什么是PoE技术及其应用

　　1.1 PoE以太网供电的需求来源
　　摘要：结构化布线是当今所有数据通信网络的基础，随着许多新技术的发展，现在的数据网络正在提供越来越多的新应用及新服务：如在不便于布线或者布线成本比较高的地方采用无线局域网技术(WLAN)可以有效地将现有网络进行扩展、如基于IP的电话应用(IP Telephony)也为用户提供了更多新的及加强的企业级应用，还有在9.11事件之后，全球的安全市场发生了巨大的变化，直接推动了用户开始考虑在现有以太网络架构之上尽可能地布置一些网络安全摄像机及其他一些网络安全设备。目前此类新的应用已经越来越被用户所接受并且得到了快速的发展。所有这些支持新应用的设备由于需要另外安装AC供电装置，特别是如无线局域网AP及IP网络摄像机等都是安置在距中心机房比较远的地方更是加大了整个网络组建的成本。为了尽可能方便及最大限度地降低成本，美国电子电气工程师协会IEEE于2003年6月批准了一项新的以太网供电标准(PoE，Power Over Ethernet) IEEE 802.3af ，确保用户能够利用现有的结构化布线为此类新的应用设备提供供电的能力。
　　1.2 什么是PoE以太网供电PoE (Power Over Ethernet) 以太网供电这项创新的技术，指的是现有的以太网CAT-5布线基础架构在不用作任何改动的情况下就能保证在为如IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的能力。PoE技术用一条通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据集成在同一有线系统当中，在确保现有结构化布线安全的同时保证了现有网络的正常运作。
　　大部分情况下，PoE的供电端输出端口在非屏蔽的双绞线上输出44~57V的直流电压、350~400mA 的直流电流，为一般功耗在15.4W以下的设备提供以太网供电。典型情况下，一个IP电话机的功耗约为3~5W，一个无线局域网访问接入点AP的功耗约为6~12W，一个网络安全摄像机设备的功耗约为10~12W。
　　1.3 PoE以太网供电的好处PoE以太网供电为用户带来的好处是显而易见的，将在未来几年内受到用户的大力欢迎。
　　它节约成本。因为它只需要安装和支持一条而不是两条电缆。一个AC电源接口的价格大约为100～300美元，许多带电设备，例如视频监视摄像机等，都需要安装在难以部署AC电源的地方。随着与以太网相连的设备的增加，如果无需为数百或数千台设备提供本地电源，将大大降低部署成本，并简化其可管理性。
　　它易于安装和管理。客户能够自动、安全地在网络上混用原有设备和PoE设备，能够与现有以太网电缆共存。
　　它安全。因为PoE供电端设备只会为需要供电的设备供电。只有连接了需要供电的设备，以太网电缆才会有电压存在，因而消除了线路上漏电的风险。
　　它得于网络设备的管理。因为当远端设备与网络相连后，将能够远程控制、重配或重设。
　　更多增强的应用。随着IEEE 802.3af标准的确立，其他大量的应用也将快速涌现出来，包括蓝牙接入点、灯光工作、网络打印机、IP电话机、Web摄像机、无线网桥、门禁读卡机与监测系统等。用户在当前的以太网设备上融合新的供电装置，就可以在现有的网线上提供48v直流电源，降低了网络建设的总成本，并且保护了投资。
　　2.1 PoE以太网供电技术2.1.1 PoE以太网供电系统介绍一个完整的PoE系统包括供电端设备（Power Source Equipment，PSE）和受电端设备（Powered Device，PD）两部分,两者基于IEEE802.3af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，并以此为根据控制供电端设备PSE通过以太网向受电端设备PD供电。
　　供电端设备PSE可以是一个 Endspan (已经内置了PoE功能的以太网供电交换机)和 Midspan (用于传统以太网交换机和受电端设备PD之间的具PoE功能的设备)两种类型，而受电端设备PD则是如一些具PoE功能的无线局域网AP、IP电话机等终端设备。
　　操作电压一般情况下为 48 Vdc，但其也许可能在 44 Vdc 和 57Vdc之间，但无论如何是不能超过60Vdc的。
　　由PSE产生的最大电流一般情况下在 350mA 到 400mA 之间变化。这将确保以太网电缆不会由于其本身的阻抗而导致过热。
　　上述两个值使得PSE在其端口输出会产生最小15.4W 的功率输出，考虑到经过以太网电缆后的损耗，受电端设备PD所能接受到的最大的功率为 12.95W。
　　2.1.2 PoE以太网供电的线对选择根据IEEE 802.3af的规范，有两种方式选择以太网双绞线的线对来供电，分别称为选择方案A与选择方案B。
　　方案A是在传输数据所用的电缆对((1/2 & 3/6)之上同时传输直流电，其信号频率与以太网数据信号频率不同以确保在同对电缆上能够同时传输直流电与数据。方案B使用局域网电缆中没有被使用的线对(4/5 & 7/8)来传输直流电，因为在以太网中，只使用了电缆中四对线中的两对来传输数据，因此可以用另外两对来传输直流电。
　　现在 Endspan (已经内置了PoE功能的以太网供电交换机)解决方案产品如NETGEAR公司的产品 FSM7326P 采用方案A也就是采用在传输数据所用的电缆对((1/2 & 3/6)之上同时传输直流电，这样就确保交换机端口同时允许千兆以太网(Gigabit Ethernet)和以太网供电(PoE)共存，可提供10/100/1000Mbps三种速度的连接,并且Endspan在信号传输上对质量更有保证
　　2.2 PoE系统以太网供电工作过程供电端设备PSE是整个POE以太网供电过程的管理者。当在一个网络当中布置PSE供电端设备时，PoE以太网供电工作过程如下：
　　1. 检测过程。刚开始的时候，PSE设备在端口只是输出很小的电压，直到其检测到其线缆的终端连接为一个支持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，供电端设备PSE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。在一个可配置的时间(一般小于15微秒)的启动期内，PSE设备开始从低电压开始向PD设备供电，直至提供到 48Vdc 级的直流电源。
　　4. 供电。为PD设备提供稳定可靠的48Vdc 级直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。
　　5. 断电。如果PD设备被物理或者电子上从网络上去掉，PSE就会快速地(一般在300 – 400 ms的时间之内)停止为PD设备供电，并且又开始检测过程检测线缆的终端是否连接PD设备
　　在整个过程当中，一些事情如PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等会造成整个过程在中间会中断，又会从第一步检测过程开始。
　　2.3 PoE供电端设备电源管理如果一个24端口的Endspan 交换机在每个端口都提供 15.4W的电源输出的话，整个交换机则要求提供高达370W的功率输出！这会导致整个交换机要处理过热的问题。而在一个企业的典型应用当中，可能需要连接20个 IP电话(一般每个为4-5Watts)，连接2个无线局域网接入点AP（一般每个约为 8-10Watts），连接 2个网络摄像机(一般每个约为10-13Watts)，总计需要约146Watts。考虑到成本因素及其他，因此一般的Endspan以太网供电交换机的输出功率都设计在150Watts到200Watts之间，如NETGEAR公司三层以太网供电交换机FSM7326P就能提供170Watts的直流电输出。另外也可以根据各种情况对各个不同端口的输出直流电进行各种各样的管理以满足用户的不同需要。