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1、POE技术白皮书一、POE介绍POE是什么?POE：Power Over Ethernet ， 顾名思义是以太网供电，也可以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)，它保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。这也是第一个关于电源分配的国际标准。POE实现了什么？POE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，可以为一些基于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，同时还能为此类设备提供直流供电。POE产生的背景在一些特殊的应用场合，如果使用传统的带有电源线或者变压器的设
2、备是会十分的不方便。比如无线接入设备（如AP或者是无线路由器）通常要安置在天花板上，但在这个地方很难找到一个合适的交流电输出接口。802.3af标准制订的规范就是为这些设备不再需要电源线接口而诞生。同时人们发现这样在开支上面能够节省很大一部分，因此POE技术迅速的发展了起来。POE的优势IEEE 802.3af标准是通过以太网数据线对或备用线对来实现以太网设备供电，从而摆脱了采用交流适配器所带来的麻烦。以太网供电不仅去除了讨厌的壁式变压器，还有助于推出一整套新的设备，这些设备结合了数据和电源接口，并可对现有的10、100或1000Mbps以太网设备后向兼容。802.3af突破了以太网的应用，它
3、主要是一个电源传输协议，而不是数据协议。同时POE出现也节省了布线的工作量。以太网网线供电已经在市场上广泛应用了，特别是在IP电话、无线局域网和IP安全市场。这项应用的支持者称，由于不用安装另外的电源线和电源插座，这项技术可以节省很大一部分的安装费用同时也方便管理者进行管理。同时它还可在部署本地交流电源较为困难的场所安装网络连接设备，从而提供了更大的灵活性。如果采用传统的交流供电方式，会产生电磁干扰，而双绞线容易受到磁场的干扰。POE也避免了这个问题。二、POE的应用场合POE的出现很大一部分原因就是基于实际的应用场合，因此这边必须得介绍一下。首先来看一下主要有哪些PD设备，有无线接入点AP、
4、IP电话机、网络摄像头等等。AP一般被放置在房间的天花板的中间，那是因为这样的情况下信号的覆盖的范围最广。而天花板上一方面不可能放置一个电源接口，另一方面若是拖线的话，将需要很长的线，又带来了布线的烦恼以及大量的额外开销。因此一个支持802.3af的AP将会是十分有帮助并且受欢迎的。同样网络摄像头一般都是置于室外，比如大门上方，墙壁顶端，角落等等。这样可以保证很大的监控范围。那些环境下更不可能去提供电源插口，POE的出现给诸如实时监控等应用提供了可能。传统电话的电源是通过电话线提供，IP电话做为将取代传统电话机的新技术，在这方面继承了传统电话不需要外接电源的特点。只不过供电角色由电话线变成了以
5、太网线。无线网络一直是网络发展的一个大的方向，目前在房间网络中已经逐渐开始流行起来，比如一些休闲的场合（茶座等）、家庭、办公室、以及一些商务酒店中应用比较多。IP电话机作为未来NGN网络中一个重要的组成部分，目前已经得到越来越多的应用。大有取代传统电话的趋势。网络摄像是一项重要的网络服务，能很好的辅助安全管理。网络摄像头的应用场合几乎涉及方方面面。政府、金融、学校、以及其他几乎任何场合。博达的设备在上述很多场合中都大显过身手并且有着自己的优势，对于POE产品的推广会十分有帮助，而且市场会很大。三、POE原理POE中的角色一个完整的POE系统至少包括供电端设备(PSE, Power Sourci
6、ng Equipment)和受电端设备(PD, Power 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)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）。PSE的种类802.3af定义了两类PSE，第一类PSE结合了802.3af电源供电功能与数据终端设备(DTE)功能，或目前以太网交换机和集线器的转发器功能。这些PSE存在于网络连接的终端，并称为端点(Endpoint)。这些
7、端点一般通过数据线对输送电源(尽管标准允许使用备用线对)，因为这些线对肯定连在PD上。第二类PSE安装在数据交换机和PD之间的连线上，这类PSE称为中跨(Midspan)，只向备用线对施加电源，而数据线对则直接通过。对于基于中跨的网络，PD从一个已有的非802.3af交换机接收数据而从中跨获得电源。另外还可以串接一个端点和一个中跨，这样电源就可以在备用线对和数据线对。为防止不期望的相互影响，已加电的PD不能在另外的线对上出现25k的阻抗特征。此外，一个中跨在一次检测失败后，在开始下一次检测前必须等待至少两秒，这一延迟使端点在中跨再次检测前检测，并向PD提供电源。这两种供电方式各具优势，中跨方式
8、在应用中更灵活，而端点方式相比中跨方式则节省了外加PSE电源造成的很大一部分开销。目前市场的主流是端点方式。POE的性能参数标准PSE和PD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：1. 电压在4457V之间,典型值为48V。 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10350mA,超载检测电流为350500mA。 4. 在空载条件下,最大需要电流为5mA。 5. 为PD设备提供3.8412.95W五个等级的电功率请
