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常見問題

安防小常識

PoE技術詳細解讀 供電標準有哪些
編輯：淮創科技 更新：2022-10-19 查看：0 次

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PoE（Power over Ethernet）是(shi)指通(tong)(tong)過網(wang)線傳輸電力的一種技術，借助現(xian)有以太網(wang)通(tong)(tong)過網(wang)線同時為IP終(zhong)端設備（如：IP電話(hua)、AP、IP攝像頭等(deng)）進行數(shu)據(ju)傳輸和供電。


PoE又被稱(cheng)為基于局域網(wang)(wang)的供(gong)電(dian)系統(Power over LAN，簡(jian)稱(cheng)PoL)或有(you)源以太(tai)網(wang)(wang)( Active Ethernet)，有(you)時也(ye)被簡(jian)稱(cheng)為以太(tai)網(wang)(wang)供(gong)電(dian)。


為了規范和促(cu)進PoE供(gong)電(dian)技術的發(fa)展，解決不同廠家供(gong)電(dian)和受電(dian)設備之間的適配性問(wen)題(ti)，IEEE標準委員會(hui)先后(hou)發(fa)布了三(san)個(ge)PoE標準：IEEE 802.3af標準、IEEE 802.3at標準、IEEE 802.3bt標準。

為什么需要PoE?

隨著網(wang)絡中IP電話、網(wang)絡視頻監(jian)控(kong)以(yi)及無線以(yi)太(tai)(tai)網(wang)設(she)(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)日益(yi)廣泛，通(tong)過以(yi)太(tai)(tai)網(wang)本(ben)身(shen)提供(gong)(gong)(gong)電力支持的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求也越來(lai)越迫切(qie)。多數情況下(xia)，終(zhong)端設(she)(she)備需(xu)要(yao)直流供(gong)(gong)(gong)電，而終(zhong)端設(she)(she)備通(tong)常安裝在(zai)距離地面比較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天花板或(huo)室外，附近很難有(you)合適(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電源插座，即(ji)使(shi)有(you)插座，終(zhong)端設(she)(she)備需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)交直流轉換(huan)器也難有(you)位置(zhi)(zhi)安置(zhi)(zhi)。另外，在(zai)很多大型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局域網(wang)應用中，管理(li)員同時需(xu)要(yao)管理(li)多個(ge)終(zhong)端設(she)(she)備，這些設(she)(she)備需(xu)要(yao)統一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)供(gong)(gong)(gong)電和統一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管理(li)，由于(yu)供(gong)(gong)(gong)電位置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制，給供(gong)(gong)(gong)電管理(li)帶(dai)來(lai)極大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不便(bian)，以(yi)太(tai)(tai)網(wang)供(gong)(gong)(gong)電PoE則正好解決了這個(ge)問題。


PoE是一種有(you)線以太網供(gong)(gong)電技術，使用于數據傳(chuan)輸的(de)(de)網線同時具備直流供(gong)(gong)電的(de)(de)能力，有(you)效(xiao)解決(jue)IP電話(hua)、無線AP、便攜設備充(chong)電器、刷卡(ka)機、攝像頭、數據采集(ji)等終端的(de)(de)集(ji)中式(shi)電源供(gong)(gong)電。PoE供(gong)(gong)電具有(you)可靠、連(lian)接簡捷、標(biao)準統一的(de)(de)優勢：


  • 可靠：一(yi)臺PoE設備(bei)可以(yi)同(tong)時(shi)為多個終端設備(bei)供(gong)電，實現(xian)電源集中供(gong)電的同(tong)時(shi)，還可以(yi)進行(xing)電源備(bei)份。

  • 連接簡捷：終端設(she)備(bei)不需(xu)外接電(dian)源，只需(xu)要一根網線。

  • 標(biao)準(zhun)(zhun)：符合國際標(biao)準(zhun)(zhun)，使用全球統(tong)一的RJ45電(dian)源(yuan)接(jie)口，可保證與不同廠(chang)商的設備對接(jie)。


    3 
    PoE供電(dian)設備(bei)角色
    IEEE 802.1ab定義了可選的(de)TLV(Type Length Value)：Power via MDI（Media Dependent Interface） TLV。LLDP報文(wen)封(feng)裝Power via MDI TLV，進行MDI供電(dian)能力的(de)發(fa)現(xian)和(he)通告。當(dang)PSE檢測到PD后，PSE和(he)PD即周期性地向對方(fang)發(fa)送(song)(song)LLDP報文(wen)，這個報文(wen)里包(bao)含了定義的(de)TLV字段。將(jiang)本端信息發(fa)送(song)(song)給對方(fang)，對方(fang)記(ji)錄下報文(wen)中包(bao)含的(de)信息，達到信息交互的(de)作用。
    但IEEE 802.1ab定義的(de)Power via MDI TLV格式僅能協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標(biao)(biao)準的(de)供(gong)電參(can)數，不能協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3bt標(biao)(biao)準的(de)供(gong)電參(can)數，當相連的(de)PD設備使用IEEE 802.3bt標(biao)(biao)準供(gong)電時，標(biao)(biao)準Power via MDI TLV將無法協(xie)(xie)商(shang)供(gong)電。華為(wei)S系列交換機為(wei)能夠支持協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3bt標(biao)(biao)準的(de)供(gong)電參(can)數，自(zi)定義了(le)一(yi)種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報文
    4 
    IEEE 802.1ab定義的TLV報文格式

  • PoE是如何工作的?

