Actualización de tecnologías Dewesoft: PoE y PTP v2 en adquisición de datos

Power over Ethernet

¿Qué es PoE?

La tecnología Power over Ethernet (PoE) permite suministrar datos y energía eléctrica a través de un solo cable Ethernet. Alimenta dispositivos mediante su conexión de datos, eliminando la necesidad de cables de alimentación separados. PoE se utiliza ampliamente en dispositivos como cámaras IP, puntos de acceso inalámbricos, teléfonos VoIP, conmutadores de red y varios sistemas de adquisición de datos de Dewesoft, donde es ventajoso contar con una instalación flexible sin requerir conexión directa a una toma de corriente.

¿Cómo funciona PoE?

PoE utiliza cables Ethernet (normalmente CAT5e, CAT6 o superiores) con cuatro pares trenzados de hilos de cobre. Un conmutador de red compatible con PoE o un inyector PoE envía tanto los datos como la energía a través de estos pares, que son recibidos por un dispositivo compatible (denominado PD – Powered Device o dispositivo alimentado).

A continuación, se desglosa su funcionamiento:

1. Power Sourcing Equipment (PSE): Es el dispositivo que suministra la energía. Puede ser un switch PoE o un inyector. Un switch PoE se usa comúnmente cuando se requiere alimentar múltiples dispositivos; un inyector PoE agrega energía a una línea Ethernet estándar si el switch no cuenta con soporte PoE.

2. Powered Device (PD): Es el dispositivo que recibe la energía a través del cable Ethernet, como una cámara IP o un punto de acceso. Los dispositivos compatibles con PoE están diseñados para detectar la señal de alimentación PoE y recibir energía de forma segura, sin afectar la integridad de la transferencia de datos.

3. Transmisión de energía: El cable Ethernet puede transportar energía a través de ciertos pares de hilos, según el tipo de PoE:

• PoE (IEEE 802.3af): hasta 15.4 W, con energía suministrada por dos pares.

• PoE+ (IEEE 802.3at): hasta 30 W, también en dos pares.

• PoE++ (IEEE 802.3bt): hasta 60 W (Tipo 3) o 100 W (Tipo 4), utilizando los cuatro pares.

1. Detección y negociación de potencia: Cuando se conecta un dispositivo a un switch o inyector PoE, el PSE verifica si el dispositivo es compatible con PoE. En caso afirmativo, negocia la cantidad de energía necesaria para operar, normalmente utilizando clases de potencia definidas. Esto evita que el PSE suministre energía en exceso, garantizando la seguridad del dispositivo y una gestión eficiente de la energía.

2. Separación de datos y energía: Dentro del dispositivo alimentado, un circuito interno separa los componentes de datos y energía, dirigiendo los datos a la interfaz de red y la energía al sistema de alimentación del dispositivo.

Aplicaciones de PoE

PoE proporciona energía y datos en situaciones donde el tendido de múltiples cables resulta inconveniente o poco práctico, tales como:

• Instrumentos DAQ: Varios sistemas de adquisición de datos (DAQ) de Dewesoft utilizan PoE para simplificar el cableado en ubicaciones remotas o de difícil acceso.

• Cámaras IP: Ampliamente utilizadas para videovigilancia en lugares donde no se dispone fácilmente de alimentación en corriente alterna.

• Puntos de acceso inalámbricos (WAP): Esta tecnología permite ubicar puntos de acceso Wi-Fi en techos o muros altos, optimizando la cobertura.

• Teléfonos VoIP: Permite que los teléfonos funcionen en cualquier punto con salida de red, facilitando movimientos e instalaciones.

• Dispositivos IoT: PoE proporciona energía a dispositivos del Internet de las cosas, como sensores y controladores en sistemas inteligentes de edificios.

Ventajas de PoE

• Flexibilidad: Los dispositivos pueden colocarse en ubicaciones óptimas sin requerir una toma eléctrica cercana.

• Simplicidad: Elimina la necesidad de infraestructura de alimentación adicional, reduciendo costos y complejidad de instalación.

• Confiabilidad: La alimentación por PoE puede centralizarse y respaldarse, lo que reduce el impacto de fallas eléctricas.

• Seguridad: Los protocolos de negociación de PoE evitan la sobrecarga de los dispositivos y garantizan niveles de energía seguros.

