利用PoE技術為5G網絡中的新一代IoT和其他設備供電

新一代5G技術能夠提供具有更高速度的先進移動互聯(lián)網連接，可助力實現(xiàn)各種IoT和大數(shù)據應用，從而創(chuàng)造新的商機。這些應用以空前的速度推動了將更多類型的受電設備（PD）連接到以太網網絡的需求，這些設備包括IP監(jiān)控攝像頭、802.11ac和802.11ax接入點、LED燈具、5G小型基站以及其他IoT電器。以太網供電（PoE）技術給在5G部署中為這些設備供電帶來了諸多優(yōu)勢，通過將供電設備（PSE）和受電設備（PD）的功率限值分別設定為90W和71.3W，最新的IEEE? 802.3bt標準讓這種可能性成為現(xiàn)實。

面臨的挑戰(zhàn)是如何部署支持這項最新一代PoE技術的PD，以便它們能夠與現(xiàn)有IEEE 802.3bt標準之前的2對和4對PD協(xié)同工作，也就是支持早期符合之前標準的通用PoE（UPOE）和HDBaseT供電（POH）規(guī)范的PD。如今，行業(yè)已經彌合了這種互操作性差距，可確保符合之前標準和全新IEEE 802.3bt-2018標準的PD能夠共用相同的以太網基礎設施，而無需更換現(xiàn)有的交換機或布線。

通向IEEE 802.3bt之路

自2003年批準第一個PoE標準以來，PoE的應用范圍大幅增長，并且在新應用方面不斷取得進展。在簡化安裝、節(jié)省CAPEX和OPEX成本以及為全球使用提供統(tǒng)一且安全的電源標準方面，PoE擁有巨大優(yōu)勢。

在新應用中影響PoE使用的主要限制因素是可用功率的大小。盡管15.4W的電源足以滿足大多數(shù)IP電話和802.11a/b/g接入點的需求，但卻不足以為IP視頻電話、802.11n和云臺變焦控制（PTZ）IP攝像機供電。因此，電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）在2009年發(fā)布了IEEE 802.3at標準，規(guī)定了功率為30W的PoE電源。

如今，需要更高的功率來為連接到以太網的其他設備（例如PTZ監(jiān)控攝像頭、自助服務終端、POS終端、瘦客戶端、802.11ac和802.11ax接入點、小型基站以及聯(lián)網LED照明）提供支持，而這類設備均可從PoE中受益。為了滿足這一需求，新的IEEE 802.3bt標準主要通過利用全部四對結構化布線來提高PoE的最大可用功率。IEEE 802.3bt擴展了在初始協(xié)商期間交換的電源分類信息，可實現(xiàn)高效的電源管理功能，支持多個PoE等級，同時還可向后兼容。這些增強功能解決了更高功率和更高效PoE供電系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。

IEEE 802.3bt標準意向征集（CFI）活動于2013年初開始，并于2018年9月獲得正式批準。由于新標準通過將PSE和PD的功率限值分別設定為90W和71.3W來拓展PoE的使用場景，因此它不但能夠滿足現(xiàn)有市場需求，還被普遍認為是PoE市場增長的主要推動因素。

不過，在IEEE 802.3bt實施之前，也有一些同步開展的工作在努力提高PD的供電性能。從IEEE 802.3af-2003 PoE標準開始，能夠通過兩對5e類（Cat5e）線纜為每個設備提供最高達15.4W的輸出功率。IEEE 802.3at-2009標準（也稱為PoE+）引入了支持30W輸出功率和25.5W負載功率的“Type 2”PSE/PD。后者主要是對第一個標準的擴展。隨后，HDBaseT聯(lián)盟對HDBaseT協(xié)議進行了標準化，允許通過Cat5e或更高標準的線纜將HDMI鏈路擴展到最長100m。2011年，HDBaseT聯(lián)盟創(chuàng)建了HDBaseT供電（PoH）標準，這項標準將四對線纜的最大供電功率擴展到95W。

