以太網(wǎng)供電（POE）的關(guān)鍵技術(shù)解析

標(biāo)簽：POE IEEE

以太網(wǎng)供電 (POE) 概述

POE (Power Over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作做何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP、網(wǎng) 絡(luò)攝像機(jī)等)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。POE技術(shù)能在確?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時(shí)保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，最大限度地降 低成本。

POE也被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(POL, Power over LAN )或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，有時(shí)也被簡(jiǎn)稱為以太網(wǎng)供電，這是利用現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)傳輸電纜的同時(shí)傳送數(shù)據(jù)和電功率的最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶 的兼容性。IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標(biāo)準(zhǔn)，它在IEEE 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，也是第一個(gè)關(guān)于電源分配的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE在1999年開始制定該標(biāo)準(zhǔn)，最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)一直制約著市場(chǎng)的擴(kuò)大。直到2003年6月，IEEE批準(zhǔn)了802. 3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測(cè)和控制事項(xiàng)，并對(duì)路由器、交換機(jī)和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無(wú)線LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供 電的方式進(jìn)行了規(guī)定。IEEE 802.3af的發(fā)展包含了許多公司專家的努力，這也使得該標(biāo)準(zhǔn)可以在各方面得到檢驗(yàn)。

一個(gè)典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)如圖1所示。在配線柜里保留以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，用一個(gè)帶電源供電集線器(Midspan HUB)給局域網(wǎng)的雙絞線提供電源。在雙絞線的末端，該電源用來驅(qū)動(dòng)電話、無(wú)線接入點(diǎn)、相機(jī)和其他設(shè)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(tǒng)

POE的關(guān)鍵技術(shù)

POE的系統(tǒng)構(gòu)成及供電特性參數(shù)

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

POE標(biāo)準(zhǔn)供電系統(tǒng)的主要供電特性參數(shù)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(cè)電流為350～500mA。

◆在空載條件下，最大需要電流為5mA。

◆為PD設(shè)備提供3.84～12.95W五個(gè)等級(jí)的電功率請(qǐng)求，最大不超過13W。

POE供電的工作過程

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

◆檢測(cè)：一開始，PSE設(shè)備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測(cè)到線纜終端的連接為一個(gè)支持IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。

◆PD端設(shè)備分類：當(dāng)檢測(cè)到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會(huì)為PD設(shè)備進(jìn)行分類，并且評(píng)估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

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

◆供電：為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，滿足PD設(shè)備不越過 15.4W的功率消耗。

◆斷電：若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時(shí)，PSE就會(huì)快速地(一般在300～400ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電，并重復(fù)檢測(cè)過程以檢測(cè)線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

在 把任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到PSE時(shí)，PSE必須先檢測(cè)設(shè)備是不是PD，以保證不給不符合POE標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備提供電流，因?yàn)檫@可能會(huì)造成損壞。這種檢查是通 過給電纜提供一個(gè)電流受限的小電壓來檢查遠(yuǎn)端是否具有符合要求的特性電阻來實(shí)現(xiàn)的。只有檢測(cè)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(shè)備處在錯(cuò)誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個(gè)擴(kuò)展，PD還可以對(duì)要求PSE的供電方式進(jìn)行分類，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開始提供 電源，它會(huì)連續(xù)監(jiān)測(cè)PD電流輸入，當(dāng)PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設(shè)備時(shí)或遇到PD設(shè)備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負(fù)荷等，PSE會(huì) 斷開電源并再次啟動(dòng)檢測(cè)過程。

電源提供設(shè)備也可以被提供一種系統(tǒng)管理的能力，例如應(yīng)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(jī)、遠(yuǎn)端重啟之類的功能。

研究POE的供電方式可以看出，在供電的過程中有兩個(gè)關(guān)鍵的問題需要考慮，一個(gè)是對(duì)于PD設(shè)備的識(shí)別，另一個(gè)是系統(tǒng)中UPS的容量。

POE通過電纜供電的原理

標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對(duì)雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對(duì)。IEEE80 2.3af允許兩種用法如圖2和圖3所示。

圖2 通過空閑腳供電

圖3 通過數(shù)據(jù)腳供電

應(yīng)用空閑腳供電時(shí)，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。

應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時(shí)，將DC電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn)，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對(duì)1、2和線對(duì)3、6可以為任意極性。

標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)應(yīng)用以上兩種情況。電源提供設(shè)備PSE只能提供一種用法，但是電源應(yīng)用設(shè)備PD必須能夠同時(shí)適應(yīng)兩種情況。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供電電源通常是48V、13W的。PD設(shè)備提供48V到低電壓的轉(zhuǎn)換是較容易的，但同時(shí)應(yīng)有1500V的絕緣安全電壓。