一、POE概述

1.1POE的系統(tǒng)構(gòu)成

智嵌物聯(lián)ZQWL的工業(yè)以太網(wǎng)交換機POE的系統(tǒng)構(gòu)成：poe供電一個完整的POE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設(shè)備(PD, Powered Device)兩部分。PSE設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶端設(shè)備供電的設(shè)備,同時也是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而PD設(shè)備是接受供電的PSE負(fù)載,即POE系統(tǒng)的客戶端設(shè)備,如IP電話、網(wǎng)絡(luò)安全攝像機、AP、移動電話充電器等許多其他以太網(wǎng)設(shè)備。兩者基于IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt(草案)標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系,并以此為根據(jù)PSE通過以太網(wǎng)向PD供電

圖1 POE系統(tǒng)

圖2 POE系統(tǒng)發(fā)展史

1.2POE的供電方法

POE供電，根據(jù)不同的應(yīng)用場景可以分為末端供電和跨接供電，而跨接供電由可以根據(jù)網(wǎng)線的供電線對分為中間跨接（Mid-span）和末端跨接（End-span）。

1.2.1末端供電法

末端供電是指具有POE供電功能的PSE設(shè)備（Switch/Hub）直接通過網(wǎng)線給PD設(shè)備（IP電話/網(wǎng)絡(luò)攝像機）供電。在POE標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)供電線對的不同，又有AlternativeA、Alternative B兩種供電模式。

1.2.1.1AlternativeA模式

AlternativeA模式：PSE設(shè)備利用兩對數(shù)據(jù)線1、2,3、6進行供電。

圖3 AlternativeA模式供電

1.2.1.2AlternativeB模式

AlternativeB模式：PSE設(shè)備利用兩對空閑線4、5,7、8進行供電。

圖4 AlternativeA模式供電

1.2.2跨接供電法

有些Switch/Hub不具有PSE供電功能，因此需要一個具有PSE供電功能的設(shè)備為POE的PD端設(shè)備供電。跨接供電分為中間跨接（midspan）和末端跨接（endspan）兩種。

1.2.1中間跨接法：Mid-span

中間跨接法”( Mid -Span )，使用以太網(wǎng)電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電。

圖5 Mid-span PSE設(shè)備供電

1.2.2末端跨接法(End-Span)

另一種方法是“末端跨接法”(End-Span)，是在傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時傳輸直流電。

1.2POE供電線對極性

在標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了AlternativeA、Alternative B兩種供電方式中線對的正負(fù)極，如下圖所示。對PSE設(shè)備來說，只需要滿足AlternativeA或者Alternative B兩種供電方式中的一種即可。對PD設(shè)備來說，就必須要同時滿足AlternativeA和Alternative B兩種供電方式。

POE供電線對極性

1.3POE的供電過程

圖 POE供電過程

1.3.1Step One：檢測PD

首先PSE會發(fā)送一個測試電壓給在網(wǎng)設(shè)備以探測受電設(shè)備中的一個24.9kΩ共模電阻。測試信號開始為2.5V，然后提升到10V，這將有助于補償Cat-5線纜自身阻抗帶來的損失，因為這種線纜最長可達(dá)100m。如果PSE檢測到來自PD的適當(dāng)阻抗特征(24.9kΩ)，它便會繼續(xù)提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會為電纜加電。受電設(shè)備（PD）電路中的齊納二極管會保證系統(tǒng)其余部分不受測試信號的干擾。

1.3.2Step Two：PD端設(shè)備分類

當(dāng)檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。如果除了探測到第一級的電阻外沒發(fā)現(xiàn)其他分級電路，該設(shè)備被定義成零級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級，直至特征和分級階段完成。

1.3.3Step Three：對PD供電

分級完成后，在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內(nèi)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備進行如下操作：

1.3.4開始供電

直至提供48V的直流電源。

1.3.5穩(wěn)定供電

為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電。

1.3.6斷電

若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時，PSE就會快速地(一般在300～400ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

1.4POE各標(biāo)準(zhǔn)電性能參數(shù)區(qū)別

POE標(biāo)準(zhǔn)對PSE設(shè)備和PD設(shè)備的電氣參數(shù)做了詳細(xì)的規(guī)定，符合POE標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備必須滿足這些電氣參數(shù)，否則可能出現(xiàn)PSE設(shè)備和PD設(shè)備不兼容的問題。下表列舉了標(biāo)準(zhǔn)中給出的重要的部分參數(shù)。

IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)在2018年11月份最終定稿，但到目前標(biāo)準(zhǔn)仍未正式發(fā)布，IEEE 802.3bt與IEEE 802.3af/at最主要的區(qū)別如下：

第一：IEEE 802.3bt將供電設(shè)備(PSE)的最大功率提升三倍，從30 W擴展至90 W，并將用電設(shè)備(PD)的功率水平提升至71.3 W。

第二：IEEE 802.3bt將支持的等級數(shù)量從4個增加到8個，分別針對4-90 W和3.84-71.3 W的Type 3和Type 4供電設(shè)備(PSE)和用電設(shè)備(PD)。

第三：IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)提供了許多新特性和新功能，例如支持高效的4線對功率傳輸，以及支持2.5 Gbps、5 Gbps和10 Gbps PoE工作的通道定義等。

1.5非標(biāo)準(zhǔn)POE

為了降低測成本，市面上出現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)的POE設(shè)備，那么標(biāo)準(zhǔn)POE和非標(biāo)準(zhǔn)POE之間的區(qū)別是什么呢？

不言而喻，標(biāo)準(zhǔn)PoE產(chǎn)品就是符合IEEE802.3af和IEEE802.3at協(xié)議的產(chǎn)品，供電電壓標(biāo)準(zhǔn)值為48V。標(biāo)準(zhǔn)的PoE供電模式，要求前端供電設(shè)備（PSE)必須具備終端檢測、設(shè)備分類、評估功率損耗的功能，而受電設(shè)備（PD）也應(yīng)該兼容IEEE802.3af協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)才能被PSE檢測到。唯有供電端（PSE）和受電端(PD)均符合標(biāo)準(zhǔn)才稱得上真正的PoE解決方案。

非標(biāo)準(zhǔn)PoE產(chǎn)品是指那些僅采用網(wǎng)線空閑芯作為供電電線，無IC監(jiān)控與管理單元，不對PD（受電設(shè)備）進行檢測和判斷而直接供直流電的產(chǎn)品，所供直流電通常有12V，24V和48V。尤其是48V的非標(biāo)產(chǎn)品，迷惑性很大，往往會讓人誤以為是標(biāo)準(zhǔn)PoE。

由于沒有握手機制，非標(biāo)PoE具有如下潛在安全隱患：

隱患一：受電端不能進行穩(wěn)壓，終端工作不穩(wěn)定。網(wǎng)線線芯較細(xì)，壓降大，受電端無穩(wěn)壓裝置，系統(tǒng)常常工作在欠壓或者過壓狀態(tài)下，必將縮短受電終端工作壽命；

隱患二：燒壞設(shè)備、觸電、線路老化漏水短路火災(zāi)隱患。當(dāng)供電設(shè)備未與電壓匹配的網(wǎng)絡(luò)終端相連時，很容易就燒壞設(shè)備；當(dāng)供電電壓超過36V時，手觸電擊，人身安全收到威脅；此外，非標(biāo)PoE也無線路異常識別機制，存短路火災(zāi)隱患。

1.6目前常見的HI-POE方案

1.6.1符合IEEE 802.3bt(草案)標(biāo)準(zhǔn)的HI-POE

IEEE 802.3bt(草案)標(biāo)準(zhǔn)的POE方案，PSE端最小輸出功率可達(dá)到90W，PD端最大功耗可達(dá)到71.3W。目前常見的符合該標(biāo)準(zhǔn)的廠商有TI、凌特、美信等能夠參與標(biāo)準(zhǔn)制定的大公司。目前市面上能支持IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的PSE設(shè)備，實際上是支持IEEE 802.3bt(草案)或者自家公司自定義的協(xié)議，因此目前的大功率PSE設(shè)備可能存在不兼容的問題。

比如TI的TPS2372支持IEEE 802.3bt(草案)（Type1~Type4）用電設(shè)備（PD）所需的所有特性；凌特的LT4295支持IEEE 802.3bt (Draft 3.7)用電設(shè)備（PD）所需的所有特性。

1.6.2符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的兩顆PSE芯片堆疊

利用兩顆符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的PSE芯片，堆疊成60W輸出能力的PSE設(shè)備。比如Mirosemi公司的PD69101方案，可以為PD設(shè)備提供60W的功率。

