技術(shù)文章
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不再受限于電源位置 PoE新技術(shù)顛覆以太網(wǎng)絡(luò)
進入了二十一世紀之后,，以太網(wǎng)絡(luò)進入家庭早已成為現(xiàn)實,。家家戶戶的上彀調(diào)制解調(diào)器,，無論是透過電話線的ADSL/VDSL仍是電纜線,，銜接到計算機還不是仰賴以太網(wǎng)絡(luò)的接線,。再進一步深層地探究數(shù)字家電范疇的高畫質(zhì)電視機,、AV擴大機,、家庭電玩游戲機、乃至將來的下一代代光驅(qū),，都曾經(jīng)布下以太網(wǎng)絡(luò)的天羅地網(wǎng),。且從總線上供給電源的辦法，遭到業(yè)界與消耗者的超級喜歡,，USB 2.0的成功不就是擺在眼前的現(xiàn)實嗎,？
話說以太(Ethernet)網(wǎng)絡(luò)的誕生是為軍事用處而來，最終卻蛻變成全球信息高速公路網(wǎng)的基盤,，這是任何一個人都事前料想不到的工作,。究竟，聰明的工程人員,，也開端動腦筋到以太網(wǎng)絡(luò)的銜接在線,，在同一條銜接線中一樣也可以將電力與數(shù)據(jù)送出，此種給電的技能,，就是PoE(Power Over Ethernet)的精華,。實際上，在2003年6月12日PoE也正式成為標(biāo)準標(biāo)準,，也就是IEEE 802.3af。
具有48伏電力 適用更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
假若拿USB 2.0界面與PoE的供電才能來彼此比擬競的話,，PoE最高48伏特的15.4瓦是遠遠勝出USB的2.5瓦(5伏特,，500mA)。因而,，比方IP電話機,、網(wǎng)絡(luò)開麥拉、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)設(shè)備或路由器等,，皆是十分適宜運用的標(biāo)的產(chǎn)物,。安全送電而且不會對數(shù)據(jù)的通訊發(fā)作不良的影響是最起碼的根本需求。
曾經(jīng)有媒體在年度「網(wǎng)絡(luò)猜測」這個項目用以下的文字描述,?！鸽娫淳€的不見-以太網(wǎng)供電技能(Power over Ethernet，PoE)將開端運用,，無線AP,、語音IP電話等設(shè)備都可以顛末以太網(wǎng)線銜接及供電，引發(fā)電工業(yè)大停工,！」在用詞上雖然帶著語不驚人死不休的滋味,，不過至少可以體會出PoE供電技能真實遭到重視。
那么,，該如何來界說PoE呢,？謹慎的說法是運用者可根據(jù)IEEE802.3af運用標(biāo)準的以太網(wǎng)絡(luò)纜線(CAT-5,，Ethernet Cable)來傳送電源。意思就是運用同一條CAT-5銜接線來傳送數(shù)據(jù)以及直流電源(DC Power),。
所以說,，PoE技能就是對準具有10Mbps～1Gbps傳輸才能的CAT5對絞線，賦予電力供給機能的一門技能,。有802.3af標(biāo)準的策定,，促進新的組件與設(shè)備可以逐步上臺，并可以徹底包管彼此運用性以及與既有的以太網(wǎng)絡(luò)機器包管有交換性,。
USB的運用經(jīng)歷通知消耗者毋需外接AC電源配接器,，讓運用者在運用數(shù)字器件時便利性大增。今天隨身碟與外接小型硬盤的流行,，首要的推手與緣由就在這里,，與網(wǎng)絡(luò)休戚相關(guān)的IP電話機就是立刻可以聯(lián)想到的運用。
根據(jù)IEEE 802.3af,，可以給電的最長間隔可以達100公尺之遠,，徹底可以不受限于AC電源的設(shè)置場所，Web照相機,、長途感應(yīng)的舉動探測器等用處,，是絕佳的魅力點。
因而,，PoE技能帶來的優(yōu)點可以摘抄如下：
．因為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的電線數(shù)量的削減,，讓體系的構(gòu)成更為簡略。
．一樣的理由,，PoE可幫忙將本錢降至最低,，縮短停機工夫、簡化保護作業(yè)及晉升設(shè)備彈性,。
．可以歸入長途電源監(jiān)控的功用,。
．不需求電源配接器(Adaptor)，就不必在乎市電110V,、220V的任何環(huán)境,，都可通用。
