PoE(Power over Ethernet)가 기존의 이더넷 케이블을 통해서 전력과 데이터를 모두 제공할 수 있으므로 AC 전원에 인접해 있어야 하는 제약으로부터 애플리케이션을 해방시킬 수 있는 방식으로서 갈수록 인기가 높아지고 있다. PoE 솔루션의 숫자가 늘어나는 것에 따라서 애플리케이션의 전력 요구 또한 높아지고 있다. 새로운 LTPoE++ 표준은 PoE 및 PoE++ 규격을 90W의 PD 공급 전력으로 확대함으로써 그와 같은 요구를 충족할 수 있도록 한다. LTPoE++는 또한 다른 전력 확대 솔루션과 비교해서 PSE와 PD의 엔지니어링 복잡성을 크게 감소시킨다. 플러그-앤-플레이 방식의 단순성과 안전하고 견고한 전력 공급이 LTPoE++의 가장 중요한 특징이다. 이 표준은 이더넷 전원 애플리케이션의 범위를 대대적으로 확대함으로써 전력 소모적인 피코셀, 기지국, pan-tilt-zoom 카메라 히터 같은 전혀 새로운 유형의 PD를 가능하게 할 것이다.

PoE의 역사

PoE는 구리 이더넷 데이터 배선을 통해서 DC 전력을 전송하기 위한 표준 프로토콜이다.
802.3 이더넷 데이터 표준을 관리하는 IEEE 그룹에서 2003년에 PoE 기능을 추가했다. 애초의 PoE 규격은 802.3af라고 하는 것으로서 최대 13W로 48V DC 전력이 가능했다.
이 초기 표준이 널리 인기를 얻기는 했으나 13W 상한선 때문에 가능한 애플리케이션의 숫자가 제한적이었다. 2009년에 IEEE는 802.3at 다시 말해서 PoE+라고 하는 새로운 표준을 발표함으로써 전압과 전류 요구량을 25.5W의 전력을 공급하도록 늘렸다.
IEEE 표준은 또한 (그림 1)에서 보는 것과 같이 PoE 용어를 정의하고 있다. 네트워크로 전력을 공급하는 장비를 PSE
(power sourcing equip
ment)라고 하고, 네트워크로부터 전력을 끌어 쓰는 장비를 PD(powered device)라고 한다. PSE는 두 가지 타입이 있는데, 엔드포인트(endpoint, 통상적으로 네트워크 스위치 또는 라우터)는 데이터와 전력을 모두 전송하며, 미드스팬(midspan)은 전력을 주입하면서 데이터는 통과시킨다.
미드스팬은 통상적으로 기존의 PoE가 가능하지 않은 네트워크로 PoE 기능을 추가하기 위해서 이용된다. 대표적인 PD 애플리케이션으로는 IP 전화, 무선 액세스 포인트, 보안 카메라, 셀룰러 펨토셀, 피코셀, 기지국을 들 수 있다.
IEEE PoE+ 표준은 802.3af PSE 및 PD에 대한 역호환성에 대해서 정의하고 있다. PoE+ 표준에서 Type1 PSE 및 PD는 최대 13W를 공급하는 PSE 및 PD를 포함한다. Type2 PSE 및 PD는 최대 25.5W를 공급한다.

LTPoE++로 진화

IEEE PoE+ 25.5W 표준이 최종적으로 마무리되지 않은 시점에서 25.5W보다 훨씬 더 높은 전력이 요구된다는 것이 확실해졌다. 이러한 요구에 부응하기 위해서 LTPoE++ 표준은 LTPoE++ PD로 최대 90W의 공급 전력을 신뢰할 수 있게 공급할 수 있도록 한 것이다.
LTPoE++ 표준은 기존의 IEEE PoE 프로토콜에 대해서 신뢰할 수 있는 식별 및 분류 기능을 제공한다. LTPoE++는 기존의 Type1 및 Type1 PD와 역호환 및 상호운용이 가능하다. 다른 전력 확장 솔루션과 달리 리니어의 LTPoE++는 PSE와 PD 간에 상호 식별이 가능하다. LTPoE++ PSE는 LTPoE++ PD와 다른 타입의 IEEE 호환 PD를 구분할 수 있으므로 LTPoE++ PSE가 기존 장비와 호환 및 상호운용이 가능하다.
LTPoE++ PSE 및 PD는 IEEE 802.3at Type1 및 Type1 디바이스와 매끄럽게 상호운용이 가능하다. Type1 PSE는 대략 13W로 802.3af 기능을 포함한다. Type1 PSE는 전통적인 PoE를 25.5W로 확대한 것이다. (표 1)에서는 다음과 같은 내용들을 확인할 수 있다.
ㆍ Type1 PSE는 모든 Type1, Type1, LTPoE++ PD를 최대 13W로 구동할 수 있다.
ㆍ Type1 PSE는 Type1 PD를 최대 13W로 구동할 수 있으며 Type1 및 LTPoE++ PD로 25.5W를 공급한다.
ㆍ LTPoE++ PD는 기존의 Type1 및 2 PSE로 연결되더라도 제한적인 기능으로 파워업할 수 있다.
ㆍ LTPoE++ PSE는 Type1 및 Type1 PD와 상호운용이 가능하다. LTPoE++ PD는 LTPoE++ PSE의 지정된 상한선으로 구동된다.
ㆍ LTPoE++ PD가 식별되었을 때 PSE 전력 정격이 요청된 PC 전력과 일치하거나 초과하면 이 PD를 구동할 수 있다. 예를 들어서 45W LTPoE++ PSE는 35W 및 45W PD를 모두 구동할 수 있다.

