1.Назначение
1.Распределенный энергетический интерфейс 48 вольт (РЭИ48, DPI48) предназначен для организации питания оборудования в кабельных системах Эзернет.

2. Основные термины и определения.
2.1. Оборудование - типовое оконечное оборудование сетей Эзернет, обеспечивающее взаимодействие пользователя с сетью. Сюда, например, включаются коммутаторы управляеемые и неуправляемые с различным количеством портов, медиаконверторы, а также подобное оборудование. Сетевые карты в оборудование не входят.
2.2. Абонент - конечный пользователь сети, подключаемый к одному из портов через стандартную сетевую карту.
2.3. Инжектор - гальванически развязанный источник питания, обеспечивающий подачу от первичной промышленной или иной сети абонента определенной электрической мощности (абонентской мощности) в интерфейс РЭИ для питания оборудования.
2.4. Микшер - устройство суммирования и распределения абонентских мощностей между оборудованием. Выполняет также функции стабилизации питания оборудования и некоторые другие. Микшер рассчитан на подключение до 8 портов оборудования
2.5. Местное оборудование - отдельно взятый коммутатор или иное оборудование, обслуживаемый данным микшером.
2.6. Внешнее оборудование - другие коммутаторы сети, обслуживаемые своими микшерами. Количество внешнего оборудования ограничивается 8 микшерами или 64 портами. С учетом связей между микшерами, количество абонентских портов не превышает 48.
2.7. При необходимости наращивания сети сверх 8 микшеров она разбивается на отдельные участки до 8 микшеров и взаимодействие их осуществляется только через информационные линии. Какие-либо непосредственные или гальванически объединенные энергетические связи отсутствуют.

3. Общие требования.
3.1. Для передачи мощности в РЭИ используются свободные пары стандартного кабеля UTP-5.Передача выполняется постоянным напряжением в диапазоне 38-48 вольт. "Плюс" передается по синей, а "минус" по коричневой паре проводов кабеля. Для подключений абонент-инжектор, инжектор-микшер, микшер-оборудование используются стандартные телефонные восьмиконтактные разъемы RJ-45. Цоколевка проводов по стандарту "А".
3.2. Рабочие напряжения в разъемах и линиях не должны превосходить 48 вольт. Рабочие токи - 500 миллиампер на контакт.

4.Требования к инжектору.
4.1. Основным критерием по выходу является отдаваемая мощность. Она должна быть не менее 5 и не более 8 ватт и ограничиваться автоматически. Напряжение холостого хода не более 48 вольт.
При колебаниях нагрузки допускается изменение выходного напряжения, однако инжектор не должен отключаться или уменьшать выходное напряжение ниже 45 вольт при стандартной испытательной нагрузке.
4.2. Стандартная нагрузка - линия длиной 0.9-1.1м стандартной витой пары UTP-5 с резистором 400 +- 5% Ом и конденсатором 0.1 мкФ подключенных на конце параллельно.
Пульсации выходного напряжения при стандартной нагрузке не выше 250 милливольт по размаху, включая все компоненты.
4.3. Инжектор должен включаться при дополнительной емкостной нагрузке до 200мкФ на конце линии стандартной нагрузки.
4.4. Входное напряжение инжектора должно соответствовать местным стандартам. Рекомендуется для однофазной сети переменного тока 50Гц 220 вольт диапазон входных напряжений 175-250 вольт. Провалы во входном питании не более одного полупериода (10 миллисекунд).
4.5. Допускается применение инжекторов, питающихся от других входных напряжений, например, от сети постоянного тока, если они имеют требуемые выходные параметры.
4.6. Инжектор должен подключаться к абоненту и микшеру через стандартные разъемы. Разъем абонент-инжектор не должен использовать контакты 4.5.7.8 (коричневая и синяя пары). Выходное напряжение выдается в разъем линии инжектор-микшер на контакты 4.5.7.8. Одноименные контакты 1,2,3,6 обоих разъемов должны быть соединены. Разъемы должны иметь четкую маркировку "А"- абонент и "L" - линия. Либо слова "абонент", "линия" полностью.
4.7. Для совместимости с сетевыми картами, предназначенными для обмена со скоростью 1 Гбит нужно исключить попадание напряжения 48 вольт на входы карты при ошибочном подключении к разъемам L и A. Для этого используются инжекторы с конструктивным подключением к сетевой карте не через гнездо, а через вилку с разъемом RJ-45 на конце кабеля UTP-5 длиной 1.0-1.2 м. Инжекторы такого конструктивного исполнения должны иметь в конце маркировки символ “G”, а маркировка выходного разъема не требуется.