PoE削減布線施工本錢
在圖1的典范架構(gòu)中,，是以「Access Gateway」與「RADIUS服務(wù)器」一起運作,，來作為無線與有線運用者的身分認證。而且從辦理服務(wù)器上,，可以監(jiān)控運用者的網(wǎng)絡(luò)運用狀況,。除此之外，因為辦理服務(wù)器則是設(shè)備于LAN端，因而,，可以來辦理存取點設(shè)備(Access Point),、存取網(wǎng)關(guān)(Access Gateway)與無線網(wǎng)絡(luò)運用者等。
假定存取點設(shè)備(Access Point)撐持了IEEE
802.3af PoE (Power over Ethernet)的機能,，電源可藉由撐持PoE的以太網(wǎng)絡(luò)交換器來供給運用,，因而，只需布接網(wǎng)絡(luò)線,，而不需別的銜接電源線,，這樣的作法可以削減布線的施工本錢，而且整體的觀感上也會更為簡練清新,。別的,，若是在存取點設(shè)備(Access Point)暫時發(fā)作了當(dāng)機的狀況，也可以透過PoE的電源讓存取點設(shè)備(Access Point)從頭開機,。
引見PoE的三大特性
業(yè)界里的人都曉得,，最初網(wǎng)絡(luò)的呈現(xiàn)與運用，并沒有PoE這個東西,。電力與數(shù)據(jù)的載送存在同一個前言上,，在市道最為遍及的也僅有USB以及1394接口算了。因而,，PoE可以說是晚進之輩,。但它卻具有三大特性。
特征一,，它是運用于以太網(wǎng)絡(luò)的型態(tài),。無論是電力供給仍是數(shù)據(jù)傳送，均是選用了一樣的架構(gòu),。
特征二，因為最長間隔標(biāo)準為100公尺的長度,，為了因應(yīng)長間隔下的電力丟失課題,。因而，選用了高電壓的戰(zhàn)略,。IEEE 802.3af標(biāo)準里頭的技能細節(jié),，就是要包管安全高電壓送電的完成。而無敵接口王USB的長度也不過5米算了,。
特征三,，在同一個網(wǎng)絡(luò)上，毋需電源的既有設(shè)備與需求電源的新設(shè)備可以和平共存的,。因而檢測辦法,、電力載送的操控與辦理辦法等，也都是IEEE 802.3af在標(biāo)準化進程中,，所評論的議題,。
PoE供電設(shè)備分為端點型及中跨型
先來探究一個最為根本的問題,。既有的以太網(wǎng)絡(luò)傳送以及PoE電力傳送技能的差異點究竟在何處？
眾所皆知,，以太網(wǎng)絡(luò)透過了Hub或Switch設(shè)備,，建構(gòu)了點對點型的網(wǎng)絡(luò)。供給電力的PoE仍然也是保持點對點的銜接型態(tài),。不同之處在于PoE技能的電力傳送乃是單方向,。換言之，就會存在有「給電端」以及「受電端」兩個品種的設(shè)備存在,。
「供電設(shè)備」或可名為「給電設(shè)備」,，就稱之為PSE(Power Sourcing Equipment)，受電設(shè)備或用電設(shè)備則以PD(Powered Device)來稱號,。請留神,，一個PSE可以供電給一個或復(fù)數(shù)個受電設(shè)備PD。
典型的PSE設(shè)備可以有以太網(wǎng)絡(luò)路由器 (Router),、交換式集線器(Switch Hub)和集線器
(Hub)等,。
而立刻可以聯(lián)想的到的PD設(shè)備則可能有網(wǎng)絡(luò)電話(VoIP Phone)、無線局域網(wǎng)絡(luò)存取點(WLAN Access Point),、安固保整體系(Security
System),，銷售點終端設(shè)備、(POS Terminal),、網(wǎng)絡(luò)照相機(Network Camera)等,。 而供給電設(shè)備又可以細分紅端點型(Endpoint)以及中跨型(Mid-Span)。前者比方是具有電源供給的網(wǎng)絡(luò)Hub或Switch,，可以徹底替代掉既有的Hub或Switch,，而后者則是指在既有的網(wǎng)絡(luò)中供給電力附加機能的設(shè)備(圖2)。 眾所皆知,，以太網(wǎng)絡(luò)的傳送通常是選用Cat5的信號線材,，其間有四對的對絞線，雙端設(shè)備了RJ-45的銜接頭,。