以太網(wǎng)供電(POE)的關(guān)鍵技術(shù)解析

1、以太網(wǎng)供電 (poe) 概述poe (power over ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作做何改動(dòng)的情況下，在為一些基于ip的終端（如ip電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)ap、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。poe技術(shù)能在確?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時(shí)保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，最大限度地降低成本。poe也被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(pol, power over lan )或有源以太網(wǎng)( active ethernet)，有時(shí)也被簡稱為以太網(wǎng)供電，這是利用現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)傳輸電纜的同時(shí)傳送數(shù)據(jù)和電功率的最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系

2、統(tǒng)和用戶的兼容性。ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)poe的新標(biāo)準(zhǔn)，它在ieee 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，也是第一個(gè)關(guān)于電源分配的國際標(biāo)準(zhǔn)。ieee在1999年開始制定該標(biāo)準(zhǔn)，最早參與的廠商有3com, intel, powerdsine, nortel, mitel和national semiconductor。但是，該標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)一直制約著市場的擴(kuò)大。直到2003年6月，ieee批準(zhǔn)了802. 3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測和控制事項(xiàng)，并對(duì)路由器、交換機(jī)和集線器通過以太網(wǎng)電纜向ip電話、安全系統(tǒng)以及無線lan接入

3、點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。ieee 802.3af的發(fā)展包含了許多公司專家的努力，這也使得該標(biāo)準(zhǔn)可以在各方面得到檢驗(yàn)。 一個(gè)典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)如圖1所示。在配線柜里保留以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，用一個(gè)帶電源供電集線器(midspan hub)給局域網(wǎng)的雙絞線提供電源。在雙絞線的末端，該電源用來驅(qū)動(dòng)電話、無線接入點(diǎn)、相機(jī)和其他設(shè)備。為避免斷電，可以選用一個(gè)ups。圖1 一個(gè)典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)poe的關(guān)鍵技術(shù)1. poe的系統(tǒng)構(gòu)成及供電特性參數(shù)一個(gè)完整的poe系統(tǒng)包括供電端設(shè)備(pse, power sourcing equipment)和受電端設(shè)備(pd, power device)兩部分。ps

4、e設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶端設(shè)備供電的設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)poe以太網(wǎng)供電過程的管理者。而pd設(shè)備是接受供電的pse負(fù)載，即poe系統(tǒng)的客戶端設(shè)備，如ip電話、網(wǎng)絡(luò)安全攝像機(jī)、ap及掌上電腦( pda)或移動(dòng)電話充電器等許多其他以太網(wǎng)設(shè)備（實(shí)際上，任何功率不超過13w的設(shè)備都可以從rj45插座獲取相應(yīng)的電力）。兩者基于ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備pd的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)pse通過以太網(wǎng)向pd供電。poe標(biāo)準(zhǔn)供電系統(tǒng)的主要供電特性參數(shù)為：1. 電壓在4457v之間，典型值為48v。 2. 允許最大電流為550ma，最大啟動(dòng)電流為500ma。 3.

5、 典型工作電流為10350ma，超載檢測電流為350500ma。 4. 在空載條件下，最大需要電流為5ma。 5. 為pd設(shè)備提供3.8412.95w五個(gè)等級(jí)的電功率請求，最大不超過13w。2. poe供電的工作過程當(dāng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布置 pse供電端設(shè)備時(shí)，poe以太網(wǎng)供電工作過程如下所示。1. 檢測：一開始，pse設(shè)備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為一個(gè)支持ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。2. pd端設(shè)備分類：當(dāng)檢測到受電端設(shè)備pd之后，pse設(shè)備可能會(huì)為pd設(shè)備進(jìn)行分類，并且評(píng)估此pd設(shè)備所需的功率損耗。3. 開始供電：在一個(gè)可配置時(shí)間(一般小于15s)的啟動(dòng)期內(nèi)

6、，pse設(shè)備開始從低電壓向pd設(shè)備供電，直至提供48v的直流電源。4. 供電：為pd設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48v的直流電，滿足pd設(shè)備不越過 15.4w的功率消耗。5. 斷電：若pd設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時(shí)，pse就會(huì)快速地(一般在300400ms之內(nèi))停止為pd設(shè)備供電，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接pd設(shè)備。在把任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到pse時(shí)，pse必須先檢測設(shè)備是不是pd，以保證不給不符合poe標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備提供電流，因?yàn)檫@可能會(huì)造成損壞。這種檢查是通過給電纜提供一個(gè)電流受限的小電壓來檢查遠(yuǎn)端是否具有符合要求的特性電阻來實(shí)現(xiàn)的。只有檢測到該電阻時(shí)才會(huì)提供全部的48v電壓，但是電流仍然受限，以免

7、終端設(shè)備處在錯(cuò)誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個(gè)擴(kuò)展，pd還可以對(duì)要求pse的供電方式進(jìn)行分類，有助于使pse以高效的方式提供電源。一旦pse開始提供電源，它會(huì)連續(xù)監(jiān)測pd電流輸入，當(dāng)pd電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設(shè)備時(shí)或遇到pd設(shè)備功率消耗過載、短路、超過pse的供電負(fù)荷等，pse會(huì)斷開電源并再次啟動(dòng)檢測過程。電源提供設(shè)備也可以被提供一種系統(tǒng)管理的能力，例如應(yīng)用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(snmp)。這個(gè)功能可以提供諸如夜晚關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)端重啟之類的功能。研究poe的供電方式可以看出，在供電的過程中有兩個(gè)關(guān)鍵的問題需要考慮，一個(gè)是對(duì)于pd設(shè)備的識(shí)別，另一個(gè)是系統(tǒng)中ups的容量。3. poe通過電纜供電的原

