PoE交换机供电的原理及供电过程

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   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。
! A9 l% ~$ D! }8 N* \# S' X" R       1简介
% \3 j# M9 g4 }       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性。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。
% R* s' {" W3 a' ^       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。
. O" n) h# S9 ]& E! N. n& N       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。
% t% A# I2 v  Y5 n& i: h9 y       2原理
* u8 ?( l2 d0 O" ]: `2 d9 T       标准的五类网线有四对双绞线,但是在l0M 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。
" e) u! m7 z) b& D* {& w5 t       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。
! q4 m# v# V: F1 Z; |4 o       3参数
       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。
       PoE标准供电系统的主要供电特性参数为：
7 v. u5 [8 h/ q# }3 z6 j- R. Z       1. 电压在44～57V之间,典型值为48V。
# Q  h- Q( @0 V  i! V& o: s+ ?       2. 允许最大电流为550mA,最大启动电流为500mA。
       3. 典型工作电流为10～350mA,超载检测电流为350～500mA。
       4. 在空载条件下,最大需要电流为5mA。
+ o9 v# b# U9 k0 [, |       5. 为PD设备提供3.84～12.95W三个等级的电功率请求,最大不超过13W。(注意PD分级0和分级4没有显示出来而且不应采用。)
! }0 x9 C6 E& \% x4 Q       4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。
. E# E6 R9 h: h3 A  D  h       2. PD端设备分类
! k' p+ P( l# K, v0 c9 `( G3 H- E       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。
) E9 x- K9 b7 i+ T       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。
! O$ u' `( {+ Y+ U% o       4. 供电
' B7 ^% [# ?: X# ?       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
  ^: a; L0 |# c/ @' w- j       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。
       5供电方法
  l. V, ~; A  j0 N       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：
2 Y! P" q1 t; W. O6 _' e       中间跨接法( Mid -Span )
       使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电，应用于普通交换机与网络终端设备之间，可以通过网线给网络终端设备供电，Midspan PSE(中跨供电设备)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，另一个连接远端设备。
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       末端跨接法(End-Span)
       是在传输数据所用的芯线上同时传输直流电,其输电采用与以太网数据信号不同的频率。相应的Endpoint PSE(末端供电设备)有支持PoE功能的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络交换设备。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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2 z2 ?( J2 I# J& [: L2 N       6发展
       以太网供电芯片厂商PowerDsine将召开一个IEEE会议，正式提交“大功率以太网供电”标准，该标准将支持为笔记本电脑等设备供电。PowerDsine将提交一份白皮书，建议把802.3af标准的48v输入、13w的可用功率极限提高1倍。除笔记本电脑外，新标准还有可能为液晶显示器和视频电话等供电。
* n$ j& v+ W; |1 E- N! A       2009年10月30日 IEEE出了一个最新的802.3at标准，其中规定了PoE可以提供更高的功率，超过了13W，可以达到30W。现在很多PoE交换机都实现了同时支持这两种标准，例如丰润达的系列PoE交换机，同时支持IEEE802.3at/at标准，单口输出达30W，自动检测，智能供电，不仅安全还环保节能。可以说这也是PoE交换机发展的一个阶段。