IEEE 호환 PD 식별

LTPoE++ 물리적 식별 및 분류 기능은 기존 기법과 역호환이 가능하도록 확장한 것이다. 다른 전력 확장 프로토콜은 (그림 2)에서 보는 것과 같이 IEEE 표준을 위반하고 있으며 알려진 비호환 NIC를 구동하는 위험성을 일으킨다. IEEE에서 규정한 식별 저항(detection resistance) 규정을 위반하는 고전력 할당 기법은 비-PoE 이더넷 장비를 손상시키고 파괴할 수 있는 위험성이 있다.
최대의 안전성과 상호운용성을 보장하기 위해서는 식별 방법론에 있어서 다음과 같은 규칙들이 지켜져야 할 것이다.
ㆍ 우선순위 1: 전력을 공급하지 말아야 할 곳으로 전력을 공급하지 않는다.
ㆍ 우선순위 2: 전력을 공급해야 할 곳으로 전력을 공급한다.

리니어의 PSE는 4포인트 식별 방식을 이용해서 고도로 견고한 식별 기법을 제공한다. 강제 전류 및 강제 전압 측정으로 시그니처 저항을 검사함으로써 ‘false-positive(허위 판정)’ 식별을 최소화한다.



LTPOE+의 이점

표준 PoE PSE는 전력 용으로 4개의 이더넷 케이블 쌍 중에서 2개를 이용한다. 일부 전력 확장 토폴로지는 한 케이블로 2개의 PSE와 2개의 PD를 이용해서 2 x 25.5W의 전력을 공급한다.
(그림 3)은 이와 같은 ‘듀얼 Type1’ 토폴로지를 보여준다. 이 방식의 가장 큰 단점은 부품의 수를 두 배로 늘리고 그러므로 PSE 및 PD 비용을 두 배로 증가시킨다는 것이다. 또한 견고한 설계를 위해서는 각 PD에 하나씩 2개의 DC/DC 컨버터를 필요로 하는데 각각의 DC/DC 컨버터가 비교적 복잡한 플라이백 또는 포워드 절연 전원이라는 것이다.
(그림 4)에서 보는 것처럼 PD의 출력 전력을 ORing 방식으로 배선하면 듀얼 Type1 셋업의 한 DC/DC 컨버터를 제거할 수 있다. 이 기법 역시 2개의 PSE 및 2개의 PD를 필요로 하므로 그에 따른 비용 및 공간상의 불리함을 야기한다.
전력 ORing 다이오드로 인해서 전압 드롭이 발생하는 대신에 단일 DC/DC 컨버터를 이용함으로써 비용을 절감할 수 있다는 것을 절충점으로 생각할 수 있을 것이다.
대부분의 경우에 다이오드 ORed 전력 공유 아키텍처는 서지 보호 테스트를 시작하기 전까지는 매력적이다. 하지만 이러한 솔루션은 근본적으로 서지 보호 허용오차가 제한적이므로 PD 설계 목표를 충족하지 못한다.
이와 비교해서 LTPoE++ 솔루션은 (그림 5)에서 보는 것처럼 단일 PSE, PD, DC/DC 컨버터만을 필요로 하므로 보드 공간, 비용, 개발 시간을 크게 줄일 수 있다.

