?一、 概述：

定義：PoE全稱Power Over Ethernet，是指10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡供電，即數(shù)據(jù)線和電源線在同一根網(wǎng)線上傳輸，其可靠供電的距離最長為100米。

通過這種方式，可以有效的解決IP電話、無線AP、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭、數(shù)據(jù)采集等終端的集中式電源供電，對于這些終端而言不再需要考慮其室內(nèi)電源系統(tǒng)布線的問題，在接入網(wǎng)絡的同時就可以實現(xiàn)對設備的供電，極大的簡化了綜合布線的復雜性，降低了系統(tǒng)使用的成本。

在通用性方面，目前PoE供電有了統(tǒng)一的標準，只要遵循已經(jīng)發(fā)布的IEEE802.3af和IEEE802.3at標準，就可以解決不同廠家設備之間的互連互通的問題。

POE供電的技術優(yōu)勢和拓展應用

使用以太網(wǎng)線供電的優(yōu)勢是明顯的：

1. POE 只需要安裝和支持一條電纜，簡單而且節(jié)省空間，并且設備可隨意移動。

2. 節(jié)約成本。許多帶電設備，例如視頻監(jiān)視攝像機等，都需要安裝在難以部署AC電源的地方，POE 使其不再需要昂貴電源和安裝電源所耗費的時間，節(jié)省了費用和時間。

3. 像數(shù)據(jù)傳輸一樣，POE 可以通過使用簡單網(wǎng)管協(xié)議(SNMP)來監(jiān)督和控制該設備。

4. POE 供電端設備只會為需要供電的設備供電，只有連接了需要供電的設備，以太網(wǎng)電纜才會有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風險。

5. 一個單一的UPS 就可以提供相關所有設備在斷電時的供電。

6. 用戶可以自動、安全地在網(wǎng)絡上混用原有設備和POE設備，這些設備能夠與現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜共存。

7. 使網(wǎng)絡設備便于管理。因為當遠端設備與網(wǎng)絡相連后，才能夠遠程控制、重配或重設。

8. 在無線局域網(wǎng)中，POE 可以簡化射頻測試任務，接入點能夠被輕松地移動和接入。

二、PoE設備供電方式說明

按照802.3af/at標準的定義，PoE供電系統(tǒng)包含兩種設備PSE和PD，典型的設備應用組網(wǎng)圖如下。

1.      PSE

（1）PSE設備的定義：

PSE（power-sourcing equipment），主要是用來給其他設備進行供電的設備，

（2）PSE設備的分類：

其又可以分為兩種，

Midspan設備：PoE功能在交換機或其他網(wǎng)絡設備外；

Endpoint設備：PoE功能集成到交換機或其他網(wǎng)絡設備內(nèi)。  

2.      PD

（1）PD設備的定義：

PD（Powered Device），在PoE供電系統(tǒng)中用來受電的設備。

（2）PD設備的種類：

無線的AP設備；

IPPHONE設備；

攝像頭； 部分小功率的SOHO類交換機。

3.      供電方式：

同時802.3af/at標準還定義了PI（Power Interface：PSE/PD與網(wǎng)線的接口）。

（1）   PI的分類：

可選方式A（AlternativeA）：網(wǎng)線12、36線對供電，即：信號線供電；

可選方式B（AlternativeB）：網(wǎng)線45、78線對供電，即：空閑線供電。

（2）   PoE供電的安全/可靠性說明：

 由于DC電流和數(shù)據(jù)頻率互不干擾，所以可以在同一對線同時傳輸電流和數(shù)據(jù)，其實，對電纜來說可以看作一種“復用”。

 PoE提供的電壓在57V以下，屬于“安全電壓”，滿足安規(guī)要求。

三、IEEE802.3af 簡述：

1、 概述
早在1999年，以太網(wǎng)供電已經(jīng)不是什么新的理念了。實際上，當時已經(jīng)有許多公司提供了專用解決方案，其中包括3Com、PowerDsine和Cisco等。但比較新穎的想法是制定一項工業(yè)標準，以保證各種設備之間實現(xiàn)全面的互操作性。
IEEE在1999年開始制定該標準，最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標準的缺點一直制約著市場的擴大。直到2003年6月，IEEE批準了802. 3af標準，它明確規(guī)定了遠程系統(tǒng)中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無線LAN接入點等設備供電的方式進行了規(guī)定。

