隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨,物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用正在不斷的增加和完善,對(duì)基礎(chǔ)電源的需求更加迫切。本文主要探討POE技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景及其發(fā)展趨勢(shì)。
一、概述
物聯(lián)網(wǎng)把傳感器裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道以及家用電器等各種真實(shí)物體上,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來(lái),進(jìn)而運(yùn)行特定的程序,達(dá)到遠(yuǎn)程控制或者實(shí)現(xiàn)物與物的直接通信。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制,也可以對(duì)家庭設(shè)備、汽車(chē)進(jìn)行遙控,以及查找位置、防止物品被盜等各種應(yīng)用。在以上諸多應(yīng)用中都缺少不了一種電源供電技術(shù),而POE(POwerOverEthernet)這種技術(shù)是可以在以太網(wǎng)中透過(guò)雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸電力與資料到裝置上的技術(shù)。透過(guò)這項(xiàng)技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)基地臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)、集線(xiàn)器、智能終端、現(xiàn)代智能辦公設(shè)備、電腦……等裝置都能采用POE技術(shù)供電來(lái)完成各種設(shè)備的運(yùn)行,由于能借由以太網(wǎng)獲得供電的電子設(shè)備無(wú)需額外的電源插座就可使用,所以同時(shí)能省去配置電源線(xiàn)的時(shí)間與金錢(qián),使整個(gè)裝置系統(tǒng)的成本相對(duì)降低。
隨著以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,目前全球均普遍采用RJ-45網(wǎng)絡(luò)插座,因此各種POE設(shè)備都具備相容性。POE不需要更改以太網(wǎng)路的纜線(xiàn)架構(gòu)即可運(yùn)作,所以采用POE系統(tǒng)不但節(jié)省成本易于布線(xiàn)安裝還具備了遠(yuǎn)程通電、斷電的能力,“優(yōu)力普”智能供電從而很好的解決了物聯(lián)網(wǎng)終端所需的電源難題,將在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到非常重要的作用。
二、POE在物聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用
隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵不斷擴(kuò)展,產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)——物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)延伸,它利用感知技術(shù)與智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián),進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘,實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無(wú)縫連接,達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。因此網(wǎng)絡(luò)將不再是被動(dòng)地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求,而是要主動(dòng)感知用戶(hù)場(chǎng)景的變化,并進(jìn)行信息交互,為用戶(hù)提供個(gè)性化的服務(wù)。下面分別介紹目前“優(yōu)力普”,POE技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用場(chǎng)景:
1、POE無(wú)線(xiàn)AP在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給人們帶來(lái)的影響已是無(wú)可爭(zhēng)議,無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣范,在大型辦公室、智能倉(cāng)庫(kù)、大學(xué)校園、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心、酒店、飛機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、酒吧、咖啡屋等實(shí)現(xiàn)人們隨時(shí)隨地上網(wǎng)的需要。部署無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中,最重要的工作是無(wú)線(xiàn)AP(AccessPOint)的合理有效的安裝。TG云平臺(tái)可以集中合理有效的給出整套的管理,在較大型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的項(xiàng)目中,無(wú)線(xiàn)AP的數(shù)量多且分布在建筑屋的各個(gè)部位,AP一般都需要網(wǎng)線(xiàn)連接交換機(jī),并要外接DC電源。就地解決電源和管理都會(huì)很大的增加施工和維護(hù)的成本。“優(yōu)力普”供電交換機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)供電(POE)來(lái)解決無(wú)線(xiàn)AP的集中供電問(wèn)題,可以極大的解決項(xiàng)目施工中遇到的就地取電和以后AP的管理問(wèn)題。避免了局部停電的時(shí)候,個(gè)別AP無(wú)法正常。在此解決方案中,需要采用AP設(shè)備具有支持802.3af/802.3af協(xié)議功能的設(shè)備才可達(dá)到網(wǎng)線(xiàn)供電的功能。如果AP不支持802.3af/802.3af協(xié)議功能可以采取直接加裝數(shù)據(jù)與POE合成器來(lái)完成此供電功能。如圖1所示:
2、POE遠(yuǎn)程監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
