以太網(wǎng)供電技術(shù)的研究與應用-設計應用

精品文檔-下載后可編輯以太網(wǎng)供電技術(shù)的研究與應用-設計應用摘要:以太網(wǎng)供電技術(shù)定義了一種在以太網(wǎng)上同時傳送直流電源和數(shù)據(jù)的方法,減少了由于電源適配器故障所引起的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡故障,并促進了低功耗網(wǎng)絡設備的應用。在此介紹以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)的工作原理和工作過程,討論了以太網(wǎng)供電技術(shù)的主要應用和在使用中應該注意的問題。

引言

隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡正在提供越來越多的新應用和新服務:如ADSL寬帶接入、無線局域網(wǎng)技術(shù)(WLAN)、IP電話(VoIP)和Web攝像與監(jiān)測系統(tǒng)等。

這些應用中的大部分設備需要有自己的外接電源,對于大型的網(wǎng)絡而言,尤其是有比較多的無線網(wǎng)絡AP(AccessPoint)或者IP網(wǎng)絡攝像機等設備的網(wǎng)絡,由于這些設備一般安置在距中心機房比較遠的地方,不但加大了整個網(wǎng)絡組建的成本,同時,加大了網(wǎng)絡故障的風險。為了盡可能解決因電源引起的網(wǎng)絡故障,IEEE推出了一項新的以太網(wǎng)供電標準(PoE,PoweroverEthernet)IEEE802.3af,確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類應用設備提供供電能力。

以太網(wǎng)供電技術(shù)分析

以太網(wǎng)供電PoE(PoweroverEthernet)是指在現(xiàn)有的以太網(wǎng)布線基礎(chǔ)架構(gòu)下,除了能夠保證為基于以太網(wǎng)的終端設備(如IP電話機、無線局域網(wǎng)接入點AP、安全網(wǎng)絡攝像機等)傳輸數(shù)據(jù)信號的同時,不作任何改動就同時可以為此類設備提供直流供電的能力。PoE系統(tǒng)主要包括供電設備(PowerSourceEquipment,PSE)和用電設備(PoweredDevice,PD)兩部分,兩者基于IEEE2802.3af標準確定有關(guān)用電設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等信息聯(lián)系,并以這些信息為根據(jù)控制供電設備PSE通過以太網(wǎng)級向用電設備PD供電。

供電設備PSE通常和網(wǎng)絡設備結(jié)合在一起,主要進行PD設備的信息檢測、控制和監(jiān)測供電狀況。供電設備可以用兩種方式進行供電:中跨方式(Midspan),在交換機外部加一個擴展設備,將從交換機來的以太網(wǎng)線接入該設備,保持原有信號線對不變,該設備通過雙絞線中未使用的備用線對給用電設備供電;端跨方式(Endspan),將供電控制電路集成到以太網(wǎng)交換機中,在以太網(wǎng)供電控制電路的控制下,供電既可以從以太網(wǎng)端口隔離變壓器的中芯抽頭,也可以從備用線對注入到以太網(wǎng)的信號線對中,對終端用電設備供電。

IEEE-802.3af標準中定義了設計PoE網(wǎng)絡時必須遵循的參數(shù),包括:操作電壓為48VDC,波動范圍可以在44～57V之間;由PSE產(chǎn)生的電流在350～400mA之間,以確保以太網(wǎng)電纜不會由于其自身的阻抗而導致過熱。因此PSE在其端口輸出的功率是15.4W。考慮到電纜損耗,受電端設備PD所能獲得的的功率為12.95W。同時,IEEE-802.3af標準定義了一個可選的供電分級機制,以方便對用電設備消耗功率的控制和管理。其關(guān)系如表1所示。