2、 POE的關鍵技術
1) POE的系統(tǒng)構(gòu)成及供電特性參數(shù)
一個完整的POE系統(tǒng)包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Power Device)兩部分。

PSE設備是為以太網(wǎng)客戶端設備供電的設備，同時也是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載，即POE系統(tǒng)的客戶端設備，如IP電話、網(wǎng)絡安全攝像機、AP及掌上電腦( PDA)或移動電話充電器等許多其他以太網(wǎng)設備（實際上，任何功率不超過13W的設備都可以從RJ45插座獲取相應的電力）。

兩者基于IEEE 802.3af標準建立有關受電端設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)PSE通過以太網(wǎng)向PD供電。

POE標準供電系統(tǒng)的主要供電特性參數(shù)為：
a、電壓在44～57V之間，典型值為48V。 
b、允許最大電流為550mA，最大啟動電流為500mA。 
c、典型工作電流為10～350mA，超載檢測電流為350～500mA。
d、在空載條件下，最大需要電流為5mA。 
e、為PD設備提供3.84～12.95W五個等級的電功率請求，最大不超過13W。

關于功率五個等級的詳細說明：
IEEE 802.3af PoE標準允許設計師通過以太網(wǎng)電纜為用電設備（PD）提供高達12.95W的電力，同時符合安全特低電壓(SELV)要求。

根據(jù) IEEE 802.3af標準，PD可按所需功率分為四個不同的級別（第五個等級Class 4是為更高的功率的新標準預留的）。 

Class 0設備需要的最高工作功率為0~12.95W

Class 1設備需要的工作功率介于0~3.84W；
Class 2設備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間；
Class 3設備的功率范圍則介于6.5～12.95W之間。
設計師可以根據(jù)功率要求將他們的設備指定為特定的級別。低成本解決方案可以使用一般的默認級別指定(Class 0)，表示PD最高需要12.95W的工作功率。

2) POE供電的工作過程
在分級階段，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關級，直至特征和分級階段完成。一旦分級完成后，PSE將會向PD提供全額工作電壓。

當在一個網(wǎng)絡中布置 PSE供電端設備時，POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示：
檢測：首先PSE會發(fā)送一個測試電壓給在網(wǎng)設備以探測受電設備中的一個24.9kΩ共模電阻。測試信號開始為2.5V，然后提升到10V，這將有助于補償Cat-5電纜自身阻抗帶來的損失。因為這種電纜最長可達100m。如果PSE檢測到來自PD的適當阻抗特征(24.9kΩ)，它便會繼續(xù)提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會為電纜加電。
受電設備電路中的齊納二極管會保證系統(tǒng)其余部分不受測試信號的干擾。
PD端設備分類：當檢測到受電端設備PD之后，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。如果除了探測到第一級的電阻外沒發(fā)現(xiàn)其他分級電路，該設備被定義成零級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關級，直至特征和分級階段完成。
開始供電：分級完成后，在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內(nèi)，PSE設備開始從低電壓向PD設備
a)供電，直至提供48V的直流電源。
b)供電：為PD設備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，滿足PD設備不越過12.95W的功率消耗。
c)斷電：若PD設備從網(wǎng)絡上斷開時，PSE就會快速地(一般在300～400ms之內(nèi))停止為PD設備供電，并重 復檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設備。

在上述過程中，主要對以下幾個過程進行描述：

Step1：Detection，PSE檢測PD是否存在。  

（1）   該步驟主要的操作是，PSE通過檢測電源輸出線對之間的阻容值來判斷PD是否存在；

（2）   Detection階段輸出電壓為2.8V~10V,電壓極性與－48V輸出一致。只有檢測到PD，PSE才會進行下一步的操作。  

（3）   PD存在的特征：

直流阻抗在19K～26.5Kohm之間；

容值不超過150nF；

Step2：Classification，PSE確定PD功耗。  

（1）   該步驟主要的操作是，PSE通過檢測電源輸出電流來確定PD功率等級。

（2）   Classification階段端口輸出電壓大小為15.5V~20.5V。電壓極性與－48V輸出一致。

Step3：Power-up，PSE給PD供電。  

該步驟主要的操作是，當檢測到端口下掛設備屬于合法的PD設備時，并且PSE完成對此PD的分類（可選），PSE開始對該設備進行供電，輸出－48V的電壓。  

Step4：RTP & Power management，實時監(jiān)控、電源管理

Step5：Disconnection，PSE檢測PD是否斷開。

該步驟主要的操作是，PSE會通過特定的檢測方法來判斷PD是否已經(jīng)斷開，如果PD斷開，PSE將關閉端口輸出電壓。端口狀態(tài)返回到Detection。

