以太網(wǎng)供電（POE）的關(guān)鍵技術(shù)解析

標簽：POE IEEE

以太網(wǎng)供電 (POE) 概述

POE (Power Over Ethernet)指的是在現有的以太網(wǎng)Cat.5布線(xiàn)基礎架構不作做何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話(huà)機、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP、網(wǎng) 絡(luò )攝像機等)傳輸數據信號的同時(shí)，還能為此類(lèi)設備提供直流供電的技術(shù)。POE技術(shù)能在確?，F有結構化布線(xiàn)安全的同時(shí)保證現有網(wǎng)絡(luò )的正常運作，最大限度地降 低成本。

POE也被稱(chēng)為基于局域網(wǎng)的供電系統(POL, Power over LAN )或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，有時(shí)也被簡(jiǎn)稱(chēng)為以太網(wǎng)供電，這是利用現存標準以太網(wǎng)傳輸電纜的同時(shí)傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網(wǎng)系統和用戶(hù) 的兼容性。IEEE 802.3af標準是基于以太網(wǎng)供電系統POE的新標準，它在IEEE 802.3的基礎上增加了通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)直接供電的相關(guān)標準，是現有以太網(wǎng)標準的擴展，也是第一個(gè)關(guān)于電源分配的國際標準。

IEEE在1999年開(kāi)始制定該標準，最早參與的廠(chǎng)商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標準的缺點(diǎn)一直制約著(zhù)市場(chǎng)的擴大。直到2003年6月，IEEE批準了802. 3af標準，它明確規定了遠程系統中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機和集線(xiàn)器通過(guò)以太網(wǎng)電纜向IP電話(huà)、安全系統以及無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)等設備供 電的方式進(jìn)行了規定。IEEE 802.3af的發(fā)展包含了許多公司專(zhuān)家的努力，這也使得該標準可以在各方面得到檢驗。

一個(gè)典型的以太網(wǎng)供電系統如圖1所示。在配線(xiàn)柜里保留以太網(wǎng)交換機設備，用一個(gè)帶電源供電集線(xiàn)器(Midspan HUB)給局域網(wǎng)的雙絞線(xiàn)提供電源。在雙絞線(xiàn)的末端，該電源用來(lái)驅動(dòng)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、相機和其他設備。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

POE的關(guān)鍵技術(shù)

POE的系統構成及供電特性參數

一個(gè)完整的POE系統包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Power Device)兩部分。PSE設備是為以太網(wǎng)客戶(hù)端設備供電的設備，同時(shí)也是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過(guò)程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載，即 POE系統的客戶(hù)端設備，如IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò )安全攝像機、AP及掌上電腦( PDA)或移動(dòng)電話(huà)充電器等許多其他以太網(wǎng)設備(實(shí)際上，任何功率不超過(guò)13W的設備都可以從RJ45插座獲取相應的電力)。兩者基于IEEE 802.3af標準建立有關(guān)受電端設備PD的連接情況、設備類(lèi)型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據PSE通過(guò)以太網(wǎng)向PD供電。

POE標準供電系統的主要供電特性參數為：

◆電壓在44～57V之間，典型值為48V。

◆允許最大電流為550mA，最大啟動(dòng)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設備提供3.84～12.95W五個(gè)等級的電功率請求，最大不超過(guò)13W。

POE供電的工作過(guò)程

當在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中布置 PSE供電端設備時(shí)，POE以太網(wǎng)供電工作過(guò)程如下所示。

◆檢測：一開(kāi)始，PSE設備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線(xiàn)纜終端的連接為一個(gè)支持IEEE 802.3af標準的受電端設備。

◆PD端設備分類(lèi)：當檢測到受電端設備PD之后，PSE設備可能會(huì )為PD設備進(jìn)行分類(lèi)，并且評估此PD設備所需的功率損耗。

◆開(kāi)始供電：在一個(gè)可配置時(shí)間(一般小于15μs)的啟動(dòng)期內，PSE設備開(kāi)始從低電壓向PD設備供電，直至提供48V的直流電源。

◆供電：為PD設備提供穩定可靠48V的直流電，滿(mǎn)足PD設備不越過(guò) 15.4W的功率消耗。

◆斷電：若PD設備從網(wǎng)絡(luò )上斷開(kāi)時(shí)，PSE就會(huì )快速地(一般在300～400ms之內)停止為PD設備供電，并重復檢測過(guò)程以檢測線(xiàn)纜的終端是否連接PD設備。

在 把任何網(wǎng)絡(luò )設備連接到PSE時(shí)，PSE必須先檢測設備是不是PD，以保證不給不符合POE標準的以太網(wǎng)設備提供電流，因為這可能會(huì )造成損壞。這種檢查是通 過(guò)給電纜提供一個(gè)電流受限的小電壓來(lái)檢查遠端是否具有符合要求的特性電阻來(lái)實(shí)現的。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 終端設備處在錯誤的狀態(tài)。作為發(fā)現過(guò)程的一個(gè)擴展，PD還可以對要求PSE的供電方式進(jìn)行分類(lèi)，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開(kāi)始提供 電源，它會(huì )連續監測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設備時(shí)或遇到PD設備功率消耗過(guò)載、短路、超過(guò)PSE的供電負荷等，PSE會(huì ) 斷開(kāi)電源并再次啟動(dòng)檢測過(guò)程。

電源提供設備也可以被提供一種系統管理的能力，例如應用簡(jiǎn)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、遠端重啟之類(lèi)的功能。

研究POE的供電方式可以看出，在供電的過(guò)程中有兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要考慮，一個(gè)是對于PD設備的識別，另一個(gè)是系統中UPS的容量。

POE通過(guò)電纜供電的原理

標準的五類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)有四對雙絞線(xiàn)，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(guò)空閑腳供電

圖3 通過(guò)數據腳供電

應用空閑腳供電時(shí)，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。

應用數據腳供電時(shí)，將DC電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn)，不影響數據的傳輸。在這種方式下線(xiàn)對1、2和線(xiàn)對3、6可以為任意極性。

標準不允許同時(shí)應用以上兩種情況。電源提供設備PSE只能提供一種用法，但是電源應用設備PD必須能夠同時(shí)適應兩種情況。該標準規定供電電源通常是48V、13W的。PD設備提供48V到低電壓的轉換是較容易的，但同時(shí)應有1500V的絕緣安全電壓。