PoE系統(tǒng)簡介

PoE技術(shù)出發(fā)點(diǎn)很簡單，就是讓IP電話、WLAN接入點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以直接從以太網(wǎng)線獲得電力，毋庸單獨(dú)鋪設(shè)電力線;以簡化系統(tǒng)布線，降低網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本。它通過4對雙絞線中空閑的2對來傳輸電力。

在PoE系統(tǒng)中，有兩個較為重要的術(shù)語，大家需要知道：PSE和PD。

提供電力的叫做"供電設(shè)備"(PSE，PowerSourcingEquipment)，而使用電源的稱為"受電設(shè)備"(PD，PowerDevice)。PSE負(fù)責(zé)將電源注入以太網(wǎng)線，并實(shí)施功率的規(guī)劃和管理。PSE有兩種類型：一種是"EndpointPSE",另一種是"MidspanPSE"。EndpointPSE就是支持PoE功能的以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、集線器或其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。

MidspanPSE是一個專門的電源管理設(shè)備，通常和交換機(jī)放在一起。它對應(yīng)每個端口有兩個RJ45插孔，一個用短線連接至交換機(jī)，另一個連接遠(yuǎn)端設(shè)備。

MidspanPSE

PD則有多種形式，如IP電話、AP、PDA或移動電話充電器等。也就是說，任何功率不超過13W的設(shè)備都可以從RJ45插座獲取相應(yīng)的電力。3ComAirConnect無線接入點(diǎn)(PD)搭配PowerbaseT模塊(MidspanPSE)使用是早期成功應(yīng)用PoE的經(jīng)典實(shí)例。采用這一方式，用戶可以隨意將AP吊裝在墻頂，毋須顧及附近是不是有電源插座。

為了規(guī)范和促進(jìn)PoE應(yīng)用的發(fā)展，IEEE802.3工作組于1999年開始著手制訂IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，以作為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的延伸。2003年6月通過的最終標(biāo)準(zhǔn)對網(wǎng)絡(luò)供電的電源、傳輸和接收都作了細(xì)致的規(guī)定。用戶在設(shè)計PoE應(yīng)用時，必須嚴(yán)格遵守這些規(guī)定，購買認(rèn)證產(chǎn)品，才能夠直接從以太網(wǎng)獲得可靠電源。

POE技術(shù)的好處：

首先，有效減少連入墻上電源插座的數(shù)量。

想想我們的辦公桌：一臺PC的主機(jī)和顯示器就各需要一個三孔插座，就算普通員工不需要連接掃描儀、打印機(jī)等外設(shè)，但通常也需要更多的電源插座來連接PDA底座、手機(jī)充電器以至于IP電話。這些設(shè)備的AC電源并不通用。于是常見到各個工位之間插線板拖來拉去，不但可能導(dǎo)致電路過載而跳閘，而且安全隱患不容小覷。作為目前惟一的全球性電源標(biāo)準(zhǔn)，802.3af可以同時支持電力需求各不相同的以太網(wǎng)設(shè)備。除了常見的無線AP，著名樂器制造商Gibson在2003年聯(lián)合3Com公司開發(fā)了第一款支持PoE的數(shù)字電吉他，甚至還有一家網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商PowerDsine別出心裁地生產(chǎn)了一款PoE剃須刀。

其次，方便了在沒有電源插座的地方安裝設(shè)備及新的應(yīng)用。

802.3af正在推動視頻監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)融合的進(jìn)程。除了部署過程得到簡化，基于PoE的系統(tǒng)能夠?qū)z像機(jī)安放到以前因?yàn)闊o法部署AC電源而難以安放的位置，并且獲得內(nèi)部電源保障。802.3af還有助于推動RFID技術(shù)應(yīng)用的普及，支持802.3af的RFID閱讀器可以與以太網(wǎng)交換機(jī)相連，以實(shí)時傳輸全新的標(biāo)簽位置跟蹤信息。目前思科的此類產(chǎn)品就已在美國的兩家大型醫(yī)院中得到了應(yīng)用。總而言之，802.3af意味著只要是能夠部署以太網(wǎng)線纜的地方，就可以安裝許多易于安裝的新設(shè)備。