  • 如(ru)下(xia)圖所示，PoE供電系統(tong)包括如(ru)下(xia)兩個(ge)設備(bei)角色：

  • 供(gong)電設備PSE（Power-sourcing Equipment）：通過以太網給受電設備供(gong)電的(de)PoE設備，提供(gong)檢測、分析、智能(neng)功率管理等功能(neng)，例如：PoE交換機。

  • 受(shou)電(dian)設(she)(she)備PD（Powered Device）：如無線AP、便攜設(she)(she)備充電(dian)器、刷(shua)卡機、攝像頭(tou)等受(shou)電(dian)方設(she)(she)備。按照(zhao)是否符合IEEE標(biao)準，PD分(fen)為(wei)標(biao)準PD和(he)非(fei)標(biao)準PD。



  • PoE供電模(mo)式

  • 按(an)照IEEE標準(zhun)的(de)(de)定義，PSE設(she)備(bei)分為(wei)MidSpan（PoE功(gong)能(neng)模塊(kuai)在設(she)備(bei)外）和Endpoint（PoE功(gong)能(neng)模塊(kuai)集(ji)成到(dao)設(she)備(bei)內）兩種類型。華為(wei)Cloudengine S系(xi)列PoE交換(huan)機的(de)(de)PoE功(gong)能(neng)模塊(kuai)全部集(ji)成在設(she)備(bei)的(de)(de)內部，屬于Endpoint的(de)(de)PSE設(she)備(bei)。

  • Endpoint類型(xing)的PSE設備依據使用的供電線對(dui)(dui)不(bu)同分為Alternative A（1/2和(he)3/6線對(dui)(dui)）和(he)Alternative B（4/5和(he)7/8線對(dui)(dui)）兩種供電模(mo)式。

  • Alternative A供電(dian)模式(shi)通(tong)(tong)過數(shu)據(ju)(ju)對(dui)供電(dian)。PSE通(tong)(tong)過1/2和3/6線對(dui)給PD供電(dian)，1/2鏈(lian)接形成(cheng)負極，3/6鏈(lian)接形成(cheng)正(zheng)極。10BASE-T、100BASE-TX接口使(shi)用1/2和3/6線對(dui)傳輸數(shu)據(ju)(ju)，1000BASE-T接口使(shi)用全部的(de)4對(dui)線對(dui)傳輸數(shu)據(ju)(ju)。由于DC直(zhi)流(liu)電(dian)和數(shu)據(ju)(ju)頻率互不干擾，所以可以在同一對(dui)線同時傳輸電(dian)流(liu)和數(shu)據(ju)(ju)。

  • Alternative B供電模(mo)式通過空(kong)閑對供電。PSE通過4/5和(he)7/8線(xian)對給PD供電，4/5鏈(lian)接形(xing)成(cheng)正極，7/8鏈(lian)接形(xing)成(cheng)負極。

  • IEEE標(biao)準不允許(xu)同時應(ying)用以上兩種供(gong)電(dian)模式。供(gong)電(dian)設(she)備PSE只能提供(gong)一種用法，但是受電(dian)設(she)備PD必須能夠同時適應(ying)兩種情(qing)況。

  • PoE供電協商(shang)流程(cheng)

  • PSE設(she)備(bei)上電(dian)，PD設(she)備(bei)通過網絡連接到PSE設(she)備(bei)后，PSE與(yu)PD就開(kai)始進行供電(dian)協商：

  • 檢(jian)測PD：PSE在(zai)端口周(zhou)期性(xing)輸(shu)出電流(liu)受(shou)限(xian)的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)電壓(ya)，用以檢(jian)測PD設備的(de)(de)(de)存在(zai)。如果檢(jian)測到特定阻(zu)值的(de)(de)(de)電阻(zu)，說(shuo)明線纜終端連(lian)接著支(zhi)持IEEE 802.3af標準或IEEE 802.3at標準的(de)(de)(de)受(shou)電端設備（電阻(zu)值在(zai)19kΩ～26.5kΩ的(de)(de)(de)特定電阻(zu)，通(tong)常的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)電壓(ya)為2.7V～10.1V，檢(jian)測周(zhou)期為2秒）。