5. Требования к микшеру.
5.1. Микшер должен объединять и суммировать мощности по линиям питания от инжекторов со всех входов по схеме "ИЛИ" на внутренней шине (шина 48 вольт). Информационные линии должны соединяться транзитом для подключения портов оборудования.
5.2. Микшер должен обнаруживать отсутствие напряжения питания по любой линии инжектор-микшер и автоматически блокировать выдачу информации в эту линию до появления напряжения питания.
5.3. Все линии на входе микшера равноправны. Однако, некоторые могут быть назначены механическим переключателем для обмена не с инжектором (абонентом), а с другим микшером (внешним оборудованием). Линии, назначенные для обмена с внешним оборудованием, не блокируются информационно. Переключатель также должен обеспечить двунаправленную передачу мощности внешнему или из внешнего оборудования по таким линиям.
5.5. Микшер должен обеспечить выдачу от встроенного источника питания местного оборудования напряжения 12В+-0.6В (источник 12V) относительно «минуса» шины 48 вольт. Выходной ток определяется присутствием необходимой мощности на внутренней шине. При подключении одного инжектора и отсутствии связи с внешним оборудованием расчетный выходной ток питания местного оборудования должен быть не менее 350мА (4 ватта при КПД не хуже 0.8).
Максимальный ток, потребляемый от этого выхода, до 1А. Это проверяется нагрузкой выхода на резистор 12 Ом +-5% при выходном напряжении не менее 11.4 вольта. При этом на внутреннюю шину подается питание 36-38В от внешнего источника. КПД преобразования должен быть не хуже 0.8.
5.6. Источник питания местного оборудования должен выдерживать неограниченно долго короткое замыкание и возобновлять работу автоматически после его устранения. Запуск должен происходить при дополнительной емкостной нагрузке не менее 900мкФ.
5.7. Микшер должен иметь выход внутренней шины 48 вольт на клеммы для возможности подключения дополнительных устройств и оборудования, подробно здесь не описанных. Эти клеммы могут также использоваться для объединения двух и более микшеров в случае использования внутреннего оборудования с количеством портов более 8.
5.8. Напряжение питания от источника 12V для внутреннего оборудования принимается, как единственное стандартное как по напряжению, так и по мощности.
При необходимости применить оборудование с другими параметрами питания это необходимо делать, используя дополнительные устройства с питанием их либо от внутренней шины, либо от источника 12V.

6.Дополнительные функции и развитие.
6.1. Принцип сброса. Для предотвращения потери работоспособности оборудования из-за сбоев и для проведения регламентных работ в системе необходимо иметь функцию дистанционного отключения всего оборудования. Эта функция выполняется каждым микшером по получению сигнала "СБРОС". Для этого из пункта управления передается по внутренним и внешним шинам через всю систему РЭИ специальный сигнал "СБРОС". По получению сигнала "СБРОС" микшер должен отключить выход 12V и удерживать его так все время поступления сигнала.
6.2. Параметры сброса. Сигнал "СБРОС" выдается в виде переменного тока небольшой амплитуды и определенной частоты, наложенного на постоянное напряжение шины. В месте подключения передатчика амплитуда сигнала "СБРОС" должна быть не менее 500 милливольт. В месте получения сигнала для самого удаленного по сети микшера - не менее 35милливольт. Топология сети на характер действия сигнала «СБРОС» влиять не должна. Параметр частоты уточняется. Порядок - 10кГц.
6.3. Сигнал “СБРОС” выдается на клеммы 48В любого микшера из отдельного устройства.

7. Требования к безопасности
7.1. Для подключения к защитному заземлению все микшеры оборудуются отдельной маркированной клеммой "заземление". К этой клемме подключается объединенный "Минус" шины 48 вольт. Подключение к занулению не допускается.
7.2. Каждая энергетическая линия микшера должна быть защищена плавким предохранителем или эквивалентной схемой ограничения тока. Номинальный ток 1.0А. Внутренняя шина микшера и подключенные к ней компоненты схемы должны иметь защиту от превышения напряжения до уровня 56вольт. Дальнейший рост напряжения не должен приводить к возгоранию компонентов, хотя работоспособность может быть нарушена.
Замена предохранителей непосредственно на месте эксплуатации не предусмотрена.
7.3. Любые внутренние неисправности микшера или инжектора не должны приводить к воспламенению их составных частей.
7.4. Инжектор должен иметь световую индикацию включения в сеть. Микшер должен иметь световую индикацию напряжений на шине 48вольт и выходе 12 вольт.


