1.1 PoE以太網(wǎng)供電的需求來源

　　摘要：結(jié)構(gòu)化布線是當今所有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，隨著許多新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)技術(shù)(WLAN)可以有效地將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(yè)級應用，還有在9.11事件之后，全球的安全市場發(fā)生了巨大的變化，直接推動了用戶開始考慮在現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之上盡可能地布置一些網(wǎng)絡(luò)安全攝像機及其他一些網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。目前此類新的應用已經(jīng)越來越被用戶所接受并且得到了快速的發(fā)展。所有這些支持新應用的設(shè)備由于需要另外安裝AC供電裝置，特別是如無線局域網(wǎng)AP及IP網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(xié)會IEEE于2003年6月批準了一項新的以太網(wǎng)供電標準(PoE，Power Over Ethernet) IEEE 802.3af ，確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類新的應用設(shè)備提供供電的能力。

　　1.2 什么是PoE以太網(wǎng)供電PoE  (Power Over Ethernet) 以太網(wǎng)供電這項創(chuàng)新的技術(shù)，指的是現(xiàn)有的以太網(wǎng)CAT-5布線基礎(chǔ)架構(gòu)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(wǎng)接入點AP、安全網(wǎng)絡(luò)攝像機以及其他一些基于IP的終端傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，還能為此類設(shè)備提供直流供電的能力。PoE技術(shù)用一條通用以太網(wǎng)電纜同時傳輸以太網(wǎng)信號和直流電源，將電源和數(shù)據(jù)集成在同一有線系統(tǒng)當中，在確保現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(shè)備提供以太網(wǎng)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(wǎng)訪問接入點AP的功耗約為6~12W，一個網(wǎng)絡(luò)安全攝像機設(shè)備的功耗約為10~12W。

　　1.3 PoE以太網(wǎng)供電的好處PoE以太網(wǎng)供電為用戶帶來的好處是顯而易見的，將在未來幾年內(nèi)受到用戶的大力歡迎。

　　它節(jié)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(shè)備，例如視頻監(jiān)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(wǎng)相連的設(shè)備的增加，如果無需為數(shù)百或數(shù)千臺設(shè)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(wǎng)絡(luò)上混用原有設(shè)備和PoE設(shè)備，能夠與現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜共存。

　　它安全。因為PoE供電端設(shè)備只會為需要供電的設(shè)備供電。只有連接了需要供電的設(shè)備，以太網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理。因為當遠端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連后，將能夠遠程控制、重配或重設(shè)。

　　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(xiàn)出來，包括藍牙接入點、燈光工作、網(wǎng)絡(luò)打印機、IP電話機、Web攝像機、無線網(wǎng)橋、門禁讀卡機與監(jiān)測系統(tǒng)等。用戶在當前的以太網(wǎng)設(shè)備上融合新的供電裝置，就可以在現(xiàn)有的網(wǎng)線上提供48v直流電源，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總成本，并且保護了投資。

　　2.1  PoE以太網(wǎng)供電技術(shù)2.1.1 PoE以太網(wǎng)供電系統(tǒng)介紹一個完整的PoE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備（Power Source Equipment，PSE）和受電端設(shè)備（Powered Device，PD）兩部分,兩者基于IEEE802.3af標準建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)控制供電端設(shè)備PSE通過以太網(wǎng)向受電端設(shè)備PD供電。

　　供電端設(shè)備PSE可以是一個 Endspan (已經(jīng)內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機)和 Midspan (用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機和受電端設(shè)備PD之間的具PoE功能的設(shè)備)兩種類型，而受電端設(shè)備PD則是如一些具PoE功能的無線局域網(wǎng)AP、IP電話機等終端設(shè)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(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)生最小15.4W 的功率輸出，考慮到經(jīng)過以太網(wǎng)電纜后的損耗，受電端設(shè)備PD所能接受到的最大的功率為 12.95W。

　　2.1.2 PoE以太網(wǎng)供電的線對選擇根據(jù)IEEE 802.3af的規(guī)范，有兩種方式選擇以太網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。方案B使用局域網(wǎng)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(wǎng)中，只使用了電纜中四對線中的兩對來傳輸數(shù)據(jù)，因此可以用另外兩對來傳輸直流電。

　　現(xiàn)在 Endspan (已經(jīng)內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機)解決方案產(chǎn)品如NETGEAR公司的產(chǎn)品 FSM7326P 采用方案A也就是采用在傳輸數(shù)據(jù)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(wǎng)(Gigabit Ethernet)和以太網(wǎng)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(zhì)量更有保證。

　　2.2 PoE系統(tǒng)以太網(wǎng)供電工作過程供電端設(shè)備PSE是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。當在一個網(wǎng)絡(luò)當中布置PSE供電端設(shè)備時，PoE以太網(wǎng)供電工作過程如下：

　　1.  檢測過程。剛開始的時候，PSE設(shè)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(shè)備。

　　2. PD端設(shè)備分類。當檢測到受電端設(shè)備PD之后，供電端設(shè)備PSE可能會為PD設(shè)備進行分類，并且評估此PD設(shè)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(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 48Vdc 級的直流電源。

　　4. 供電。為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的48Vdc 級直流電，滿足PD設(shè)備不越過15.4W的功率消耗。

　　5. 斷電。如果PD設(shè)備被物理或者電子上從網(wǎng)絡(luò)上去掉，PSE就會快速地(一般在300 – 400 ms的時間之內(nèi))停止為PD設(shè)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(shè)備

　　在整個過程當中，一些事情如PD設(shè)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(shè)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(yè)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(wǎng)接入點AP（一般每個約為 8-10Watts），連接 2個網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)供電交換機的輸出功率都設(shè)計在150Watts到200Watts之間，如NETGEAR公司三層以太網(wǎng)供電交換機FSM7326P就能提供170Watts的直流電輸出。另外也可以根據(jù)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。