一、概述

1、概念

基于以太網(wǎng)的供電系統(tǒng)（PoE，Power over Ethernet）是指數(shù)據(jù)終端設備（DTE，Data Terminal Equipment）通過以太網(wǎng)鏈路提供電能或者獲得電能的技術。數(shù)據(jù)終端設備（DTE）是指用于以太網(wǎng)作為接入網(wǎng)的網(wǎng)絡環(huán)境中的電信交換、路由設備和各種需要連接以太網(wǎng)口的設備。基于以太網(wǎng)的供電系統(tǒng)（PoE）屬于通信傳輸網(wǎng)絡供電系統(tǒng)的范疇。

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2、用途

基于以太網(wǎng)的供電系統(tǒng)（PoE）可實現(xiàn)在同一連接器中以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與電功率一道傳送，從而省去了專用的電源傳輸線和電源插座的安裝。例如，為了達到一定的無線電覆蓋率，無線接入設備（AP）通常要安置在天花板的鑲嵌板上，在這個地方很難找到一個合適的交流電輸出接口。因此，PoE對于不便于安裝輸電線路和電源插座的用電設備和系統(tǒng)尤其重要。由于采用此供電技術具有供電方便、省去了輸電線路和電源插座的安裝費用、增加了系統(tǒng)運行的魯棒性和可靠性等諸多優(yōu)點，為該供電技術在局域網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)中得以迅速普及創(chuàng)造了極為有利的條件。

PoE系統(tǒng)消除了無線設備和其他有線LAN上運行交流電源（110/220 VAC）的需要。使用PoE系統(tǒng)對于每個設備安裝者僅需要運用可荷載電功率和數(shù)據(jù)單一的以太網(wǎng)電纜。這使網(wǎng)絡設備有更大的靈活性并在許多情況下可降低安裝費用，從而也提高了網(wǎng)絡的可靠性。

3、標準

基于以太網(wǎng)的供電系統(tǒng)（PoE）最早是由IEEE 802.3af標準所規(guī)范的，IEEE 802.3af標準發(fā)布于2003年6月。后來IEEE在2009年和2018年對IEEE 802.3af標準所規(guī)范的內(nèi)容進行兩次修訂，分別發(fā)布的標準為IEEE 802.3at標準和IEEE 802.3bt標準，分別簡稱為（PoE+）和（PoE++或4P PoE），兩次修訂都是IEEE 802.3af標準為基礎，對PoE系統(tǒng)的性能及參數(shù)進行了增強。

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我國通信行業(yè)標準YD/T 2720《數(shù)據(jù)終端設備供電技術要求》參照了IEEE 802.3at標準，并整合了IEEE 802.3af標準，結合我國網(wǎng)絡的具體情況，規(guī)定了DTE通過以太網(wǎng)鏈路提供電能或者獲得電能（PoE+）的技術要求。

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二、系統(tǒng)組成

PoE供電系統(tǒng)是由供電設備（PSE，Power Sourcing Equipment）、受電設備（PD，Powered Device）和以太網(wǎng)標準電纜（俗稱網(wǎng)線）饋電線路（PTL，Power Transmission Line）及相關的配套設施組成。三個網(wǎng)元是通過RJ-45接口相互連接。

當PD設備與IEEE 802.3af標準兼容時就可直接通過RJ-45插座從以太網(wǎng)電纜接受注入的直流電功率，而與PoE不兼容的PD設備可以采用直流選擇變換器（Picker）或電壓抽頭裝置（Tap）的方法，將其變換到PoE兼容的電壓。因此PoE的完整組成是：由供電設備（注射器）、PoE標準兼容的PD設備及其以太網(wǎng)傳輸電纜組成；或由供電設備（注射器）、中跨設備（mid-span）和非兼容的PD設備及以太網(wǎng)傳輸電纜組成。mid-span設備可分為無源和有源兩類，其功用詳見下表2-1。

