PoE技術(shù)詳細(xì)解讀

PoE技術(shù)詳細(xì)解讀PoE（PoweroverEthernet）是指通過網(wǎng)線傳輸電力的一種技術(shù)，借助現(xiàn)有以太網(wǎng)通過網(wǎng)線同時(shí)為IP終端設(shè)備（如：IP電話、AP、IP攝像頭等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電。PoE又被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(PoweroverLAN，簡(jiǎn)稱PoL)或有源以太網(wǎng)(ActiveEthernet)，有時(shí)也被簡(jiǎn)稱為以太網(wǎng)供電。為了規(guī)范和促進(jìn)PoE供電技術(shù)的發(fā)展，解決不同廠家供電和受電設(shè)備之間的適配性問題，IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)先后發(fā)布了三個(gè)PoE標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。為什么需要PoE?隨著網(wǎng)絡(luò)中IP電話、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控以及無線以太網(wǎng)設(shè)備的日益廣泛，通過以太網(wǎng)本身提供電力支持的要求也越來越迫切。多數(shù)情況下，終端設(shè)備需要直流供電，而終端設(shè)備通常安裝在距離地面比較高的天花板或室外，附近很難有合適的電源插座，即使有插座，終端設(shè)備需要的交直流轉(zhuǎn)換器也難有位置安置。另外，在很多大型的局域網(wǎng)應(yīng)用中，管理員同時(shí)需要管理多個(gè)終端設(shè)備，這些設(shè)備需要統(tǒng)一的供電和統(tǒng)一的管理，由于供電位置的限制，給供電管理帶來極大的不便，以太網(wǎng)供電PoE則正好解決了這個(gè)問題。PoE是一種有線以太網(wǎng)供電技術(shù)，使用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)線同時(shí)具備直流供電的能力，有效解決IP電話、無線AP、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭、數(shù)據(jù)采集等終端的集中式電源供電。PoE供電具有可靠、連接簡(jiǎn)捷、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的優(yōu)勢(shì)：可靠：一臺(tái)PoE設(shè)備可以同時(shí)為多個(gè)終端設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)電源集中供電的同時(shí)，還可以進(jìn)行電源備份。連接簡(jiǎn)捷：終端設(shè)備不需外接電源，只需要一根網(wǎng)線。標(biāo)準(zhǔn)：符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使用全球統(tǒng)一的RJ45電源接口，可保證與不同廠商的設(shè)備對(duì)接。PoE是如何工作的?如下圖所示，PoE供電系統(tǒng)包括如下兩個(gè)設(shè)備角色：供電設(shè)備PSE（Power-sourcingEquipment）：通過以太網(wǎng)給受電設(shè)備供電的PoE設(shè)備，提供檢測(cè)、分析、智能功率管理等功能，例如：PoE交換機(jī)。受電設(shè)備PD（PoweredDevice）：如無線AP、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭等受電方設(shè)備。按照是否符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，PD分為標(biāo)準(zhǔn)PD和非標(biāo)準(zhǔn)PD。

