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浅析POE供电技术

发表时间:2018-05-23 00:00作者:双耳SUER-POE

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很多工程商在采购网络设备或者是安防设备时,都不会忘记看一下配套电源。但大家也留意到了,我们的电话机却不用接电源就可以使用,这是因为电话线本身是带电的,足以支持话机的功率需要,甚至再接分机也无大碍。 既然电话机可以通过一条双绞就可以在完成语音传输的同时提供供电。那为什么不直接通过以太网中的双绞线来给网络设备供电呢?其实这个技术早已出现,这就是大家经常看到的PoE技术,英文全称是:Power over Ethernet。中文是以太网供电技术。IEEE标准认证编号为 802.3af。

浅谈网络综合布线系统中的PoE供电技术

  PoE系统简介

  PoE技术出发点很简单,就是让IP电话、WLAN接入点、网络摄像头等小型网络设备可以直接从以太网线获得电力,毋庸单独铺设电力线;以简化系统布线,降低网络基础设施的建设成本。它通过4对双绞线中空闲的2对来传输电力。

  在PoE系统中,有两个较为重要的术语,大家需要知道:PSE和PD。

  提供电力的叫做"供电设备"(PSE,Power Sourcing Equipment),而使用电源的称为"受电设备"(PD,Power Device)。PSE负责将电源注入以太网线,并实施功率的规划和管理。 PSE有两种类型:一种是"Endpoint PSE",另一种是"Midspan PSE"。Endpoint PSE就是支持PoE功能的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络交换设备。

技术分享:以太网供电POE技术简介
▲ Endpoint PSE

  Midspan PSE是一个专门的电源管理设备,通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机,另一个连接远端设备。

技术分享:以太网供电POE技术简介

▲ Midspan PSE

  PD则有多种形式,如IP电话、AP、PDA或移动电话充电器等。也就是说,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力。 3Com Air Connect无线接入点(PD)搭配Power Base T模块(Midspan PSE)使用是早期成功应用PoE的经典实例。采用这一方式,用户可以随意将AP吊装在墙顶,毋须顾及附近是不是有电源插座。

  为了规范和促进PoE应用的发展,IEEE 802.3工作组于1999年开始着手制订IEEE 802.3af标准,以作为以太网标准的延伸。2003年6月通过的最终标准对网络供电的电源、传输和接收都作了细致的规定。用户在设计PoE应用时,必须严格遵守这些规定,购买认证产品,才能够直接从以太网获得可靠电源。

POE技术的好处:

  首先,有效减少连入墙上电源插座的数量。

  想想我们的办公桌:一台PC的主机和显示器就各需要一个三孔插座,就算普通员工不需要连接扫描仪、打印机等外设,但通常也需要更多的电源插座来连接PDA底座、手机充电器以至于IP电话。这些设备的AC电源并不通用。于是常见到各个工位之间插线板拖来拉去,不但可能导致电路过载而跳闸,而且安全隐患不容小觑。 作为目前惟一的全球性电源标准,802.3af可以同时支持电力需求各不相同的以太网设备。除了常见的无线AP,著名乐器制造商Gibson在2003年联合3Com公司开发了第一款支持PoE的数字电吉他,甚至还有一家网络设备制造商PowerDsine别出心裁地生产了一款PoE剃须刀。

  其次,方便了在没有电源插座的地方安装设备及新的应用。

  802.3af正在推动视频监视网络与以太网融合的进程。除了部署过程得到简化,基于PoE的系统能够将摄像机安放到以前因为无法部署AC电源而难以安放的位置,并且获得内部电源保障。802.3af还有助于推动RFID技术应用的普及,支持802.3af的RFID阅读器可以与以太网交换机相连,以实时传输全新的标签位置跟踪信息。目前思科的此类产品就已在美国的两家大型医院中得到了应用。总而言之,802.3af意味着只要是能够部署以太网线缆的地方,就可以安装许多易于安装的新设备。

  再次,802.3af可以为企业节约成本。

  一位参加802.af最终协议制定的专家曾列举过这样一些对比数据:支持以太网供电的网络终端成本将增加不到70%,具备PSE功能的交换机成本提高不到25%;但由于去掉了常规的电气布线和电源插座,用户可节省至少50%的总成本。在大规模部署WLAN和IP电话的现代办公环境中,应用802.af方案的性价比更加突出。

  "数字签名"技术和有待解决的难题

  前面说到"802.3af可以同时支持电力需求各不相同的以太网设备",有点匪夷所思吧? 实现这一目标得依仗每个标准设备自带的"数字签名"。当终端设备连接到一个符合802.3af标准的启动PSE功能的交换机的时候,交换机会寻找该终端的"数字签名"。如果没有发现签名,就只对该设备进行普通数据连接,不进行电力传输。如果发现了"数字签名",交换机将在进行数据连接的同时根据签名中的802.3af等级信息向该设备进行电力传输。 基于"数字签名",802.3af支持一点对多点的电力连接。这样只要交换机与不间断电源相连,就可以较大限度地保障在停电的时候网络通信可以照常。 IEEE 802.3af特别工作组主席Steve Carlson在标准发布之初曾预言未来十年内,所有的以太网交换机均会支持PoE;但几年下来,802.3af的应用并没有像预期的那样风生水起。除了因为它的发展有赖于WLAN和IP电话的普及外,自身也存在一些在应用中亟需解决的实际问题——配线间的散热和电气环境就需要重新设计。 在企业级应用中,一个配线间拥有的以太网端口就可能数百。若以四百个为例,按照802.af标准每个以太网端口的电力输出功率为15W,仅以太网供电就需增加6KW。供电需求增加直接会导致原先设计的UPS系统不堪重负,而能耗增加,配线间的环境制冷就得随需而变,并且可能大大增加同处一室的交换机、服务器等设备因过热而宕机的几率。

  POE以太网供电工作过程

  标准POE供电的工作过程图:

浅谈网络综合布线系统中的PoE供电技术

  当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示。

  1. 检测

  一开始,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备。

  2. PD端设备分类

  当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

  3. 开始供电

  在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

  4. 供电

  为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过 15.4W的功率消耗。

  5. 断电

  若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

  在把任何网络设备连接到PSE时,PSE必须先检测设备是不是PD,以保证不给不符合POE标准的以太网设备提供电流,因为这可能会造成损坏。这种检查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特性电阻来实现的。只有检测到该电阻时才会提供全部的48V电压,但是电流仍然受限,以免终端设备处在错误的状态。作为发现过程的一个扩展,PD还可以对要求PSE的供电方式进行分类,有助于使PSE以高效的方式提供电源。一旦PSE开始提供电源,它会连续监测PD电流输入,当PD电流消耗下降到最低值以下,如在拔下设备时或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等,PSE会断开电源并再次启动检测过程。

  当然为了实现更加人性化的管理,也可以针对电源提供设备PSD进行管理,例如利用SNMP协议实现PSE的诸如夜晚关机、远端重启之类的功能。


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