一、POE供電簡介

　　POE （Power Over Ethernet）指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構不作任何改動的情況下，在為一些基于IP的終端（如IP電話機、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等）傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。 POE也被稱為基于局域網的供電系統（POL， Power over LAN ）或有源以太網（ Active Ethernet），有時也被簡稱為以太網供電，這是利用現存標準以太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網系統和用戶的兼容性。

　　二、POE特點

　　POE技術能在確保現有結構化布線安全的同時保證現有網絡的正常運作，最大限度地降低成本。IEEE 802.3af標準是基于以太網供電系統POE的新標準，它在IEEE 802.3的基礎上增加了通過網線直接供電的相關標準，是現有以太網標準的擴展，也是第一個關于電源分配的國際標準。

　　三、POE的系統構成

　　poe供電一個完整的POE系統包括供電端設備（PSE， Power Sourcing Equipment）和受電端設備（PD， Powered Device）兩部分。PSE設備是為以太網客戶端設備供電的設備，同時也是整個POE以太網供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載，即POE系統的客戶端設備，如IP電話、網絡安全攝像機、AP及掌上電腦（ PDA）或移動電話充電器等許多其他以太網設備（實際上，任何功率不超過13W的設備都可以從RJ45插座獲取相應的電力）。兩者基于IEEE 802.3af標準建立有關受電端設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯系，并以此為根據PSE通過以太網向PD供電。

　　四、POE供電工作過程

　　當在一個網絡中布置 POE供電端設備時，POE以太網供電工作過程如下所示。

　　1. 檢測：一開始，POE設備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE802.3af標準的受電端設備。

　　2.PD端設備分類：當檢測到受電端設備PD之后，POE設備可能會為PD設備進行分類，并且評估此PD設備所需的功率損耗。

　　3. 開始供電：在一個可配置時間（一般小于15μs）的啟動期內，PSE設備開始從低電壓向PD設備供電，直至提供48V的直流電源。

　　4.供電：為PD設備提供穩定可靠48V的直流電，滿足PD設備不越過 15.4W的功率消耗。

　　5.斷電：若PD設備從網絡上斷開時，PSE就會快速地（一般在300～400ms之內）停止為PD設備供電，并重復檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設備。

　　五、POE供電的原理

　　標準的五類網線有四對雙絞線，但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE80 2.3af允許兩種用法，應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。

　　應用數據腳供電時，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，不影響數據的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。

　　標準不允許同時應用以上兩種情況。電源提供設備PSE只能提供一種用法，但是電源應用設備PD必須能夠同時適應兩種情況。該標準規定供電電源通常是48V、13W的。PD設備提供48V到低電壓的轉換是較容易的，但同時應有1500V的絕緣安全電壓。

　　POE通過電纜供電的原理

　　標準的五類網線有四對雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。

　　IEEE80 2.3af允許兩種用法如圖1和圖2所示。

　　圖1 通過空閑腳供電

　　圖2 通過數據腳供電

　　應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。

　　應用數據腳供電時，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，不影響數據的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。

　　POE的兩種供電方法

　　POE標準為使用以太網的傳輸電纜輸送直流電到POE兼容的設備定義了兩種方法：一種稱作“中間跨接法”（ Mid -Span ），使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電，相應的Endpoint PSE支持POE功能的以太網交換機、路由器、集線器或其他網絡交換設備。另一種方法是“末端跨接法”（End-Span），是在傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電，其輸電采用與以太網數據信號不同的頻率。Midspan PSE是一個專門的電源管理設備，通常和交換機放在一起。它對應每個端口有兩個RJ45插孔，一個用短線連接至交換機，另一個連接遠端設備。可以預見，End-Span會迅速得到推廣，這是由于以太網數據與輸電采用公用線對，因而省去了需要設置獨立輸電的專用線，這對于僅有8芯的電纜和相配套的標準RJ-45插座意義特別重大。

　　圖3是POE供電系統的一個實例，由供電設備PSE 、受電設備PD和相關的配套設備及以太網傳輸電纜組成。

　　圖3 符合IEEE 802.3af標準的以太網供電系統實例

　　當PD設備與POE標準兼容時就可直接通過RJ-45插座從以太網電纜供電，對于與POE不兼容的設備可以采用直流變換器或抽頭分壓裝置的方法，將其電壓變換成POE兼容的電壓。這些裝置有時也被稱為有源以太網分裂器（Sputters），它可以將太網電纜的直流電壓取出來并通過常規的直流插座供PD設備使用。

　　六、IEEE 802.3af與IEEE 802.3at比較

　　與802.3af相比，802.3at可輸出2倍以上的電力，每個端口的輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬PoE的應用領域：雙波段接入，視頻電話，802.11接入，RFID接入，工業傳感器，POS終端等都將可以應用PoE技術來給終端提供充足的電力。

　　就標準而言，兩者在功率、分級、線纜上有不同的定義，下表是兩者的比較：

　　802.3af與802.3at的對比

　　在802.3at制定之初，IEEE就目標作過表述，以下可以參考：

　　The 802.3at Task Force objectives are along the following lines：

　　? 802.3at should operate on CAT5 and higher infrastructure， unlike 802.3af， that had take into account the CAT3 limitations

　　? 802.3at should follow the power safety rules and limitations pertinent to 802.3af

　　? A 802.3at PSE must be backwards compatible with 802.3af， being able to power both 802.3af and 802.3at PD‘s

　　? 802.3at should provide the maximum power to PD’s as allowed within practical limits， at least 30W

　　? 802.3at PDs， when connected to a legacy 802.3af PSE， will provide the user an indication that a 802.3at PSE is required.

