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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(dāng)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(yīng)用及新服務(wù)：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(jìn)行擴(kuò)展、如基于IP的電話應(yīng)用(IP Telephony)也為用戶提供了更多新的及加強(qiáng)的企業(yè)級應(yīng)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(dòng)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(jī)及其他一些網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。目前此類新的應(yīng)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(yīng)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(jī)等都是安置在距中心機(jī)房比較遠(yuǎn)的地方更是加大了整個(gè)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(zhǔn)了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)(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(yīng)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(xiàng)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(dòng)的情況下就能保證在為如IP電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP、安全網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及其他一些基于IP的終端傳輸數(shù)據(jù)信號的同時(shí)，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(shí)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(dāng)中，在確保現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時(shí)保證了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)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(gè)IP電話機(jī)的功耗約為3~5W，一個(gè)無線局域網(wǎng)訪問接入點(diǎn)AP的功耗約為6~12W，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全攝像機(jī)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?yàn)樗恍枰惭b和支持一條而不是兩條電纜。一個(gè)AC電源接口的價(jià)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(jī)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(dòng)、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?yàn)镻oE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(fēng)險(xiǎn)。
它得于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理。因?yàn)楫?dāng)遠(yuǎn)端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連后，將能夠遠(yuǎn)程控制、重配或重設(shè)。
更多增強(qiáng)的應(yīng)用。隨著IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的確立，其他大量的應(yīng)用也將快速涌現(xiàn)出來，包括藍(lán)牙接入點(diǎn)、燈光工作、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、IP電話機(jī)、Web攝像機(jī)、無線網(wǎng)橋、門禁讀卡機(jī)與監(jiān)測系統(tǒng)等。用戶在當(dāng)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(hù)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(gè) Endspan (已經(jīng)內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機(jī))和 Midspan (用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)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(dǎo)致過熱。
上述兩個(gè)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(shí)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(shí)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?yàn)樵谝蕴W(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(jī))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(shí)傳輸直流電，這樣就確保交換機(jī)端口同時(shí)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(gè)POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。當(dāng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中布置PSE供電端設(shè)備時(shí)，PoE以太網(wǎng)供電工作過程如下：
1. 檢測過程。剛開始的時(shí)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(gè)支持IEEE 802.3af 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，供電端設(shè)備PSE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(gè)可配置的時(shí)間(一般小于15微秒)的啟動(dòng)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(shí)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(gè)過程當(dāng)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(fù)荷等會造成整個(gè)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(gè)24端口的Endspan 交換機(jī)在每個(gè)端口都提供 15.4W的電源輸出的話，整個(gè)交換機(jī)則要求提供高達(dá)370W的功率輸出！這會導(dǎo)致整個(gè)交換機(jī)要處理過熱的問題。而在一個(gè)企業(yè)的典型應(yīng)用當(dāng)中，可能需要連接20個(gè) IP電話(一般每個(gè)為4-5Watts)，連接2個(gè)無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP（一般每個(gè)約為 8-10Watts），連接 2個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(一般每個(gè)約為10-13Watts)，總計(jì)需要約146Watts�？紤]到成本因素及其他，因此一般的Endspan以太網(wǎng)供電交換機(jī)的輸出功率都設(shè)計(jì)在150Watts到200Watts之間，如NETGEAR公司三層以太網(wǎng)供電交換機(jī)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(gè)不同端口的輸出直流電進(jìn)行各種各樣的管理以滿足用戶的不同需要。
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