power over ethnet是什么意思.简称:POEPOE的变压器又指什么意思呢

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power over ethnet是什么意思.简称:POE
POE的变压器又指什么意思呢

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以太网供电 (POE) 概述
POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作做何改动的情况下,在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电的技术.POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作,最大限度地降低成本.
POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet),有时也被简称为以太网供电,这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范,并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性.IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准,它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准,是现有以太网标准的扩展,也是第一个关于电源分配的国际标准.
IEEE在1999年开始制定该标准,最早参与的厂商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor.但是,该标准的缺点一直制约着市场的扩大.直到2003年6月,IEEE批准了802. 3af标准,它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项,并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定.IEEE 802.3af的发展包含了许多公司专家的努力,这也使得该标准可以在各方面得到检验.
一个典型的以太网供电系统如图1所示.在配线柜里保留以太网交换机设备,用一个带电源供电集线器(Midspan HUB)给局域网的双绞线提供电源.在双绞线的末端,该电源用来驱动电话、无线接入点、相机和其他设备.为避免断电,可以选用一个UPS.
图1 一个典型的以太网供电系统
POE的关键技术
POE的系统构成及供电特性参数
一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分.PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者.而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备,如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备（实际上,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力）.两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD供电.
POE标准供电系统的主要供电特性参数为：
电压在44～57V之间,典型值为48V.
允许最大电流为550mA,最大启动电流为500mA.
典型工作电流为10～350mA,超载检测电流为350～500mA.
在空载条件下,最大需要电流为5mA.
为PD设备提供3.84～12.95W五个等级的电功率请求,最大不超过13W.
POE供电的工作过程
当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示.
检测：一开始,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备.
PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗.
开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源.
供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过 15.4W的功率消耗.
断电：若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备.
在把任何网络设备连接到PSE时,PSE必须先检测设备是不是PD,以保证不给不符合POE标准的以太网设备提供电流,因为这可能会造成损坏.这种检查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特性电阻来实现的.只有检测到该电阻时才会提供全部的48V电压,但是电流仍然受限,以免终端设备处在错误的状态.作为发现过程的一个扩展,PD还可以对要求PSE的供电方式进行分类,有助于使PSE以高效的方式提供电源.一旦PSE开始提供电源,它会连续监测PD电流输入,当PD电流消耗下降到最低值以下,如在拔下设备时或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等,PSE会断开电源并再次启动检测过程.
电源提供设备也可以被提供一种系统管理的能力,例如应用简单网络管理协议(SNMP).这个功能可以提供诸如夜晚关机、远端重启之类的功能.
研究POE的供电方式可以看出,在供电的过程中有两个关键的问题需要考虑,一个是对于PD设备的识别,另一个是系统中UPS的容量.
POE通过电缆供电的原理
标准的五类网线有四对双绞线,但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对.IEEE80 2.3af允许两种用法如图2和图3所示.
图2 通过空闲脚供电
图3 通过数据脚供电
应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极,7、8脚连接为负极.
应用数据脚供电时,将DC电源加在传输变压器的中点,不影响数据的传输.在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性.
标准不允许同时应用以上两种情况.电源提供设备PSE只能提供一种用法,但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况.该标准规定供电电源通常是48V、13W的.PD设备提供48V到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压.
POE标准还规范了传送电功率应使用的非屏蔽双绞线对电缆,即3、5、5e或6类电缆.明确了与其一起工作的现存电缆设施不需要任何改动,这其中包括3、5、5e或6类电缆、各种短接线与接线板、电源插座引线和连接的硬件等.POE标准与IEEE 802.3标准系列兼容.
POE的两种供电方法
POE标准为使用以太网的传输电缆输送直流电到POE兼容的设备定义了两种方法：一种称作“中间跨接法”( Mid -Span ),使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电,相应的Endpoint PSE支持POE功能的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络交换设备.另一种方法是“末端跨接法”(End-Span),是在传输数据所用的芯线上同时传输直流电,其输电采用与以太网数据信号不同的频率.Midspan PSE是一个专门的电源管理设备,通常和交换机放在一起.它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机,另一个连接远端设备.可以预见,End-Span会迅速得到推广,这是由于以太网数据与输电采用公用线对,因而省去了需要设置独立输电的专用线,这对于仅有8芯的电缆和相配套的标准RJ-45插座意义特别重大.
图4是POE供电系统的一个实例,由供电设备PSE 、受电设备PD和相关的配套设备及以太网传输电缆组成.
图4 符合IEEE 802.3af标准的以太网供电系统实例
当PD设备与POE标准兼容时就可直接通过RJ-45插座从以太网电缆供电,对于与POE不兼容的设备可以采用直流变换器或抽头分压装置的方法,将其电压变换成POE兼容的电压.这些装置有时也被称为有源以太网分裂器(Sputters),它可以将太网电缆的直流电压取出来并通过常规的直流插座供PD设备使用.
POE技术的优势以及拓展的应用
使用以太网线供电的优势是明显的：
POE只需要安装和支持一条电缆,简单而且节省空间,并且设备可随意移动.
节约成本.许多带电设备,例如视频监视摄像机等,都需要安装在难以部署AC电源的地方,POE使其不再需要昂贵电源和安装电源所耗费的时间,节省了费用和时间.
像数据传输一样,POE可以通过使用简单网管协议(SNMP)来监督和控制该设备.