再次，802.3af可以為企業(yè)節(jié)約成本。

一位參加802.af最終協(xié)議制定的專家曾列舉過這樣一些對比數(shù)據(jù)：支持以太網(wǎng)供電的網(wǎng)絡(luò)終端成本將增加不到70%，具備PSE功能的交換機(jī)成本提高不到25%;但由于去掉了常規(guī)的電氣布線和電源插座，用戶可節(jié)省至少50%的總成本。在大規(guī)模部署WLAN和IP電話的現(xiàn)代辦公環(huán)境中，應(yīng)用802.af方案的性價比更加突出。

"數(shù)字簽名"技術(shù)和有待解決的難題

前面說到"802.3af可以同時支持電力需求各不相同的以太網(wǎng)設(shè)備"，有點(diǎn)匪夷所思吧?實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)得依仗每個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備自帶的"數(shù)字簽名"。當(dāng)終端設(shè)備連接到一個符合802.3af標(biāo)準(zhǔn)的啟動PSE功能的交換機(jī)的時候，交換機(jī)會尋找該終端的"數(shù)字簽名"。如果沒有發(fā)現(xiàn)簽名，就只對該設(shè)備進(jìn)行普通數(shù)據(jù)連接，不進(jìn)行電力傳輸。如果發(fā)現(xiàn)了"數(shù)字簽名"，交換機(jī)將在進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的同時根據(jù)簽名中的802.3af等級信息向該設(shè)備進(jìn)行電力傳輸。基于"數(shù)字簽名"，802.3af支持一點(diǎn)對多點(diǎn)的電力連接。這樣只要交換機(jī)與不間斷電源相連，就可以較大限度地保障在停電的時候網(wǎng)絡(luò)通信可以照常。IEEE802.3af特別工作組主席SteveCarlson在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之初曾預(yù)言未來十年內(nèi)，所有的以太網(wǎng)交換機(jī)均會支持PoE;但幾年下來，802.3af的應(yīng)用并沒有像預(yù)期的那樣風(fēng)生水起。除了因?yàn)樗陌l(fā)展有賴于WLAN和IP電話的普及外，自身也存在一些在應(yīng)用中亟需解決的實(shí)際問題——配線間的散熱和電氣環(huán)境就需要重新設(shè)計。在企業(yè)級應(yīng)用中，一個配線間擁有的以太網(wǎng)端口就可能數(shù)百。若以四百個為例，按照802.af標(biāo)準(zhǔn)每個以太網(wǎng)端口的電力輸出功率為15W，僅以太網(wǎng)供電就需增加6KW。供電需求增加直接會導(dǎo)致原先設(shè)計的UPS系統(tǒng)不堪重負(fù)，而能耗增加，配線間的環(huán)境制冷就得隨需而變，并且可能大大增加同處一室的交換機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備因過熱而宕機(jī)的幾率。

POE以太網(wǎng)供電工作過程

標(biāo)準(zhǔn)POE供電的工作過程圖：

當(dāng)在一個網(wǎng)絡(luò)中布置PSE供電端設(shè)備時,POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示。

1.檢測

一開始,PSE設(shè)備在端口輸出很小的電壓,直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。

2.PD端設(shè)備分類

當(dāng)檢測到受電端設(shè)備PD之后,PSE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進(jìn)行分類,并且評估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

3.開始供電

在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內(nèi),PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電,直至提供48V的直流電源。

4.供電

為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電,滿足PD設(shè)備不越過15.4W的功率消耗。

5.斷電

若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時,PSE就會快速地(一般在300～400ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電,并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

在把任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到PSE時，PSE必須先檢測設(shè)備是不是PD，以保證不給不符合POE標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備提供電流，因?yàn)檫@可能會造成損壞。這種檢查是通過給電纜提供一個電流受限的小電壓來檢查遠(yuǎn)端是否具有符合要求的特性電阻來實(shí)現(xiàn)的。只有檢測到該電阻時才會提供全部的48V電壓，但是電流仍然受限，以免終端設(shè)備處在錯誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個擴(kuò)展，PD還可以對要求PSE的供電方式進(jìn)行分類，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開始提供電源，它會連續(xù)監(jiān)測PD電流輸入，當(dāng)PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設(shè)備時或遇到PD設(shè)備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負(fù)荷等，PSE會斷開電源并再次啟動檢測過程。

當(dāng)然為了實(shí)現(xiàn)更加人性化的管理，也可以針對電源提供設(shè)備PSD進(jìn)行管理，例如利用SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)PSE的諸如夜晚關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)端重啟之類的功能。