以太网供电正当时

近年来，VoIP 和WLAN的应用如火如荼，通过以太网本身提供电力支持的需求也越来越迫切，以太网供电（PoE）技术以其对数据和电源一举两得的传输方式得到了众多厂商和用户的亲睐。

剃须刀连上网线就能刮胡须，摄像机接上网线就可摄像，这些都会因为以太网供电技术的发展而成为现实。以太网供电 (PoE，Power over Ethernet) 在许多公司和公共机构中已经投入使用，它在节约成本，实现更简单、更高效的网络设计方面独具优势。PoE的通用性使其能够在更广泛的领域实现潜在优势。

比较典型的应用是在IP电话中，一般来说，IP电话设备需要两个接口: 一个连接到电信企业本地网，另外一个连接到交流供电网，采用以太网供电则只需要一个接口。至于其他的网络设备，如无线本地网接入设备、笔记本电脑和网络照相机等，也都需要这两套接口。事实上，为这些设备提供交流电力不仅使连线更加复杂，也带来了一笔昂贵的开销。

什么是以太网在线供电

PoE是指通过常用于单纯的语音、数据和视频的双绞线提供电源(通常是48V直流电源)的技术，在对现有以太网布线基础架构不作任何改动的情况下就能保证为IP终端传输数据信号，同时还能为此类设备提供直流供电的能力。PoE技术借助通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据集成在同一有线系统当中，在确保现有结构化布线安全的同时保证了网络的正常运作。

由于企业中局域网设备的数量不断增加，为每一台设备铺设电源线花费不菲。有时还要为设备安装UPS或建设独立的后备电源，并且许多设备必须安装在特殊的位置上才能最佳运行，而在这些位置很少能找到电源插座。以太网供电技术将有助于解决这些难题，并能够节省电源布线和配电的成本。

PoE的参考标准802.3af在1999年开始标准化进程，以满足用户需求，保证为网络设备分配直流电源的专有设备之间能够互操作。现在，该标准已经在2003年6月获得批准通过，普遍使用的以太网RJ-45插头和插座因此可望成为第一个全球通用的电源连接器。众多PoE设备厂商正在设计基于802.3af标准的产品，以利用PoE提供的巨大优势。这些产品包括门禁系统、充电器、售货机、游戏机和电吉它，甚至电动剃须刀。随着技术的不断发展，采用PoE的新兴应用将不断出现，其应用领域将只受到产品设计人员的智慧限制。

以太网三大优势

1．经济适用

使用以太网供电技术所带来的最明显的好处是可以经济地部署网络设备，只使用一条电缆就能为每台网络设备同时提供数据和电源，而不需额外的电源电缆或供电装置。PoE为桌面应用提供了许多好处，支持PoE的设备可以迅速简便地挪动和迁移，使移动导致的影响达到最小; PoE还简化了安装过程中及未来网络改动过程中的电缆管理，并且降低了电源线的安装成本。

2．便于灵活部署

这种合理化网络设计还带来了另一个好处，即更加灵活地部署设备。可以在实现最优性能的地方安装和迁移网络设备，而不受限于现有的交流电源插座。对无线接入设备或安全摄像机之类的设备，这一点尤其重要，这些设备可以安装在难以接触的地方，如天花板或走廊中，以实现最广泛的覆盖范围，摆脱了安装交流电源插座所带来的限制。PoE使得管理人员可利用安装在网络核心的一台UPS为分布在局域网上的多台设备提供后备电源，同时网络管理员可在自己的网络布线室内集中地管理网络和电源配电，从而简化管理、降低运行成本。

3．可靠性

从可靠性角度看，PoE也有一定的优势。通过SNMP管理的集中式电源增强了系统可靠性，有效地防止了电源过载、掉电、浪涌和尖峰。在与不间断电源(UPS)或备用电源一起实现PoE功能时，即使交流电源中断，企业仍可以分配电源，从而可以用功能丰富的VoIP电话代替传统电话，同时保持可靠性的优势。

RJ45数据插头本身也有方便使用的优势，它代表着通用标准，在全球范围内被广泛使用，当在国外出差时，省去了寻找不同插头电源适配器的麻烦。

以太网在线供电的工作方式

IEEE 802.3af标准定义的PoE网络由两个基本组成部分: 提供电源的设备，称为供电设备(PSE); 接收和使用电源的设备，称为被供电设备(PD)。在把任何网络设备连接到PSE时，PSE必须先确定设备是不是PD，这保证了不符合PoE标准的现有以太网设备不会被错发电源，否则该设备会受到损坏。其实现方式是，PSE透过电缆应用两个电流有限的小电压信号，检查是否存在特性电阻，只有在检测到规定电阻时，才会提供电源。

一旦侦测到有效的PD，PSE还需要了解PD的用电量，便于系统对电源的管理。这个过程称为PD分级(IEEE标准规定此过程是可选的)。这一阶段，PSE利用一个15.5V～20.5V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――分级特征信号，PD向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流，以确定PD属于哪个功率级别。分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。

在PSE发现PD之后，它会提供48V电压及最大350mA的电流。考虑到由于电缆损耗导致的电压下降， PD最后得到的功率最低约为13 W，这一功率对许多应用已经足够了，包括VoIP电话、无线接入设备、安全摄像机和门禁系统等。一旦PSE开始提供电源，它会连续监测PD电流输入。一旦PD电流消耗下降到最低值以下，如在拔下设备时，PSE会断开电源，并再次启动发现过程。