下表匯總了IEEE 802.3bt之前的標準：

注1：如果通道長度已知，則擴展功率容量能夠實現(xiàn)最高95W的PD輸入功率。

IEEE 802.3bt添加了許多功能。除了引入Type 3和Type 4 PSE/PD以及通過四對線纜工作之外，這項標準還支持單簽名和雙簽名PD結構，并將等級5到等級8添加到了改進的雙向認證過程中。只要通道長度已知，就會添加自動分級功能，功率容量也會得到擴展。最后，這項標準還包含低功耗待機功能，并且支持采用PoE的10G-BASE-T。下表給出了在IEEE 802.3bt標準批準后提供的PoE功能。

注1：如果通道長度已知，則擴展功率容量能夠實現(xiàn)最高60W（Type 3）和90W（Type 4）的PD輸入功率。

IEEE 802.3bt標準的目標之一是符合ISO/IEC 60950中定義的有限電源和安全特低電壓（SELV）要求。但是，這種合規(guī)性意味著每個端口的功率都不能超過100W。盡管存在這一功率上限，但每個端口100W的功率仍足以滿足先前在原有IEEE標準下不支持的應用的需求，這樣便能擴展PoE端口部署的潛在數(shù)量。

確保互操作性

只有PSE能夠（在功率方面）支持PD并且兩者均符合標準，IEEE 802.3bt規(guī)范便可確保IEEE 802.3bt系統(tǒng)能夠自動與傳統(tǒng)Type 1和Type 2設備配合工作。如果PD需要更高的功率（IEEE 802.3bt PD）而PSE無法支持該PD（IEEE 802.3af/at PSE），那么PD將保持關閉狀態(tài)，或者進入開啟狀態(tài)而只消耗來自PSE的可用功率。

最早提供這種互操作性的解決方案示例之一是Microchip的PSE芯片組，它實現(xiàn)了符合之前標準的交換機與符合新IEEE 802.3bt-2018標準的產品之間的互操作。該芯片組基于Microchip的早期PSE芯片組，用于實現(xiàn)已廣泛采用的PoH四對供電標準（適用于95W PD）。另外，它也是符合IEEE 802.3bt-2018標準的PoE供電器和中跨產品的核心，可為用戶彌合互操作性差距。

通過在PD與現(xiàn)有交換機之間安裝符合IEEE 802.3bt-2018標準的PoE注入器和中跨，用戶能夠為符合之前標準的PD與符合IEEE 802.3bt-2018標準的PD的任意組合供電。通過使用單端口和多端口選項，符合新IEEE 802.3bt標準的交換機也能夠為滿足之前標準的PD供電。

對于系統(tǒng)開發(fā)人員而言，IEEE 802.3af/at/bt PoE芯片組提供了可擴展性，能夠將支持符合之前標準和符合IEEE 802.3bt-2018標準的PoE所需的兩對和四對系統(tǒng)集成到單板設計中。這些芯片組必須能夠均衡整個系統(tǒng)的散熱，并且應包含構建PSE設備所需的所有管理器和控制器功能，這些設備可為每個端口提供90W至99.9W的功率，同時為IEEE 802.3bt Type 3（1-6級）和Type 4（7-8級）應用提供最多48個端口的支持。需要額外考慮的是，基于這些芯片組的系統(tǒng)應具有無需更改硬件即可通過軟件更新將早期標準升級到IEEE 802.3bt的能力。

開發(fā)人員的最后一個擔憂是能否保護PD免受反極性連接的影響，并減少提供IEEE 802.3bt Type 4 8級電源所需的電源空間和成本。借助在PoE連接的供電側所使用的全橋整流器，最新的IEEE 802.3bt解決方案也解決了這一問題。

新的IEEE 802.3bt標準能夠通過四對Cat5e線纜及更高標準的線纜提供90W的功率。這一PoE等級預計是已定義的最高級別，因為更高的級別對于當今基礎設施中部署的現(xiàn)有線纜和連接器可能并不安全。此標準將取代目前提供60W/75W/95W的所有現(xiàn)有符合之前標準的解決方案，例如UPOE或4PPoE。PoE系統(tǒng)和設備供應商提供了實現(xiàn)這些新標準的路線圖，同時也為早期符合之前標準的實現(xiàn)方案（包括支持UPOE和POH規(guī)范的實現(xiàn)方案）提供支持。符合之前標準的PD和符合新IEEE 802.3bt-2018標準的PD在合理實現(xiàn)后可以共用相同的以太網基礎設施，而無需更換現(xiàn)有的交換機或線纜。