9、求,PD设备的功率最大不超过13W。见图一。图一注意：关于这个值有两点需要说明一下：1， 这个值和PSE设备的最小供电功率15.4W相差很大，是为什么？这是由供电效率和电量损耗造成的。电量穿过电线或在电源中转换时，过程中都会出现电量损耗。在802.3af标准中，上电设备必须提供最高达15.4W的电量。但是，在电缆末端，该标准只要求提供12.95W。对LAN交换机来说，从供电到物理上电端口也是如此。可以查看各个产品的具体情况，来确定为在端口提供15.4W，电源需提供多少电量。2， 发展：现在许多新式的POE设备所需的供电量往往超过目前所规定的12.95W的最大功率，所以一些芯片厂商开发了一些特殊
10、的功能，允许芯片利用辅助电源进行供电，因此最高电流可以设定至800mA，使供电升至25W。同时IEEE出了一个最新的802.3AT，其中规定了POE可以提供更高的功率，超过了13W，可以达到50W！在越来越多大功率的设备需要类似于POE供电的情况下，相信POE技术会进一步发展。PSE的工作原理以太网供电的主要设备是PSE，它负责检测、分级和控制电源，以符合网络中802.3af PD的电源要求。在检测时，PSE通过测量两个V-I点和从它们之间的斜率来计算电阻以判断端口的共模终端。只要两个电压的差大于1V且都在2.8V10V的范围内，PSE就能执行强制电流或强制电压测量，这样就有空间提供给PD的串
11、接二极管。对于以太网供电来说，检测很关键，因为它能保证48V直流电压仅加在有效的PD上，并永远不会损坏那些不需要接受802.3af电源的设备。在成功完成检测后，PSE对端口提供15.5V20.5V的电压，并将PD置于分级模式。PSE在对PD进行分级(测量端口电流)前会给它10ms的时间使它稳定下来。为保持合理的功耗，必须在75ms内完成分级。如果PSE能提供PD所在级别要求的功率， PSE将对PD提供电源。功率要求见图一中“最小PSE功率”一列。如果PSE能向每一个端口提供16W的功率，则可以选择完全跳过分级。通过分级能更有效地利用电源，降低提供电源的成本，因此大多数PSE都要采用分级。无论是
12、否对PD进行分级，PSE在对PD提供电源前必须在400ms内完成有效检测，否则如果PSE等待时间太长将会损坏插在原本是PD位置上不需要供电的以太网设备。当一个链路被供电后，PSE必须进行连续的监测以保证PD仍保持连接，以及电缆没处于等待状态，并准备给下一个以太网设备提供48V电压。802.3af标准规定了PSE用DC断接(DC disconnect)和AC断接(AC disconnect)两种方法来判断是否与一个PD保持连接。DC脱开决定于PD至少吸取10mA的电流，如果电流降到5mA到10mA之间的IMIN阈值以下，且时间超过TMPDO(300ms到400ms)，PSE就切断电源。因为PD可
13、以对端口产生10mA以上的脉冲电流，从而继续保持供电，所以PSE必须对小至60ms的脉冲做出响应。PSE通过测量端口阻抗来确定AC断接，一个高阻抗表示PD不再连接，端口就一定要在TMPDO时间后关断。PD的工作原理802.3af标准的PD要求开始于一个25k和小于120nF的特征识别，正是这一特征使PSE将PD从不需要供电的其它以太网设备中区分出来。PD只需要具有这些检测特征，而同时链路处于检测模式即可实现检测。分级特征表明PD的峰值功耗，要求在端口电压为14.5到20.5V之间时PD吸收一个特定的DC电流。PD的分级电流必须对应于图一中五个功耗分级中的一个。PD必须对极性不敏感，并且能在备用
14、线对和数据线对上正常工作(提供检测和分级特征以及接受供电)，这个自动极性电路通常用二极管桥堆来实现。以上这些是PD向PSE请求供电必须具备的。图二POE的实现过程电路图：图三POE供电工作流程当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作流程如下所示。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。PSE如何检测PSE将2.8V10V之间的两个电压(间隔在1V或以上)送到网络链路，然后根据得到的两个不同的电流值再作运算(V/I )，从而计算出PD端的阻值。将此阻值与PD应有的特征阻值进行比较，以确定
15、该设备是否为符合802.3af的PD设备，如果不是，继续检测；如果是一个PD设备，那进行下一步检测分级。判断为POE受电端设备的依据PD的特征如表一所示：表一：IEEE802.3af对于PD侦测特征的规定参数有效的PD侦测特征无效的PD侦测特征V/I（斜率）19KRPD26.5KRPD33K输入电容CPD/F10偏移电压/V19-偏移电流/A10-不进行检测直接直接加电的后果高压会导致许多不需要受电的设备损坏。PD在这个过程中担任什么角色PD只要处于检测状态，接受检测即可。2. PD端设备分类：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。电路图见图五：图五分级的目的12.95W只是PD设备能够获得的最大功率，有些设备不可能需要这么大的功率。因此PSE要进行进一步检测以确定该PD设备需要提供的电量，以便于系统对电源进行管理。PSE进行第二次检测和第一次检测的区别检测电压不同：这一阶段，PSE利用一个 15.5V20.5V的探测电压来检测PD的功率级别。通过从线上吸收一个恒定电流