IEEE802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法。不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择最适合他们系统的检测方法。

DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，判断PD是否在线。当电流在给定时间tDIS(300ms～400ms)内保持低于阈值IMIN(5mA～10mA)时，PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种方法的缺点是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线，PD必须周期性地从线上吸取一定的电流。

图1 PoE供电过程

图2 终端跨度法和中间跨度法

AC断路法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到PSE时，端口应该是高阻抗，可能达到几MΩ；而当接有PD时，端口的阻抗会小于26.5kΩ；如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。端口阻抗(ZPORT)通过加电压(VAC)和测量得到的电流(IAC)来决定，即ZPORT = VAC / IAC。

图3 终端跨度方法电力传输方式

图4 中间跨度方法电力传输方式

802.3af标准定义了两种不同类型的PSE: 终端跨度和中间跨度PSE。终端跨度PSE把供电功能与网络交换机集成在一起。目前市场上的终端跨度设备的外观和功能与任何其他以太网交换机完全相同，但除了路由数据外，它们还可以提供PoE功能。可以在变压器中心分接头简便地增加直流电源，供以太网特定的数据线对使用，而不会破坏数据。在这种工作模式下，终端跨度设备在针脚3和针脚6 及针脚1和针脚2这两对针脚上同时接入电源和数据。

中间跨度PSE放在交换机和PD之间，它通过没有使用的电缆针脚4和针脚5及针脚7和针脚8这两对针脚提供电源。数据通过中间跨度设备路由，不会有任何改动，中间跨度PSE通常与以太网交换机相邻安装在设备机架中。必需指出，尽管PSE必须使用为终端跨度或中间跨度分配的成对针脚(但不能同时使用)，但PD必须能够同时接收来自终端跨度或中间跨度的电源。

终端跨度 PSE支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T网络。终端跨度的PoE系统中的PSE可以在信号线对之间或备用线对之间(但不是两者同时)提供标称48V的DC电源。其中在信号线对之间传输电力时，48V电源通过向耦合变压器的中间抽头供电，以共模方式施加在双绞线上，对于差分数据信号没有影响，并且由于耦合变压器的隔离，也不会对数据收发器产生影响。

中间跨度PSE只支持10BASE-T和100BASE-TX网络，而802.3af标准目前还未定义对1000BASE-T网络的支持。中间跨度PSE在备用线对之间提供48V的DC电源。

中间跨度设备可以保护用户在不支持PoE的交换机中的当前投资，如用户以前的交换机不支持以太网供电功能，则可以在交换机和设备间增加中间跨度设备。此外，由于中间跨度的成本要低于终端跨度，中间跨度可以更加经济地在现有网络中为每个端口增加PoE。可以使用一台中间跨度设备支持多台连接具有PoE要求的PD的交换机。

目前，中间跨度设备分成两种不同的类型: 电源集线器和供电配线架。电源集线器为每个PoE端口提供两个RJ-45插座: 一个输入、一个输出，这两个插座都位于正面。跳线把交换机端口连接到集线器输入上，另一条跳线把配套的集线器输出连接到配线架上，然后连接到PD; 另一类中间跨度设备是供电配线架，它把中间跨度设备的功能与传统配线架融合在一起，交换机可通过配线架直接连接到PD上，RJ-45跳线把交换机连接到配线架正面，PD连接到配套压接终端上的配线架背面，电源增加到配线架内部没有使用的数据针脚对。使用供电配线架方法要求的端口数量、跳线数量和机架空间都要少于电源集线器。

以太网在线供电的更多应用范围

PoE广泛应用于很多领域，其中包括智能大厦和远程站点，如设施管理系列解决方案，通过按需为不同区域提供电源，可以降低功耗。这对许多垂直市场也非常实惠，在这些市场中，人们在很大程度上希望降低服务提供成本，如政府、医疗、教育和酒店。

市场上已有多家制造商提供了此类产品。www.省略网站产品部分介绍了许多以太网供电产品。通过以太网供电技术将使更多设备的简便使用成为可能。例如:

智能标牌/网上标牌;

售货机;

游戏机;

影音自动点唱机;

资讯信息零售点;

EPOS系统;

楼宇门禁系统;

考勤系统;

手机和PDA充电器;

电子音乐器械 。

最后，PoE也为安全市场提供了某些优势。除了在危险领域中为IP摄像机和门禁解决方案供电外，还能够为关键网络领域优先分配电源从而减少浪费的电力配置，延长UPS寿命，

链接:以太网供电应用于医院

Exempla医疗中心位于科罗拉多州的丹佛，它使用以太网供电产品为移动护士调度应用中使用的LAN接入点供电。另外，它还使用PoE智能交换机连接数百部电话，并为这些电话供电。

Exempla的首席技术官Lots Pook希望为医疗中心的以太网添置静脉(IV)泵、数字血压监控器和胎儿心脏监护仪。添加这些以太网供电设备后，医疗人员将能够实时远程监控病人的状况和设备的情况，例如病人是否需要服务等。

Pook说，当802.3af型阅读器上市后，他还希望用PoE智能交换机为RFID阅读器供电。Exempla计划用RFID阅读器收集来自病床、轮椅、X射线机及其它移动设备的数据，以便跟踪这些设备的位置，并在需要时快速部署到其他地方。