POE供电端设备只会为需要供电的设备供电,只有连接了需要供电的设备,以太网电缆才会有电压存在,因而消除了线路上漏电的风险.
一个单一的UPS就可以提供相关所有设备在断电时的供电.
用户可以自动、安全地在网络上混用原有设备和POE设备,这些设备能够与现有以太网电缆共存.
使网络设备便于管理.因为当远端设备与网络相连后,才能够远程控制、重配或重设.
在无线局域网中,POE可以简化射频测试任务,接入点能够被轻松地移动和接入.
随着IEEE 802.3af标准的确立,其他大量的应用也将快速涌现出来,包括蓝牙接入点、灯光工作、网络打印机、IP电话机、Web摄像机、无线网桥、建筑的保安系统如门禁读卡机与监测系统等.用户在当前的以太网设备上融合新的供电装置,就可以在现有的网线上提供48V直流电源,降低了网络建设的总成本,并且保护了投资.已经有制造商在市场上投放产品,例如带电源的Midspan Hub.
PoE的核心就是将48V的额定电压通过以太网电缆传输给受电设备（PD）阵列.IP电话就是受电设备的一种,其它还有Wi-Fi设备和蓝牙接入点,网络摄像机和零售终端.
POTs（传统电话服务）通过本地交换机将48V的额定电压传送到用户的电话上,而这种传送会随着我们拿起电话一并进行.但对很多像VoIP之类的具体PoE应用,最为关键的是明确网络关键物理基础设施（NCPI）能否支持这些PD,能否被正确的安装,这样才能确保它比POTs发挥更大的效用.
图1 典型的PoE布局图
能量传输
通过以太网给受电设备传送能量有两种方式.一种是使用电缆里的两对空闲双绞线,每一对分别对应一个极性；另一种方法是通过网络开关,将极性传送到接收器和发射器相互隔离的转换器的次级中心抽头中.
额定的48V电压是通过电源设备（PSE）来提供的,其提供方式也有两种,经端点PSE或中点PSE.其中,端点PSE可配合新型的网络开关工作或是集成进网络开关中.Midspan PSE通过网络开关输出48V的额定电压就是经由端点PSE,此法通常用于升级已建成的网络.其典型的实现方法就是使用了电源模块插座和电源集线器.
根据网络结构的大小和相关的基础结构,PSE通常布置在中间配线架（IDF）中、主配线架或数据中心中.但不管采用何种方案,依据实际需要对NCPI监视和加强都是非常重要的.而且,在部署PoE时一定要对IDF仔细考虑,主要考虑因素包括散热、物理空间和对更高性能的要求.
因为每个PoE连接能传送15W的电能,所以根据端口的数量和PD,IDF上的能量需求会有很大的变化,可以从小于100W一直到4000W或更高.
图2 配属PoE的布线室图
UPS和基础结构概念
是布置endspan还是midspan PSE,关键取决于关键应用中的PoE系统能否被UPS支持.如果要在IDF上增加辅助设备,监视IDF上的可用电源和房间中的散热就变得十分的重要.当现有的PoE标准规定每个连接只能传送大约15W电力的时候,新的PoE＋标准已整装待发,它能将传输水平提升到30～50W之间,但这会给IDF带来很大的压力.
与IDF不同,MDF一般被看作一个小型的网络或计算机房,因而对物理基础设施的快速升级就要优先考虑.因为,新的核心路由器和冗余模式下的开关所带来的负载将远超过现有UPS能力.举例来说,UPS可能没有充足的运行时间,而现有的冷却能力也不能满足需要,因为它们都不是为PoE使用所设计的.
对数据中心而言,挑战则来自于集成能容纳PoE和相关应用设备的机柜,因为它们需要更高的实用性、冗余性和高于其他设备的电池工作寿命.
对NCPI的考虑
在设计高可用性PoE网络时,对NCPI可以按不同部分进行考虑,例如像UPS电源、机柜、冷却、管理和服务.
首先是电源.要确定UPS能支持的IDF（中间配线架）、MDF或数据中心上的总负载,而并不仅是网络开关.然后,确定具体应用需求,保证整个网络能充分的运行.一般来说,电话系统的典型需求是能连续工作1～2小时.
第二是机柜和PDU.为开关选择的机柜要能够透风,特别是对基于重底盘的开关要选择带4脚的机柜.总而言之,就是要根据重量和尺寸来选择能支持大型号UPS和电池盒的机柜.对PDU的要求则是它应带许多插座或能测量电流.为防止过载,测量型智能PDU还要能够通过网络浏览器来进行远程控制.
第三是冷却.根据需要来判断用户的布线室、MDF、数据中心是否应加强通风.还要对IDF、MDF和数据中心的温度和湿度进行监控,并让用户通过多种方式得到警告,以避免发生大事故.
第四是服务.当用户为PoE作计划或是布置网络连接的时候,就要考虑对电源/基础结构进行监控,还要考虑接入服务.如果用户没有室内安装的经验,还需聘请专业人士进行安装.
最后是管理.目前有个趋势就是建立自诊断、自防御、自治疗的系统,相同的概念也可扩展到NCPI或物理层.否则,安全问题将成为一个主要的瓶颈.要为完整的基础结构而不是单个设备设计完整的管理措施,确保多节点网络能有一个合理的管理策略.