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什么是PoE?

PoE(Power over Ethernet)是指通过网线传输电力的一种技术,借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备(如:IP电话、AP、IP摄像头等)进行数据传输和供电。
PoE又被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN,简称PoL)或有源以太网( Active Ethernet),有时也被简称为以太网供电。
为了规范和促进PoE供电技术的发展,解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题,IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准:IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。

为什么需要PoE?

随着网络中IP电话、网络视频监控以及无线以太网设备的日益广泛,通过以太网本身提供电力支持的要求也越来越迫切。多数情况下,终端设备需要直流供电,而终端设备通常安装在距离地面比较高的天花板或室外,附近很难有合适的电源插座,即使有插座,终端设备需要的交直流转换器也难有位置安置。另外,在很多大型的局域网应用中,管理员同时需要管理多个终端设备,这些设备需要统一的供电和统一的管理,由于供电位置的限制,给供电管理带来极大的不便,以太网供电PoE则正好解决了这个问题。

PoE是一种有线以太网供电技术,使用于数据传输的网线同时具备直流供电的能力,有效解决IP电话、无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集等终端的集中式电源供电。PoE供电具有可靠、连接简捷、标准统一的优势:

  • 可靠:一台PoE设备可以同时为多个终端设备供电,实现电源集中供电的同时,还可以进行电源备份。
  • 连接简捷:终端设备不需外接电源,只需要一根网线。
  • 标准:符合国际标准,使用全球统一的RJ45电源接口,可保证与不同厂商的设备对接。

PoE是如何工作的?

如下图所示,PoE供电系统包括如下两个设备角色:

  • 供电设备PSE(Power-sourcing Equipment):通过以太网给受电设备供电的PoE设备,提供检测、分析、智能功率管理等功能,例如:PoE交换机。
  • 受电设备PD(Powered Device):如无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准,PD分为标准PD和非标准PD。
PoE供电设备角色
PoE供电设备角色

PoE供电模式

按照IEEE标准的定义,PSE设备分为MidSpan(PoE功能模块在设备外)和Endpoint(PoE功能模块集成到设备内)两种类型。华为Cloudengine S系列PoE交换机的PoE功能模块全部集成在设备的内部,属于Endpoint的PSE设备。

Endpoint类型的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A(1/2和3/6线对)和Alternative B(4/5和7/8线对)两种供电模式。

Alternative A供电模式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对给PD供电,1/2链接形成负极,3/6链接形成正极。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据,1000BASE-T接口使用全部的4对线对传输数据。由于DC直流电和数据频率互不干扰,所以可以在同一对线同时传输电流和数据。

Alternative B供电模式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对给PD供电,4/5链接形成正极,7/8链接形成负极。

IEEE标准不允许同时应用以上两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用法,但是受电设备PD必须能够同时适应两种情况。

PoE供电协商流程

PSE设备上电,PD设备通过网络连接到PSE设备后,PSE与PD就开始进行供电协商:

  1. 检测PD:PSE在端口周期性输出电流受限的小电压,用以检测PD设备的存在。如果检测到特定阻值的电阻,说明线缆终端连接着支持IEEE 802.3af标准或IEEE 802.3at标准的受电端设备(电阻值在19kΩ~26.5kΩ的特定电阻,通常的小电压为2.7V~10.1V,检测周期为2秒)。
  2. 供电能力协商即PD设备分类过程:PSE对PD进行分类,并协商供电功率。供电能力协商不仅可以通过解析PSE与PD发送的电阻实现的,还可以通过链路层发现协议LLDP(Link Layer Discovery Protocol)协议发现和通告供电能力进行协商
  3. 开始供电:在启动期内(一般小于15μs),PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电压。
  4. 正常供电:电压达到48V之后,PSE为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,PD设备功率消耗不超过PSE最大输出功率。
  5. 断电:供电过程中,PSE会不断监测PD电流输入,当PD电流消耗下降到最低值以下,或电流激增,例如拔下设备或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等,PSE会断开电源,并重复检测过程。

