Power over Ethernet

Power over Ethernet (PoE) bietet die Möglichkeit, die Stromversorgung und die Netzwerkanbindung des Raspberry Pi über ein Kabel zu realisieren.

Hardware

Komponenten des Raspberry Pi 4B. Der vier-polige Power over Ethernet Header befindet sich direkt neben der RJ45 Buchse
Komponenten des Raspberry Pi 4B. Der vier-polige Power over Ethernet Header befindet sich direkt neben der RJ45 Buchse

Neben einem Raspberry Pi 4B oder 3B benötigst du ein PoE HAT, dass den Strom von dem quadratischen vier-poligen Pins neben der Ethernet Buchse zum +5V Pin der GPIO Leiste leitet. Dazu brauchst du noch einen PoE oder PoE+ fähigen Ethernet Switch, der den Strom über das Ethernet Kabel Verfügung stellt.

Alternativ kannst du auch einen Micro USB PoE Splitter verwenden, dadurch würde der Raspi nicht vom HAT verdeckt.

Die PoE Geräte müssen sich folgenden Test unterziehen:

  • Lasttest mit Stressberry
  • Lasttest auf einer externen USB 3.0 SSD
  • Temperaturmessung
  • Lautstärkeessung (bei aktiver Kühlung)

Bei diesen Tests sind die Werte für I/O Performance oder Rechengeschwindigkeit irrelevant, es geht nur darum, festzustellen, ob die Stromversorgung mittels Power over Ethernet zuverlässig ist. Als Stromquelle kommt ein YuanLey 8 Port Gigabit PoE Switch, der auch PoE+ fähig ist.

Ich habe mir mal verschiedene Möglichkeiten angesehen und getestet, wie sie den Stressberry Durchlauf bestehen. Außerdem habe ich bei allen Möglichkeiten eine externe SSD angeschlossen und die voll belastet. Bei HATs ohne aktive Kühlung habe ich Alu Kühlkörper aufgeklebt. Vor der Messung der Temperatur lag jeder Raspberry Pi für 10min im Kühlschrank, um gleiche Ausgangsbedingungen herzustellen.

PoE und PoE+

Power over Ethernet wurde vor etwa 20 Jahren in der Spezifikation IEEE 802.3af definiert und erlaubte eine Leistungsaufnahme von 12,95W pro Endgerät. 2009 folgte im Standard 802.3at PoE+, der bis zu 25,5W Leistung erlaubt.

Beiden Varianten ist gemeinsam, dass sie mit herkömmlichen CAT5 Kabeln arbeiten können, da sie nur zwei Adernpaare benötigen. Seit 2018 gibt es mit IEEE 802.3bt einen Standard, der 4 Adernpaare benutzt, bei dem das Endgerät bis zu 71W aufnehmen darf. Da es für den Raspberry Pi bislang keine dazu passenden HATs gibt, betrachte ich letzteres nicht.

PoE HAT

offizielles PoE HAT (E)

Das HAT der Raspberry Pi Foundation wird auf GPIO Leiste und PoE Header gesteckt und deckt dann die gesamte Oberseite des Raspberry Pi 4 ab. Da sich darunter zwangsläufig die Abwärme von SoC und RAM staut, ist ein temperaturgesteuerter Lüfter eingebaut.

Beim offiziellen PoE HAT der Raspberry Foundation messe ich eine Lautstärke von 52,8dbA bei Vollast.

Waveshare PoE HAT (D)

Auch das HAT von Waveshare bedeckt die gesamte Oberseite des Raspis, belegt allerdings nur die vier GPIO Pins zur Stromversorgung, der Rest der Leiste bleibt frei. Der Lüfter ist etwas größer als des Raspberry Pi HAT und läuft immer.

Nach Angaben von Waveshare passt der Raspberry Pi 4B mit dem HAT in das offizielle Gehäuse der Raspberry Pi Foundation. Allerdings dürfte die Kühlluftzufuhr dann eher mangelhaft sein, wenn der Deckel geschlossen ist.

Das PoE HAT von Waveshare habe ich im Dauerbetrieb mit 46,1dbA gemessen. Beim Anfahren des Raspis kommt es sogar auf 59,8dbA. Wenn der Pi im gleichen Raum arbeitet, merke ich das Geräusch des Waveshare HAT sehr deutlich, da es immer wieder pulsiert und lauter wird.