表2-1：無源和有源mid-span設備的功用

PoE供電系統(tǒng)呈星型拓撲結構，可與傳送數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)融為一體，IEEE 802.3af標準還支持一點到多點的電力分配設備，因此只需要在網(wǎng)絡核心部位配備一套UPS設備就可以為本地網(wǎng)內(nèi)多種分散PD設備提供電力供應。實際構成的PoE供電系統(tǒng)可以是由一個嵌入PoE電源的以太網(wǎng)交換機和若干個作為其電源負載的用電數(shù)字終端設備（DTE）組成的供電系統(tǒng)，也可以是由一個原普通以太網(wǎng)交換機和一個帶電源的中繼器或稱中繼器電源（Power-Hub）及配電設施（mid-span設備）組成的供電系統(tǒng)。作為PD的物理實體設備可由下表2-2所示的設備。

表2-2：作為PD的物理實體設備示例

三、供電設備（PSE）

PSE設備按IEEE 802.3af標準的規(guī)范其主要功能可說明如下：

1、組成兩類供電系統(tǒng)

為實現(xiàn)對于PD設備的安全供電，按PSE在PoE系統(tǒng)中的功能又可分為末端（End-span）PSE設備和中跨（Mid-span）PSE設備兩類，相應的組成End-span和Mid-span兩類供電系統(tǒng)。關于末端（End-span）PSE設備和中跨（Mid-span）PSE設備的相關解釋詳見下表3-1-1。對應兩類PSE設備，通常可分別組成下述Mid-span和End-span的三種常用供電系統(tǒng)（當然還有其它種類），其釋義詳見下表3-1-2。

表3-1-1：PSE的End-span設備和Mid-span設備的相關解釋

表3-1-2：Mid-span和End-span的三種常用供電系統(tǒng)的釋義

1）使用end-span-PSE在兩條數(shù)據(jù)雙絞線對上同時傳送供電功率：具體情況如圖3-1-1所示。

圖3-1-1：運用PoE供電設備(PSE）實現(xiàn)在兩條雙絞線對上同時傳送供電功率和數(shù)據(jù)的實例

2）使用end-span-PSE在兩條冗余的雙絞線對上傳送供電功率：具體情況如圖3-1-2所示。

圖3-1-2：運用PoE供電設備(PSE)實現(xiàn)在兩條冗余雙絞線對上傳送供電功率的實例

3）mid-span-PSE被插入到與PoE標準不兼容的Switch/Hub和PD之間：具體情況如圖3-1-3所示。

圖3-1-3：運用mid-span- PSE供電設備實現(xiàn)在兩條冗余雙絞線對上傳送供電功率的實例

2、PSE設備內(nèi)設置檢測機構

在PSE設備內(nèi)按IEEE 802.3af標準的要求設置一個檢測機構，以便按IEEE 802.3af標準規(guī)范使PSE設備有對PD要求的供電狀態(tài)的檢測能力，即確定處于鏈路遠端的PD有無端接和其要求提供的功率大小。檢測機構不僅要觀測功率輸送值，而且還要觀測PD工作時需要的峰值功率、空載需要的功率和電流保護的反應時間等。PoE電源除了有供電功能之外，還有電源短路保護功能，以防止過大的電流損耗。由于這個原因，對于每個端口定義了5級不同的最大允許能量輸入具體詳見下表3-2-1。按著電源的級別，激活適當?shù)碾娏鞅Ｗo。檢測機構的設置防止了發(fā)送不允許的電功率到PD設備。

表3-2-1：PSE物理層的功率分級

總之，為保證正常安全供電，PoE供電系統(tǒng)通過PSE設備對于PD設備狀態(tài)的收集與判斷，要經(jīng)歷檢測、供電分級、啟動供電和最后實現(xiàn)穩(wěn)定供電幾個過程，具體詳見下表3-2-2。以上幾個階段是供電系統(tǒng)對PD設備建立穩(wěn)定供電的過程，此過程的時間應盡可能短，通常被限制在500ms之內(nèi)。此外，為了安全起見，應保證在遠端的PD設備已經(jīng)脫離供電系統(tǒng)時，PSE設備應停止向輸電線路供電，以免由于錯誤連接造成其他設備的損壞。