通过LLDP协议进行供电能力协商

IEEE 802.1ab定义了可选的TLV(Type Length Value):Power via MDI(Media Dependent Interface) TLV。LLDP报文封装Power via MDI TLV,进行MDI供电能力的发现和通告。当PSE检测到PD后,PSE和PD即周期性地向对方发送LLDP报文,这个报文里包含了定义的TLV字段。将本端信息发送给对方,对方记录下报文中包含的信息,达到信息交互的作用。

但IEEE 802.1ab定义的Power via MDI TLV格式仅能协商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at两种标准的供电参数,不能协商IEEE 802.3bt标准的供电参数,当相连的PD设备使用IEEE 802.3bt标准供电时,标准Power via MDI TLV将无法协商供电。华为S系列交换机为能够支持协商IEEE 802.3bt标准的供电参数,自定义了一种Power via MDI TLV

IEEE 802.1ab定义的Power via MDI TLV报文

由2字节的TLV报文头和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
IEEE 802.1ab定义的TLV报文格式

Power via MDI和Extended Power via MDI各字段含义如下图所示。

Power via MDI各字段含义
Power via MDI各字段含义
Extended Power via MDI各字段含义
Extended Power via MDI各字段含义

华为公司自定义的Power via MDI TLV

由2字节的TLV报文头和4字节的TLV信息字段组成,报文格式如下图所示:

华为公司自定义的TLV报文格式
华为公司自定义的TLV报文格式

TLV报文中各字段含义如下:

  • TLV Type:TLV的类型,占1个字节。取值为1,表示PD支持的供电模式;取值为2,表示PD当前工作的供电模式。
  • TLV Length:TLV的长度,占1个字节。取值为4,表示TLV信息字段值占4个字节。
  • TLV Value:TLV的值,占4个字节,共32位。第0位、1位、2位、3位的含义如下图所示,第4~31位预留。
    自定义TLV Value字段含义
    自定义TLV Value字段含义

PoE供电标准有哪些?

前面我们提及了IEEE标准委员会为解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题,会先后发布了三个PoE标准:IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。那么这三个标准有什么不同呢?

2003年6月,IEEE 802.3工作组制定了IEEE 802.3af标准,作为以太网标准的延伸,对网络供电的电源、传输和接收都做了细致的规定。例如:IEEE 802.3af标准规定PSE设备需要在每个端口上提供最高15.4W的直流电源。

由于电缆中的一些功率耗散,因此受电设备仅有12.95W可用。2009年10月,为对应大功率终端的需求,诞生了IEEE 802.3at标准,IEEE 802.3at标准在兼容802.3af标准的基础上,提供最高25.5W的功率,满足新的需求。

2018年9月,为进一步提升PoE供电功率以及对标准进行优化,IEEE标准委员会的发布了IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt标准进一步提升了供电能力,类型3可提供高达51 W的供电功率,类型4可提供高达71.3W的供电功率。此外,还包括对2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持,扩大了高性能无线接入点和监控摄像头等应用程序的使用。

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

PoE供电技术参数对比
PoE供电技术参数对比

华为有哪些设备可以支持PoE供电

华为S系列园区交换机、无线接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供电,设备是否可以支持PoE供电,是由硬件决定的,不能通过升级软件把不支持PoE供电的设备变更为支持PoE供电的设备。以华为S系列园区交换机为例,能够支持PoE供电的交换机叫做PoE交换机,一般部署在接入层,通过内置或外置的PoE电源为终端设备供电。框式交换机要作为PoE交换机,需要同时满足:一是机框必须是支持PoE供电的机框,二是机框中插入的单板必须是PoE单板;盒式交换机只要设备款型支持PoE功能,设备上电后就可以支持PoE供电。

具体哪些设备可以支持PoE供电,S系列园区交换机请参考华为交换机,无线接入控制器AC请参考华为无线局域网,AR接入路由器请参考华为AR系列接入路由器

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  • 作者: 谷素琴
  • 最近更新: 2021-10-09
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