Waveshare PoE HAT (E)

Ebenfalls von Waveshare kommt eine Lösung ohne Lüfter. Das HAT führt die belegten GPIO und PoE Pins durch die eigene Platine durch und liegt dadurch sehr eng auf dem Raspberry Pi auf. Der SoC bleibt frei, der RAM-Chip wird verdeckt. Über einen Steg wird ein Anschluss für einen Lüfter (3,3V und 5V) angeboten. Über diesen Steg können auch die verdeckten SDA und SCL Pins von I²C abgegriffen werden. Dieses HAT lässt nur den SoC frei und verdeckt den RAM-Chip, der dadurch nicht mit einem Kühlkörper ausgerüstet werden kann.

Waveshare PoE HAT(E) (oben) und DSLRKIT (unten)
Waveshare PoE HAT(E) (oben) und DSLRKIT (unten)

DSLRKIT PoE HAT

Auch das HAT von DSLRKIT wird auf GPIO und PoE Header gesteckt und hat eine L-Form, der Rest der Raspi Platine bleibt frei. Alle Pins der GPIO Leiste werden nach oben herausgeführt.

Mit dem ersten HAT, habe es nicht geschafft, mit diesem HAT Strom an den Raspi zu bekommen. Erst ein zweiter funktionierte dann. Allerdings dauert es relativ lange, bis die Kondensatoren und der Trafo auf dem HAT genügend Strom liefern und der Pi startet (bis zu 20 Sekunden). Gerade nachdem der Raspi aus dem Kühlschrank kam, dauerte der Start sehr lange. Ich mutmaße, dass die Elektronik des DSLRKIT zunächst eine gewisse Betriebstemperatur erreichen muss.

Von den Spulen geht ein ganz leises hochfrequentes Fiepen aus, das man nur hört, wenn man nah am Gerät steht, es liegt unterhalb der Messgrenze meines Schallmessgeräts.

POE Splitter

Ein PoE Splitter hat i.d.R. eine RJ45 Buchse zur Verbindung mit dem Switch und ein Stecker für Netzdaten und einen USB-C Stecker für die Stromversorgung deines Raspis. Er spaltet Daten- und Stromversorgung in zwei separate Stränge auf. Der größte Vorteil eines Splitters ist, dass er die Platine des Raspis nicht verdeckt. Er dürfte mit jedem gängigen Gehäuse kompatibel sein. Dafür hast natürlich den relativ klobigen Splitter neben dem Pi liegen und die beiden Kabel schränken die Bewegungsfreiheit des Geräts noch weiter ein. So ein Splitter eignet sich gut zur Versorgung eines Raspberry Pi Zero oder Zero 2, da dieser keine Ethernet-Buchse besitzt.

PoE Injector

Ein PoE Injector wird an die 220V Steckdose angeschlossen und gibt transformierten Strom über einen RJ45 Stecker aus. Du benötigst dann auch ein HAT, um den Strom weiterzuleiten. Für jeden Raspi benötigst du einen eigenen Injector und eine freie Steckdose, was einige Vorteile von PoE zunichte macht.Einige Geräte bieten auch die Möglichkeit, die Ethernetdaten einzuspeisen. Diese arbeiten quasi umgekehrt zu einem Splitter. Ich habe leider keinen zur Verfügung, um den hier zu testen.

Fazit

offiz. Raspberry Pi HAT (E)Waveshare HAT (D)DSLRKIT PoE HAToffiz. PoE+ HATWaveshare PoE HAT (E)PoE Splitter
TypIEEE802.3af PoEIEEE802.3af PoEIEEE802.3af PoEIEEE802.3.at/PoE+IEEE802.3af PoEIEEE802.3af PoE
Kühlungaktivaktivpassivaktivpassivpassiv
Temperatur Start/Ende in °C37,05 / 47,732,6 / 40,932,6 / 41,341,3 / 46,231,1 / 38,926,2 / 35,5
Geräusch (dbA)52,846,133,1
BesonderheitenKontroll LEDKontroll LEDAnschluss für Lüfter und SCL und SDA

Power over Ethernet ist eine praktische Lösung, um Geräte dort mit Strom zu versorgen, wo keine Steckdose für ein Netzteil frei ist. Du solltest aber immer darauf achten, dass die gelieferte Leistung sehr eingeschränkt ist. Welche Lösung du zur Stromversorgung einsetzt hängt sehr stark vom Einsatzzweck deines Raspberry Pi ab.

Alle getesteten HATs haben den Testparcours gut bewältigt, es gab bei keiner Lösung Probleme mit der Stromversorgung.

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