表3-2-2：PSE供電經(jīng)歷的階段

四、受電設備（PD）

受電設備PD也被稱為客戶終端設備。在遠端（用戶邊）PD設備的功能主要是按著標準IEEE 802.3af的規(guī)范，接受PSE設備的供電。用戶應該有能力識別本身PD設備電源應設置到的適當級別，并且即使在PoE技術的安全保證情況下，通常用戶也寧愿使用過流保護，以防萬一超過允許的電壓對設備的損壞。

作為IEEE 802.3af標準規(guī)范的供電系統(tǒng)中的PD設備必須接受IEEE 802.3af標準所規(guī)范的end-span和mid-span兩種供電模式要求，支持供電系統(tǒng)中PSE設備對于表征PD設備性能參數(shù)的收集和建立穩(wěn)定供電所需的檢測、分級與啟動的全部過程，總之PD設備必須充分滿足IEEE 802.3af標準所規(guī)范的特性要求。由IEEE 802.3af標準所規(guī)范PD設備應有接受其標準供電系統(tǒng)規(guī)范的受控性能，接受PSE設備的檢測和控制，為PSE設備提供必要的狀態(tài)信息，以便得到PD終端設備正常運行所需的穩(wěn)定工作電源。

為達到上述目的，PD設備在其檢測、分級、啟動直到最后建立起對PD設備的穩(wěn)定供電的全過程中應滿足對其的全部要求，以便PSE設備對其所處狀態(tài)的檢測進而對于需要的電功率進行分級，詳見下表4。PSE設備對于PD設備檢測、分級和啟動是對其建立供電系統(tǒng)供電的必經(jīng)階段，在這些階段，PSE設備對其提供的電壓較低并未達到所需的穩(wěn)定工作電壓，因此在這些階段，PD設備是保持處于沒有接受電源的欠壓關閉狀態(tài)，從而保證了這個階段的順利完成。

表4：受電設備PD輸入平均功率分級（依據(jù)IEEE 802.3at）

五、輸電線路（PTL）

PTL是使用電纜傳輸介質(zhì)，主要是8芯的雙絞線對電纜（Twisted Pair Cabling）。為了使PoE與現(xiàn)存的以太網(wǎng)融為一體，使之成為以太網(wǎng)的重要組成部分而又不改變原以太網(wǎng)線路，通過冗余的雙絞線對或傳送數(shù)據(jù)的雙絞線對輸送規(guī)范的電功率。IEEE 802.3af標準規(guī)范了傳送電功率應使用原以太網(wǎng)現(xiàn)存的非屏蔽雙絞線對電纜，即3、5、5e或6類電纜。明確了與其一起工作的現(xiàn)存電纜設施不需要任何改動，這其中包括3、5、5e或6類電纜，以及水平電纜和短接線電纜、短接線板、電源插座引線和連接的硬件等。PoE通常使用的是非屏蔽雙絞線對電纜（UTP），UTP也被稱為特性阻抗100Ω的電纜。

由于UTP線徑比較細，因此允許傳送的電流功率都不能太大。IEEE 802.3af標準規(guī)范的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)為每個節(jié)點提供的電流被限制在350mA之內(nèi)。可以提供給每個節(jié)點的連續(xù)總功率，包括在運行電纜中的損耗總計僅為12.95W（802.3at可達25W；802.3bt可達71W），以便使規(guī)定在雙絞線對上傳輸?shù)碾姽β首袷匕踩珮藴屎完P于現(xiàn)行電纜標準要求。也由于要使用UTP傳送的電功率要保證PD設備的工作，而傳送的電壓又較低，因此傳送的電流相對較高，使在輸電線路上功率損耗就比較大，通常在短短的輸電線路上都要損耗1~2W。

欲進一步了解IEEE 802.3af所規(guī)范的PoE系統(tǒng)的性能參數(shù)的請進入。