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(jìn)入了二十一世紀(jì)之后,，以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入家庭早已成為現(xiàn)實(shí),。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(jì)算機(jī)還不是仰賴以太網(wǎng)絡(luò)的接線,。再進(jìn)一步深層地探究數(shù)字家電范疇的高畫質(zhì)電視機(jī)、AV擴(kuò)大機(jī),、家庭電玩游戲機(jī),、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(jí)喜歡，USB 2.0的成功不就是擺在眼前的現(xiàn)實(shí)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(gè)人都事前料想不到的工作,。究竟,，聰明的工程人員，也開端動(dòng)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(shí)際上,，在2003年6月12日PoE也正式成為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，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(yuǎn)遠(yuǎn)勝出USB的2.5瓦(5伏特，500mA),。因而,，比方IP電話機(jī)、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(yùn)用的標(biāo)的產(chǎn)物,。安全送電而且不會(huì)對(duì)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(cè)」這個(gè)項(xiàng)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(yùn)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(huì)出PoE供電技能真實(shí)遭到重視。
那么,，該如何來界說PoE呢,？謹(jǐn)慎的說法是運(yùn)用者可根據(jù)IEEE802.3af運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)纜線(CAT-5，Ethernet Cable)來傳送電源,。意思就是運(yùn)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(duì)準(zhǔn)具有10Mbps～1Gbps傳輸才能的CAT5對(duì)絞線,，賦予電力供給機(jī)能的一門技能,。有802.3af標(biāo)準(zhǔn)的策定，促進(jìn)新的組件與設(shè)備可以逐步上臺(tái),，并可以徹底包管彼此運(yùn)用性以及與既有的以太網(wǎng)絡(luò)機(jī)器包管有交換性,。
USB的運(yùn)用經(jīng)歷通知消耗者毋需外接AC電源配接器，讓運(yùn)用者在運(yùn)用數(shù)字器件時(shí)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(jī)就是立刻可以聯(lián)想到的運(yùn)用,。
根據(jù)IEEE 802.3af,，可以給電的最長間隔可以達(dá)100公尺之遠(yuǎn)，徹底可以不受限于AC電源的設(shè)置場(chǎng)所,，Web照相機(jī),、長途感應(yīng)的舉動(dòng)探測(cè)器等用處，是絕佳的魅力點(diǎn),。
因而,，PoE技能帶來的優(yōu)點(diǎn)可以摘抄如下：
．因?yàn)樵O(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(jī)工夫,、簡化保護(hù)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(yùn)作，來作為無線與有線運(yùn)用者的身分認(rèn)證,。而且從辦理服務(wù)器上,，可以監(jiān)控運(yùn)用者的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用狀況。除此之外,，因?yàn)檗k理服務(wù)器則是設(shè)備于LAN端,，因而，可以來辦理存取點(diǎn)設(shè)備(Access Point),、存取網(wǎng)關(guān)(Access Gateway)與無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用者等,。
假定存取點(diǎn)設(shè)備(Access Point)撐持了IEEE
802.3af PoE (Power over Ethernet)的機(jī)能，電源可藉由撐持PoE的以太網(wǎng)絡(luò)交換器來供給運(yùn)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(huì)更為簡練清新。別的,，若是在存取點(diǎn)設(shè)備(Access Point)暫時(shí)發(fā)作了當(dāng)機(jī)的狀況,，也可以透過PoE的電源讓存取點(diǎn)設(shè)備(Access Point)從頭開機(jī)。
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(yùn)用,，并沒有PoE這個(gè)東西。電力與數(shù)據(jù)的載送存在同一個(gè)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(jìn)之輩,。但它卻具有三大特性,。
特征一，它是運(yùn)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?yàn)樽铋L間隔標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)里頭的技能細(xì)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(gè)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(cè)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(zhǔn)化進(jìn)程中,，所評(píng)論的議題,。
PoE供電設(shè)備分為端點(diǎn)型及中跨型
先來探究一個(gè)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(diǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)型的網(wǎng)絡(luò),。供給電力的PoE仍然也是保持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(huì)存在有「給電端」以及「受電端」兩個(gè)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(hào),。請(qǐng)留神，一個(gè)PSE可以供電給一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)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(diǎn)(WLAN Access Point),、安固保整體系(Security
System)，銷售點(diǎn)終端設(shè)備,、(POS Terminal),、網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)(Network Camera)等。 而供給電設(shè)備又可以細(xì)分紅端點(diǎn)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(jī)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(hào)線材,，其間有四對(duì)的對(duì)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(zhǔn),，都只是運(yùn)用其間的兩對(duì)信號(hào)線(1-2，3-6),，姑且余留兩對(duì)線沒有運(yùn)用,。通常稱為「準(zhǔn)備用」對(duì)線(4-5，7-8),。 端點(diǎn)型(Endpoint)以及中跨型(Mid-Span)給電設(shè)備用的信號(hào)線略有差異,。端點(diǎn)型(Endpoint)的場(chǎng)合,，可以透過信號(hào)對(duì)線(Signal Pair)(圖3)或者是準(zhǔn)備對(duì)線(Spare Pair)(圖4)來供給電力,。而中跨型(Mid-Span)卻僅可以運(yùn)用準(zhǔn)備對(duì)線來供給電力。請(qǐng)留神Gigabit以太網(wǎng)絡(luò),，也就是1000BASE-T,，運(yùn)用了悉數(shù)4對(duì)線。