在把任何網(wǎng)絡設備連接到PSE時，PSE必須先檢測設備是不是PD，以保證不給不符合POE標準的以太網(wǎng)設備提供電流，因為這可能會造成損壞。這種檢查是通過給電纜提供一個電流受限的小電壓來檢查遠端是否具有符合要求的特性電阻來實現(xiàn)的。只有檢測到該電阻時才會提供全部的48V電壓，但是電流仍然受限，以免終端設備處在錯誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個擴展，PD還可以對要求PSE的供電方式進行分類，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開始提供電源，它會連續(xù)監(jiān)測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設備時或遇到PD設備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負荷等，PSE會斷開電源并再次啟動檢測過程。
電源提供設備也可以被提供一種系統(tǒng)管理的能力，例如應用簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMP)。這個功能可以提供諸如夜晚關機、遠端重啟之類的功能。
研究POE的供電方式可以看出，在供電的過程中有兩個關鍵的問題需要考慮，一個是對于PD設備的識別，另一個是系統(tǒng)中UPS的容量。

3) POE通過電纜供電的原理
標準的五類網(wǎng)線有四對雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。
IEEE80 2.3af允許兩種用法如圖1和圖2所示。

圖 通過空閑腳供電

圖 通過數(shù)據(jù)腳供電

應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。

應用數(shù)據(jù)腳供電時，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。

標準不允許同時應用以上兩種情況。電源提供設備PSE只能提供一種用法，但是電源應用設備PD必須能夠同時適應兩種情況。該標準規(guī)定供電電源通常是48V、13W的。PD設備提供48V到低電壓的轉(zhuǎn)換是較容易的，但同時應有1500V的絕緣安全電壓。
POE標準還規(guī)范了傳送電功率應使用的非屏蔽雙絞線對電纜，即3、5、5e或6類電纜。明確了與其一起工作的現(xiàn)存電纜設施不需要任何改動，這其中包括3、5、5e或6類電纜、各種短接線與接線板、電源插座引線和連接的硬件等。POE標準與IEEE 802.3標準系列兼容。

POE標準為使用以太網(wǎng)的傳輸電纜輸送直流電到POE兼容的設備定義了兩種方法：一種稱作“中間跨接法”( Mid -Span )，使用以太網(wǎng)電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電，相應的Endpoint PSE支持POE功能的以太網(wǎng)交換機、路由器、集線器或其他網(wǎng)絡交換設備。另一種方法是“末端跨接法”(End-Span)，是在傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時傳輸直流電，其輸電采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號不同的頻率。Midspan PSE是一個專門的電源管理設備，通常和交換機放在一起。它對應每個端口有兩個RJ45插孔，一個用短線連接至交換機，另一個連接遠端設備?？梢灶A見，End-Span會迅速得到推廣，這是由于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與輸電采用公用線對，因而省去了需要設置獨立輸電的專用線，這對于僅有8芯的電纜和相配套的標準RJ-45插座意義特別重大。

下圖是POE供電系統(tǒng)的一個實例，由供電設備PSE 、受電設備PD和相關的配套設備及以太網(wǎng)傳輸電纜組成。

圖 符合IEEE 802.3af標準的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)實例

當PD設備與POE標準兼容時就可直接通過RJ-45插座從以太網(wǎng)電纜供電，對于與POE不兼容的設備可以采用直流變換器或抽頭分壓裝置的方法，將其電壓變換成POE兼容的電壓。這些裝置有時也被稱為有源以太網(wǎng)分裂器(Sputters)，它可以將太網(wǎng)電纜的直流電壓取出來并通過常規(guī)的直流插座供PD設備使用。

