PoE技術詳細解讀

PoE技術詳細解讀PoE（PoweroverEthernet）是指通過網(wǎng)線傳輸電力的一種技術，借助現(xiàn)有以太網(wǎng)通過網(wǎng)線同時為IP終端設備（如：IP電話、AP、IP攝像頭等）進行數(shù)據(jù)傳輸和供電。PoE又被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(PoweroverLAN，簡稱PoL)或有源以太網(wǎng)(ActiveEthernet)，有時也被簡稱為以太網(wǎng)供電。為了規(guī)范和促進PoE供電技術的發(fā)展，解決不同廠家供電和受電設備之間的適配性問題，IEEE標準委員會先后發(fā)布了三個PoE標準：IEEE802.3af標準、IEEE802.3at標準、IEEE802.3bt標準。為什么需要PoE?隨著網(wǎng)絡中IP電話、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控以及無線以太網(wǎng)設備的日益廣泛，通過以太網(wǎng)本身提供電力支持的要求也越來越迫切。多數(shù)情況下，終端設備需要直流供電，而終端設備通常安裝在距離地面比較高的天花板或室外，附近很難有合適的電源插座，即使有插座，終端設備需要的交直流轉(zhuǎn)換器也難有位置安置。另外，在很多大型的局域網(wǎng)應用中，管理員同時需要管理多個終端設備，這些設備需要統(tǒng)一的供電和統(tǒng)一的管理，由于供電位置的限制，給供電管理帶來極大的不便，以太網(wǎng)供電PoE則正好解決了這個問題。PoE是一種有線以太網(wǎng)供電技術，使用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)線同時具備直流供電的能力，有效解決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。PoE供電具有可靠、連接簡捷、標準統(tǒng)一的優(yōu)勢：可靠：一臺PoE設備可以同時為多個終端設備供電，實現(xiàn)電源集中供電的同時，還可以進行電源備份。連接簡捷：終端設備不需外接電源，只需要一根網(wǎng)線。標準：符合國際標準，使用全球統(tǒng)一的RJ45電源接口，可保證與不同廠商的設備對接。PoE是如何工作的?如下圖所示，PoE供電系統(tǒng)包括如下兩個設備角色：供電設備PSE（Power-sourcingEquipment）：通過以太網(wǎng)給受電設備供電的PoE設備，提供檢測、分析、智能功率管理等功能，例如：PoE交換機。受電設備PD（PoweredDevice）：如無線AP、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭等受電方設備。按照是否符合IEEE標準，PD分為標準PD和非標準PD。

PoE供電設備角色PoE供電模式按照IEEE標準的定義，PSE設備分為MidSpan（PoE功能模塊在設備外）和Endpoint（PoE功能模塊集成到設備內(nèi)）兩種類型。華為CloudengineS系列PoE交換機的PoE功能模塊全部集成在設備的內(nèi)部，屬于Endpoint的PSE設備。Endpoint類型的PSE設備依據(jù)使用的供電線對不同分為AlternativeA（1/2和3/6線對）和AlternativeB（4/5和7/8線對）兩種供電模式。AlternativeA供電模式通過數(shù)據(jù)對供電。PSE通過1/2和3/6線對給PD供電，1/2鏈接形成負極，3/6鏈接形成正極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對傳輸數(shù)據(jù)，1000BASE-T接口使用全部的4對線對傳輸數(shù)據(jù)。由于DC直流電和數(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)。AlternativeB供電模式通過空閑對供電。PSE通過4/5和7/8線對給PD供電，4/5鏈接形成正極，7/8鏈接形成負極。IEEE標準不允許同時應用以上兩種供電模式。供電設備PSE只能提供一種用法，但是受電設備PD必須能夠同時適應兩種情況。PoE供電協(xié)商流程PSE設備上電，PD設備通過網(wǎng)絡連接到PSE設備后，PSE與PD就開始進行供電協(xié)商：檢測PD：PSE在端口周期性輸出電流受限的小電壓，用以檢測PD設備的存在。如果檢測到特定阻值的電阻，說明線纜終端連接著支持IEEE802.3af標準或IEEE802.3at標準的受電端設備（電阻值在19kΩ～26.5kΩ的特定電阻，通常的小電壓為2.7V～10.1V，檢測周期為2秒）。供電能力協(xié)商即PD設備分類過程：PSE對PD進行分類，并協(xié)商供電功率。供電能力協(xié)商不僅可以通過解析PSE與PD發(fā)送的電阻實現(xiàn)的，還可以通過鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol）協(xié)議發(fā)現(xiàn)和通告供電能力進行協(xié)商。開始供電：在啟動期內(nèi)(一般小于15μs)，PSE設備開始從低電壓向PD設備供電，直至提供48V的直流電壓。正常供電：電壓達到48V之后，PSE為PD設備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，PD設備功率消耗不超過PSE最大輸出功率。斷電：供電過程中，PSE會不斷監(jiān)測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，或電流激增，例如拔下設備或遇到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，并重復檢測過程。通過LLDP協(xié)議進行供電能力協(xié)商IEEE802.1ab定義了可選的TLV(TypeLengthValue)：PowerviaMDI（MediaDependentInterface）TLV。LLDP報文封裝PowerviaMDITLV，進行MDI供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告。當PSE檢測到PD后，PSE和PD即周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送LLDP報文，這個報文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發(fā)送給對方，對方記錄下報文中包含的信息，達到信息交互的作用。但IEEE802.1ab定義的PowerviaMDITLV格式僅能協(xié)商IEEE802.3af和IEEE802.3at兩種標準的供電參數(shù)，不能協(xié)商IEEE802.3bt標準的供電參數(shù)，當相連的PD設備使用IEEE802.3bt標準供電時，標準PowerviaMDITLV將無法協(xié)商供電。華為S系列交換機為能夠支持協(xié)商IEEE802.3bt標準的供電參數(shù)，自定義了一種PowerviaMDITLV。IEEE802.1ab定義的PowerviaMDITLV報文由2字節(jié)的TLV報文頭和12字節(jié)的TLV信息字段組成，報文格式如下圖所示：

