什么是PoE技術及其應用

　　1.1 PoE以太網供電的需求來源
　　摘要：結構化布線是當今所有數據通信網絡的基礎，隨著許多新技術的發展，現在的數據網絡正在提供越來越多的新應用及新服務：如在不便于布線或者布線成本比較高的地方采用無線局域網技術(WLAN)可以有效地將現有網絡進行擴展、如基于IP的電話應用(IP Telephony)也為用戶提供了更多新的及加強的企業級應用，還有在9.11事件之后，全球的安全市場發生了巨大的變化，直接推動了用戶開始考慮在現有以太網絡架構之上盡可能地布置一些網絡安全攝像機及其他一些網絡安全設備。目前此類新的應用已經越來越被用戶所接受并且得到了快速的發展。所有這些支持新應用的設備由于需要另外安裝AC供電裝置，特別是如無線局域網AP及IP網絡攝像機等都是安置在距中心機房比較遠的地方更是加大了整個網絡組建的成本。為了盡可能方便及最大限度地降低成本，美國電子電氣工程師協會IEEE于2003年6月批準了一項新的以太網供電標準(PoE，Power Over Ethernet) IEEE 802.3af ，確保用戶能夠利用現有的結構化布線為此類新的應用設備提供供電的能力。
　　1.2 什么是PoE以太網供電PoE (Power Over Ethernet) 以太網供電這項創新的技術，指的是現有的以太網CAT-5布線基礎架構在不用作任何改動的情況下就能保證在為如IP電話機、無線局域網接入點AP、安全網絡攝像機以及其他一些基于IP的終端傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的能力。PoE技術用一條通用以太網電纜同時傳輸以太網信號和直流電源，將電源和數據集成在同一有線系統當中，在確保現有結構化布線安全的同時保證了現有網絡的正常運作。
　　大部分情況下，PoE的供電端輸出端口在非屏蔽的雙絞線上輸出44~57V的直流電壓、350~400mA 的直流電流，為一般功耗在15.4W以下的設備提供以太網供電。典型情況下，一個IP電話機的功耗約為3~5W，一個無線局域網訪問接入點AP的功耗約為6~12W，一個網絡安全攝像機設備的功耗約為10~12W。
　　1.3 PoE以太網供電的好處PoE以太網供電為用戶帶來的好處是顯而易見的，將在未來幾年內受到用戶的大力歡迎。
　　它節約成本。因為它只需要安裝和支持一條而不是兩條電纜。一個AC電源接口的價格大約為100～300美元，許多帶電設備，例如視頻監視攝像機等，都需要安裝在難以部署AC電源的地方。隨著與以太網相連的設備的增加，如果無需為數百或數千臺設備提供本地電源，將大大降低部署成本，并簡化其可管理性。
　　它易于安裝和管理。客戶能夠自動、安全地在網絡上混用原有設備和PoE設備，能夠與現有以太網電纜共存。
　　它安全。因為PoE供電端設備只會為需要供電的設備供電。只有連接了需要供電的設備，以太網電纜才會有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風險。
　　它得于網絡設備的管理。因為當遠端設備與網絡相連后，將能夠遠程控制、重配或重設。
　　更多增強的應用。隨著IEEE 802.3af標準的確立，其他大量的應用也將快速涌現出來，包括藍牙接入點、燈光工作、網絡打印機、IP電話機、Web攝像機、無線網橋、門禁讀卡機與監測系統等。用戶在當前的以太網設備上融合新的供電裝置，就可以在現有的網線上提供48v直流電源，降低了網絡建設的總成本，并且保護了投資。
　　2.1 PoE以太網供電技術2.1.1 PoE以太網供電系統介紹一個完整的PoE系統包括供電端設備（Power Source Equipment，PSE）和受電端設備（Powered Device，PD）兩部分,兩者基于IEEE802.3af標準建立有關受電端設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯系，并以此為根據控制供電端設備PSE通過以太網向受電端設備PD供電。