四、IEEE802.3at 簡述：

IEEE 802．3at：拓寬PoE應用領域PoE（Power over Ethernet,以太網(wǎng)供電）是一種局域網(wǎng)技術，可通過雙絞線向受電設備提供直流功率，已在在企業(yè)與工業(yè)應用中得到廣泛的應用。據(jù)統(tǒng)計，2006年，以太網(wǎng)供電交付量為3200萬個端口，到2011年，交付量將增長到1.45億個端口，年增長率將超過30%。PoE業(yè)界所采用的標準為IEEE 802.3 af，該標準規(guī)定了供電設備可通過以太網(wǎng)向功率在13W以下的受電設備供電。這對于傳統(tǒng)的IP電話以及網(wǎng)絡攝像頭而言足以滿足需求，但隨著雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應用的出現(xiàn)，13W的供電功率顯然不能滿足需求，為此，IEEE在2005年開始開發(fā)新的PoE標準802.3at(PoE Plus)以提升PoE可傳送的電力。

與802.3af相比，802.3at可輸出2倍以上的電力，每個端口的輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬PoE的應用領域。下表為802.3af與802.3at的對比。雖然802.3ats尚未正式推出，但業(yè)內(nèi)廠商以開始推出符合pre－IEEE802.3at標準的器件。

如博通公司推出PSE(Power Sourcing Equipment，供電設備控制器)BCM59103，該器件據(jù)稱是業(yè)界第一款4端口前IEEE 802.3at以太網(wǎng)供電器件，該器件每端口可提供30W 功率，Tolerates CESD>2KV,且在器件內(nèi)部集成了電源MOSFET,DC/DC控制器、電流檢測電阻、AC斷接裝置、8051MCU、存儲器以及LED控制器。

802.3af與802.3at的對比

由于IEEE 802.3af規(guī)范，受電設備(PD)上的PoE功耗被限制為12.95W，這對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡受電設備足以滿足需求，但隨著IP電話以及網(wǎng)絡攝像頭、雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應用的出現(xiàn)，13W的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太網(wǎng)電纜供電的應用范圍。為了克服PoE對功率預算的限制，并將其推向新的應用，IEEE成立了一個新的任務組，旨在探求提高該國際電源標準的功率限值的方法。IEEE802.3工作組為了在技術及經(jīng)濟上對IEEE802.3at實現(xiàn)的可能性進行評估，新標準稱為 IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設備定義為Class 4,可將功率水平擴展到25W或更高，新標準并在2009年初發(fā)布。  
IEEE 802.3at與802.3af相比，802.3at可輸出2倍以上的電力，每個端口的輸出功率可在30W以上，就標準而言，兩者在功率、分級上有不同的定義。
在IEEE802.3at規(guī)定，受電設備PD可以最大到29.95W，PSE將為其提供30W以上的直流電源。PD以Class4分級的電流響應，告訴PSE是否能夠為其提供802.3at規(guī)定的較高功率。

IEEE802.3at標準供電系統(tǒng)的主要供電特性參數(shù)為：   
直流電壓在50～57V之間，典型值為50V。        
典型工作電流為10～600mA，典型的輸出功率：30W。
受電設備PD支持Class4的分級。 

IEEE 802.3at 委員會暫時將PSE 輸出電壓定在50 到57V。該委員會還規(guī)定來回總長為100 米的線纜，其最大阻抗不能超過12.5Ω?！痹谠撾妷?、電阻

條件下，功率等于：

PSE 功率的最小值＝0.72A×50V＝36W

PD 功率的最小值＝0.72A×41V＝29.5W

電纜損耗最大值＝I2R＝0.72×0.72×12.5＝6.5W

動態(tài)功率

IEEE 802.3at 任務組面臨的挑戰(zhàn)是確定如何擴展分類系統(tǒng)。一般采用兩級分類方法。和在基本PoE 中一樣，現(xiàn)在所有的PSE 芯片都能發(fā)送第一種分類脈沖，但PoE Plus PSE 還能發(fā)送第二種脈沖。標準的PoE PD 將以通常的方式響應第一種脈沖，而PoE PlusPD 能發(fā)出表明它是第四類PD 的響應。

PSE 發(fā)出的第二種脈沖告訴PD 現(xiàn)在連接的是高功率PSE。PD 針對每個脈沖發(fā)出的四類響應告訴PSE 連接的是高功率PD。