　　? Research the operation of midspans for 1000BASE-T

　　? Research the operation of midspans and endspans for 10GBASE-T

　　七、POE+關鍵問題

　　當該任務組開始著手制定一個更高功率的新標準時，很多人都認為這將是一項可在短時間內完成的任務，只需增加電流和電壓而已，至少40W的功率就唾手可得。但是，當該任務組開始探究與較高功率有關的技術細節時，很多問題出現了，其中有些問題目前仍未解決。

　　1、電纜載流量與散熱問題

　　電纜載流量是最基本的問題之一，也最先被提出。而且，對于這一基本問題，直到近期電纜專家們才給出了答案。像所有電子組件一樣，電纜工作時也有最高環境溫度要求，令人關切的是，電纜過熱可能損壞絕緣材料，從而改變傳輸特性并縮短外部絕緣層的預期壽命。最近，美國電信行業協會（TIA）發布了一些初步的指引，建議當電纜制造廠每束電纜的根數被限制為100時，CAT5E可以支持每導線360mA的載流量（所有導體均處于運行狀態）。在電纜環境溫度達到45℃時，這樣的工作電流是可以接受的，若要在更高的溫度條件下工作，則需要降額。

　　此外，由于電纜通常被匝成電纜束并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問題亦需要考量。

　　2、數據變壓器（Data Transformer）

　　數據變壓器是系統中第二個真正令人關切的組件。如大家所知，數據變壓器用來將數據信號從PHY交流耦合到電纜中，同時注入用作PoE電源的直流電流。隨著該變壓器中直流電流的升高，并聯電源通路中小的電阻不平衡在變壓器中引起偏移電流，這會降低該變壓器的電感。電感的這種減小將使數據傳輸特性發生劣化，而且，嚴重的時候還會導致很高的誤碼率（BER）或數據的完全丟失。早期報道認為，從物理上看，不可能開發出能同時傳送較高電流并保持嚴格的千兆位以太網傳輸特性的數據磁性元件。不過，多個數據變壓器公司已經證明，這在物理上是可能的。

　　3、分級機制

　　新的分級機制是需要仔細進行工程設計的領域之一，該機制使供電設備（PSE）和受電設備能夠相互識別。有了這種相互識別能力，供電設備就可以恰當地向.af（又稱為Type1硬件）和.at（Type2）受電設備供電，.af受電設備也可以由.at供電設備供電，而且.at受電設備能夠知道它是否能得到其較大負載所需的全部功率。每種組合都需要有明確定義和一致的工作規則，這樣才能保持被認為是802.3標準支柱的互操作性。802.3at采用了更加詳盡的硬件分級機制和新的數據層機制，已經實現了這種相互識別。

　　802.3at硬件分級被稱為“兩事件分級”（2-event classification），并涉及那些基本上重復兩次802.3af電壓探測的PSE。每次對PD的電壓探測都同時引起一個被吸收的電流脈沖（參見圖），該電流脈沖對應一個特定的功率級。首先，PSE在數據或備用線上確定一個15.5V

　　至20.5V的電壓脈沖。PD以高達40mA的電流響應，告訴PSE它是4個功率級中的哪一個。雙脈沖是一個至PD的信號，告訴PD所連接的PSE確實是一個大功率PSE，能夠提供802.3at規定的較高功率。802.3at PD以4級電流響應，告訴PSE它是一個大功率PD，需要29.5W功率。在802.3af中，Layer1分級方法是可選的方法，供PSE查詢PD，以確定PD的功率需求。在802.3at規范中，命令PSE執行這種分級方法。

　　除了上述的硬件分級之外，PoE+任務組還定義了一個新的數據層分級，稱為“鏈路層發現協議”（Link Layer Discovery Protocol，LLDP），用于PSE和PD之間的通信。一旦鏈路受電，PSE和PD將能夠采用LLDP來確定PD的功率需求。采用LLDP后，允許PSE重復查詢PD，以了解PD狀態及其功率需求。有了這個機制，就有可能實現動態功率分配，PSE可以不斷向PD發布新級別的功率，PD也可以提出并在隨后放棄功率請求。隨著系統向更加環保的電源環境發展，這種新的動態功率分配一定會成為一種重要功能。這種新的Layer2分級機制對PSE而言是可選的，但是要求PD實施。圖1顯示了PoE+中使用的分級方法。802.3at任務組仍在研究有關這部分標準的細節，因此可以預期，隨著該任務組逐步完成對該通信協議的定義，還會出現一些變化。