　　供電端設備PSE可以是一個 Endspan (已經內置了PoE功能的以太網供電交換機)和 Midspan (用于傳統以太網交換機和受電端設備PD之間的具PoE功能的設備)兩種類型，而受電端設備PD則是如一些具PoE功能的無線局域網AP、IP電話機等終端設備。
　　操作電壓一般情況下為 48 Vdc，但其也許可能在 44 Vdc 和 57Vdc之間，但無論如何是不能超過60Vdc的。
　　由PSE產生的最大電流一般情況下在 350mA 到 400mA 之間變化。這將確保以太網電纜不會由于其本身的阻抗而導致過熱。
　　上述兩個值使得PSE在其端口輸出會產生最小15.4W 的功率輸出，考慮到經過以太網電纜后的損耗，受電端設備PD所能接受到的最大的功率為 12.95W。
　　2.1.2 PoE以太網供電的線對選擇根據IEEE 802.3af的規范，有兩種方式選擇以太網雙絞線的線對來供電，分別稱為選擇方案A與選擇方案B。
　　方案A是在傳輸數據所用的電纜對((1/2 & 3/6)之上同時傳輸直流電，其信號頻率與以太網數據信號頻率不同以確保在同對電纜上能夠同時傳輸直流電與數據。方案B使用局域網電纜中沒有被使用的線對(4/5 & 7/8)來傳輸直流電，因為在以太網中，只使用了電纜中四對線中的兩對來傳輸數據，因此可以用另外兩對來傳輸直流電。
　　現在 Endspan (已經內置了PoE功能的以太網供電交換機)解決方案產品如NETGEAR公司的產品 FSM7326P 采用方案A也就是采用在傳輸數據所用的電纜對((1/2 & 3/6)之上同時傳輸直流電，這樣就確保交換機端口同時允許千兆以太網(Gigabit Ethernet)和以太網供電(PoE)共存，可提供10/100/1000Mbps三種速度的連接,并且Endspan在信號傳輸上對質量更有保證
　　2.2 PoE系統以太網供電工作過程供電端設備PSE是整個POE以太網供電過程的管理者。當在一個網絡當中布置PSE供電端設備時，PoE以太網供電工作過程如下：
　　1. 檢測過程。剛開始的時候，PSE設備在端口只是輸出很小的電壓，直到其檢測到其線纜的終端連接為一個支持IEEE 802.3af 標準的受電端設備。
　　2. PD端設備分類。當檢測到受電端設備PD之后，供電端設備PSE可能會為PD設備進行分類，并且評估此PD設備所需的功率損耗。
　　3. 開始供電。在一個可配置的時間(一般小于15微秒)的啟動期內，PSE設備開始從低電壓開始向PD設備供電，直至提供到 48Vdc 級的直流電源。
　　4. 供電。為PD設備提供穩定可靠的48Vdc 級直流電，滿足PD設備不越過15.4W的功率消耗。
　　5. 斷電。如果PD設備被物理或者電子上從網絡上去掉，PSE就會快速地(一般在300 – 400 ms的時間之內)停止為PD設備供電，并且又開始檢測過程檢測線纜的終端是否連接PD設備
　　在整個過程當中，一些事情如PD設備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負荷等會造成整個過程在中間會中斷，又會從第一步檢測過程開始。
　　2.3 PoE供電端設備電源管理如果一個24端口的Endspan 交換機在每個端口都提供 15.4W的電源輸出的話，整個交換機則要求提供高達370W的功率輸出！這會導致整個交換機要處理過熱的問題。而在一個企業的典型應用當中，可能需要連接20個 IP電話(一般每個為4-5Watts)，連接2個無線局域網接入點AP（一般每個約為 8-10Watts），連接 2個網絡攝像機(一般每個約為10-13Watts)，總計需要約146Watts。考慮到成本因素及其他，因此一般的Endspan以太網供電交換機的輸出功率都設計在150Watts到200Watts之間，如NETGEAR公司三層以太網供電交換機FSM7326P就能提供170Watts的直流電輸出。另外也可以根據各種情況對各個不同端口的輸出直流電進行各種各樣的管理以滿足用戶的不同需要。