Комментарии разработчика. Открытые вопросы.
По сравнению с существующей системой централизованного РоЕ – питания, предложенная система явно аппаратно сложнее и дороже по первоначальным вложениям. Однако, к ее очевидным достоинствам, можно отнести:
- быстрое разворачивание, так как не требуется помещения, вся аппаратура размещается либо в шкафу возле коммутатора, либо в помещении пользователя;
- нет необходимости искать точку подключения к сети 220 вольт и согласовывать это с соответствующими организациями;
- нет необходимости оплачивать электроэнергию;
- система в значительной мере бесперебойна по питанию по самой своей природе;
- система практически не зависит от протяженности и топологии.
Технически чем выше напряжение питания, тем технологичнее и эффективнее передача энергии. В проекте предложен телекоммуникационный стандарт 40-56 вольт. Кроме всего прочего, он обеспечивает совместимость с уже существующими РоЕ – устройствами. Однако, более безопасным, безусловно допустимым, по нормам электробезопасности для сухих помещений является напряжение до 42 вольт. На такое напряжение легко перейти, но потери и доступная мощность будут хуже процентов на 30.
Технически по предложенной топологии можно осуществить питание сети неограниченной длины. Однако, организация общего сброса при цепочке более 12-15 микшеров встречает трудности. Кроме того, с ростом количества микшеров быстро падает надежность из-за большого количества параллельно включенных компонентов и затрудняется поиск отказавших. Группа из 8 микшеров предложена как разумный компромисс между доступной для распределения мощностью и надежностью системы.
Предложенный проект не затрагивает конкретную организацию сброса системы при зависании. В систему лишь закладывается возможность уверенно обнаружить такой сигнал на шине 48вольт. Сам сигнал должен иметь довольно сложные параметры и выдаваться на шину определенным образом. Предполагается, что это будет отдельное небольшое устройство с ручным или дистанционным управлением (кнопка, сигнал с вибромотора мобильного телефона). Можно рассмотреть и давно известные устройства сброса по таймеру (ребутилки). Недостаток такого решения – хаотичный сброс коммутаторов, что снижает работоспособность сети в целом при росте их количества. В данной системе это намного проще, поскольку сброс происходит синхронно, сразу всех коммутаторов.
Проект не диктует жестко количество портов микшера. Из соображений экономики его пока кажется удобным делать на 4 или 8 портов. Система допускает легкое расширение при наращивании количества абонентов. При начальном же подключении на коммутатор может приходиться всего 1-2 абонента и неиспользуемые порты замораживают средства.
Проект не затрагивает вопросы бесперебойного питания.
Во-первых, система из нескольких микшеров сама собой достаточно резервирована. Расчеты показывают, что при 2-3 абонентах на коммутатор питание сохранится, если даже в трех подряд местах установки коммутаторов исчезнет первичная сеть. Это при стандарте шины 42вольта. При 48 вольтах характеристики еще лучше.
Во-вторых, применение мини-УПС, как дополнительного средства повышения надежности, тут возможно для питания ОДНОГО коммутатора от каждого такого УПС. Схемотехника и конструкция такого мини-УПС намного проще, чем с питанием от сети 220 вольт.
Проект изначально задуман преимущественно для 8 и 16-портовых коммутаторов. Отсюда и выбор мощностей инжекторов. Однако, в процессе работы, появились предложения рассчитать решение на другие конфигурации. Например, самопитание единственного 24-портового коммутатора с потреблением около 30 ватт при одном-единственном абоненте. Нужно четко понимать, что мощность, отбираемая от одного абонента, жестко лимитирована. Ее нельзя увеличивать неконтролируемо. Даже не из-за экономической нагрузки на абонента по оплате электроэнергии, а по стоимости инжектора. Инжекторы на 5 и на 40 ватт весьма отличаются по стоимости и габаритам.
Установка одного изолированного 24-портового коммутатора для единственного абонента выглядит непродуманно. Для такого коммутатора разумно иметь хотя бы 25-30% загрузки (6-8 абонентов).
Область применения новой системы трудно очертить изначально. На иллюстрациях даны только некоторые исходные варианты. Вполне возможно, что их можно существенно дополнить или исправить.