【以太网硬件十七】网线边传数据还能边供电?

目录

1 POE原理

2 供电过程


        本文所述POE供电部分只涉及802.3-2018 clause 33的传统供电方式(af、at、bt),不涉及clause 104的单对供电的新型供电方式。

1 POE原理

        PoE(Power over Ethernet)是指通过网线传输电力的一种技术,借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备(如:IP电话、AP、IP摄像头等)进行数据传输和供电。PoE又被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN,简称PoL)或有源以太网( Active Ethernet),有时也被简称为以太网供电。为了规范和促进PoE供电技术的发展,解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题,IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准:IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。

类别

PoE(type1)

PoE+(type2)

PoE++(type3)

PoE++(type4)

标准

802.3af

802.3at

802.3bt

802.3bt

供电距离

100m

100m

100m

100m

分级
(Classification)

0~3

0~4

0~8

0~8

最大电流

350mA

600mA

1.2A

1.73A

PSE 输出电压

44~ 57V DC

50~ 57V DC

50~ 57V DC

52~ 57V DC

PSE 输出功率

<=15.4W

<=30W

<=60W

<=90W

PD 输入电压

36~ 57V DC

42.5~ 57V DC

42.5~ 57V DC

41.2~ 57V DC

PD 最大功率

12.95W

25.5W

51W

71.3W

线缆要求

Unstructured

CAT-5e or
better

CAT-5e or
better

CAT-5e or
better

供电线缆对数

2

2

4

4

        PoE供电系统包括如下两个设备角色:

        供电设备PSE(Power-sourcing Equipment):通过以太网给受电设备供电的PoE设备,提供检测、分析、智能功率管理等功能,例如:PoE交换机。

        受电设备PD(Powered Device):如无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准,PD分为标准PD和非标准PD。

        按照IEEE标准的定义,PSE设备分为MidSpan(PoE功能模块在设备外,俗称POE注入器,同样,也有POE分离器)和Endpoint(PoE功能模块集成到设备内,如POE交换机)两种类型。

        Endpoint类型的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A(1/2和3/6线对)和Alternative B(4/5和7/8线对)两种供电模式。

        Alternative A供电模式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对给PD供电,1/2链接形成负极,3/6链接形成正极。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据。

        Alternative B供电模式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对给PD供电,4/5链接形成正极,7/8链接形成负极

        MidSpan中跨类型设备的供电接线方式同样有两种:

        1000BASE-T接口使用全部的4对线对传输数据。IEEE 802.3bt严格定义Type 4的PI连接为, 3/64/5为正极,1/27/8为负极

        IEEE标准不允许同时应用以上两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用法,但是受电设备PD必须能够同时适应两种情况。

供电过程

        PD设备在接入 PSE 系统时,其获取电源的流程如下图所示:

        在上述过程中,主要对以下几个过程进行描述:
        1、信号检测阶段(Detection)
         PSE检测PD是否存在,该步骤主要的操作是:
        PSE通过检测电源输出线对之间的阻容值来判断PD是否存在。Detection 阶段输出电压为2.8V~10V,电压极性与52V输出一致,检测周期为2秒。只有检测到PD,PSE 才会进行下一步的操作。
        PD 存在的特征:

        a、直流阻抗在 19K~26.5KΩ之间,一般取24.9KΩ;

        b、容值不超过 150nF;

        c、检测到的特征阻容不符合以上标准定义的值,即认为对端设备为非标 PD,不进行供电。如果检测到的特征阻容符合以上标准定义的值,将进入第二阶段分级阶段。
        2、分级阶段(Classification)
        PSE确定PD功耗。
        PSE通过检测电源输出电流来确定PD功率等级。分级阶段端口输出电压为15.5V~20.5V,电压极性与 52V 电压输出一致。PD从线上吸收一个恒定电流(分级特征信号),向 PSE 表明自己所需的最大功率。PSE 测量这个电流,以确定PD属于哪个功率级别。分级期间使用的PSE电流必须限制到100mA,以避免损坏PD,而且它的连接时间不能超过75ms,以对PD功耗加以控制。

        当前有的设备除了支持电流解析外,还支持通过链路层发现协议LLDP(Link Layer Discovery Protocol)协议进行媒体独立接口MDI(Media Dependent Interface)供电能力的发现和通告。IEEE 802.1ab定义了可选的TLV:Power via MDI TLV,LLDP报文封装Power via MDI TLV,进行MDI供电能力的发现和通告,同时可进行网络管理。当PSE检测到PD后,PSE和PD即周期性地向对方发送LLDP报文,这个报文里包含了定义的TLV字段。将本端信息发送给对方,对方记录下报文中包含的信息,达到信息交互的作用。

        3、供电阶段(Powerup)
        PSE给PD供电。当检测到端口下挂设备属于合法的PD设备时,并且PSE完成对此PD的分类,PSE开始对该设备进行供电,输出48V的电压。

        4、监测阶段( RTP & Power ManageMent)

        实时监控,电源管理。
        供电期间,PSE还要对每个端口的供电情况进行监视,提供欠压和过流保护。

        5、断电阶段( Disconnection)

        PSE 检测 PD 是否断开。

        PSE 会通过特定的检测方法来判断 PD 是否已经断开。PD断开,PSE 将关闭端口输出电压,端口状态返回到 Detection。IEEE 802.3af标准规定了两种检测方法,即DC断路检测法和AC断路检测法。
        a、DC 断路检测法: 根据从PSE流向PD的直流电流大小,判断PD是否在线。当电流在给定时间 T (300ms~400ms) 内保持低于阈值 I (5mA~10mA )时, PSE就认为PD不存在,从而切断电源。这种的特点是,当PD工作在低功耗模式时,为避免掉线,PD必须周期性地从线上吸取一定的电流。
        b、AC 断路检测法:测量以太网端口的交流阻抗,当没有设备连接到 PSE 时,端口应该是高阻抗,可能达到几MΩ,而当接有PD时,端口的阻抗会小于 26.5kΩ,如果PD消耗大量功率,那么阻抗通常会更低。

Published by

风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平