以太网供电(POE)原理技术

2016-03-07

POE供电

 POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下,在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电的技术。

 POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet),有时也被简称为以太网供电,这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范,并保持了与现存以太网系统和用户的兼容



特点

POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作,最大限度地降低成本。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准,它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准,是现有以太网标准的扩展,也是第一个关于电源分配的国际标准。

相关标准

PoE早期应用没有标准,采用空闲供电的方式。

1、IEEE 802.3af

IEEE 802.3af(15.4W)成为了首个PoE供电标准,规定了以太网供电标准,是现在PoE应用的主流实现标准。

IEEE在1999年开始制定该标准,最早参与的厂商有3Com,Intel, PowerDsine,Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是,该标准的缺点一直制约着市场的扩大。直到2003年6月,IEEE批准了802. 3af标准,它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项,并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af的发展包含了许多公司专家的努力,这也使得该标准可以在各方面得到检验。

一个典型的以太网供电系统。在配线柜里保留以太网交换机设备,用一个带电源供电集线器(Midspan HUB)给局域网的双绞线提供电源。在双绞线的末端,该电源用来驱动电话、无线接入点、相机和其他设备。为避免断电,可以选用一个UPS。

2、IEEE 802.3at

IEEE802.3at(25.5W)应大功率终端的需求而诞生,在兼容802.3af的基础上,提供更大的供电需求,满足新的需求。

为了遵循IEEE 802.3af 规范,受电设备(PD)上的PoE 功耗被限制为12.95W,这对于传统的IP 电话以及网络摄像头而言足以满足需求,但随着双波段接入、视频电话、PTZ视频监控系统等高功率应用的出现,13W 的供电功率显然不能满足需求,这就限制了以太网电缆供电的应用范围。为了克服PoE 对功率预算的限制,并将其推向新的应用,IEEE 成立了一个新的任务组,旨在探求提高该国际电源标准的功率限值的方法。IEEE802.3 工作组为了在技术及经济上对IEEE802.3at 实现的可能性进行评估,于2004 年11 月创立了PoEPlus 的研究小组。之后又于2005 年7 月批准了建立IEEE 802.3at 调查委员会的计划。新标准称为 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at,它将功率要求高于12.95W 的设备定义为Class 4(该级别在IEEE 802.3af 中有描述,但留作将来使用),可将功率水平扩展到25W 或更高。

系统构成

   POE的系统构成: 一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Powered Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备,如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备(实际上,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力)。两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。

特性参数

供电特性参数

POE标准供电系统的主要供电特性参数为:

类别

802.3af(PoE)

802.3at(PoE plus)

分级(Classification)

0~3

0~4

最大电流

350mA

600mA

PSE输出电压

44~57V DC

44~57V DC

PSE输出功率

<=15.4W

<=30W

PD输入电压

36~57V DC

42.5~57V DC

PD最大功率

12.95W

25.5W

线缆要求

Unstructured

CAT-5e or better

供电线缆对

2

2

供电工作过程

当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示。

1. 检测:一开始,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE
 802.3af标准的受电端设备。

2.PD端设备分类:当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

3. 开始供电:在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

4.供电:为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过 15.4W的功率消耗。

5.断电:若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

供电的原理

标准的五类网线有四对双绞线,但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法,应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极,7、8脚连接为负极。

应用数据脚供电时,将DC电源加在传输变压器的中点,不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。

标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE只能提供一种用法,但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD设备提供48V到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压。

供电方法

POE的两种供电方法

POE标准为使用以太网的传输电缆输送直流电到POE兼容的设备定义了两种方法:

中间跨接法

一种称作“中间跨接法”( Mid -Span ),使用独立的PoE供电设备,跨接在交换机和具有PoE功能的终端设备之间,一般是利用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电。Midspan PSE是一个专门的电源管理设备,通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机(此处指传统的不具有PoE功能的交换机),另一个连接远端设备。

末端跨接法

另一种方法是“末端跨接法”(End-Span),是将供电设备集成在交换机中信号的出口端,这类集成连接一般都提供了空闲线对和数据线对“双”供电功能。其中数据线对采用了信号隔离变压器,并利用中心抽头来实现直流供电。可以预见,End-Span会迅速得到推广,这是由于以太网数据与输电采用公用线对,因而省去了需要设置独立输电的专用线,这对于仅有8芯的电缆和相配套的标准RJ-45插座意义特别重大。


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