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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(zhi)通過(guo)網線傳(chuan)輸(shu)電力的(de)一種技(ji)術，借助(zhu)現有(you)以太(tai)網通過(guo)網線同時為IP終端(duan)設備（如：IP電話、AP、IP攝(she)像頭等）進行(xing)數據傳(chuan)輸(shu)和供電。


PoE又被(bei)(bei)稱為基(ji)于局域網的供電(dian)系統(Power over LAN，簡(jian)稱PoL)或有源(yuan)以太網( Active Ethernet)，有時也被(bei)(bei)簡(jian)稱為以太網供電(dian)。


為了規范和促進PoE供電技術的(de)發展，解決(jue)不同廠家供電和受(shou)電設(she)備(bei)之間的(de)適(shi)配性問題，IEEE標(biao)(biao)準(zhun)委員(yuan)會先(xian)后發布了三個(ge)PoE標(biao)(biao)準(zhun)：IEEE 802.3af標(biao)(biao)準(zhun)、IEEE 802.3at標(biao)(biao)準(zhun)、IEEE 802.3bt標(biao)(biao)準(zhun)。

為什么需要PoE?

隨著網絡中(zhong)IP電(dian)(dian)(dian)話、網絡視頻監控以及無(wu)線以太(tai)(tai)網設備的(de)(de)(de)(de)日(ri)益(yi)廣泛，通過以太(tai)(tai)網本身提供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)力支持(chi)的(de)(de)(de)(de)要求也越來越迫切。多(duo)數情況下，終(zhong)端設備需要直流供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)，而終(zhong)端設備通常安裝在(zai)距離(li)地(di)面比較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)天(tian)花板或室外(wai)，附近(jin)很難有(you)(you)合適的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)插(cha)座(zuo)，即使有(you)(you)插(cha)座(zuo)，終(zhong)端設備需要的(de)(de)(de)(de)交直流轉換器也難有(you)(you)位(wei)置安置。另外(wai)，在(zai)很多(duo)大(da)型(xing)的(de)(de)(de)(de)局域網應用中(zhong)，管理員同時需要管理多(duo)個終(zhong)端設備，這(zhe)些設備需要統一的(de)(de)(de)(de)供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)和統一的(de)(de)(de)(de)管理，由于供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)位(wei)置的(de)(de)(de)(de)限制，給供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)管理帶來極大(da)的(de)(de)(de)(de)不便，以太(tai)(tai)網供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)PoE則正(zheng)好解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)個問題。


PoE是一(yi)種有線以太網(wang)供(gong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術(shu)，使用(yong)于數(shu)據傳輸的(de)網(wang)線同(tong)時具(ju)(ju)備直流供(gong)電(dian)(dian)(dian)的(de)能力，有效解決IP電(dian)(dian)(dian)話(hua)、無線AP、便攜設備充電(dian)(dian)(dian)器、刷卡機、攝像頭(tou)、數(shu)據采集(ji)等終端(duan)的(de)集(ji)中式電(dian)(dian)(dian)源供(gong)電(dian)(dian)(dian)。PoE供(gong)電(dian)(dian)(dian)具(ju)(ju)有可靠、連接簡捷、標準統一(yi)的(de)優勢：


  • 可(ke)(ke)(ke)靠：一臺PoE設備可(ke)(ke)(ke)以同(tong)時為多(duo)個終(zhong)端設備供電，實現電源集中供電的同(tong)時，還可(ke)(ke)(ke)以進行(xing)電源備份。

  • 連接簡(jian)捷：終端設(she)備不需(xu)外接電(dian)源，只(zhi)需(xu)要一根網線。

  • 標(biao)準：符合國際標(biao)準，使(shi)用全球統一的RJ45電源接(jie)口，可(ke)保證與不同廠商的設備對接(jie)。


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    PoE供電設備角色
    IEEE 802.1ab定義(yi)(yi)了可選的(de)TLV(Type Length Value)：Power via MDI（Media Dependent Interface） TLV。LLDP報文(wen)(wen)封裝Power via MDI TLV，進行MDI供電能力的(de)發(fa)現和通告。當(dang)PSE檢測到(dao)PD后，PSE和PD即周期性(xing)地向對方發(fa)送(song)LLDP報文(wen)(wen)，這個報文(wen)(wen)里包(bao)含(han)了定義(yi)(yi)的(de)TLV字段。將本端信息發(fa)送(song)給對方，對方記錄(lu)下報文(wen)(wen)中包(bao)含(han)的(de)信息，達到(dao)信息交(jiao)互的(de)作用。
    但IEEE 802.1ab定(ding)義(yi)(yi)的Power via MDI TLV格(ge)式僅能協商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標(biao)準(zhun)的供電參(can)數，不(bu)能協商IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)的供電參(can)數，當相(xiang)連(lian)的PD設備(bei)使用IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)供電時，標(biao)準(zhun)Power via MDI TLV將(jiang)無法(fa)協商供電。華(hua)為S系(xi)列交(jiao)換機為能夠支持協商IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)的供電參(can)數，自定(ding)義(yi)(yi)了一(yi)種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報文
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    IEEE 802.1ab定義(yi)的TLV報(bao)文格(ge)式

  • PoE是(shi)如何工(gong)作的?