近年來(lái),由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和信息化技術(shù)的飛速發(fā)展,國(guó)家各行業(yè)對(duì)視頻監(jiān)控產(chǎn)生了前所未有的需求。應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,除了金融、政府、交通等特殊行業(yè)外,社區(qū)、酒店公共場(chǎng)所、工廠(chǎng)和商場(chǎng)都已應(yīng)用或正在實(shí)施數(shù)字監(jiān)控。規(guī)模和輻射區(qū)域越來(lái)越大。典型的例子是“平安中國(guó)”項(xiàng)目,其項(xiàng)目范圍涉及到了整個(gè)城市,攝像頭達(dá)到上萬(wàn)個(gè)。而視頻監(jiān)控產(chǎn)品也從本地的DVR方式向IPCamera網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。
但是,網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備的安裝卻受到環(huán)境的制約,嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控所用網(wǎng)絡(luò)攝像頭除了需要通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)來(lái)傳輸視頻信號(hào)外,還必須全天候?yàn)槠涮峁┳銐虻碾娏?。在?shí)施過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闊o(wú)法提供穩(wěn)定的電源,而不得不重新設(shè)計(jì)攝像頭的安裝地點(diǎn)的情況,而重新設(shè)計(jì)安裝地點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)監(jiān)控死角,使安防監(jiān)控失去意義。
通常情況下,正常工作的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要外接兩根線(xiàn),一根網(wǎng)線(xiàn),一根電線(xiàn)。而以下情況會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控鏡頭無(wú)法安裝:
1、攝像頭安裝位置無(wú)電源。
2、攝像頭安裝的位置有電源,但卻是照明電源,無(wú)法提供全天候供電。
以上導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無(wú)法安裝的情況,均發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的供電問(wèn)題上。要想使網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在預(yù)計(jì)地點(diǎn)正確安裝,就必須解決網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的供電問(wèn)題。既然不能正常提供電力,就應(yīng)該考慮使用網(wǎng)線(xiàn)來(lái)給攝像機(jī)供電,畢竟部署一條網(wǎng)線(xiàn)比部署一條強(qiáng)電線(xiàn)要容易的多,而且如果使用網(wǎng)線(xiàn)供電,只要數(shù)據(jù)交換機(jī)端的電力不中斷,網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就可以正常工作。使用網(wǎng)線(xiàn)給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)供電,可以歸納為以下兩種情況:
1、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)支持802.3af/802.3af協(xié)議,可以直接使用POE供電設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)供電。
2、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不支持802.3af/802.3af協(xié)議,不能直接使用POE設(shè)備供電。這時(shí)需要用到另外一種配套設(shè)備——分離器。分離器的作用可以將集成有電力的網(wǎng)線(xiàn)分離成純數(shù)據(jù)網(wǎng)線(xiàn)和電源線(xiàn)。這樣就可完成數(shù)據(jù)與電源分離,達(dá)到一根網(wǎng)線(xiàn)即傳輸了數(shù)據(jù)又提供電源。
如圖2所示:
3、POE智能終端在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
家中打電話(huà)時(shí),如果突然斷電的話(huà),通話(huà)不會(huì)中斷,這是由于電話(huà)終端的電源供應(yīng)是電話(huà)公司(局端)交換機(jī)通過(guò)電話(huà)線(xiàn)直接供給的。設(shè)想一下,如果物聯(lián)網(wǎng)中的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、控制器還有智能終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)代辦公設(shè)備也能由以太網(wǎng)直接供電的話(huà),那么整個(gè)布線(xiàn)、電源、人工等成本有可能會(huì)下降很多,并可以將監(jiān)控?cái)U(kuò)展到許多遠(yuǎn)程應(yīng)用,這就是POE技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)工控界所描繪的一幅遠(yuǎn)景。
2003年和2009年,IEEE分別批準(zhǔn)了802.3af和802.3at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(xiàn)器通過(guò)以太網(wǎng)電纜向IP電話(huà)、安全系統(tǒng)以及無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。IEEE802.3af和IEEE802.3at的發(fā)布,極大推進(jìn)了POE技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。目前“優(yōu)力普”已推出基于POE技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品,為物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)控制中的各種網(wǎng)絡(luò)終端提供可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng),如溫度檢測(cè)終端,濕度檢測(cè)終端,信號(hào)控制終端等。
如圖3所示:
三、POE在物聯(lián)網(wǎng)中的發(fā)展趨勢(shì)