1.6.3非標(biāo)準(zhǔn)的POE

如前面所述，非標(biāo)準(zhǔn)POE是簡單粗暴地把網(wǎng)線中空余線對當(dāng)電力線使用，所以只要不超過傳輸線的最大傳輸電流，，就可利用該種方式按照需求來設(shè)計不同的功率大小。

1.7POE技術(shù)的應(yīng)用場景

1.7.1安防監(jiān)控系統(tǒng)

目前，PoE技術(shù)被廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠利用網(wǎng)線給攝像機供電并傳輸信號。在安防系統(tǒng)中，前端的攝像機比較分散，點位較多，而且很多點位不便于鋪設(shè)電源，因此PoE技術(shù)電線供電的優(yōu)點就凸顯出來了。

1.7.2無線覆蓋領(lǐng)域

在無線AP覆蓋中，PoE也被廣泛應(yīng)用，一般是后期安裝，前期沒有預(yù)設(shè)電源，而且還需要鋪設(shè)傳輸網(wǎng)絡(luò)用來傳輸信號。而采用PoE技術(shù)可以同時解決這兩種信號的傳輸問題，既美觀又施工方便。

1.7.3三網(wǎng)融合應(yīng)用

目前三網(wǎng)融合是國家電網(wǎng)發(fā)展的一個趨勢，每家每戶都采用光纖入戶來傳輸電話信號、寬帶等網(wǎng)絡(luò)信號，采用PoE可以很好地解決光貓在室外的電源問題。

二、傳輸損耗

2003年設(shè)立的國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3af要求PSE能達(dá)到15.4W的輸出功率，而到達(dá)受電設(shè)備的功率是12.95W，電源損耗為2.45W。2009年設(shè)立的國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3at則要求PSE能達(dá)到30W的輸出功率，到達(dá)受電設(shè)備的功率是25.5W，電源損耗為4.5W。隨著時間的推移這兩種標(biāo)準(zhǔn)的功率已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在新的更大功率的PD的供電要求。因此最新的國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3bt有兩種要求，其中一種是要求PSE能達(dá)到60W的輸出功率，到達(dá)受電設(shè)備的功率是51W，電源損耗為9W。另一種則要求PSE能達(dá)到90W的輸出功率，到達(dá)受電設(shè)備的功率是71W，電源損耗則為19W。

傳輸線上的損耗計算公式：

P=I2R

其中，I為流過傳輸線的電流，R為百米網(wǎng)線的電阻值。

因此為了減少網(wǎng)線的功耗我們要盡量使導(dǎo)線的電流變小，讓網(wǎng)線的電阻變小。減小導(dǎo)線電流的方法就是提高PSE設(shè)備的輸出電壓，因此我們在選擇PSE設(shè)備時，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，電壓越高越好。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了百米網(wǎng)線的最大電阻值，如下表。

IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.3at/af標(biāo)準(zhǔn)的最大的一個區(qū)別就是采用網(wǎng)線的4線對同時供電，這樣可以大大降低傳輸線損耗。但即使使用4對雙絞線，這種損耗仍然是非常大的，此時的功率損耗已經(jīng)超過PSE的20%，所以之后更大功率的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能再通過這種方式來提高PD接收到的功率。

三、POE設(shè)備中網(wǎng)線的選擇

3.1網(wǎng)線的分類

雙絞線常見的型號有CAT1、CAT2、CAT3、CAT4、CAT5、CAT5e、CAT6、CAT7，在安防行業(yè)，我們常用的網(wǎng)線是CAT5e、CAT6。

網(wǎng)線必須按照568A或者568B的標(biāo)準(zhǔn)連接好網(wǎng)線，必須接通8根線，同時長度要求在100米內(nèi)。網(wǎng)線的質(zhì)量越好，傳輸穩(wěn)定性就越高，至少是超五類的網(wǎng)線，如果預(yù)算成本足夠，可以選擇傳輸距離更遠(yuǎn)、效果更好的6類網(wǎng)線。

3.1.1超五類線

超五類線：超5類線具有衰減小，串?dāng)_少的優(yōu)點，并且具有更高的衰減串?dāng)_比（ACR)和信噪比（StructuralReturnLoss)、更小的時延誤差。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)（1000Mbps）。

在標(biāo)準(zhǔn)中，cat5e采用單股銅絲，線規(guī)為24AWG。

圖 超五類線

3.1.2六類線

六類線：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時綜合衰減串?dāng)_比（PS-ACR）有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。

cat6采用單股銅絲線，線規(guī)是23AWG。