熟知的10Base-T以及100Base-TX標(biāo)準,，都只是運用其間的兩對信號線(1-2，3-6),，姑且余留兩對線沒有運用,。通常稱為「準備用」對線(4-5，7-8),。 端點型(Endpoint)以及中跨型(Mid-Span)給電設(shè)備用的信號線略有差異,。端點型(Endpoint)的場合，可以透過信號對線(Signal Pair)(圖3)或者是準備對線(Spare Pair)(圖4)來供給電力。而中跨型(Mid-Span)卻僅可以運用準備對線來供給電力,。請留神Gigabit以太網(wǎng)絡(luò),，也就是1000BASE-T，運用了悉數(shù)4對線,。因而,，IEEE 802.3af關(guān)于Gigabit以太網(wǎng)絡(luò)并無標(biāo)準中跨型(Mid-Span)給電設(shè)備。 無論是透過信號對線或者是準備對線,，皆是運用一樣形式來傳送電力,。給電設(shè)備端乃是從阻隔電壓器的中心抽頭(Center Tap)供給48伏特的直流電壓，相對地,，受電端設(shè)備當(dāng)然也是從中心抽頭承受電力,。 各個變壓器所供給的直流電力當(dāng)然不會對傳送的數(shù)據(jù)發(fā)作影響。因而,，既有的實體層PHY芯片仍然可以持續(xù)沿襲下去,。 而受電端設(shè)備有可能從信號對線或者是準備對線承受電力，因而城市運用二極管橋接辦法,。
PoE有其規(guī)則的電力供給搬遷圖 無論是端點型(Endpoint)或是中跨型(Mid-Span)給電設(shè)備,，只要是契合IEEE 802.13af的標(biāo)準，都有必要與既存的以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保持交換兼容性,。所以也有必要有一套專用的協(xié)議,，用來判別銜接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，能否需求扮演受電設(shè)備的人物,。這個協(xié)議根本上是兩個時間的處置,。第一個步調(diào)就是檢測(Detection)，便是用來區(qū)別是IEEE 802.af對應(yīng)之受電設(shè)備仍是其它Ethernet機器,?？梢赃@么來說，這個步調(diào)是十分十分重要的一環(huán),。緣由安在呢,？究竟，既有的75奧姆終端阻抗Ethernet機器,，并沒有存在48伏特同相電壓的輸入，稍一不小心,，就有可能會發(fā)作損壞的狀況,。 第二個步調(diào)，就稱做歸類(Classification),。大致上是說,，受電設(shè)備會將最大的電力需求傳達至給電設(shè)備。將電力歸類的意圖之一，就是為了避免給電設(shè)備墮入過度負荷的困境,。比方說,，當(dāng)發(fā)作過度負荷時，送往全部受電設(shè)備的電力會一齊中止掉,。有了歸類(Classification)的機制,，就可以逃避掉這樣的狀況。 緊跟在檢測(Detection)以及歸類(Classifica-tion)之后,，首要會轉(zhuǎn)移到起動(Startup)形式,，此后才會進入電力供給(Powering)形式。因而,，PoE是有其規(guī)則的一套狀況搬遷圖,。 首要，咱們來探究檢測(Detection)的協(xié)議是選用怎樣的辦法,。 根據(jù)IEEE802.3af的規(guī)則,，受電設(shè)備內(nèi)部必需且有檢測用處的「25K奧姆」電阻。實際上的測定就是運用了電流-電壓特性上的兩點間斜率算出來的阻抗值,。更詳細的說,，就是在2.8V到10V之間，選出至少最低電壓差1V的兩點來斷定阻抗值,。若是認定是25K奧姆的場合,，就可以知道為受電設(shè)備了。 一旦檢測出受電設(shè)備之后,，給電設(shè)備會進入歸類形式,，講白了也就是獲得受電設(shè)備的最大耗費電力的信息。詳細來說,，給電設(shè)備有必要在10ms～75ms之間,，施予受電設(shè)備15.5伏特到20.5伏特之間的的電壓來測驗流入的電流值。也就是根據(jù)這個成果,，受電設(shè)備根據(jù)耗電的巨細被概括成五類,。歸類在IEEE 802.3af標(biāo)準中是列為選項(Option)。因而,，給電設(shè)備未必一定要實施歸類的規(guī)律,，這時分就以Class-0來處置就可以了。當(dāng)然,，在這種場合下,，攸關(guān)消耗電力的全部信息就不必供給了。