一種節能的以太網(wǎng)供電方案

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。

節能以太網(wǎng)供電系統（EEPoE）：先進(jìn)的以太網(wǎng)供電節能技術(shù)

隨著(zhù)以太網(wǎng)供電技術(shù)的發(fā)展，從電源功率相當低的水平（每端口12.95瓦）到電源功率達到25.5瓦的水平。在這期間，以太網(wǎng)電纜上的電力損耗呈現指數級增長(cháng)。約有4.5瓦/端口的電能在CAT5、CAT5e、CAT6、CAT6A 電纜上損耗，且在百米之后遇到25,000米長(cháng)度電纜上最壞的環(huán)路電阻問(wèn)題（舉例來(lái)說(shuō)，電纜傳輸效率僅為25.5/30，相當于85%的傳輸率）。即使應用54伏的電壓來(lái)替換50伏的電壓，傳輸效率也不會(huì )超過(guò)87%。記住，傳統的節能以太網(wǎng)通常每個(gè)連接的電能節省不會(huì )超過(guò)一瓦。應對因低效以太網(wǎng)供電傳輸導致的每個(gè)連接4.5瓦的電能損失，我們需要節省更多的電能。

在同樣為25歐姆的電纜上進(jìn)行電能傳輸時(shí)，新的節能以太網(wǎng)供電技術(shù)通過(guò)在同步的四對線(xiàn)中使用同IEEE802.3at 兼容技術(shù)可以將傳輸效率提升至94%。在使用同步的四對線(xiàn)時(shí)，利用所有的可利用的電線(xiàn)，設備的供電需求可以得到滿(mǎn)足。舉例來(lái)說(shuō)，在IEEE 802.3at-2009 Type 2系統的24端口（每端口傳輸功率達25.5瓦）中，超過(guò)50瓦的電能得到節省。

特別需要指出的是，結合節能以太網(wǎng)技術(shù)和節能以太網(wǎng)供電技術(shù)的參考交換機系統產(chǎn)品，證明可以節省大量的電能。請查看以下表格：

備注：節能以太網(wǎng)供電技術(shù)不需要更換用電設備。因此，只需要通過(guò)升級交換機或以太網(wǎng)供電中間設備便可以即刻節省電能。

將創(chuàng )新技術(shù)應用到以太網(wǎng)供電系統

為實(shí)現先進(jìn)的EEPoE技術(shù)，Marvell公司和Microsemi公司采用了嵌入在Marvell Prestera DX4100和DX2100產(chǎn)品系列的獨有的微處理器技術(shù)。這一創(chuàng )新方式為客戶(hù)提供了一個(gè)平臺。這一平臺將幫助客戶(hù)構建成本效益高且強大的網(wǎng)絡(luò )設備。設備內嵌有主CPU的卸載選擇程序，憑借集成的主CPU，Marvell Prestera DX4100和DX2100微處理器裝有附加的嵌入式微控制器Marvell Dragonite。該控制器能夠運行輕型、獨立的應用程序?，F在的Microsemi EEPoE管理軟件可以運行在Dragonite微控制器上，幫助客戶(hù)提高以太網(wǎng)供電系統性能，同時(shí)降低系統15%的總體成本。

總結

隨著(zhù)2009年9月IEEE 802.3az標準的批準，以太網(wǎng)供電技術(shù)（PoE）已經(jīng)可以節省更多的電能。以太網(wǎng)供電技術(shù)通過(guò)同樣可以傳輸數據的以太網(wǎng)電纜架構為設備提供動(dòng)力。這帶來(lái)極大的好處。這樣，我們無(wú)需再安裝成本高昂的交流電接口。部署設備時(shí)，無(wú)需安裝電纜，只需根據設備的開(kāi)啟、關(guān)閉及傳輸狀態(tài)實(shí)現節能自動(dòng)化。

和節能以太網(wǎng)（EEE）標準相結合，以太網(wǎng)供電技術(shù)（PoE）將會(huì )帶來(lái)更大的價(jià)值。兩者不能分離，而是以互補的方式相互利用。像Marvell和Microsemi這樣的技術(shù)提供商正在合作開(kāi)發(fā)創(chuàng )新性的節能以太網(wǎng)供電解決方案（諸如交換機、以太網(wǎng)中間設備），從而幫助OEM廠(chǎng)商提供更多高成本效益和環(huán)保的產(chǎn)品——整個(gè)產(chǎn)業(yè)將會(huì )在近期及將來(lái)因此受益。