En conjunto, la tecnología PoE simplifica las instalaciones, reduce costos de cableado y permite mayor flexibilidad en el diseño de redes, lo que la convierte en una opción popular tanto para redes pequeñas como grandes.

PoE Pasivo vs. Activo

PoE Pasivo y PoE Activo son dos métodos distintos de suministrar energía a través de Ethernet. Su diferencia principal radica en la regulación de potencia y la compatibilidad.

PoE Pasivo

• Voltaje fijo: Opera a un voltaje fijo, normalmente 24 V o 48 V, sin importar los requerimientos del dispositivo.

• Sin negociación de energía: Entrega potencia de manera continua sin verificar si el dispositivo conectado es compatible ni si requiere un voltaje específico.

• Compatibilidad: Solo funciona de forma segura con dispositivos diseñados específicamente para recibir PoE pasivo al voltaje establecido. No debe usarse con equipos que solo aceptan PoE activo.

• Opción más simple y económica: Es una alternativa de menor costo y más sencilla para instalaciones que usan únicamente equipos compatibles con PoE pasivo.

PoE Activo

• Basado en estándares (IEEE 802.3af/at/bt): Cumple con normas IEEE y admite varios niveles de potencia (15.4 W, 30 W, 60 W o 100 W, según el estándar).

• Negociación de energía: Los dispositivos con PoE activo inician una negociación para determinar si el equipo conectado es compatible y qué nivel de potencia necesita. Solo suministra energía a los dispositivos que la solicitan.

• Mayor seguridad y flexibilidad: Adecuado para instalaciones mixtas o de gran escala con equipos diversos.

• Uso en entornos empresariales: Se emplea comúnmente en redes corporativas, industriales o complejas.

PoE Activo es compatible con estándares, negocia el consumo energético y es más seguro para diversos dispositivos. PoE Pasivo es más simple, opera a voltaje fijo y solo es compatible con equipos específicos.

Productos Dewesoft que admiten PoE

PoE Activo

• SIRIUS X

• IOLITE X

Pasivo PoE

• DS-CAM-POE-SPLITTER

• DS-LAN Network Switches

• NEMOSENSE

• SIRIUSi-XHS-PWR 

• IOLITE modular

Sincronización PTP V2

¿Qué es la sincronización PTP?

PTP (Protocolo de Tiempo Preciso) versión 2, también conocido como IEEE 1588v2, es un protocolo que permite la sincronización de relojes con alta precisión a través de una red. PTP v2 es una mejora del protocolo original PTP (IEEE 1588-2002) y se utiliza ampliamente en sectores donde el tiempo preciso es fundamental, como las telecomunicaciones, la automatización industrial, las empresas de generación y distribución eléctrica, y los servicios financieros.

¿Cómo funciona la sincronización PTP v2?

PTP v2 (Precision Time Protocol versión 2) sincroniza los relojes de los dispositivos (conocidos como nodos) dentro de una red mediante una jerarquía maestro-esclavo. El protocolo permite que todos los nodos alineen sus relojes con un reloj maestro (Grandmaster Clock), asegurando que compartan el mismo tiempo preciso, con una exactitud de microsegundos o incluso nanosegundos.

El proceso de sincronización incluye varios pasos:

1.Selección de jerarquía de relojes:

• PTP v2 emplea un modelo jerárquico para identificar el mejor reloj de la red, denominado Reloj Maestro. Esta selección se realiza a través del algoritmo Best Master Clock (BMC), que considera factores como la precisión del reloj, su estabilidad y prioridad.

• El reloj maestro envía la señal horaria a todos los demás relojes de la red.

2.Mensajes de sincronización:

• PTP v2 logra la sincronización mediante el intercambio de mensajes Sync, Delay Request, Delay Response y Follow-Up entre el reloj maestro y los relojes esclavos. Estos mensajes permiten medir y compensar los retardos de red para alinear los relojes con precisión.

• Mensaje Sync: El maestro envía periódicamente un mensaje con su marca de tiempo actual a los demás relojes.

• Mensaje Follow-Up: Es un mensaje complementario que proporciona detalles precisos sobre el tiempo, ayudando a los otros relojes a compensar los retardos en la transmisión del mensaje Sync.

3.Medición del retardo:

• Los relojes esclavos envían mensajes Delay Request al reloj maestro, quien responde con mensajes Delay Response. Las marcas de tiempo de este intercambio permiten calcular el retardo de transmisión entre el esclavo y el maestro.