因而,，IEEE 802.3af關(guān)于Gigabit以太網(wǎng)絡(luò)并無標(biāo)準(zhǔn)中跨型(Mid-Span)給電設(shè)備,。 無論是透過信號(hào)對(duì)線或者是準(zhǔn)備對(duì)線，皆是運(yùn)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(duì)地，受電端設(shè)備當(dāng)然也是從中心抽頭承受電力,。 各個(gè)變壓器所供給的直流電力當(dāng)然不會(huì)對(duì)傳送的數(shù)據(jù)發(fā)作影響,。因而，既有的實(shí)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(hào)對(duì)線或者是準(zhǔn)備對(duì)線承受電力,，因而城市運(yùn)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(diǎn)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(zhǔn),，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(gè)協(xié)議根本上是兩個(gè)時(shí)間的處置,。第一個(gè)步調(diào)就是檢測(cè)(Detection),，便是用來區(qū)別是IEEE 802.af對(duì)應(yīng)之受電設(shè)備仍是其它Ethernet機(jī)器。可以這么來說,，這個(gè)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(jī)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(huì)發(fā)作損壞的狀況,。 第二個(gè)步調(diào)，就稱做歸類(Classification),。大致上是說,，受電設(shè)備會(huì)將最大的電力需求傳達(dá)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(fù)荷的困境,。比方說，當(dāng)發(fā)作過度負(fù)荷時(shí),，送往全部受電設(shè)備的電力會(huì)一齊中止掉,。有了歸類(Classification)的機(jī)制，就可以逃避掉這樣的狀況,。 緊跟在檢測(cè)(Detection)以及歸類(Classifica-tion)之后,，首要會(huì)轉(zhuǎn)移到起動(dòng)(Startup)形式，此后才會(huì)進(jìn)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(cè)(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(cè)用處的「25K奧姆」電阻,。實(shí)際上的測(cè)定就是運(yùn)用了電流-電壓特性上的兩點(diǎn)間斜率算出來的阻抗值,。更詳細(xì)的說，就是在2.8V到10V之間,，選出至少最低電壓差1V的兩點(diǎn)來斷定阻抗值,。若是認(rèn)定是25K奧姆的場(chǎng)合，就可以知道為受電設(shè)備了,。 一旦檢測(cè)出受電設(shè)備之后,，給電設(shè)備會(huì)進(jìn)入歸類形式，講白了也就是獲得受電設(shè)備的最大耗費(fèi)電力的信息,。詳細(xì)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(cè)驗(yàn)流入的電流值。也就是根據(jù)這個(gè)成果,，受電設(shè)備根據(jù)耗電的巨細(xì)被概括成五類,。歸類在IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)中是列為選項(xiàng)(Option)。因而,，給電設(shè)備未必一定要實(shí)施歸類的規(guī)律,，這時(shí)分就以Class-0來處置就可以了。當(dāng)然,，在這種場(chǎng)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(dá)37個(gè)。若是不實(shí)施歸類的話,，給電設(shè)備就有必要分配15.4W給各個(gè)銜接埠(Port),。 顛末受電設(shè)備檢測(cè)以及選項(xiàng)的歸類進(jìn)程之后，第三個(gè)時(shí)間就是給電設(shè)備進(jìn)入起動(dòng)形式(Startup),，此后才會(huì)進(jìn)入第四時(shí)間的電力供給形式(Powering),。 起動(dòng)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(gè)判別的舉措有必要在檢出受電設(shè)備后的400ms之內(nèi)進(jìn)行,。 為了包管安全性的議題,，當(dāng)給電設(shè)備對(duì)某個(gè)銜接端口(Port)開端供電之后，還會(huì)持續(xù)監(jiān)督電流的狀況,。有兩種制限的辦法,，其一，是自動(dòng)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(dòng)式的約束辦法,。獨(dú)特標(biāo)準(zhǔn)了ICUT以及tOVLD(50ms～75ms)的兩個(gè)參數(shù)值,，一旦跨越制限電流達(dá)50ms～75ms以上，就會(huì)中止銜接埠的供電,。 為了達(dá)到以上所說的電力操控,，通常所見到的計(jì)劃皆是選用了功率MOSFET組件。給電設(shè)備會(huì)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(dòng)形式時(shí)間，供電設(shè)備會(huì)按捺MOSFET的電流在60mA的規(guī)模，當(dāng)銜接端口電壓抵達(dá)30V之際,，給電設(shè)備才會(huì)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(dú)特低電壓。 而受電設(shè)備處于起動(dòng)形式的時(shí)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(dá)30V～42V的時(shí)分，就會(huì)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(dòng)形式之后,，最終的時(shí)間才是進(jìn)入電力供給形式(Powering)。各個(gè)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(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),，描繪之際挑選芯片解決計(jì)劃時(shí),，仍是以契合IEEE 802.3af為首要思考標(biāo)準(zhǔn)，如此將會(huì)比擬契合情理,。除此之外,，關(guān)于PoE體系測(cè)驗(yàn)的驗(yàn)證根底，也有必要要有滿足的認(rèn)知,。其間包羅有功率分級(jí)(Power
Classification),、時(shí)序(Timing)、簽署辨證(Signatures),，以及IEEE標(biāo)準(zhǔn)中所界說的wiring alternative等,。
因而在評(píng)價(jià)完好的PoE測(cè)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，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(dòng)化的操作測(cè)驗(yàn)順序以及IEEE 802.3af契合性(Conformance)驗(yàn)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(yùn)用以太網(wǎng)絡(luò)來供電的技能,，是一項(xiàng)改動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電辦法的全新技能。在IEEE 802.3af的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用在無線基地臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)開麥拉,、VoIP等產(chǎn)物上,，因?yàn)椴恍枨髣e的再銜接外部電源，因而在計(jì)劃設(shè)備這些長途設(shè)備時(shí),，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(yùn)用PoE交換器會(huì)集辦理多臺(tái)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(shí)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(dá)觀其成,。
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