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Multiport PoE-Injektors mit ferngesteuerter Reset Funktion

In Zusammenarbeit mit der Stadt Gera, Freifunk Gera und der dualen Hochschule Gera wurde im Rahmen einer Studienarbeit ein Prototyp PoE-Injektor entworfen, welcher für die von der Firma Ubiquity gefertigten W-Lan Hotspot verwendet werden kann.

Ziele dieser Arbeit waren:

  • vollständiger Funktionsumfang der SinglePort-Injektoren von Ubiquiti nachbilden
  • Skallierbarkeit des Systems auf 24 Ports in einer Höheneinheit
  • Fernsteuermöglichkeit der Resetfunktion ( wie bei Ubiquity verwendet) der einzelner Ports
  • Spannungsversorgung des Systems mittels eines Zentralen Netzteil


Technische Hintergründe

LAN-Übertrager[1]

Bei den nachzubildenen Injektor handelt es sich um einen Injektor für den Hotspot Nanostation loco M². Bei diesen und ähnlichen Geräten setzt der Hersteller auf ein passives PoE-System, d.h. die Betriebsspannung liegt bei 24V DC und es wird kein Handshake zwischen Injektor und Verbraucher durchgeführt. Mittels einer Phantomeinspeisung werden die jeweiligen Aderpaare als Energieleiter verwendet und die Betriebsspannung als DC-Offset in das Signal eingekoppelt. Das Resetsignal weist ebenfalls einen Pegel von 24V DC auf. Geräte der Firma Ubiquiti weisen aber unterschiedliche Belegungen der Twisted-Pair Leitung auf.


Nanostation loco M²(100MBit) 1Gbit Injektor Ubiquiti
24V DC J4,J5 J4,J5
GND J7,J8,J3,J6 J7,J8,J1,J2
Reset J1,J2 J3,J6


Beide Varianten sind in ihrem Resetverhalten nicht untereinander kompatible und könnten bei einem Reset ggf. beschädigt werden. Alle nachfolgenden Konfigurationen wurden mit dem Ziel eines GBit-Injektors ausgelegt.



Entwurf des Prototypen

Injektor 1.2
Injektor 2.0

Da alle PoE fähigen LAN-Übertager über einen anderen Footprint als die Standard RJ45 Buchsen besitzen, wurde ab diesem Zeitpunkt parallel an dem PCB für das Testsystem und den endgültigen Prototypen gearbeitet. Für das Testsystem wurde ein 8 Port PCB(Injektor 1.2) vorgesehen, für den Prototypen ein 24 Port PCB (Injektor 2.0). Um Bauteile gleichzuhalten und im Hinblick auf die Stromführbarkeit der Traces auf dem PCB wurde der 24 Port PCB mit 2 parallelen Netzteilen konzipiert, 12 Ports je Netzteil.

Für die Steuerung des Resets wurde ein Raspberry Pi mit passenden Relais ausgewählt, die Stromversorgung derer wird über einen Stepdown-Konverter von 24V DC auf 5V DC realisiert.

R1/R2(2kOhm) dienen zur Strombegrenzung des Resets, falls ein nicht kompatibles Ubiquitigerät angeschlossen wird.




Ergebnis

Das Resetverhalten und somit der Zugriff auf die Konfigurationsschnittstelle des Hotspots mittels SSH-Zugriff oder über Webinterface[2] konnte erreicht werden, wobei zu beachten ist, dass verwendete Relais ein low-aktives Schaltverhalten aufweisen.

Die Breite der Übertrager verhinderte einen theoretischen Vollausbau auf 24 Ports, so kann der 24 Port PCB im Moment nur mit 12 Ports betrieben werden, ggf. kann hier durch Anpassung auf ein Netzteil verzichtet werden (nur jeden zweiten Port bestücken, siehe Silkscreen Injektor 2.0).

Aus Platzgründen konnten nur Tischnetzteile in Betracht gezogen werden.

Die PCB-Designs weisen einen Netfehler zwischen GND und 24VDC auf, zur weiteren Bearbeitung bitte beachten. Die ausgegebenen Plots sind hiervon nicht betroffen.

Alle angefertigten PCB-Designs unterliegen GNU GPL v3.

Einzelnachweise

  1. https://katalog.we-online.de/pbs/datasheet/7499511611A.pdf
  2. https://towardsdatascience.com/python-webserver-with-flask-and-raspberry-pi-398423cc6f5d