Poe

簡介

無論是買一台最簡單的乙太網交換機還是一套無線AP路由器，附屬檔案中都會包括一個方頭方腦、傻大黑粗的AC變壓電器（俗稱電源），使用起來有諸多不便。有沒有可能讓網線既用於傳輸信號，又供電呢？我們的生活中就有類似的例子，比如我們家用普通固定電話，不需要額外電源，即使家裡停電能撥打電話，因為電話線不僅可以傳輸話音信號，也負責給電話機供電（智慧型電話由於功率加大，有時也需要額外的電源）。由此PoE（Power over Ethernet，乙太網供電）技術應運而生。乙太網供電（Power over Ethernet，簡稱PoE）也稱為PoE供電，是一種可以在乙太網路中透過雙絞線來傳輸電力與資料到裝置上的技術。乙太網供電技術的出發點是讓IP電話、WLAN接入點、網路攝像頭等小型網路設備，可以直接從乙太網線（4對雙絞線中空閒的2對來傳輸）獲得電力，無需單獨鋪設電力線，以簡化系統布線，降低網路基礎設施的建設成本。PoE的典型組網如右圖所示。使用POE需要留意以下三點：如上圖所示，不是所有的乙太網交換機都支持PoE供電功能，供電模組內置或外置，一般價格比普通交換貴一些。要求終端也支持PoE受電功能。通過網線供電，功率本身是有一定限制的，留意查看不同設備的使用說明和功率要求。一個典型的乙太網供電系統。在配線櫃裡保留乙太網交換機設備，用一個帶電源供電集線器(Midspan HUB)給區域網路的雙絞線提供電源。在雙絞線的末端，該電源用來驅動電話、無線接入點、相機和其他設備。為避免斷電，可以選用一個UPS。

標準

為了規範和促進PoE套用的發展，2003年6月，IEEE 802.3工作組制定了IEEE 802.3af標準，作為乙太網標準的延伸，對網路供電的電源、傳輸和接收都做了細緻的規定。IEEE 802.3af標準是基於乙太網供電系統POE的新標準，它在IEEE 802.3的基礎上增加了通過網線直接供電的相關標準，是現有乙太網標準的擴展，也是第一個關於電源分配的國際標準。IEEE在1999年開始制定該標準，最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標準的缺點一直制約著市場的擴大。直到2003年6月，IEEE批准了802. 3af標準，它明確規定了遠程系統中的電力檢測和控制事項，並對路由器、交換機和集線器通過乙太網電纜向IP電話、安全系統以及無線LAN接入點等設備供電的方式進行了規定。IEEE 802.3af的發展包含了許多公司專家的努力，這也使得該標準可以在各方面得到檢驗。2009年10月，IEEE 802.3at標準應大功率終端的需求而誕生，在兼容802.3af標準的基礎上，提供更大的供電需求，滿足新的需求。

原理

標準的五類網線有四對雙絞線,但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE80 2.3af允許兩種用法,套用空閒腳供電時,4、5腳連線為正極,7、8腳連線為負極。套用數據腳供電時,將DC電源加在傳輸變壓器的中點,不影響數據的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。標準不允許同時套用以上兩種情況。電源提供設備PSE只能提供一種用法,但是電源套用設備PD必須能夠同時適應兩種情況。該標準規定供電電源通常是48V、13W的。PD設備提供48V到低電壓的轉換是較容易的,但同時應有1500V的絕緣安全電壓。

參數

一個完整的POE系統包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Powered Device)兩部分。PSE設備是為乙太網客戶端設備供電的設備,同時也是整個POE乙太網供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載,即POE系統的客戶端設備,如IP電話、網路安全攝像機、AP及掌上電腦( PDA)或行動電話充電器等許多其他乙太網設備（實際上,任何功率不超過13W的設備都可以從RJ45插座獲取相應的電力）。兩者基於IEEE 802.3af標準建立有關受電端設備PD的連線情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯繫,並以此為根據PSE通過乙太網向PD供電。POE標準供電系統的主要供電特性參數為：1. 電壓在44～57V之間,典型值為48V。2. 允許最大電流為550mA,最大啟動電流為500mA。3. 典型工作電流為10～350mA,超載檢測電流為350～500mA。4. 在空載條件下,最大需要電流為5mA。5. 為PD設備提供3.84～12.95W三個等級的電功率請求,最大不超過13W。（注意PD分級0和分級4沒有顯示出來而且不應採用。）

工作過程

當在一個網路中布置 PSE供電端設備時,POE乙太網供電工作過程如下所示。1. 檢測一開始,PSE設備在連線埠輸出很小的電壓,直到其檢測到線纜終端的連線為一個支持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之後,PSE設備可能會為PD設備進行分類,並且評估此PD設備所需的功率損耗。3. 開始供電在一個可配置時間(一般小於15μs)的啟動期內,PSE設備開始從低電壓向PD設備供電,直至提供48V的直流電源。4. 供電為PD設備提供穩定可靠48V的直流電,滿足PD設備不越過 15.4W的功率消耗。5. 斷電若PD設備從網路上斷開時,PSE就會快速地(一般在300～400ms之內)停止為PD設備供電,並重複檢測過程以檢測線纜的終端是否連線PD設備。

供電方法

PoE標準為使用乙太網的傳輸電纜輸送直流電到POE兼容的設備定義了兩種方法：中間跨接法( Mid -Span )使用乙太網電纜中沒有被使用的空閒線對來傳輸直流電，套用於普通交換機與網路終端設備之間，可以通過網線給網路終端設備供電，Midspan PSE（中跨供電設備）是一個專門的電源管理設備，通常和交換機放在一起。它對應每個連線埠有兩個RJ45插孔，一個用短線連線至交換機，另一個連線遠端設備。末端跨接法(End-Span)是在傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電,其輸電採用與乙太網數據信號不同的頻率。相應的Endpoint PSE（末端供電設備）有支持POE功能的乙太網交換機、路由器、集線器或其他網路交換設備。可以預見End-Span會迅速得到推廣，這是由於乙太網數據與輸電採用公用線對，因而省去了需要設定獨立輸電的專用線，這對於僅有8芯的電纜和相配套的標準RJ-45插座意義特別重大。