以太網(wǎng)供電PoE技術(shù)的應(yīng)用及特點(diǎn)優(yōu)勢分析

隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展， 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)正在提供越來越多的新應(yīng)用和新服務(wù)： 如ADSL 寬帶接入、無線局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN ）、IP 電話（Vo IP） 和Web 攝像與監(jiān)測系統(tǒng)等。

這些應(yīng)用中的大部分設(shè)備需要有自己的外接電源， 對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)而言， 尤其是有比較多的無線網(wǎng)絡(luò)A P （A ccess Po int） 或者IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，由于這些設(shè)備一般安置在距中心機(jī)房比較遠(yuǎn)的地方，不但加大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組建的成本， 同時(shí)， 加大了網(wǎng)絡(luò)故障的風(fēng)險(xiǎn)。為了盡可能解決因電源引起的網(wǎng)絡(luò)故障，IEEE 推出了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)（PoE， Powerover Ethernet） IEEE 802. 3af， 確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類應(yīng)用設(shè)備提供供電能力。

以太網(wǎng)供電技術(shù)分析

以太網(wǎng)供電PoE （Power over Ethernet） 是指在現(xiàn)有的以太網(wǎng)布線基礎(chǔ)架構(gòu)下， 除了能夠保證為基于以太網(wǎng)的終端設(shè)備（如IP 電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)A P、安全網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等） 傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)， 不作任何改動(dòng)就同時(shí)可以為此類設(shè)備提供直流供電的能力。PoE 系統(tǒng)主要包括供電設(shè)備（ Power SourceEquipment， PSE） 和用電設(shè)備（Powered Device， PD）兩部分， 兩者基于IEEE2802.3af 標(biāo)準(zhǔn)確定有關(guān)用電設(shè)備PD 的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等信息聯(lián)系， 并以這些信息為根據(jù)控制供電設(shè)備PSE 通過以太網(wǎng)級(jí)向用電設(shè)備PD 供電。

供電設(shè)備PSE 通常和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合在一起， 主要進(jìn)行PD 設(shè)備的信息檢測、控制和監(jiān)測供電狀況。供電設(shè)備可以用兩種方式進(jìn)行供電： 中跨方式（M idspan） ， 在交換機(jī)外部加一個(gè)擴(kuò)展設(shè)備， 將從交換機(jī)來的以太網(wǎng)線接入該設(shè)備， 保持原有信號(hào)線對(duì)不變，該設(shè)備通過雙絞線中未使用的備用線對(duì)給用電設(shè)備供電; 端跨方式（Endspan） ， 將供電控制電路集成到以太網(wǎng)交換機(jī)中， 在以太網(wǎng)供電控制電路的控制下， 供電既可以從以太網(wǎng)端口隔離變壓器的中芯抽頭， 也可以從備用線對(duì)注入到以太網(wǎng)的信號(hào)線對(duì)中， 對(duì)終端用電設(shè)備供電。

IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)中定義了設(shè)計(jì)PoE 網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須遵循的參數(shù)， 包括： 操作電壓為48V DC， 波動(dòng)范圍可以在44～ 57V 之間; 由PSE 產(chǎn)生的電流在350～400mA 之間， 以確保以太網(wǎng)電纜不會(huì)由于其自身的阻抗而導(dǎo)致過熱。因此PSE 在其端口輸出的最大功率是15.4W?？紤]到電纜損耗， 受電端設(shè)備PD 所能獲得的最大的功率為12.95W。同時(shí)， IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)可選的供電分級(jí)機(jī)制， 以方便對(duì)用電設(shè)備消耗功率的控制和管理。其關(guān)系如表1 所示。

供電設(shè)備PSE 是整個(gè)PoE 以太網(wǎng)供電過程的管理者。當(dāng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)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： （1） 檢測過程。PSE 通過測量伏安特性曲線上的兩個(gè)點(diǎn)， 并計(jì)算電阻以判斷受電設(shè)備的端口特性。只要兩個(gè)電壓的差大于1V 且都在218～10V 的范圍內(nèi)， PSE 就能執(zhí)行強(qiáng)制電流或強(qiáng)制電壓測量， 直到其檢測并確定線纜的終端連接設(shè)備是一個(gè)支持或者不支持IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的用電設(shè)備。（2） PD 端設(shè)備分級(jí)（可選）。在成功完成檢測后， PSE對(duì)端口提供15.5～20.5V 的電壓， 并可以根據(jù)需要將PD 置于分級(jí)模式（分級(jí)關(guān)系見表1） ， 并且評(píng)估此PD 設(shè)備所需的功率損耗。PSE 在對(duì)PD 進(jìn)行分級(jí)（測量端口電流） 前會(huì)給它10m s 的時(shí)間使它穩(wěn)定下來。（3） 開始供電。在一個(gè)可配置的時(shí)間（一般小于15Ls） 的啟動(dòng)期內(nèi)，PSE 設(shè)備開始從低電壓開始向PD 設(shè)備供電， 直至提供到48V DC 直流電源。（4） 供電。為PD 設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的48VDC 級(jí)直流電， 滿足PD 設(shè)備不超過15.4W的功率消耗。（5） 斷電。IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了PSE用DC 斷接（DC disconnect ） 和AC 斷接（ACdisconnect） 兩種方法來判斷是否與一個(gè)PD 保持連接。DC 斷開決定于PD 至少取用10mA 的電流， 如果電流降到5mA 到10mA 之間的最小閾值以下， 且時(shí)間超過設(shè)定值（一般300m s 到400m s） ， PSE 就切斷電源; PSE也可以通過測量端口阻抗來確定AC 是否斷開， 如果阻抗大于設(shè)定值， 表示PD 不再連接， 端口就會(huì)在設(shè)定的時(shí)間間隔后斷電。