8、理標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對(duì)雙絞線，但是在l0m base-t和100m base-t中只用到其中的兩對(duì)。ieee80 2.3af允許兩種用法如圖2和圖3所示。圖2 通過空閑腳供電圖3 通過數(shù)據(jù)腳供電應(yīng)用空閑腳供電時(shí)，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時(shí)，將dc電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn)，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對(duì)1、2和線對(duì)3、6可以為任意極性。標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)應(yīng)用以上兩種情況。電源提供設(shè)備pse只能提供一種用法，但是電源應(yīng)用設(shè)備pd必須能夠同時(shí)適應(yīng)兩種情況。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供電電源通常是48v、13w的。pd設(shè)備提供48v到低電壓的轉(zhuǎn)換是較容易的，但同時(shí)應(yīng)有1500v的絕緣安全

9、電壓。poe標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)范了傳送電功率應(yīng)使用的非屏蔽雙絞線對(duì)電纜，即3、5、5e或6類電纜。明確了與其一起工作的現(xiàn)存電纜設(shè)施不需要任何改動(dòng)，這其中包括3、5、5e或6類電纜、各種短接線與接線板、電源插座引線和連接的硬件等。poe標(biāo)準(zhǔn)與ieee 802.3標(biāo)準(zhǔn)系列兼容。4. poe的兩種供電方法poe標(biāo)準(zhǔn)為使用以太網(wǎng)的傳輸電纜輸送直流電到poe兼容的設(shè)備定義了兩種方法：一種稱作“中間跨接法”( mid -span )，使用以太網(wǎng)電纜中沒有被使用的空閑線對(duì)來傳輸直流電，相應(yīng)的endpoint pse支持poe功能的以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、集線器或其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。另一種方法是“末端跨接法”(end-sp

10、an)，是在傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時(shí)傳輸直流電，其輸電采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)不同的頻率。midspan pse是一個(gè)專門的電源管理設(shè)備，通常和交換機(jī)放在一起。它對(duì)應(yīng)每個(gè)端口有兩個(gè)rj45插孔，一個(gè)用短線連接至交換機(jī)，另一個(gè)連接遠(yuǎn)端設(shè)備?？梢灶A(yù)見，end-span會(huì)迅速得到推廣，這是由于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與輸電采用公用線對(duì)，因而省去了需要設(shè)置獨(dú)立輸電的專用線，這對(duì)于僅有8芯的電纜和相配套的標(biāo)準(zhǔn)rj-45插座意義特別重大。圖4是poe供電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，由供電設(shè)備pse 、受電設(shè)備pd和相關(guān)的配套設(shè)備及以太網(wǎng)傳輸電纜組成。圖4 符合ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)實(shí)例當(dāng)pd設(shè)備與poe標(biāo)準(zhǔn)兼容時(shí)

11、就可直接通過rj-45插座從以太網(wǎng)電纜供電，對(duì)于與poe不兼容的設(shè)備可以采用直流變換器或抽頭分壓裝置的方法，將其電壓變換成poe兼容的電壓。這些裝置有時(shí)也被稱為有源以太網(wǎng)分裂器(sputters)，它可以將太網(wǎng)電纜的直流電壓取出來并通過常規(guī)的直流插座供pd設(shè)備使用。poe技術(shù)的優(yōu)勢以及拓展的應(yīng)用使用以太網(wǎng)線供電的優(yōu)勢是明顯的：1. poe只需要安裝和支持一條電纜，簡單而且節(jié)省空間，并且設(shè)備可隨意移動(dòng)。2. 節(jié)約成本。許多帶電設(shè)備，例如視頻監(jiān)視攝像機(jī)等，都需要安裝在難以部署ac電源的地方，poe使其不再需要昂貴電源和安裝電源所耗費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省了費(fèi)用和時(shí)間。3. 像數(shù)據(jù)傳輸一樣，poe可以通過使用

12、簡單網(wǎng)管協(xié)議(snmp)來監(jiān)督和控制該設(shè)備。4. poe供電端設(shè)備只會(huì)為需要供電的設(shè)備供電，只有連接了需要供電的設(shè)備，以太網(wǎng)電纜才會(huì)有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風(fēng)險(xiǎn)。5. 一個(gè)單一的ups就可以提供相關(guān)所有設(shè)備在斷電時(shí)的供電。6. 用戶可以自動(dòng)、安全地在網(wǎng)絡(luò)上混用原有設(shè)備和poe設(shè)備，這些設(shè)備能夠與現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜共存。7. 使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備便于管理。因?yàn)楫?dāng)遠(yuǎn)端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連后，才能夠遠(yuǎn)程控制、重配或重設(shè)。8. 在無線局域網(wǎng)中，poe可以簡化射頻測試任務(wù)，接入點(diǎn)能夠被輕松地移動(dòng)和接入。隨著ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的確立，其他大量的應(yīng)用也將快速涌現(xiàn)出來，包括藍(lán)牙接入點(diǎn)、燈光工作、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、ip電話機(jī)、web攝像機(jī)、無線網(wǎng)橋、建筑的保安系統(tǒng)如門禁讀卡機(jī)與監(jiān)測系統(tǒng)等。用戶在當(dāng)前的以太網(wǎng)設(shè)備上融合新的供電裝置，就可以在現(xiàn)有的網(wǎng)線上提供48v直流電源，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總成本，并且保護(hù)了投資。已經(jīng)有制造商在市場上投放產(chǎn)品，例如帶電源的midspan hub。結(jié)束語以