一、概述

1、概念

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

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2、用途

基于以太網的供電系統（PoE）可實現在同一連接器中以太網數據與電功率一道傳送，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、增加了系統運行的魯棒性和可靠性等諸多優點，為該供電技術在局域網和用戶接入網中得以迅速普及創造了極為有利的條件。

PoE系統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系統對于每個設備安裝者僅需要運用可荷載電功率和數據單一的以太網電纜。這使網絡設備有更大的靈活性并在許多情況下可降低安裝費用，從而也提高了網絡的可靠性。

3、標準

基于以太網的供電系統（PoE）最早是由IEEE 802.3af標準所規范的，IEEE 802.3af標準發布于2003年6月。后來IEEE在2009年和2018年對IEEE 802.3af標準所規范的內容進行兩次修訂，分別發布的標準為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系統的性能及參數進行了增強。

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我國通信行業標準YD/T 2720《數據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，結合我國網絡的具體情況，規定了DTE通過以太網鏈路提供電能或者獲得電能（PoE+）的技術要求。

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二、系統組成

PoE供電系統是由供電設備（PSE，Power Sourcing Equipment）、受電設備（PD，Powered Device）和以太網標準電纜（俗稱網線）饋電線路（PTL，Power Transmission Line）及相關的配套設施組成。三個網元是通過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供電系統呈星型拓撲結構，可與傳送數據的以太網融為一體，IEEE 802.3af標準還支持一點到多點的電力分配設備，因此只需要在網絡核心部位配備一套UPS設備就可以為本地網內多種分散PD設備提供電力供應。實際構成的PoE供電系統可以是由一個嵌入PoE電源的以太網交換機和若干個作為其電源負載的用電數字終端設備（DTE）組成的供電系統，也可以是由一個原普通以太網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。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標準的規范其主要功能可說明如下：

1、組成兩類供電系統

為實現對于PD設備的安全供電，按PSE在PoE系統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。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（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的釋義

1）使用end-span-PSE在兩條數據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）實現在兩條雙絞線對上同時傳送供電功率和數據的實例

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供電設備實現在兩條冗余雙絞線對上傳送供電功率的實例

2、PSE設備內設置檢測機構

在PSE設備內按IEEE 802.3af標準的要求設置一個檢測機構，以便按IEEE 802.3af標準規范使PSE設備有對PD要求的供電狀態的檢測能力，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，激活適當的電流保護。檢測機構的設置防止了發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供電系統通過PSE設備對于PD設備狀態的收集與判斷，要經歷檢測、供電分級、啟動供電和最后實現穩定供電幾個過程，具體詳見下表3-2-2。以上幾個階段是供電系統對PD設備建立穩定供電的過程，此過程的時間應盡可能短，通常被限制在500ms之內。此外，為了安全起見，應保證在遠端的PD設備已經脫離供電系統時，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標準規范的供電系統中的PD設備必須接受IEEE 802.3af標準所規范的end-span和mid-span兩種供電模式要求，支持供電系統中PSE設備對于表征PD設備性能參數的收集和建立穩定供電所需的檢測、分級與啟動的全部過程，總之PD設備必須充分滿足IEEE 802.3af標準所規范的特性要求。由IEEE 802.3af標準所規范PD設備應有接受其標準供電系統規范的受控性能，接受PSE設備的檢測和控制，為PSE設備提供必要的狀態信息，以便得到PD終端設備正常運行所需的穩定工作電源。

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供電的必經階段，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，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IEEE 802.3at）

五、輸電線路（PTL）

PTL是使用電纜傳輸介質，主要是8芯的雙絞線對電纜（Twisted Pair Cabling）。為了使PoE與現存的以太網融為一體，使之成為以太網的重要組成部分而又不改變原以太網線路，通過冗余的雙絞線對或傳送數據的雙絞線對輸送規范的電功率。IEEE 802.3af標準規范了傳送電功率應使用原以太網現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標準規范的以太網供電系統為每個節點提供的電流被限制在350mA之內。可以提供給每個節點的連續總功率，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），以便使規定在雙絞線對上傳輸的電功率遵守安全標準和關于現行電纜標準要求。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。

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