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PoE技術(shù)詳細(xì)解讀 供電標(biāo)準(zhǔn)有哪些
編輯:淮創(chuàng)科技 更新:2022-10-19 查看:0

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PoE(Power over Ethernet)是指通過(guò)網(wǎng)線傳輸電力的一種技術(shù),借助現(xiàn)有以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)線同時(shí)為IP終端設(shè)備(如:IP電話、AP、IP攝像頭等)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電。


PoE又被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(Power over LAN,簡(jiǎn)稱PoL)或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet),有時(shí)也被簡(jiǎn)稱為以太網(wǎng)供電。


為了規(guī)范和促進(jìn)PoE供電技術(shù)的發(fā)展,解決不同廠家供電和受電設(shè)備之間的適配性問(wèn)題,IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)先后發(fā)布了三個(gè)PoE標(biāo)準(zhǔn):IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。

為什么需要PoE?

隨著網(wǎng)絡(luò)中IP電話、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控以及無(wú)線以太網(wǎng)設(shè)備的日益廣泛,通過(guò)以太網(wǎng)本身提供電力支持的要求也越來(lái)越迫切。多數(shù)情況下,終端設(shè)備需要直流供電,而終端設(shè)備通常安裝在距離地面比較高的天花板或室外,附近很難有合適的電源插座,即使有插座,終端設(shè)備需要的交直流轉(zhuǎn)換器也難有位置安置。另外,在很多大型的局域網(wǎng)應(yīng)用中,管理員同時(shí)需要管理多個(gè)終端設(shè)備,這些設(shè)備需要統(tǒng)一的供電和統(tǒng)一的管理,由于供電位置的限制,給供電管理帶來(lái)極大的不便,以太網(wǎng)供電PoE則正好解決了這個(gè)問(wèn)題。


PoE是一種有線以太網(wǎng)供電技術(shù),使用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)線同時(shí)具備直流供電的能力,有效解決IP電話、無(wú)線AP、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭、數(shù)據(jù)采集等終端的集中式電源供電。PoE供電具有可靠、連接簡(jiǎn)捷、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的優(yōu)勢(shì):


  • 可靠:一臺(tái)PoE設(shè)備可以同時(shí)為多個(gè)終端設(shè)備供電,實(shí)現(xiàn)電源集中供電的同時(shí),還可以進(jìn)行電源備份。

  • 連接簡(jiǎn)捷:終端設(shè)備不需外接電源,只需要一根網(wǎng)線。

  • 標(biāo)準(zhǔn):符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),使用全球統(tǒng)一的RJ45電源接口,可保證與不同廠商的設(shè)備對(duì)接。


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    PoE供電設(shè)備角色
    IEEE 802.1ab定義了可選的TLV(Type Length Value):Power via MDI(Media Dependent Interface) TLV。LLDP報(bào)文封裝Power via MDI TLV,進(jìn)行MDI供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告。當(dāng)PSE檢測(cè)到PD后,PSE和PD即周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送LLDP報(bào)文,這個(gè)報(bào)文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發(fā)送給對(duì)方,對(duì)方記錄下報(bào)文中包含的信息,達(dá)到信息交互的作用。
    但I(xiàn)EEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV格式僅能協(xié)商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),不能協(xié)商IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),當(dāng)相連的PD設(shè)備使用IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)供電時(shí),標(biāo)準(zhǔn)Power via MDI TLV將無(wú)法協(xié)商供電。華為S系列交換機(jī)為能夠支持協(xié)商IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),自定義了一種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報(bào)文
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    IEEE 802.1ab定義的TLV報(bào)文格式

  • PoE是如何工作的?

