PoE(Power over Ethernet)とは?規格と活用法を徹底解説

天井に設置されたIPカメラが、コンセントもないのにどうやって動いているのでしょうか。答えは1本のLANケーブルにあります。

PoE(Power over Ethernet)とは

PoEは、データを伝送するのと同じLANケーブルを使って電力も供給する技術で、別途の電源アダプターなしに機器を動かすことができます。天井や壁の高い位置に設置されることが多く、近くにコンセントがないIPカメラや無線アクセスポイント、VoIP電話機などを、ケーブル1本で通信と電源供給の両方を賄えるようにする技術です。

PSEとPD、2つの役割

電力を供給する側の機器をPSE(給電装置)と呼び、PoE対応スイッチや単体のPoEインジェクター(注入機)がこれにあたります。その電力を受け取って実際に動作するIPカメラやアクセスポイントなどの機器をPD(受電装置)と呼びます。本格的な電力を供給する前に、PSEとPDは低電圧の信号でやり取りを行い、接続機器が実際にPoEに対応しているかを確認する交渉プロセスを経ます。

802.3af(PoE)ー最初の規格

2003年に制定された最初のPoE規格で、給電装置側の出力で約15.4Wまで供給し、ケーブルでの電力損失を見込んでも受電機器側で約12.9Wを保証します。VoIP電話機や消費電力の少ない無線アクセスポイント、入退室管理用のカードリーダーなどに主に使われます。

802.3at(PoE+)ー電力の強化

2009年に制定された規格で、PoE+とも呼ばれます。802.3afに比べて供給可能な電力がおよそ2倍の約30Wまで増え、パン・チルト・ズーム(PTZ)機能付きの監視カメラや、複数アンテナを使うWi-Fi 6アクセスポイントのような消費電力の大きい機器も、ケーブル1本で駆動できるようになりました。

802.3bt(PoE++/4PPoE)ー Type 3・Type 4

2018年に制定された最新の規格で、それまで2対だけを使っていた電力供給を、ケーブル内の4対すべてを使う方式に変更し、給電装置側でType 3は最大約60W、Type 4は最大約90Wまで供給できます。Type 3はノートPCのドッキングステーションや小型ディスプレイ程度、Type 4はファン付きの大型PTZカメラや一部のシンクライアントPCまで、ケーブル1本で駆動できる水準です。

互換性とケーブル規格の注意点

PoE規格は上位互換になるよう設計されているため、802.3bt対応スイッチに802.3afのみに対応した古いIPカメラを接続しても問題なく動作します。ただし逆に、高電力を必要とするType 4対応機器を古い802.3afスイッチに接続すると、電力不足で正常に動作しないことがあります。また供給電力が大きくなるほどケーブル内の抵抗による発熱も増えるため、高電力PoEを使う場合はCat5e以上、できればCat6のケーブルを推奨し、ケーブル長も規格上限の約100m以内に収めるのが安全です。

供給側と受電側の電力の違い

PoEの規格に書かれているワット数は、スイッチなど給電側(PSE)の出力と、機器側(PD)が実際に使える電力の2種類があります。ケーブルの抵抗で一部が失われるため、受電側は必ず少なくなります。代表的な値は、802.3afが給電側15.4Wに対し受電側12.95W、802.3atが30Wに対し25.5W、802.3btのType 3が60Wに対し51W、Type 4が90Wに対し約71W(資料によっては73Wと記載されます)です。機器を選ぶときは、給電側の数字ではなく受電側の数字に収まるかどうかで判断します。

Type(タイプ)とClass(クラス)の考え方

IEEE 802.3btでは、802.3afをType 1、802.3atをType 2、802.3btの60WをType 3、90WをType 4と呼びます。さらに、機器が必要とする電力の大きさに応じてClass 0から8までの区分があり、給電側と受電側が接続時にやり取りして、どのクラスで電力を渡すかを決めます。クラスを使うことで、スイッチは各ポートに必要な分だけを確保でき、無駄な電力を割り当てずに済みます。商品の仕様表にType 2やClass 4といった記載があれば、この区分のことです。

2ペア給電と4ペア給電

LANケーブルの中には4組(8本)の導線があり、802.3afと802.3atは2組だけで電力を送ります。802.3btでは4組すべてを使うことで、1本あたりに流れる電流を分散し、より大きな電力を安全に送れるようにしました。4ペア給電に対応した受電機器でも、接続先が2ペア給電のスイッチであれば、その上限の電力で動く、または動かないことがあります。仕様表の「4-pair」という表記は、この点を確認する目印です。

電力バジェット(総電力量)に注意

PoEスイッチには、ポートごとの最大電力とは別に、スイッチ全体で供給できる合計電力(電力バジェット)が決まっています。たとえば24ポートのスイッチでも、全ポートが最大電力を同時に出せるとは限りません。接続予定の機器の受電側電力を合計し、スイッチの総電力に余裕を残して選ぶのが基本です。バジェットを超えると、一部のポートで給電が止まったり、優先度の低いポートから自動的に停止したりすることがあります。