PoE供電設(shè)備角色PoE供電模式按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)的定義，PSE設(shè)備分為MidSpan（PoE功能模塊在設(shè)備外）和Endpoint（PoE功能模塊集成到設(shè)備內(nèi)）兩種類型。華為CloudengineS系列PoE交換機(jī)的PoE功能模塊全部集成在設(shè)備的內(nèi)部，屬于Endpoint的PSE設(shè)備。Endpoint類型的PSE設(shè)備依據(jù)使用的供電線對(duì)不同分為AlternativeA（1/2和3/6線對(duì)）和AlternativeB（4/5和7/8線對(duì)）兩種供電模式。AlternativeA供電模式通過數(shù)據(jù)對(duì)供電。PSE通過1/2和3/6線對(duì)給PD供電，1/2鏈接形成負(fù)極，3/6鏈接形成正極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對(duì)傳輸數(shù)據(jù)，1000BASE-T接口使用全部的4對(duì)線對(duì)傳輸數(shù)據(jù)。由于DC直流電和數(shù)據(jù)頻率互不干擾，所以可以在同一對(duì)線同時(shí)傳輸電流和數(shù)據(jù)。AlternativeB供電模式通過空閑對(duì)供電。PSE通過4/5和7/8線對(duì)給PD供電，4/5鏈接形成正極，7/8鏈接形成負(fù)極。IEEE標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)應(yīng)用以上兩種供電模式。供電設(shè)備PSE只能提供一種用法，但是受電設(shè)備PD必須能夠同時(shí)適應(yīng)兩種情況。PoE供電協(xié)商流程PSE設(shè)備上電，PD設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接到PSE設(shè)備后，PSE與PD就開始進(jìn)行供電協(xié)商：檢測(cè)PD：PSE在端口周期性輸出電流受限的小電壓，用以檢測(cè)PD設(shè)備的存在。如果檢測(cè)到特定阻值的電阻，說明線纜終端連接著支持IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)或IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備（電阻值在19kΩ～26.5kΩ的特定電阻，通常的小電壓為2.7V～10.1V，檢測(cè)周期為2秒）。供電能力協(xié)商即PD設(shè)備分類過程：PSE對(duì)PD進(jìn)行分類，并協(xié)商供電功率。供電能力協(xié)商不僅可以通過解析PSE與PD發(fā)送的電阻實(shí)現(xiàn)的，還可以通過鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol）協(xié)議發(fā)現(xiàn)和通告供電能力進(jìn)行協(xié)商。開始供電：在啟動(dòng)期內(nèi)(一般小于15μs)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電，直至提供48V的直流電壓。正常供電：電壓達(dá)到48V之后，PSE為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，PD設(shè)備功率消耗不超過PSE最大輸出功率。斷電：供電過程中，PSE會(huì)不斷監(jiān)測(cè)PD電流輸入，當(dāng)PD電流消耗下降到最低值以下，或電流激增，例如拔下設(shè)備或遇到PD設(shè)備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負(fù)荷等，PSE會(huì)斷開電源，并重復(fù)檢測(cè)過程。通過LLDP協(xié)議進(jìn)行供電能力協(xié)商IEEE802.1ab定義了可選的TLV(TypeLengthValue)：PowerviaMDI（MediaDependentInterface）TLV。LLDP報(bào)文封裝PowerviaMDITLV，進(jìn)行MDI供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告。當(dāng)PSE檢測(cè)到PD后，PSE和PD即周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送LLDP報(bào)文，這個(gè)報(bào)文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發(fā)送給對(duì)方，對(duì)方記錄下報(bào)文中包含的信息，達(dá)到信息交互的作用。但I(xiàn)EEE802.1ab定義的PowerviaMDITLV格式僅能協(xié)商IEEE802.3af和IEEE802.3at兩種標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù)，不能協(xié)商IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù)，當(dāng)相連的PD設(shè)備使用IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)供電時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)PowerviaMDITLV將無法協(xié)商供電。華為S系列交換機(jī)為能夠支持協(xié)商IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的供電參數(shù)，自定義了一種PowerviaMDITLV。IEEE802.1ab定義的PowerviaMDITLV報(bào)文由2字節(jié)的TLV報(bào)文頭和12字節(jié)的TLV信息字段組成，報(bào)文格式如下圖所示：

IEEE802.1ab定義的TLV報(bào)文格式PowerviaMDI和ExtendedPowerviaMDI各字段含義如下圖所示。

PowerviaMDI各字段含義

ExtendedPowerviaMDI各字段含義華為公司自定義的PowerviaMDITLV由2字節(jié)的TLV報(bào)文頭和4字節(jié)的TLV信息字段組成，報(bào)文格式如下圖所示：

華為公司自定義的TLV報(bào)文格式TLV報(bào)文中各字段含義如下：TLVType：TLV的類型，占1個(gè)字節(jié)。取值為1，表示PD支持的供電模式；取值為2，表示PD當(dāng)前工作的供電模式。TLVLength：TLV的長(zhǎng)度，占1個(gè)字節(jié)。取值為4，表示TLV信息字段值占4個(gè)字節(jié)。TLVValue：TLV的值，占4個(gè)字節(jié)，共32位。第0位、1位、2位、3位的含義如下圖所示，第4～31位預(yù)留。

自定義TLVValue字段含義PoE供電標(biāo)準(zhǔn)有哪些？前面我們提及了IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)為解決不同廠家供電和受電設(shè)備之間的適配性問題，會(huì)先后發(fā)布了三個(gè)PoE標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。那么這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有什么不同呢？2003年6月，IEEE802.3工作組制定了IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，作為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的延伸，對(duì)網(wǎng)絡(luò)供電的電源、傳輸和接收都做了細(xì)致的規(guī)定。例如：IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSE設(shè)備需要在每個(gè)端口上提供最高15.4W的直流電源。由于電纜中的一些功率耗散，因此受電設(shè)備僅有12.95W可用。2009年10月，為對(duì)應(yīng)大功率終端的需求，誕生了IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)在兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提供最高25.5W的功率，滿足新的需求。2018年9月，為進(jìn)一步提升PoE供電功率以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的發(fā)布了IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提升了供電能力，類型3可提供高達(dá)51W的供電功率，類型4可提供高達(dá)71.3W的供電功率。此外，還包括對(duì)2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持，擴(kuò)大了高性能無線接入點(diǎn)和監(jiān)控?cái)z像頭等應(yīng)用程序的使用。一般將IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE供電，將IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE+供電，將IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的供電技術(shù)稱為PoE++供電，也稱為4PPoE。三種供電技術(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下圖所示。

PoE供電技術(shù)參數(shù)對(duì)比有哪些設(shè)備可以支持PoE供電PoE供電設(shè)備非常普遍，例如華為S系列園區(qū)交換機(jī)、無線接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供電，設(shè)備是否可以支持PoE供電，是由硬件決定的，不能