1、IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)是目前的主要應(yīng)用
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以通過(guò)RJ45接口向受電設(shè)備提供功率高達(dá)13W、48V的電源,這就允許設(shè)備使用與傳輸數(shù)據(jù)一致的電纜提供或吸收功率。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩個(gè)可選電源實(shí)體的功能及電氣特性:即受電設(shè)備(POwerDevice,OrPD)和供電設(shè)備(POwerSOurcingEquipment,OrPSE),該標(biāo)準(zhǔn)可向下兼容。較早的POE設(shè)備不會(huì)與802.3af標(biāo)準(zhǔn)相沖突,有效功率級(jí)還將有望面向未來(lái)的應(yīng)用。
IEEE802.3afPOE標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)師通過(guò)以太網(wǎng)電纜為用電設(shè)備(PD)提供高達(dá)12.95W的電力,同時(shí)符合安全特低電壓(SELV)要求。根據(jù)IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn),PD可按所需功率分為四個(gè)不同的級(jí)別。Class1設(shè)備需要的工作功率為0.44~3.84W,Class2設(shè)備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間,Class3設(shè)備的功率范圍則介于6.5~12.95W之間。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)功率要求將他們的設(shè)備指定為特定的級(jí)別。低成本解決方案可以使用一般的默認(rèn)級(jí)別指定(Class0),表示PD需要的工作功率介于0.44~12.95W的工作功率。
作為通過(guò)以太網(wǎng)電纜輸電的IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以太網(wǎng)供電(POE)技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。這一新興技術(shù)通過(guò)傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的CAT-5電纜進(jìn)行供電,可以簡(jiǎn)化用電設(shè)備(PD)的安裝和部署。這些設(shè)備包括無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、智能終端、智能傳感器和VOIP電話(huà)等。
由于802.3af標(biāo)準(zhǔn)的功率都在13W以下,但是實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要用到更大功率的終端,例如含有全方位TG云平臺(tái)、變焦鏡頭的攝像機(jī)、大功率的高速球型攝像機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備如打印機(jī)、傳真機(jī)、網(wǎng)絡(luò)智能終端、小型計(jì)算機(jī)、筆記本等它們的功率大都30W以上,所以為將進(jìn)一步提高信道的供電能力,將功率由現(xiàn)在的12.95W提高到30W以上,這也將擴(kuò)大POE在安防領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化方面以及智能終端和工業(yè)化智能監(jiān)控等方面的應(yīng)用范圍有了更高擴(kuò)展。
2、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)成為未來(lái)的趨勢(shì)
目前POE業(yè)界所采用的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3af,只能向功率在13W以下的受電設(shè)備供電。雖然能夠滿(mǎn)足傳統(tǒng)的IP電話(huà)以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭的需求,但隨著無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)雙波段接入、視頻電話(huà)、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)(可變焦帶云臺(tái)的攝像機(jī))、智能終端、遠(yuǎn)處辦公設(shè)備等高功率應(yīng)用的出現(xiàn),原有的802.3af標(biāo)準(zhǔn)13W的供電功率顯然不能滿(mǎn)足需求,為此,IEEE在2005年開(kāi)始開(kāi)發(fā)新的POE標(biāo)準(zhǔn)02.3at(POEPlus)以提升POE可傳送的電力。
新標(biāo)準(zhǔn)于2009年正式發(fā)布,稱(chēng)為POwer-Over-EthernetPlus(POEP)IEEE802.3at,它將功率要求高于12.95W的設(shè)備定義為Class4(該級(jí)別在IEEE802.3af中有描述,但留作將來(lái)使用),可將功率水平擴(kuò)展到25W或更高。目前,市面上最高的POE供電設(shè)備是“優(yōu)力普”的POE供電設(shè)備,可以達(dá)到300W左右,由于能夠支持更高的功率水平,這一新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將POE應(yīng)用很容易擴(kuò)展到新的領(lǐng)域,例如WLAN(無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng))、銷(xiāo)售點(diǎn)終端設(shè)備、交換機(jī)以及傾斜式/變焦式/云臺(tái)式監(jiān)控?cái)z像機(jī)。
802.3at(POEP)標(biāo)準(zhǔn)中最引人注目的一個(gè)新變化將是,它能夠以比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更詳盡的細(xì)節(jié)來(lái)控制功率分布。兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PSE識(shí)別PD的級(jí)別后,只需提供級(jí)別定義所允許的最大功率即可。802.3at系統(tǒng)通電后,符合標(biāo)準(zhǔn)的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個(gè)PD進(jìn)行通信,以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設(shè)計(jì)師根據(jù)功率預(yù)算來(lái)設(shè)計(jì)POE兼容系統(tǒng),并使系統(tǒng)總功率能力更接近于系統(tǒng)負(fù)載要求。峰值負(fù)載功率和高電流持續(xù)時(shí)間之間還可以建立通信(例如,攝像機(jī)推拉電機(jī)具有較高的短時(shí)電流要求)。不過(guò),新標(biāo)準(zhǔn)尚未對(duì)這種Level-2通信進(jìn)行完整定義。
