以太網(wǎng)供電（POE）的關(guān)鍵技術(shù)解析

標(biāo)簽：POE IEEE

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)不作做何改動的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網(wǎng)接入點AP、網(wǎng) 絡(luò)攝像機等)傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，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)化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運作，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)的擴展，也是第一個關(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)的缺點一直制約著市場的擴大。直到2003年6月，IEEE批準(zhǔn)了802. 3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠程系統(tǒng)中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機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接入點等設(shè)備供 電的方式進行了規(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。

一個典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)如圖1所示。在配線柜里保留以太網(wǎng)交換機設(shè)備，用一個帶電源供電集線器(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)動電話、無線接入點、相機和其他設(shè)備。為避免斷電，可以選用一個UPS。

圖1 一個典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)

POE的關(guān)鍵技術(shù)

POE的系統(tǒng)構(gòu)成及供電特性參數(shù)

一個完整的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。PSE設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶端設(shè)備供電的設(shè)備，同時也是整個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、AP及掌上電腦( PDA)或移動電話充電器等許多其他以太網(wǎng)設(shè)備(實際上，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：

◆電壓在44～57V之間，典型值為48V。

◆允許最大電流為550mA，最大啟動電流為500mA。

◆典型工作電流為10～350mA，超載檢測電流為350～500mA。

◆在空載條件下，最大需要電流為5mA。

◆為PD設(shè)備提供3.84～12.95W五個等級的電功率請求，最大不超過13W。

POE供電的工作過程

當(dāng)在一個網(wǎng)絡(luò)中布置 PSE供電端設(shè)備時，POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示。

◆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支持IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。

◆PD端設(shè)備分類：當(dāng)檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進行分類，并且評估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

◆開始供電：在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內(nèi)，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。

◆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。

◆斷電：若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時，PSE就會快速地(一般在300～400ms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，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，因為這可能會造成損壞。這種檢查是通 過給電纜提供一個電流受限的小電壓來檢查遠端是否具有符合要求的特性電阻來實現(xiàn)的。只有檢測到該電阻時才會提供全部的48V電壓，但是電流仍然受限，以免 終端設(shè)備處在錯誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個擴展，PD還可以對要求PSE的供電方式進行分類，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 斷開電源并再次啟動檢測過程。

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)。這個功能可以提供諸如夜晚關(guān)機、遠端重啟之類的功能。

研究POE的供電方式可以看出，在供電的過程中有兩個關(guān)鍵的問題需要考慮，一個是對于PD設(shè)備的識別，另一個是系統(tǒng)中UPS的容量。

POE通過電纜供電的原理

標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。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，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，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。

標(biāo)準(zhǔn)不允許同時應(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，但同時應(yīng)有1500V的絕緣安全電壓。