• De esta forma, los relojes pueden alinear su tiempo local con gran precisión al del maestro.

4.Cálculo de desfase y ajuste:

• Utilizando las marcas de tiempo de estos mensajes, los relojes esclavos calculan los desfases (la diferencia horaria entre el esclavo y el maestro) y el retardo de transmisión a través de la red.

• Los demás relojes ajustan su hora local para coincidir con la del maestro, logrando así la sincronización.

Aplicaciones de PTP v2

PTP v2 es fundamental en industrias donde la sincronización precisa del tiempo es crítica para la coordinación, exactitud de datos y rendimiento del sistema:

1. DAQ y automatización industrial: PTP v2 sincroniza máquinas y procesos en estas aplicaciones, asegurando que los procesos y datos estén marcados con tiempo y alineados con precisión.

2. Telecomunicaciones: Sincroniza estaciones base celulares, lo cual respalda traspasos eficientes y servicios sensibles al tiempo en redes móviles.

3. Servicios financieros: El marcado de tiempo preciso en las operaciones bursátiles es necesario para cumplir con normativas internacionales y garantizar la trazabilidad de las transacciones.

4. Empresas eléctricas: La sincronización de redes eléctricas requiere precisión para el monitoreo y control, estabilidad en la distribución, análisis de eventos y detección de fallas.

5. Radiodifusión: PTP v2 permite la sincronización de flujos de audio, video y datos, esencial para transmisiones en vivo y distribución multimedia profesional.

Beneficios de PTP v2

1. Alta precisión: PTP v2 proporciona exactitud desde microsegundos hasta nanosegundos, ideal para aplicaciones que exigen sincronización crítica por motivos de seguridad y rendimiento.

2. Eficiencia de red: Los mensajes multicast de PTP v2 reducen la necesidad de conexiones punto a punto y minimizan el uso del ancho de banda.

3. Reducción de costos: Al operar sobre redes Ethernet, PTP v2 elimina la necesidad de cableado e infraestructura especializada.

4. Escalabilidad: PTP v2 permite soportar redes de gran tamaño al admitir múltiples niveles de distribución horaria.

5. Flexibilidad entre redes: Puede implementarse junto con otros protocolos de sincronización cuando sea necesario, adaptándose a diversos entornos de red.

PTP v2 L2 y L3

Las versiones PTP v2 L2 y L3 se utilizan ampliamente. La elección de la más adecuada para cada aplicación depende de la arquitectura de red y los requerimientos de precisión.

L2 es preferido en entornos donde la baja latencia y la alta precisión son fundamentales, como la automatización industrial, las telecomunicaciones y la producción de audio/video. Elimina la sobrecarga de las capas IP y UDP, ofreciendo un jitter y una latencia mínimos.

L3 ofrece una mayor escalabilidad gracias al enrutamiento basado en IP. Puede aprovechar la infraestructura de red existente, incluidos los protocolos de enrutamiento para multidifusión.

Productos Dewesoft que son compatibles con PTP

• SIRIUS X 

• IOLITE X 

• SIRIUS XHS 

• OBSIDIAN

• DS-LAN Network Switches

Resumen

Dewesoft ha adoptado las tecnologías PTP v2 y alimentación activa por Ethernet (PoE) para facilitar la configuración de sistemas de adquisición de datos distribuidos y conectados en cadena (daisy-chained).

Estas y otras tecnologías emergentes son empleadas por Dewesoft para añadir capacidad, confiabilidad y valor a su ecosistema de instrumentos DAQ, en beneficio de nuestros clientes. La sincronización ha sido uno de nuestros enfoques principales durante décadas, y su importancia ha aumentado con el tiempo. Estas tecnologías nos permiten diseñar y fabricar instrumentos DAQ robustos, capaces de afrontar las aplicaciones más exigentes y de interoperar dentro de un ecosistema cohesivo.

Productos como los de la línea X son compatibles con openDAQ, un SDK de código abierto que permite integrarlos en cualquier entorno de software, lo que incrementa aún más su versatilidad e interoperabilidad.

Si tienes preguntas sobre cómo aplicar estas tecnologías a tus necesidades de medición, contacta al ingeniero de aplicaciones Dewesoft más cercano para recibir asesoría.