什么是PoE?

作者: vch12442493
发布于: 2024-03-27 16:42
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PoE是什么?

PoE (Power over Ethernet)是一种通过网线传输电力的技术。它利用现有的以太网,同时向IP话机、ap、IP摄像头等IP终端进行数据传输和供电。

PoE也被称为局域网供电(PoL)或有源以太网,有时简称为以太网供电。

为了规范和促进PoE供电技术的发展,解决不同厂商供电和接收电源设备之间的兼容性问题,IEEE标准委员会发布了三个PoE标准:IEEE 802.3af、IEEE 802.3at和IEEE 802.3bt。
 

为什么我们需要PoE?

随着IP电话、网络视频监控和无线以太网设备的日益普及,通过以太网本身提供电力支持变得越来越迫切。多数情况下,终端设备需要直流供电,且终端设备一般安装在离地较高或室外的吊顶上。附近很难有合适的电源插座。即使有插座,终端设备所需的AC/DC变换器也很难定位。此外,在许多大型局域网应用中,管理员需要同时管理多台终端设备,并对这些设备进行统一的管理和供电。有限的供电地点给供电管理带来很大不便。PoE (Power over Ethernet)解决了这个问题。

PoE是一种有线供电以太网技术。用于数据传输的网线同时提供直流电源。为IP话机、无线ap、便携式充电器、读卡器、摄像头、数据采集终端等提供有效的集中供电。PoE电源具有可靠、连接简单、标准统一等优点:

  • 可靠:一台PoE设备可以为多台终端设备同时供电,我们实现了电源的集中供电的同时,也可以承接备份供电。
  • 连接简单:终端设备无需外接电源,只需要一根细绳。
  • 标准:按照国际标准,采用全球统一的RJ45接口,可保证与不同厂家的设备对接。

 

PoE是如何工作的?

如下图所示,PoE供电系统包括以下两种设备角色:

PSE (Power- source Equipment): PoE设备,通过以太网向供电设备供电。提供检测、分析和智能电源管理功能,如PoE交换机。

供电设备PD (Powered Device):如无线AP、便携式设备充电器、读卡器、摄像头等供电设备。PD根据是否符合IEEE标准分为标准PD和非标准PD。

 
PoE供电方式

根据IEEE标准,PSE设备分为MidSpan (PoE功能模块在设备外部)和Endpoint (PoE功能模块集成在设备内部)。

根据所使用的电源对,具有Endpoint类型的PSE设备可以分为备选A(1/2和3/6线对)和备选B(4/5和7/8线对)供电模式。

可选A供电方式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对向PD供电,其中1/2链路形成负极,3/6链路形成正极。10BASE-T和100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据,1000BASE-T接口使用全部4线对传输数据。由于直流频率和数据频率互不干扰,电流和数据可以在同一对线路上同时传输。

备选B供电方式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对向PD供电,4/5链路形成正极,7/8链路形成负极。

IEEE标准不允许同时使用这两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用途,但接收设备PD必须能够适应这两种情况。
 

PoE供电协商过程

PSE设备上电,且PD设备与PSE设备通过网络连接后,PSE与PD开始供电协商:

·检测PD: PSE端口上周期性电压输出电流限制小,用于检测PD设备的存在。如果检测到特定电阻,则将电缆终端连接到支持IEEE 802.3af或IEEE 802.3at标准的接收设备上。(电阻范围为19kΩ ~ 26.5 kω,最小电压2.7V ~ 10.1V,检测周期2秒。)

供电能力谈判PD设备分类流程:PSE分类PD,并谈判功率。供电能力协商不仅可以通过解析PSE和PD发送的电阻,还可以通过链路层发现协议(LLDP)实现。

启动电源:在启动期间(通常小于15亩秒),PSE设备启动时由低压供电给PD设备提供48v直流电压。

正常供电时,电压达到48v后,PSE为PD设备提供稳定可靠的48v直流,PD设备功耗低于PSE最大输出功率。

“电源:在供电过程中,PSE不断监测PD输入电流,当PD下的电流消耗降至最低,或电流浪涌时,拔下设备电源或遇到PD设备功耗过载、短路、超过PSE的电源而负载时,PSE将断开电源,并重复此过程。
 


LLDP协议用于协商供电能力

IEEE 802.1ab定义了一个可选的TLV (Type Length Value): Power via Media Dependent Interface (MDI) TLV。LLDP报文通过MDI TLVS封装Power,发现并通知MDI供电能力。PSE检测到PD后,PSE和PD会定期向对方发送包含定义的TLV字段的LLDP报文。本端向对端发送信息,对端记录报文中包含的信息。

但是IEEE 802.1ab定义的Power via MDI TLV格式只能协商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at标准的电源参数,不能协商IEEE 802.3bt标准的电源参数。当连接的PD设备使用IEEE 802.3bt标准电源时,通过MDI TLV的标准电源将无法协商电源。
 


通过IEEE 802.1ab定义的MDI TLV包供电,它由2字节的TLV报头和12字节的TLV信息字段组成。报文格式如下图所示:

 

IEEE 802.1ab定义的TLV报文格式Power via MDI和Extended Power via MDI字段含义如下图所示。

 

PoE供电标准有哪些?

如前所述,IEEE标准委员会发布了IEEE 802.3af、IEEE 802.3at和IEEE 802.3bt三个PoE标准,以解决不同厂商供电设备和接收电源设备之间的兼容性问题。那么这三个标准之间有什么区别呢?

2003年6月,IEEE 802.3af工作组制定了IEEE 802.3af标准。作为以太网标准的扩展,对网络电源、传输和接收进行了详细的规定。例如,IEEE 802.3af标准规定PSE设备每个端口需要提供高达15.4W的直流电源。

由于电缆中有一些功耗,接收设备只有12.95W可用。2009年10月,IEEE 802.3at标准诞生,以满足大功率终端的需求。IEEE 802.3at标准基于兼容的802.3af标准,可提供高达25.5W的功率以满足新的需求。

2018年9月,为了进一步完善PoE供电,优化标准,IEEE标准委员会发布了IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt标准进一步改进了电源,Type 3提供高达51W的功率,Type 4提供高达71.3W的功率。还包括对2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持,扩展了高性能无线接入点和监控摄像头等应用程序的使用。

一般情况下,IEEE 802.3af标准对应的供电技术称为PoE电源,IEEE 802.3at标准对应的供电技术称为PoE+电源,IEEE 802.3bt标准对应的供电技术称为PoE+电源,也称为4PPoE。三种供电技术对应的参数如下图所示。