Power over Ethernet

Mehr Performance bei Edge Computing

3. März 2020, 9:30 Uhr | Riley Beck, ON Semiconductor
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Power over Ethernet (PoE) bietet Stromversorgung und Datenanbindung über nur ein einzelnes Kabel. Bislang standen jedoch für solche Anwendungen nur maximal 60 W zur Verfügung. Ein neuer PoE-Standard bietet bis zu 90 W, sodass sich am Rand des Netzwerks (Edge) mehr Daten verarbeiten lassen.

Sollen alle Daten, die in einem größeren IoT-System anfallen, in die Cloud gelangen, bringt dies große Herausforderungen in Bezug auf die erforderliche Bandbreite und der damit verbundenen Latenz für Echtzeitanwendungen mit sich. Benötigt nun jedes IoT-System auch noch einen schnellen Zugriff auf einen Cloud-Server auf der anderen Seite der Welt, würde dies zu einem enormen Engpass führen. Eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu lösen, besteht darin, mehr Daten näher am Endgerät zu verarbeiten – Stichwort Edge Computing. Dabei werden die Daten lokal analysiert und nur die gesammelten Ergebnisse an die zentralen Server zurückgesendet. Leider erfordert diese Verarbeitungsstufe auch mehr Strom am Rand des Netzwerks.

Um dies zu bewerkstelligen, eignet sich besonders Power over Ethernet (PoE). Dabei teilen sich elektrischer Strom und Datenstrom dasselbe Kabel, sodass separate Verbindungen unnötig sind. Bei einigen vernetzten Geräten mit geringer Stromaufnahme, zum Beispiel Kameras für die visuelle Inspektion und Überwachung einer Fertigungslinie, funktioniert dies bereits. Mittlerweile wird PoE zunehmend eingesetzt, um weitere Arten von Edge-Computing-Systemen mit elektrischem Strom und Daten zu versorgen. Dies ist ein immer wichtigerer Teil der Entwicklung des IoT im Allgemeinen und im Besonderen der Industrie 4.0.

Ein neuer PoE-Standard namens IEEE 802.3bt, der die abzugebende Leistung auf 90 W erhöht, unterstützt diesen Trend. Das zu versorgende Gerät bzw. System wird anhand der erforderlichen Energie klassifiziert (Tabelle 1). Dieser ermöglicht neue Arten von IoT-Endpunkten. Dazu zählen eine anspruchsvollere vernetzte Beleuchtung, Digital-Signage mit höherer Auflösung, voll ausgestattete Überwachungskameras mit Schwenk-, Zoom- und Neigungsfunktion (PZT; Pan, Zoom, Tilt) sowie Heizung und Edge-Server, die Algorithmen für maschinelles Lernen zur Bildanalyse und Objektidentifizierung ausführen. Doch auch bestehende Anwendungen können von der neuen Version des Standards profitieren. Beispiele dafür sind die IP-Telefonie, die sich um hochauflösende Videokonferenzen erweitern lässt.

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Tabelle 1: Einteilung der Systeme bzw. Geräte, die über PoE versorgt werden.

Funk-Gateways sind ein wesentlicher Bestandteil des Edge-Computing. Sie sammeln die Signale von Sensoren und Aktoren im der gesamten Einrichtung, senden jedoch nicht alle Rohdaten in die Cloud, sondern verarbeiten diese vor Ort. Dazu überwachen die Gateways nicht nur die Daten bezüglich Warnungen und Verletzungen der Schwellenwerte, sondern speichern und identifizieren »versteckte« Muster innerhalb des Informationsflusses. Diese Analyse kann langfristige Trends identifizieren und sogar vorhersagen, welche Geräte oder Systeme eine vorbeugende Wartung benötigen. Die Ergebnisse werden an die zentralen Server gesendet, um Teil des Daten-Dashboards für den Benutzer zu werden.

Diese Stufe des Edge-Computing erfordert leistungsfähigere Prozessoren und Beschleuniger. Solche Chips benötigen mehr Strom als ein Mikrocontroller, der nur einfache Steuerungsalgorithmen handhabt. Da neueste 802.3bt-Systeme bis zu 90 W liefern können, lassen sich recht leistungshungrige Algorithmen am äußersten Rand des Netzwerks ausführen. Andererseits lassen sich damit über einen einzigen Ethernet-Switch mehr traditionelle PoE-Geräte als bisher mit Strom versorgen. Da heute mehr Geräte denn je vernetzt sind, stehen für viele Anwendungen mehr Möglichkeiten bei der Stromversorgung zur Verfügung, beispielsweise für LED-Leuchten und die damit verbundenen Sensoren in einem vernetzten Beleuchtungssystem.


  1. Mehr Performance bei Edge Computing
  2. Klassifizierung bei PoE

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