技術文章
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不再受限于電源位置 PoE新技術顛覆以太網(wǎng)絡
進入了二十一世紀之后，以太網(wǎng)絡進入家庭早已成為現(xiàn)實。家家戶戶的上彀調制解調器，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)絡的接線。再進一步深層地探究數(shù)字家電范疇的高畫質電視機、AV擴大機、家庭電玩游戲機、乃至將來的下一代代光驅，都曾經(jīng)布下以太網(wǎng)絡的天羅地網(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也正式成為標準標準，也就是IEEE 802.3af。
具有48伏電力 適用更多的網(wǎng)絡設備
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)絡開麥拉、網(wǎng)絡開關設備或路由器等，皆是十分適宜運用的標的產(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)絡猜測」這個項目用以下的文字描述。「電源線的不見-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運用標準的以太網(wǎng)絡纜線(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標準的策定，促進新的組件與設備可以逐步上臺，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)絡休戚相關的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電源的設置場所，Web照相機、長途感應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：
．因為設備網(wǎng)絡的電線數(shù)量的削減，讓體系的構成更為簡略。
．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的典范架構中，是以「Access Gateway」與「RADIUS服務器」一起運作，來作為無線與有線運用者的身分認證。而且從辦理服務器上，可以監(jiān)控運用者的網(wǎng)絡運用狀況。除此之外，因為辦理服務器則是設備于LAN端，因而，可以來辦理存取點設備(Access Point)、存取網(wǎng)關(Access Gateway)與無線網(wǎng)絡運用者等。
假定存取點設備(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)絡交換器來供給運用，因而，只需布接網(wǎng)絡線，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，若是在存取點設備(Access Point)暫時發(fā)作了當機的狀況，也可以透過PoE的電源讓存取點設備(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。
特征二，因為最長間隔標準為100公尺的長度，為了因應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)絡上，毋需電源的既有設備與需求電源的新設備可以和平共存的。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在標準化進程中，所評論的議題。
PoE供電設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)絡透過了Hub或Switch設備，建構了點對點型的網(wǎng)絡。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」兩個品種的設備存在。
「供電設備」或可名為「給電設備」，就稱之為PSE(Power Sourcing Equipment)，受電設備或用電設備則以PD(Powered Device)來稱號。請留神，一個PSE可以供電給一個或復數(shù)個受電設備PD。
典型的PSE設備可以有以太網(wǎng)絡路由器 (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設備則可能有網(wǎng)絡電話(VoIP Phone)、無線局域網(wǎng)絡存取點(WLAN Access Point)、安固保整體系(Security
System)，銷售點終端設備、(POS Terminal)、網(wǎng)絡照相機(Network Camera)等。 而供給電設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)絡中供給電力附加機能的設備(圖2)。 眾所皆知，以太網(wǎng)絡的傳送通常是選用Cat5的信號線材，其間有四對的對絞線，雙端設備了RJ-45的銜接頭。熟知的10Base-T以及100Base-TX標準，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，也就是1000BASE-T，運用了悉數(shù)4對線。因而，IEEE 802.3af關于Gigabit以太網(wǎng)絡并無標準中跨型(Mid-Span)給電設備。 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，受電端設備當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)給電設備，只要是契合IEEE 802.13af的標準，都有必要與既存的以太網(wǎng)絡設備保持交換兼容性。所以也有必要有一套專用的協(xié)議，用來判別銜接在網(wǎng)絡上的設備，能否需求扮演受電設備的人物。這個協(xié)議根本上是兩個時間的處置。第一個步調就是檢測(Detection)，便是用來區(qū)別是IEEE 802.af對應之受電設備仍是其它Ethernet機器。可以這么來說，這個步調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，就稱做歸類(Classification)。大致上是說，受電設備會將最大的電力需求傳達至給電設備。將電力歸類的意圖之一，就是為了避免給電設備墮入過度負荷的困境。比方說，當發(fā)作過度負荷時，送往全部受電設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，受電設備內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備了。 一旦檢測出受電設備之后，給電設備會進入歸類形式，講白了也就是獲得受電設備的最大耗費電力的信息。詳細來說，給電設備有必要在10ms～75ms之間，施予受電設備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，受電設備根據(jù)耗電的巨細被概括成五類。歸類在IEEE 802.3af標準中是列為選項(Option)。因而，給電設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。當然，在這種場合下，攸關消耗電力的全部信息就不必供給了。表1便是受電設備電力歸類的收拾。 假定給電設備可以供給整體150W的電力，分給Class-1的受電設備的數(shù)目就可以達37個。若是不實施歸類的話，給電設備就有必要分配15.4W給各個銜接埠(Port)。 顛末受電設備檢測以及選項的歸類進程之后，第三個時間就是給電設備進入起動形式(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備后的400ms之內進行。 為了包管安全性的議題，當給電設備對某個銜接端口(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。當銜接端口在起動形式時間，供電設備會按捺MOSFET的電流在60mA的規(guī)模，當銜接端口電壓抵達30V之際，給電設備才會開端將最大的電力供給受電設備，這種辦法就是SELV(Safety Extra Low Voltage)安全獨特低電壓。 而受電設備處于起動形式的時分，其首要使命就是關于旁路電容器的充電。當銜接端口電壓抵達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。
已然有了共通的標準標準，描繪之際挑選芯片解決計劃時，仍是以契合IEEE 802.3af為首要思考標準，如此將會比擬契合情理。除此之外，關于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標準中所界說的wiring alternative等。
因而在評價完好的PoE測驗設備時，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)絡來供電的技能，是一項改動網(wǎng)絡設備供電辦法的全新技能。在IEEE 802.3af的標準下，可以透過現(xiàn)有以太網(wǎng)絡線一起傳輸數(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，因而在計劃設備這些長途設備時，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備的電源供給，還可以調配所謂的UPS不斷電體系，即便遇到勁風、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備電力、通訊的中止等問題。因而，咱們達觀其成。
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