岩崎 有平 802.3bt 規格化
最初の IEEE PoE 規格 802.3af ではデバイスに 13ワットの電力を供給し、 2番目の 802.3at では約 2倍の 25.5ワットが供給できるようになった。最新の 802.3bt では、更に約 3倍の 71.3ワットに給電能力をアップしている。
これら 3つの規格は基本的に下位互換があり相互に運用できるが、制限もある。新しい高電力 PD（受電装置）は、従来の低電力 PSE（給電装置）からは必要十分なフル電力を得られない。電力レベルは「クラス」として規定されているが、従来規格（802.3af/802.3at）ではこのクラスは 0～4 の 5クラスあり、PD に最大 25.5ワットの給電能力がある。新しい 802.3bt 規格では新たに 4つのクラスを拡張し、更に給電能力を増強している。新たに定義されたタイプ3 PD では 51ワット、タイプ4 PD では 71.3ワットの電力消費が可能になった。
高い給電能力は、撚対線の全ペア（4ペア）を給電に使用することで実現している。従来規格（802.3af/802.3at）の PSE は撚対線の 2ペアのみで給電を行うが、新たに制定されたクラス5 以上では 4ペア給電が必須のため、従来規格 PSE では対応できない。新しい 802.3bt 規格のタイプ3／タイプ4 PSE は従来規格（802.3af/802.3at）の PD もサポートしている。もちろん、従来規格の PD は 2ペア給電のため、4ペア給電を行うことはない。ここで、注意が必要なことは、 802.3bt 規格のタイプ3／タイプ4 PD にクラス1～4 の低電力給電を行う場合は、4 ペア給電が可能だ。高い給電能力を持つ 802.3bt 規格の PSE/PD 間でクラス1～4 の低電力給電を行うことに違和感を覚えると思う。しかし、802.3bt 対応の Ethernet スイッチに多数の PD が接続されると、PD が要求する電力を供給できない場合がある。このような場合は、PD の要求を下回るクラス1～4 の電力を供給するためだ。この動作を「降格」と呼ぶ。降格については、後程解説する。各クラスの PSE 給電と PD 受電の関係は「図1 クラス別給電」を参照いただきたい。
従来規格（802.3af/802.3at）で規定されていた「クラス 0」は、802.3bt では廃止されている。802.3af/802.3at の名称「Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI)」は、 802.3bt では「Power over Ethernet」と改称された。この段階で、IEEE の規格と広く普及している用語との整合が取れた。
802.3bt 規格検討時には、10GBASE-T の普及が始まっていた。10GBASE-T と PoE の併用でエラー率の悪化が懸念されたが、特に問題は発生しなかった。2.5GBASE-T/5GBASE-T/10GBASE-T が 802.3bt のサポート対象に加えられている（図2 Ethernet / PoE 規格化時期）。
802.3bt では、PD に最大 51ワットの電力供給をサポートするタイプ3、最大 71.3ワットの電力供給をサポートするタイプ4 の 2つの新しいタイプが導入された。タイプ3 は、PD への電力供給を従来の 2倍に増やし、既存の標準をアップグレードし置き換える規格だ。タイプ4 は高電力タイプで、PD に 51ワット以上の電力を供給するため、新たに追加された規格だ。タイプ4 PSE は最小出力電圧が高く、高電力レベルの供給に必要な電流を減らしている。
再度、「図1 クラス別給電」をご覧いただきたい。802.3bt タイプ3 の最初の 4つのクラス（クラス1～4）は従来規格（802.3af/802.3at）のタイプ1 とタイプ2 と全く同じだ。2 ペア給電を行うことで完全な互換性がある。更に、802.3bu 対応の PD では、すべてのクラス（クラス1～クラス8）に 4ペア給電を追加している。802.3bt は従来規格との下位互換性（backwards compatibility）を維持しつつ、従来規格（ 802.3af/802.3at）を統合している。
各タイプと給電クラスの対応は「表1 クラスとタイプ」、各 PoE 規格の位置づけとは「表2 PoE 規格一覧」を参照いただきたい。すべてのクラスで下位互換性を確保し、4ペア給電を持ち込んでいる。PSE の給電電圧は少し高くなっているが、従来規格の範囲内だ。撚対線は、CAT-3/CAT-5 が廃止され CAT-5e 以上に変わったが、これも規格の範囲内だ。もう一つの変更点は、クラス0 の廃止だ。
802.3bt システム構成
PoE（Power over Ethernet）システムは、電力を供給する PSE（Power Sourcing Equipment）、電力を消費する PD（Powered Device）と両者を接続するリンクセクション（撚対線）で構成される。「リンク セクション」は、PSE を PD に接続するケーブルを表す 802.3 用語だ。PSE は自分自身の電源（AC100V 等の商用電源から自身の動作電圧を作る）で動作し、リンクセクションを介して PD への電力供給と電力管理を行う。 PD は リンクセクション経由で電力を供給されるため、独自の電源配線は必要ない。
PD に必要な電力は装置により異なる。PSE は PD に必要な電力を給電前に確認し、電力クラスを確定した後に給電を行う仕組みを備えている。 PSE と PD の間にあるリンクセクションには直流抵抗に応じた「電圧降下」 「電力損失」や「発熱」がある。これらを考慮した給電側の「電圧」 「電力」や受電側の「電圧」 「電力」等が規定されている。「図3 PSE と PD 接続例」は、 1000BASE-T でリンクセクションが CAT-5e を想定した例だ。
802.3bt も従来規格同様 Alternative A/B の 2つの給電方式がある。Alternative A は 1/2 & 3/6 ペア、Alternative B は 4/5 & 7/8 ペアで給電を行う。これも変更はない。しかし、1000BASE-T などの 4ペアを全てデータ通信に使用する方式も対象とするため、「データ通信ペア」 「空きペア」の概念は適用できない。給電方式を PSE では Alternative A/B 、PD では Mode A/B と呼ぶが、これも従来と変わらない。給電方式の概要は「図4 PoE 給電インタフェース」、信号配列は「表4 PoE ピン配列」を参照いただきたい。
電力供給を行う PSE には 2つの構成方式がある。PoE 対応 Ethernet スイッチが電力を供給する「エンドポイント PSE」と、PoE 非対応 Ethernet スイッチと PD 間で電力を供給する「ミッドスパンPSE」だ。この 2つの構成方法は 802.3af から始まり、802.3bt でも継承されている。「図5 1000BASE-T エンドポイント」は、「エンドポイント PSE」の構成例、「図6 1000BASE-T 対応ミッドスパン」は「ミッドスパン PSE」構成例だ。