  • 供(gong)電(dian)能力(li)協(xie)(xie)(xie)商(shang)(shang)即PD設(she)備分類(lei)過程：PSE對(dui)PD進行分類(lei)，并協(xie)(xie)(xie)商(shang)(shang)供(gong)電(dian)功率。供(gong)電(dian)能力(li)協(xie)(xie)(xie)商(shang)(shang)不僅可(ke)以通過解(jie)析(xi)PSE與PD發送的(de)電(dian)阻實現的(de)，還可(ke)以通過鏈(lian)路層發現協(xie)(xie)(xie)議LLDP（Link Layer Discovery Protocol）協(xie)(xie)(xie)議發現和(he)通告供(gong)電(dian)能力(li)進行協(xie)(xie)(xie)商(shang)(shang)。

  • 開(kai)始(shi)供電：在(zai)啟動期(qi)內(nei)(一般小于15μs)，PSE設備(bei)開(kai)始(shi)從低電壓向PD設備(bei)供電，直(zhi)至提供48V的直(zhi)流(liu)電壓。

  • 正常(chang)供電：電壓達到48V之后，PSE為PD設備(bei)提供穩定可靠48V的直流電，PD設備(bei)功率消(xiao)耗不(bu)超過(guo)PSE最大輸出功率。

  • 斷電(dian)(dian)：供(gong)電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)中，PSE會不斷監測(ce)PD電(dian)(dian)流(liu)輸入(ru)，當PD電(dian)(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)下(xia)降到(dao)最低值以下(xia)，或(huo)電(dian)(dian)流(liu)激增，例如拔(ba)下(xia)設(she)備(bei)或(huo)遇到(dao)PD設(she)備(bei)功(gong)率消(xiao)耗(hao)過(guo)載(zai)、短路、超過(guo)PSE的(de)供(gong)電(dian)(dian)負荷等(deng)，PSE會斷開電(dian)(dian)源，并重復檢(jian)測(ce)過(guo)程(cheng)。

  • 通(tong)過LLDP協議進行(xing)供電能力協商

    IEEE 802.1ab定(ding)義(yi)了可選的TLV(Type Length Value)：Power via MDI（Media Dependent Interface） TLV。LLDP報(bao)文(wen)封裝Power via MDI TLV，進行MDI供電能力(li)的發現(xian)和通告。當(dang)PSE檢測到(dao)PD后，PSE和PD即周(zhou)期性地(di)向對(dui)方(fang)發送LLDP報(bao)文(wen)，這(zhe)個報(bao)文(wen)里包(bao)含了定(ding)義(yi)的TLV字段。將本(ben)端信(xin)息發送給對(dui)方(fang)，對(dui)方(fang)記錄(lu)下報(bao)文(wen)中包(bao)含的信(xin)息，達到(dao)信(xin)息交互的作用(yong)。
    但(dan)IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV格式僅能(neng)(neng)協商(shang)IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標(biao)準(zhun)的供電參數(shu)，不能(neng)(neng)協商(shang)IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)的供電參數(shu)，當相連的PD設備使(shi)用IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)供電時，標(biao)準(zhun)Power via MDI TLV將無(wu)法協商(shang)供電。華(hua)為S系列(lie)交換機為能(neng)(neng)夠支持(chi)協商(shang)IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)的供電參數(shu)，自定義了一種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報文

由2字節(jie)的(de)TLV報(bao)(bao)文頭(tou)和12字節(jie)的(de)TLV信息字段組成，報(bao)(bao)文格式如(ru)下圖(tu)所(suo)示：

  • 3 
    IEEE 802.1ab定(ding)義的TLV報文格式(shi)

  • Power via MDI和(he)Extended Power via MDI各字段含義如(ru)下(xia)圖所(suo)示。


  • 4

  • Power via MDI各字段含義

    5

  • Extended Power via MDI各字(zi)段含義

  • 華為公司自定義的Power via MDI TLV


  • 由(you)2字(zi)節的TLV報文頭和4字(zi)節的TLV信息字(zi)段組成，報文格(ge)式(shi)如下(xia)圖所示：


  • 6

  • 華為公司自(zi)定義的TLV報文格(ge)式(shi)

TLV報文中各字段含義(yi)如下：

  • TLV Type：TLV的類型，占1個(ge)字節(jie)。取值為(wei)1，表(biao)(biao)示(shi)PD支持的供電(dian)模(mo)式(shi)；取值為(wei)2，表(biao)(biao)示(shi)PD當前工作的供電(dian)模(mo)式(shi)。

  • TLV Length：TLV的長度，占1個字(zi)節(jie)。取值(zhi)為4，表示TLV信息字(zi)段值(zhi)占4個字(zi)節(jie)。

  • TLV Value：TLV的(de)值，占4個字節(jie)，共32位(wei)。第0位(wei)、1位(wei)、2位(wei)、3位(wei)的(de)含義(yi)如下圖所(suo)示，第4～31位(wei)預(yu)留(liu)。

