以太網(wǎng)供電（PoE）：一種節能的以太網(wǎng)方案

引言：以太網(wǎng)交換機耗電情況

在現代網(wǎng)絡(luò )架構中，信息技術(shù)和數據中心管理人員正在為降低以太網(wǎng)交換機、路由器和服務(wù)器設備功耗尋找綠色可選方案。這就需要市場(chǎng)上有更多環(huán)保產(chǎn)品，從而降低運營(yíng)成本。舉例來(lái)說(shuō)，1993年全年的互聯(lián)網(wǎng)流量總計達幾百TB。而在17年后的2010年，每秒的互聯(lián)網(wǎng)流量就達幾百TB。事實(shí)上，在今天，超過(guò)50%的數據中心運營(yíng)費用用于設備冷卻，即為風(fēng)扇和空調系統提供電力。

傳統的網(wǎng)絡(luò )設備設計要求高性能，而對功耗和能效沒(méi)有清晰的衡量標準。具體來(lái)講，能效與
支持以太網(wǎng)供電協(xié)議（PoE協(xié)議）的網(wǎng)絡(luò )設備脫節。由此導致的結果是，在網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)領(lǐng)域，設備功耗飛速增長(cháng)，尤其是高頻應用處理器的設備功耗。

考慮到每年有超過(guò)三億個(gè)以太網(wǎng)交換機端口售出，由閑置線(xiàn)路引起的電能耗損產(chǎn)生了一個(gè)值得關(guān)注的重大而普遍的問(wèn)題。IEEE節能以太網(wǎng)規范應運而生，目標是大幅降低每年售出的六億多個(gè)以太網(wǎng)端口的功耗。然而，這一規范無(wú)法應對這一情況：當以太網(wǎng)供電系統部署后，絕大部分的電能損耗發(fā)生在以太網(wǎng)供電子系統中——而不是在數據部分。

2010年，近七千萬(wàn)個(gè)以太網(wǎng)供電系統交換機端口被銷(xiāo)售到市場(chǎng)上。對于部署由以太網(wǎng)系統提供電力支持的IP電話(huà)、WLAN網(wǎng)絡(luò )、IP安全應用及其他應用的企業(yè)來(lái)說(shuō)，這是他們關(guān)注的焦點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)標準的48端口以太網(wǎng)交換機僅須分配50瓦至80瓦功率的電力在傳統的以太網(wǎng)交換機和收發(fā)器集成電路上。而該交換機在以太網(wǎng)供電系統上，卻需要供應370瓦至740瓦功率的電力。這一8:1的對比系數意味著(zhù)，以太網(wǎng)供電系統能效上的小幅提升就可以大大提高以太網(wǎng)交換機的整體能效。

傳統的節能以太網(wǎng)（EEE）

為了應對不斷增長(cháng)的以太網(wǎng)交換機功耗，IEEE研究制定并批準了802.3az標準。這一標準稱(chēng)之為節能以太網(wǎng)標準（EEE）。該標準為以太網(wǎng)Base-T收發(fā)器（100Mb、1GbE及10GbE）及背板物理層提供低功耗閑置(LPI)模式應用。

節能以太網(wǎng)標準基于這樣一個(gè)基本理念：在設備利用率低的時(shí)段或閑置期，斷開(kāi)電源連接，而在數據傳輸時(shí)期，恢復電源連接。這一理念基于一個(gè)眾所周知的事實(shí)，那就是標準網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的客戶(hù)端及服務(wù)器以太網(wǎng)連接在大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)。其數據流量高峰期只是偶爾發(fā)生。

EEE對低功耗閑置(LPI)協(xié)議進(jìn)行詳細規定。該協(xié)議對物理連接兩端通過(guò)發(fā)送信號進(jìn)行控制，實(shí)現對連接設備省電模式的快速調整——包括在無(wú)數據傳輸期間，關(guān)閉電源，停止系統數據傳輸和接收功能。此外，節能以太網(wǎng)標準還對另一個(gè)協(xié)議進(jìn)行詳細規定。此項協(xié)議保持在低功耗閑置(LPI)模式下的以太網(wǎng)物理層系統的運行參數隨時(shí)更新，從而保持連接穩定，防止連接斷開(kāi)。此外，節能以太網(wǎng)標準還對一側的信號協(xié)議進(jìn)行詳細規定。這一協(xié)議顯示物理連接何時(shí)需要并實(shí)現連接快速恢復。結果是，在高水準的以太網(wǎng)物理層技術(shù)中，低功耗閑置（LPI）應用可以為每個(gè)以太網(wǎng)連接節省一瓦功率。盡管如此，節能以太網(wǎng)標準不能應對以太網(wǎng)供電能耗損問(wèn)題，也不能解決如何降低能耗的問(wèn)題。

以太網(wǎng)供電系統（PoE）的節能機制

利用以太網(wǎng)供電，而不是傳統的交流電（AC）供應模塊應用于電力設備的一個(gè)重要理由是，它能遠程關(guān)閉設備，還可以減少電纜布線(xiàn)量。通過(guò)控制設備的開(kāi)啟與關(guān)閉，大量的電能得到節省。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)中央控制點(diǎn)，在夜間使用的攝像機在白天可以關(guān)閉使用（反之亦然）；IEEE 802.11 WLAN接入點(diǎn)可以開(kāi)啟，從而提高覆蓋和帶寬，或是在低利用期關(guān)閉；而IP電話(huà)在夜間、周末或閑置期可以關(guān)閉。

在多端口設備中，相關(guān)數據也證明了以太網(wǎng)供電的優(yōu)勢。一個(gè)單獨的交流電供電模塊必須供應一臺設備所有運行模式所需的電能，而多個(gè)以太網(wǎng)供電設備的共享式供電模式可以根據平均電能利用率進(jìn)行調整——這就如同已經(jīng)被應用多年的POTS電話(huà)技術(shù)。這大大降低閑置期交換式電力供應的電能耗損量。而節省的這部分電能通常占到最高電力供應負載量的10%-20%。而當有必要提供更多的電力時(shí)，附加的電力供應設備可以安裝到以太網(wǎng)供電交換機和以太網(wǎng)中間設備中，從而保證電力供應量根據業(yè)務(wù)的增長(cháng)需求進(jìn)行調整。