  • 如下圖所示,PoE供電系統(tǒng)包括如下兩個(gè)設(shè)備角色:

  • 供電設(shè)備PSE(Power-sourcing Equipment):通過(guò)以太網(wǎng)給受電設(shè)備供電的PoE設(shè)備,提供檢測(cè)、分析、智能功率管理等功能,例如:PoE交換機(jī)。

  • 受電設(shè)備PD(Powered Device):如無(wú)線AP、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭等受電方設(shè)備。按照是否符合IEEE標(biāo)準(zhǔn),PD分為標(biāo)準(zhǔn)PD和非標(biāo)準(zhǔn)PD。



  • PoE供電模式

  • 按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)的定義,PSE設(shè)備分為MidSpan(PoE功能模塊在設(shè)備外)和Endpoint(PoE功能模塊集成到設(shè)備內(nèi))兩種類型。華為Cloudengine S系列PoE交換機(jī)的PoE功能模塊全部集成在設(shè)備的內(nèi)部,屬于Endpoint的PSE設(shè)備。

  • Endpoint類型的PSE設(shè)備依據(jù)使用的供電線對(duì)不同分為Alternative A(1/2和3/6線對(duì))和Alternative B(4/5和7/8線對(duì))兩種供電模式。

  • Alternative A供電模式通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)供電。PSE通過(guò)1/2和3/6線對(duì)給PD供電,1/2鏈接形成負(fù)極,3/6鏈接形成正極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對(duì)傳輸數(shù)據(jù),1000BASE-T接口使用全部的4對(duì)線對(duì)傳輸數(shù)據(jù)。由于DC直流電和數(shù)據(jù)頻率互不干擾,所以可以在同一對(duì)線同時(shí)傳輸電流和數(shù)據(jù)。

  • Alternative B供電模式通過(guò)空閑對(duì)供電。PSE通過(guò)4/5和7/8線對(duì)給PD供電,4/5鏈接形成正極,7/8鏈接形成負(fù)極。

  • IEEE標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)應(yīng)用以上兩種供電模式。供電設(shè)備PSE只能提供一種用法,但是受電設(shè)備PD必須能夠同時(shí)適應(yīng)兩種情況。

  • PoE供電協(xié)商流程

  • PSE設(shè)備上電,PD設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到PSE設(shè)備后,PSE與PD就開始進(jìn)行供電協(xié)商:

  • 檢測(cè)PD:PSE在端口周期性輸出電流受限的小電壓,用以檢測(cè)PD設(shè)備的存在。如果檢測(cè)到特定阻值的電阻,說(shuō)明線纜終端連接著支持IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)或IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備(電阻值在19kΩ~26.5kΩ的特定電阻,通常的小電壓為2.7V~10.1V,檢測(cè)周期為2秒)。

  • 供電能力協(xié)商即PD設(shè)備分類過(guò)程:PSE對(duì)PD進(jìn)行分類,并協(xié)商供電功率。供電能力協(xié)商不僅可以通過(guò)解析PSE與PD發(fā)送的電阻實(shí)現(xiàn)的,還可以通過(guò)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP(Link Layer Discovery Protocol)協(xié)議發(fā)現(xiàn)和通告供電能力進(jìn)行協(xié)商。

  • 開始供電:在啟動(dòng)期內(nèi)(一般小于15μs),PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電,直至提供48V的直流電壓。

  • 正常供電:電壓達(dá)到48V之后,PSE為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電,PD設(shè)備功率消耗不超過(guò)PSE最大輸出功率。

  • 斷電:供電過(guò)程中,PSE會(huì)不斷監(jiān)測(cè)PD電流輸入,當(dāng)PD電流消耗下降到最低值以下,或電流激增,例如拔下設(shè)備或遇到PD設(shè)備功率消耗過(guò)載、短路、超過(guò)PSE的供電負(fù)荷等,PSE會(huì)斷開電源,并重復(fù)檢測(cè)過(guò)程。

  • 通過(guò)LLDP協(xié)議進(jìn)行供電能力協(xié)商

    IEEE 802.1ab定義了可選的TLV(Type Length Value):Power via MDI(Media Dependent Interface) TLV。LLDP報(bào)文封裝Power via MDI TLV,進(jìn)行MDI供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告。當(dāng)PSE檢測(cè)到PD后,PSE和PD即周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送LLDP報(bào)文,這個(gè)報(bào)文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發(fā)送給對(duì)方,對(duì)方記錄下報(bào)文中包含的信息,達(dá)到信息交互的作用。
    但I(xiàn)EEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV格式僅能協(xié)商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),不能協(xié)商IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),當(dāng)相連的PD設(shè)備使用IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)供電時(shí),標(biāo)準(zhǔn)Power via MDI TLV將無(wú)法協(xié)商供電。華為S系列交換機(jī)為能夠支持協(xié)商IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù),自定義了一種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報(bào)文

