以太网供电（POE）的关键技术解析

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。