ケーブル長と電圧降下

イーサネットの規格上の最大ケーブル長は100mで、PoEでもこの範囲内が前提です。ケーブルが長いほど導線の抵抗による電圧降下と発熱が大きくなり、特に細い導線や銅メッキアルミ(CCA)のような安価なケーブルでは、規格どおりの電力が届かないことがあります。長距離で使う場合は純銅のCat5e以上のケーブルを使い、100mを超える場合はPoEエクステンダーなど、規格に対応した延長機器を検討します。

PoEインジェクターとPoEエクステンダー

PoE非対応のスイッチをそのまま使いたい場合は、途中にPoEインジェクターを入れて電力を足す方法があります。インジェクターは1台につき1機器分の給電が基本で、設置場所にコンセントが必要です。一方、PoEエクステンダーは、既存のPoEケーブルの途中で信号と電力を中継して、100mの制約を超えて機器を設置するための機器です。いずれも、使う機器の規格(af、at、bt)に合ったものを選んでください。

パッシブPoEと規格準拠PoEは別物

IEEE規格に準拠したPoEは、接続時に相手がPoE機器かどうかを確認してから給電するため、非対応の機器をつないでも壊れにくい仕組みになっています。これに対して、一部の製品が採用するパッシブPoEは、確認をせずに常時電圧をかけ続け、24Vや48Vなどメーカー固有の電圧を使います。パッシブPoEの機器を規格準拠のスイッチにつないでも動かないだけで済むことが多いのですが、電圧の合わない機器同士をつなぐと故障の原因になります。メーカーの説明書で、規格準拠かパッシブかを必ず確認してください。

PoE環境に適したケーブルの選び方

すべてのLANケーブルが高電力PoEに同じように対応できるわけではなく、細い、あるいは規格の低いケーブルほど抵抗が大きく、負荷時の発熱も増えます。高電力PoE機器を導入する前にケーブルのカテゴリ規格を確認しておくと、性能不足や発熱のトラブルを防げます。

本当に管理型PoEスイッチが必要か

ポートごとの給電量を監視したり、通信の優先度を設定したり、フリーズしたカメラを遠隔で再起動したりする必要があるなら、管理型PoEスイッチにはそれだけの価値があります。小規模でシンプルな構成であれば、非管理型PoEスイッチで十分なうえ、費用もかなり抑えられます。

機器選びの手順

PoE機器を導入するときは、まず接続する機器の受電側の最大消費電力を確認し、802.3af、at、btのどのTypeが必要かを決めます。次に、その機器の数を合計して、スイッチの電力バジェットに余裕があるかを計算します。最後にケーブルの長さと種類を確認します。たとえば、受電側で10W程度のIPカメラなら802.3afで足りますが、PTZカメラやWi-Fiアクセスポイントは仕様次第で802.3atが必要になることがあります。具体的な消費電力は機種によって異なるため、必ず製品の仕様書で確認してください。

PoEのメリットと限界

PoEの最大のメリットは、電源工事が不要で設置場所の自由度が高いことです。また、スイッチ側にUPS(無停電電源装置)をつなげば、停電時もカメラやアクセスポイントを動かし続けることができ、配線もすっきりします。一方で、スイッチが故障するとその先の機器もまとめて止まる、電力バジェットの管理が必要になる、PoE対応スイッチは非対応品より高価になるといった限界もあります。小規模な構成では、必要な台数分のインジェクターで足りることもあります。

よくある質問

PoE対応機器を一般的なスイッチに接続するとどうなりますか?

PoEに対応していない一般的なスイッチはケーブルに電力を送らないため、PoE機器はデータ通信はできても電源が入らず動作しません。この場合、ケーブルの途中に単体のPoEインジェクターを追加すれば、一般的なスイッチでもPoE機器を使えるようになります。

PoEを使うと非対応機器が故障することはありますか?

いいえ。PoE規格に準拠した機器は、電力を送る前に接続先の機器が実際にPoEに対応しているかを確認する交渉プロセスを経るため、非対応の一般的な機器を接続しても電力は供給されず安全です。

802.3afの機器を802.3btのスイッチにつなぐとどうなりますか?

問題なく動作します。PoEは上位互換になっており、スイッチ側は接続された機器が必要とする電力だけを給電します。スイッチの出力が大きくても、機器が使う以上の電力が無理に送られることはありません。

PoEにすると通信速度は遅くなりますか?

給電によって通信速度が遅くなることは通常ありません。PoEは、データ用の導線に電力を重ねる仕組みになっており、100Mbpsや1Gbpsの通信は電力供給と同時に行えます。通信が不安定な場合は、ケーブルの品質や長さ、コネクターの接触不良などを確認してください。

家庭でもPoEは使えますか?

はい。無線アクセスポイントやIPカメラ、ネットワーク対応の電話機などを設置する場面で、家庭でも使われることがあります。コンセントがない場所に機器を置きたいときに便利ですが、必ずしも必要というわけではありません。購入前に、機器の受電側の電力とスイッチの対応規格を確認してください。