IEEE802.1ab定義的TLV報文格式PowerviaMDI和ExtendedPowerviaMDI各字段含義如下圖所示。

PowerviaMDI各字段含義

ExtendedPowerviaMDI各字段含義華為公司自定義的PowerviaMDITLV由2字節(jié)的TLV報文頭和4字節(jié)的TLV信息字段組成，報文格式如下圖所示：

華為公司自定義的TLV報文格式TLV報文中各字段含義如下：TLVType：TLV的類型，占1個字節(jié)。取值為1，表示PD支持的供電模式；取值為2，表示PD當前工作的供電模式。TLVLength：TLV的長度，占1個字節(jié)。取值為4，表示TLV信息字段值占4個字節(jié)。TLVValue：TLV的值，占4個字節(jié)，共32位。第0位、1位、2位、3位的含義如下圖所示，第4～31位預留。

自定義TLVValue字段含義PoE供電標準有哪些？前面我們提及了IEEE標準委員會為解決不同廠家供電和受電設備之間的適配性問題，會先后發(fā)布了三個PoE標準：IEEE802.3af標準、IEEE802.3at標準、IEEE802.3bt標準。那么這三個標準有什么不同呢？2003年6月，IEEE802.3工作組制定了IEEE802.3af標準，作為以太網(wǎng)標準的延伸，對網(wǎng)絡供電的電源、傳輸和接收都做了細致的規(guī)定。例如：IEEE802.3af標準規(guī)定PSE設備需要在每個端口上提供最高15.4W的直流電源。由于電纜中的一些功率耗散，因此受電設備僅有12.95W可用。2009年10月，為對應大功率終端的需求，誕生了IEEE802.3at標準，IEEE802.3at標準在兼容802.3af標準的基礎上，提供最高25.5W的功率，滿足新的需求。2018年9月，為進一步提升PoE供電功率以及對標準進行優(yōu)化，IEEE標準委員會的發(fā)布了IEEE802.3bt標準。IEEE802.3bt標準進一步提升了供電能力，類型3可提供高達51W的供電功率，類型4可提供高達71.3W的供電功率。此外，還包括對2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持，擴大了高性能無線接入點和監(jiān)控攝像頭等應用程序的使用。一般將IEEE802.3af標準對應的供電技術稱為PoE供電，將IEEE802.3at標準對應的供電技術稱為PoE+供電，將IEEE802.3bt標準對應的供電技術稱為PoE++供電，也稱為4PPoE。三種供電技術對應的參數(shù)如下圖所示。

PoE供電技術參數(shù)對比有哪些設備可以支持PoE供電PoE供電設備非常普遍，例如華為S系列園區(qū)交換機、無線接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供電，設備是否可以支持PoE供電，是由硬件決定的，不能