供電設備PSE是整個PoE以太網(wǎng)供電過程的管理者。當在一個網(wǎng)絡當中布置PSE供電端設備時,PoE以太網(wǎng)供電工作過程如下:(1)檢測過程。PSE通過測量伏安特性曲線上的兩個點,并計算電阻以判斷受電設備的端口特性。只要兩個電壓的差大于1V且都在218～10V的范圍內(nèi),PSE就能執(zhí)行強制電流或強制電壓測量,直到其檢測并確定線纜的終端連接設備是一個支持或者不支持IEEE-802.3af標準的用電設備。(2)PD端設備分級(可選)。在成功完成檢測后,PSE對端口提供15.5～20.5V的電壓,并可以根據(jù)需要將PD置于分級模式(分級關(guān)系見表1),并且評估此PD設備所需的功率損耗。PSE在對PD進行分級(測量端口電流)前會給它10ms的時間使它穩(wěn)定下來。(3)開始供電。在一個可配置的時間(一般小于15Ls)的啟動期內(nèi),PSE設備開始從低電壓開始向PD設備供電,直至提供到48VDC直流電源。(4)供電。為PD設備提供穩(wěn)定可靠的48VDC級直流電,滿足PD設備不超過15.4W的功率消耗。(5)斷電。IEEE-802.3af標準規(guī)定了PSE用DC斷接(DCdisconnect)和AC斷接(ACdisconnect)兩種方法來判斷是否與一個PD保持連接。DC斷開決定于PD至少取用10mA的電流,如果電流降到5mA到10mA之間的閾值以下,且時間超過設定值(一般300ms到400ms),PSE就切斷電源;PSE也可以通過測量端口阻抗來確定AC是否斷開,如果阻抗大于設定值,表示PD不再連接,端口就會在設定的時間間隔后斷電。

以太網(wǎng)供電技術(shù)的應用

以太網(wǎng)供電技術(shù)應用在IP電話(VoIP)、無線局域網(wǎng)訪問點AP(AccessPoint)、小型企業(yè)ADSL寬帶接入路由器以及基于Web的攝像監(jiān)控等系統(tǒng)中有著非常明顯的優(yōu)勢。因為數(shù)據(jù)中心通常都有UPS或者備用電源,這樣即使外接設備的電源出現(xiàn)故障,通過以太網(wǎng)供電,仍然可以保證IP電話能夠工作,保證連接在WLAN上的計算機能夠訪問到數(shù)據(jù)中心,保證ADSL能夠連接到Internet,也可以保證Web監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。

通過以太網(wǎng)供電技術(shù)可以集中配電、增加冗余性,同時減少因為電源故障而引起數(shù)據(jù)網(wǎng)絡故障的機會。但在網(wǎng)絡中部署以太網(wǎng)供電還應該考慮幾個主要問題:一是布線系統(tǒng)以及網(wǎng)絡設備產(chǎn)生熱量的問題;二是電源功率問題。

采用PoE技術(shù),電源系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換成交換機工作所需的直流電,效率損耗會使雙絞線的溫度升高,同時也會使集成了POE的以太網(wǎng)交換機產(chǎn)生更多的熱量,因而導致布線間內(nèi)的設備產(chǎn)生更多的熱量,使其溫度升高,所以要考慮布線間結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)散熱問題,保證系統(tǒng)的溫升在設定值以下。

具有PoE功能的交換機需要更多的電功率,因為每個PoE端口都必須保證能提供15.4W功率。如果具有100個PoE用戶的中等規(guī)模的布線間要同時提供1540W的功率,加上交換機平均需要1000W,功率為2540W的交換機所需電流大于通常布線間提供的電流。如果供電設備可以支持供電分級工作方式,就可以有效地減少功率消耗,布線間內(nèi)的原有電源就有可能保證設備所需的功率。另外,也可以考慮在布線間內(nèi)采用直流電源供電,并采用中跨方式(Midspan)工作。采用直流供電的優(yōu)點在于:可以消除電壓轉(zhuǎn)換部分的發(fā)熱;可以將電源配置成具有集中式容余功能,節(jié)省了每個布線間的建設成本;使用蓄電池來作后備電源,這樣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的布線間就不需要不間斷電源(UPS),從而減少了發(fā)熱量。

結(jié)論

隨著IEEE-802.3af標準的確立和網(wǎng)絡應用的不斷發(fā)展,以太網(wǎng)供電技術(shù)將會使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的范圍更加擴大。它不但方便了現(xiàn)有的IP電話和無線局域網(wǎng)接入設備的推廣,同時大量新的應用也將快速涌現(xiàn)出來,包括藍牙接入點