表1便是受電設(shè)備電力歸類的收拾,。 假定給電設(shè)備可以供給整體150W的電力,，分給Class-1的受電設(shè)備的數(shù)目就可以達37個,。若是不實施歸類的話，給電設(shè)備就有必要分配15.4W給各個銜接埠(Port),。 顛末受電設(shè)備檢測以及選項的歸類進程之后,，第三個時間就是給電設(shè)備進入起動形式(Startup)，此后才會進入第四時間的電力供給形式(Powering),。 起動形式(Startup)的最首要意圖,，就是要決議電力供給的必要與否。按照802.3af的規(guī)則,，這個判別的舉措有必要在檢出受電設(shè)備后的400ms之內(nèi)進行,。 為了包管安全性的議題，當(dāng)給電設(shè)備對某個銜接端口(Port)開端供電之后,，還會持續(xù)監(jiān)督電流的狀況,。有兩種制限的辦法，其一,，是自動式的辦法,。規(guī)則了不能跳過400mA～450mA的ILIM參數(shù)值。此外,，另一種是被動式的約束辦法,。獨特標(biāo)準了ICUT以及tOVLD(50ms～75ms)的兩個參數(shù)值，一旦跨越制限電流達50ms～75ms以上,，就會中止銜接埠的供電,。 為了達到以上所說的電力操控，通常所見到的計劃皆是選用了功率MOSFET組件,。給電設(shè)備會敞開MOSFET晶體,，然后變化其閘極(Gate)電壓來操控輸出電流。當(dāng)銜接端口在起動形式時間,，供電設(shè)備會按捺MOSFET的電流在60mA的規(guī)模,，當(dāng)銜接端口電壓抵達30V之際，給電設(shè)備才會開端將最大的電力供給受電設(shè)備,，這種辦法就是SELV(Safety Extra Low Voltage)安全獨特低電壓,。 而受電設(shè)備處于起動形式的時分，其首要使命就是關(guān)于旁路電容器的充電,。當(dāng)銜接端口電壓抵達30V～42V的時分,，就會脫離所謂的UVLO(Under Voltage Lock Out)狀況。
當(dāng)一路平安地顛末50ms的起動形式之后,，最終的時間才是進入電力供給形式(Powering),。各個受電設(shè)備有必要恪守上表所規(guī)則的電力，不得跨越,。表2顯現(xiàn)歸類與電流之間的聯(lián)系,。
已然有了共通的標(biāo)準標(biāo)準，描繪之際挑選芯片解決計劃時,，仍是以契合IEEE 802.3af為首要思考標(biāo)準,，如此將會比擬契合情理。除此之外,，關(guān)于PoE體系測驗的驗證根底,，也有必要要有滿足的認知。其間包羅有功率分級(Power
Classification),、時序(Timing),、簽署辨證(Signatures)，以及IEEE標(biāo)準中所界說的wiring alternative等,。
因而在評價完好的PoE測驗設(shè)備時,，不只要思考具有有操控IEEE 802.3af參數(shù)所需求的彈性及靈敏度，仿真用電設(shè)備(PD),，具有全自動化的操作測驗順序以及IEEE 802.3af契合性(Conformance)驗證軟件等,。
不再受限于電源方位的PoE技能
總歸，PoE (Power over Ethernet)是一門運用以太網(wǎng)絡(luò)來供電的技能,，是一項改動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電辦法的全新技能,。在IEEE 802.3af的標(biāo)準下，可以透過現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)線一起傳輸數(shù)據(jù)與電力,。
而PoE技能可以廣泛運用在無線基地臺,、網(wǎng)絡(luò)開麥拉、VoIP等產(chǎn)物上,，因為不需求別的再銜接外部電源,，因而在計劃設(shè)備這些長途設(shè)備時，可以更方便地挑選適宜的架起地址,，而不再受限于電源方位的約束,。若運用PoE交換器會集辦理多臺長途設(shè)備的電源供給，還可以調(diào)配所謂的UPS不斷電體系,，即便遇到勁風(fēng),、下大雨或人為因素以及遭受停電的時分，也犯不著去憂慮長途設(shè)備電力,、通訊的中止等問題,。因而，咱們達觀其成,。
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