以太網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用

以太網(wǎng)供電技術(shù)應(yīng)用在IP 電話（VoIP）、無線局域網(wǎng)訪問點(diǎn)AP （A ccess Po int）、小型企業(yè)ADSL 寬帶接入路由器以及基于Web 的攝像監(jiān)控等系統(tǒng)中有著非常明顯的優(yōu)勢。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心通常都有U PS 或者備用電源， 這樣即使外接設(shè)備的電源出現(xiàn)故障， 通過以太網(wǎng)供電， 仍然可以保證IP 電話能夠工作， 保證連接在WLAN 上的計(jì)算機(jī)能夠訪問到數(shù)據(jù)中心， 保證ADSL 能夠連接到Internet， 也可以保證Web 監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。

通過以太網(wǎng)供電技術(shù)可以集中配電、增加冗余性，同時(shí)減少因?yàn)殡娫垂收隙饠?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障的機(jī)會(huì)。但在網(wǎng)絡(luò)中部署以太網(wǎng)供電還應(yīng)該考慮幾個(gè)主要問題： 一是布線系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生熱量的問題; 二是電源功率問題。

采用PoE 技術(shù)， 電源系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換成交換機(jī)工作所需的直流電， 效率損耗會(huì)使雙絞線的溫度升高，同時(shí)也會(huì)使集成了POE 的以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)生更多的熱量， 因而導(dǎo)致布線間內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生更多的熱量， 使其溫度升高， 所以要考慮布線間結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)散熱問題， 保證系統(tǒng)的溫升在設(shè)定值以下。

具有PoE 功能的交換機(jī)需要更多的電功率， 因?yàn)槊總€(gè)PoE 端口都必須保證能提供15.4W 功率。如果具有100 個(gè)PoE 用戶的中等規(guī)模的布線間要同時(shí)提供1540W 的功率， 加上交換機(jī)平均需要1000W ， 功率為2540W 的交換機(jī)所需電流大于通常布線間提供的最大電流。如果供電設(shè)備可以支持供電分級(jí)工作方式， 就可以有效地減少功率消耗， 布線間內(nèi)的原有電源就有可能保證設(shè)備所需的功率。另外， 也可以考慮在布線間內(nèi)采用直流電源供電， 并采用中跨方式（Midspan） 工作。采用直流供電的優(yōu)點(diǎn)在于： 可以消除電壓轉(zhuǎn)換部分的發(fā)熱; 可以將電源配置成具有集中式容余功能， 節(jié)省了每個(gè)布線間的建設(shè)成本; 使用蓄電池來作后備電源，這樣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的布線間就不需要不間斷電源（UPS） ，從而減少了發(fā)熱量。

結(jié)論

隨著IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的確立和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展， 以太網(wǎng)供電技術(shù)將會(huì)使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的范圍更加擴(kuò)大。它不但方便了現(xiàn)有的IP 電話和無線局域網(wǎng)接入設(shè)備的推廣， 同時(shí)大量新的應(yīng)用也將快速涌現(xiàn)出來， 包括藍(lán)牙接入點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、Web 攝像機(jī)、無線網(wǎng)橋、門禁讀卡機(jī)與監(jiān)測系統(tǒng)等。PoE 技術(shù)支持點(diǎn)到多點(diǎn)的電力分配設(shè)備， 用戶只需在網(wǎng)絡(luò)核心部位配備一套U PS 設(shè)備就可以為本地網(wǎng)內(nèi)多種分散設(shè)備提供電力備份， 并且PoE 技術(shù)還提供基于Web 控制的SNM P 遠(yuǎn)程訪問和管理。這樣的供電方式除了在實(shí)施上方便外， 也增加了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

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