LLDP 상호운용성

많은 PD 디자이너들이 PoE 시스템을 선택하고 설계할 때 LLDP 구현에 따른 숨은 비용을 발견하고 놀라게 된다.
LLDP(Link Layer Discovery Protocol)는 IEEE에서 지정하고 있는 PD 소프트웨어 레벨 전력 협상 프로토콜이다. LLDP를 위해서는 표준 이더넷 스택을 확장해야 하며 상당한 소프트웨어 개발 작업을 필요로 한다. 그런데 아쉽게도 LLDP를 지원하기 위한 공개 소스 커뮤니티의 노력들은 아직 초보적인 수준에 머물러 있다.
Type1 PSE는 LLDP를 선택적으로 구현할 수 있으나 완벽한 IEEE 호환 Type1 PD를 위해서는 물리적 분류 및 LLDP 전력 협상 기능을 모두 구현해야 한다. 첫째, 이것은 LLDP 소프트웨어 개발의 부담을 모든 Type1 PD에게로 전가시킨다. 또한 LLDP에 따른 듀얼 전력 요구 때문에 디자인이 복잡해진다.
특히 PD 측 프로세서가 13W 전력 레벨로 완벽하게 작동할 수 있어야 하고 그런 다음에는 LLDP를 통해서 추가적인 전력의 공급을 협상할 수 있어야 한다. 그러므로 이와 같은 요구를 달성하기 위해서는 개발 비용이 증가하고 복잡성이 높아진다.
LTPoE++는 LLDP 구현에 대해서 선택이 가능하도록 한다. LTPoE++ PSE 및 PD는 전력 레벨 요구 및 기능을 자율적으로 협상할 수 있으며 그러면서도 LLDP 기반 솔루션과 완벽하게 호환 가능하다.
다시 말해서 LTPoE++는 시스템 디자이너가 LLDP를 구현할 것인지 구현하지 않을 것인지 선택할 수 있다. 자체적인 엔드 투 엔드 시스템을 위해서는 LLDP를 지원하지 않기로 할 수 있다. 그럼으로써 출시시간을 단축하고 BOM 비용, 보드 크기, 복잡성을 더욱 더 줄일 수 있다.

전력에 대한 업체들의 주장

PoE 전력 경로는 PSE가 발생시키는 전력, PD로 공급하는 전력, 애플리케이션으로 공급하는 전력의 세 가지 성분으로 나눌 수 있다. 어떤 솔루션을 선택하기에 앞서 PSE 및 PD 전력 공급 능력을 어떻게 설명하고 있는지 신중하게 살펴보아야 한다. 어떤 업체는 전력을 PSE로 공급되는 것으로 기술하고 있고, 어떤 업체는 전력을 PD로 공급되는 것으로 기술할 수 있다.



한편으로 PD 디자이너는 애플리케이션이 소비하는 전력을 중요시한다. PSE 전력 수치가 이 셋 중에서 가장 덜 유용함에도 불구하고 마케팅 자료에서 가장 많이 언급되고 있다. PSE 전력은 통상적으로 이더넷 케이블의 PSE 단으로 공급되는 전력을 말한다. 어떤 경우에는 업체들이 전력을 최대 정격 전압으로 나타냄으로써 전력 용량에 대해서 더욱 더 오해를 불러오기도 한다.
PD 전력 또는 ‘공급 전력(delivered power)’은 다이오드 브리지에 앞서 이더넷 케이블의 PD 단으로 공급되는 전력이다. PD 전력이 PSE 전력보다 더 유용한 지표이다. 이것은 100미터의 CAT-5e 케이블에 걸쳐서 상당한 손실을 반영하기 때문이다. PD 전력에 관한 업체들의 주장은 애플리케이션의 DC/DC 컨버터 및 다이오드 브리지 효율을 고려하지 않고 있으며 이러한 수치들이 PSE 및 PD 실리콘 업체들에게 알려지지 않고 있다.
PD 디자이너가 가장 알고 싶어 하는 것은 이더넷 자기소자 저항, 다이오드 브리지 전압 드롭, DC/DC 컨버터 효율 같은 모든 시스템 효과들을 고려했을 때 애플리케이션으로 공급되는 전력이다. 그런데 이 수치는 가장 유용하기는 하지만 또한 정확하게 알기가 매우 어렵다.
(표 2)는 전력 경로의 모든 단계에서 실제 성능을 비교한 것이다. 듀얼 Type1 구성이 LTPoE++ 70W 및 90W 솔루션보다 훨씬 적은 전력을 공급한다는 것을 알 수 있다.

리니어의 PSE 솔루션

리니어는 LTPoE++ 기술을 위해서 모든 노력을 기울이고 있으며 다양한 유형의 PSE 및 PD 솔루션을 공급하고 있다. (표 3)에서 보는 것처럼 1포트부터 12포트 솔루션에 이르는 다양한 유형의 PSE 제품군을 제공하고 있다.
LTPoE++는 좀 더 적은 비용으로 견고한 엔드 투 엔드 고전력 PoE 솔루션을 구현할 수 있다. 리니어의 뛰어난 애플리케이션 지원, 검증된 납기 능력, 신뢰도 평판을 토대로 LTPoE++는 시장에서 적용 범위가 가장 넓은 고전력 솔루션을 제공할 것이다. LTPoE++ 시스템은 전력 공급을 간소화할 뿐만 아니라 시스템 디자이너가 고부가가치 애플리케이션 개발에 집중할 수 있도록 할 것이다.