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自定義TLV Value字段含義


PoE供電標(biao)準有哪些(xie)？

前面我(wo)們提及了(le)IEEE標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)委員會為解決不(bu)(bu)同(tong)廠家(jia)供電和受電設(she)備(bei)之間(jian)的(de)適配性問題，會先后(hou)發布了(le)三個(ge)PoE標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)：IEEE 802.3af標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)、IEEE 802.3at標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)、IEEE 802.3bt標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)。那么這三個(ge)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)有(you)什么不(bu)(bu)同(tong)呢？

2003年6月，IEEE 802.3工作(zuo)組制(zhi)定(ding)了(le)IEEE 802.3af標準，作(zuo)為以太(tai)網標準的(de)(de)延伸，對(dui)網絡供(gong)電的(de)(de)電源(yuan)、傳輸和接收都做了(le)細(xi)致的(de)(de)規定(ding)。例如：IEEE 802.3af標準規定(ding)PSE設備需要在每(mei)個端口(kou)上提供(gong)最高15.4W的(de)(de)直流電源(yuan)。

由于電纜中的(de)一(yi)些功率(lv)耗散(san)，因此受電設備僅有(you)12.95W可用。2009年10月，為(wei)對(dui)應大功率(lv)終端的(de)需(xu)求(qiu)，誕(dan)生了IEEE 802.3at標(biao)準(zhun)，IEEE 802.3at標(biao)準(zhun)在兼(jian)容(rong)802.3af標(biao)準(zhun)的(de)基礎上(shang)，提供最高25.5W的(de)功率(lv)，滿足新(xin)的(de)需(xu)求(qiu)。

2018年9月(yue)，為進一步(bu)提升PoE供(gong)電(dian)功率(lv)以及對(dui)標準(zhun)進行優化(hua)，IEEE標準(zhun)委員(yuan)會的(de)(de)(de)發布了IEEE 802.3bt標準(zhun)。IEEE 802.3bt標準(zhun)進一步(bu)提升了供(gong)電(dian)能(neng)力(li)，類型(xing)3可提供(gong)高(gao)達(da)51 W的(de)(de)(de)供(gong)電(dian)功率(lv)，類型(xing)4可提供(gong)高(gao)達(da)71.3W的(de)(de)(de)供(gong)電(dian)功率(lv)。此(ci)外，還包括(kuo)對(dui)2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的(de)(de)(de)支持，擴大了高(gao)性能(neng)無(wu)線接入點和監(jian)控攝像頭等應用程序的(de)(de)(de)使用。

一般將IEEE 802.3af標準(zhun)對(dui)應的(de)(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE供(gong)電(dian)(dian)(dian)，將IEEE 802.3at標準(zhun)對(dui)應的(de)(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE+供(gong)電(dian)(dian)(dian)，將IEEE 802.3bt標準(zhun)對(dui)應的(de)(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE++供(gong)電(dian)(dian)(dian)，也稱(cheng)(cheng)為(wei)4PPoE。三種(zhong)供(gong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術對(dui)應的(de)(de)參數如下圖(tu)所示。


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PoE供電(dian)技(ji)術參數對比


有(you)哪些設備可以支(zhi)持PoE供電

PoE供電設(she)(she)備非常普遍(bian)，例如華為S系列園區交換機、無線(xian)接入控制器(qi)AC和AR接入路(lu)由器(qi)都有款型可以支(zhi)持(chi)(chi)PoE供電，設(she)(she)備是否可以支(zhi)持(chi)(chi)PoE供電，是由硬(ying)件(jian)決定的，不能通過升級軟(ruan)件(jian)把不支(zhi)持(chi)(chi)PoE供電的設(she)(she)備變更為支(zhi)持(chi)(chi)PoE供電的設(she)(she)備。

以(yi)華為(wei)S系列(lie)園區(qu)交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)為(wei)例，能夠(gou)支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電的交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)叫做(zuo)PoE交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)，一(yi)般部署在接(jie)入(ru)層，通過(guo)內置(zhi)或外置(zhi)的PoE電源為(wei)終端(duan)設(she)備供(gong)電。框(kuang)式交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)要(yao)作為(wei)PoE交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)，需要(yao)同(tong)時滿足：一(yi)是(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)框(kuang)必須是(shi)(shi)支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電的機(ji)(ji)(ji)框(kuang)，二是(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)框(kuang)中插入(ru)的單板必須是(shi)(shi)PoE單板；盒式交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)只要(yao)設(she)備款型支(zhi)持(chi)(chi)PoE功能，設(she)備上(shang)電后就可以(yi)支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電。