由于新標(biāo)準(zhǔn)是向下兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的,因此面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是,PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD(以及PD如何對(duì)PSE做出類(lèi)似的判斷)。為了解決此問(wèn)題,802.3at標(biāo)準(zhǔn)將使用與802.3af中相同的特征來(lái)指示POE兼容PD,但這樣會(huì)在分級(jí)階段增加第二次電壓脈沖,以便指示PSE的802.3at兼容狀態(tài)。802.3at兼容PD將檢測(cè)到第二次電壓脈沖,并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級(jí)周期持續(xù)時(shí)間符合802.3af時(shí)間限制,因此與當(dāng)前802.3af標(biāo)準(zhǔn)兼容的PD會(huì)將第二次脈沖僅視為初始查詢(xún)和響應(yīng)的一部分。
3、802.3af與802.3at的對(duì)比:
與802.3af相比,802.3at可輸出2倍以上的電力,每個(gè)端口的輸出功率可在30W以上,因此可大幅拓寬POE的應(yīng)用領(lǐng)域。表1為802.3af與802.3at的對(duì)比。
主要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)電話(huà)(3-7W)、WLAN接入點(diǎn)(8-12W)等視頻網(wǎng)絡(luò)電話(huà)(10-20W)、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)(20W)、WiMAX和802.11n接取器(8~45W)、個(gè)人電腦(30W+)、智能終端、打印機(jī)(20W)、傳真機(jī)(30W)等等。
4、POE技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn):
POE目前尚面臨一些挑戰(zhàn),如POE技術(shù)可讓受電設(shè)備從每個(gè)端口獲得30W以上的功率,但不是每個(gè)端口的受電設(shè)備都需要30W的功率,因此,如何準(zhǔn)確的感測(cè)每個(gè)受電設(shè)備的需要是一個(gè)很重要的問(wèn)題,否則可能對(duì)受電設(shè)備造成損壞或?qū)W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施形成不安全因素。此外,由于電纜通常被匝成電纜束,并置于配線(xiàn)柜中,因此線(xiàn)纜束的散熱問(wèn)題則需要考慮。而成本問(wèn)題則是POE面臨的又一挑戰(zhàn),特別是對(duì)PD制造商而言,在產(chǎn)品中加入POE技術(shù)就意味著增加成本。
另外標(biāo)準(zhǔn)的五類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)有四對(duì)雙絞線(xiàn),但是在l0MBASE-T和100MBASE-T中只用到其中的兩對(duì)。IEEE802.3af允許兩種用法,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(xiàn)對(duì)1、2和線(xiàn)對(duì)3、6可以為任意極性。目前的標(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,而電源應(yīng)用設(shè)備PD必須能夠同時(shí)適應(yīng)多種情況。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向大功率供電發(fā)展的趨勢(shì),在不久的將來(lái)需要四對(duì)雙絞線(xiàn)全部支持供電,通過(guò)提高電源的載流量來(lái)增加供電功率,以解決設(shè)備對(duì)大功率供電的需求。
總的來(lái)說(shuō),POE的應(yīng)用雖有阻力,但機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面日漸完善與深入,應(yīng)用范圍也越來(lái)越寬廣。每一次技術(shù)的變革都會(huì)給行業(yè)帶來(lái)巨大的變化,變化就意味著商機(jī)。雖然面臨著諸多挑戰(zhàn),但由于市場(chǎng)潛力巨大,存在的種種問(wèn)題正不斷被廠(chǎng)商改善?!皟?yōu)力普”智能供電交換機(jī)引領(lǐng)著行業(yè)的革命,相信隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨,POE技術(shù)將向支持更大功率的設(shè)備發(fā)展。
四、結(jié)束語(yǔ)
物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)包羅萬(wàn)象的綜合網(wǎng)絡(luò),以太網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的傳輸方式,而“優(yōu)力普”在線(xiàn)供電(POE)是一種革命性技術(shù),它通過(guò)目前承載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的同一條五類(lèi)/超五類(lèi)雙絞線(xiàn)電纜提供可靠的直流電源,擴(kuò)展了以太網(wǎng)本已非常強(qiáng)大的功能。POE將改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的方式,網(wǎng)絡(luò)管理員可以最大限度地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,并部署全新的一系列應(yīng)用。
POE技術(shù)的出現(xiàn)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)師可以輕易突破原有的限制,隨著功率半導(dǎo)體廠(chǎng)商提供更多樣的開(kāi)關(guān)和器件,再加上新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將支持更高功率水平的使用,這一新興技術(shù)勢(shì)必將促進(jìn)新一代物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的出現(xiàn)。
評(píng)論
查看更多