由2字節(jié)的TLV報(bào)文頭和12字節(jié)的TLV信息字段組成,報(bào)文格式如下圖所示:

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    IEEE 802.1ab定義的TLV報(bào)文格式

  • Power via MDI和Extended Power via MDI各字段含義如下圖所示。


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  • Power via MDI各字段含義

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  • Extended Power via MDI各字段含義

  • 華為公司自定義的Power via MDI TLV


  • 由2字節(jié)的TLV報(bào)文頭和4字節(jié)的TLV信息字段組成,報(bào)文格式如下圖所示:


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  • 華為公司自定義的TLV報(bào)文格式

TLV報(bào)文中各字段含義如下:

  • TLV Type:TLV的類型,占1個(gè)字節(jié)。取值為1,表示PD支持的供電模式;取值為2,表示PD當(dāng)前工作的供電模式。

  • TLV Length:TLV的長(zhǎng)度,占1個(gè)字節(jié)。取值為4,表示TLV信息字段值占4個(gè)字節(jié)。

  • TLV Value:TLV的值,占4個(gè)字節(jié),共32位。第0位、1位、2位、3位的含義如下圖所示,第4~31位預(yù)留。

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自定義TLV Value字段含義


PoE供電標(biāo)準(zhǔn)有哪些?

前面我們提及了IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)為解決不同廠家供電和受電設(shè)備之間的適配性問(wèn)題,會(huì)先后發(fā)布了三個(gè)PoE標(biāo)準(zhǔn):IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。那么這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有什么不同呢?

2003年6月,IEEE 802.3工作組制定了IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn),作為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的延伸,對(duì)網(wǎng)絡(luò)供電的電源、傳輸和接收都做了細(xì)致的規(guī)定。例如:IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSE設(shè)備需要在每個(gè)端口上提供最高15.4W的直流電源。

由于電纜中的一些功率耗散,因此受電設(shè)備僅有12.95W可用。2009年10月,為對(duì)應(yīng)大功率終端的需求,誕生了IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)在兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,提供最高25.5W的功率,滿足新的需求。

2018年9月,為進(jìn)一步提升PoE供電功率以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化,IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的發(fā)布了IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提升了供電能力,類型3可提供高達(dá)51 W的供電功率,類型4可提供高達(dá)71.3W的供電功率。此外,還包括對(duì)2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持,擴(kuò)大了高性能無(wú)線接入點(diǎn)和監(jiān)控?cái)z像頭等應(yīng)用程序的使用。

一般將IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE供電,將IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE+供電,將IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE++供電,也稱為4PPoE。三種供電技術(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下圖所示。


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PoE供電技術(shù)參數(shù)對(duì)比


有哪些設(shè)備可以支持PoE供電

PoE供電設(shè)備非常普遍,例如華為S系列園區(qū)交換機(jī)、無(wú)線接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供電,設(shè)備是否可以支持PoE供電,是由硬件決定的,不能通過(guò)升級(jí)軟件把不支持PoE供電的設(shè)備變更為支持PoE供電的設(shè)備。

以華為S系列園區(qū)交換機(jī)為例,能夠支持PoE供電的交換機(jī)叫做PoE交換機(jī),一般部署在接入層,通過(guò)內(nèi)置或外置的PoE電源為終端設(shè)備供電??蚴浇粨Q機(jī)要作為PoE交換機(jī),需要同時(shí)滿足:一是機(jī)框必須是支持PoE供電的機(jī)框,二是機(jī)框中插入的單板必須是PoE單板;盒式交換機(jī)只要設(shè)備款型支持PoE功能,設(shè)備上電后就可以支持PoE供電。