  • 如(ru)下圖(tu)所示，PoE供電系統包括如(ru)下兩個設備角色：

  • 供電設備PSE（Power-sourcing Equipment）：通過以(yi)太網給受電設備供電的(de)PoE設備，提供檢測、分析(xi)、智能(neng)功率管(guan)理等(deng)功能(neng)，例(li)如：PoE交(jiao)換機。

  • 受(shou)電設備PD（Powered Device）：如無線AP、便攜設備充電器、刷(shua)卡機(ji)、攝(she)像(xiang)頭(tou)等受(shou)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供電模式

  • 按照IEEE標(biao)準的定義，PSE設(she)(she)(she)(she)備(bei)分為MidSpan（PoE功能模塊在設(she)(she)(she)(she)備(bei)外）和Endpoint（PoE功能模塊集成到設(she)(she)(she)(she)備(bei)內）兩種(zhong)類型。華為Cloudengine S系列PoE交換機的PoE功能模塊全部集成在設(she)(she)(she)(she)備(bei)的內部，屬于Endpoint的PSE設(she)(she)(she)(she)備(bei)。

  • Endpoint類(lei)型的PSE設備依據(ju)使用的供(gong)電線對不同分為(wei)Alternative A（1/2和3/6線對）和Alternative B（4/5和7/8線對）兩(liang)種供(gong)電模(mo)式。

  • Alternative A供電(dian)(dian)模式通(tong)(tong)過(guo)數據(ju)(ju)(ju)對(dui)(dui)(dui)(dui)供電(dian)(dian)。PSE通(tong)(tong)過(guo)1/2和3/6線對(dui)(dui)(dui)(dui)給PD供電(dian)(dian)，1/2鏈接形成負(fu)極，3/6鏈接形成正極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對(dui)(dui)(dui)(dui)傳(chuan)輸數據(ju)(ju)(ju)，1000BASE-T接口使用全(quan)部的4對(dui)(dui)(dui)(dui)線對(dui)(dui)(dui)(dui)傳(chuan)輸數據(ju)(ju)(ju)。由(you)于DC直流電(dian)(dian)和數據(ju)(ju)(ju)頻率(lv)互不干(gan)擾，所以可以在同(tong)一對(dui)(dui)(dui)(dui)線同(tong)時傳(chuan)輸電(dian)(dian)流和數據(ju)(ju)(ju)。

  • Alternative B供(gong)電模式通過空閑(xian)對(dui)供(gong)電。PSE通過4/5和7/8線對(dui)給PD供(gong)電，4/5鏈(lian)接(jie)形(xing)成正(zheng)極(ji)，7/8鏈(lian)接(jie)形(xing)成負極(ji)。

  • IEEE標準不(bu)允許同(tong)(tong)時應用(yong)以上兩種供電模式。供電設備(bei)PSE只(zhi)能提供一(yi)種用(yong)法，但是(shi)受電設備(bei)PD必須能夠同(tong)(tong)時適應兩種情況。

  • PoE供電協商流程

  • PSE設備(bei)上電，PD設備(bei)通過網(wang)絡(luo)連接到PSE設備(bei)后，PSE與PD就開始(shi)進行供電協商：

  • 檢(jian)(jian)測PD：PSE在端(duan)口周期(qi)(qi)性輸(shu)出電(dian)流受限的(de)小電(dian)壓(ya)，用以(yi)檢(jian)(jian)測PD設備的(de)存在。如果檢(jian)(jian)測到(dao)特定阻值(zhi)(zhi)的(de)電(dian)阻，說明線纜終端(duan)連接(jie)著(zhu)支(zhi)持IEEE 802.3af標準或IEEE 802.3at標準的(de)受電(dian)端(duan)設備（電(dian)阻值(zhi)(zhi)在19kΩ～26.5kΩ的(de)特定電(dian)阻，通常的(de)小電(dian)壓(ya)為(wei)2.7V～10.1V，檢(jian)(jian)測周期(qi)(qi)為(wei)2秒）。

  • 供(gong)電(dian)能(neng)力協(xie)(xie)(xie)(xie)商即PD設備分類過程：PSE對(dui)PD進(jin)行分類，并協(xie)(xie)(xie)(xie)商供(gong)電(dian)功率。供(gong)電(dian)能(neng)力協(xie)(xie)(xie)(xie)商不(bu)僅(jin)可以(yi)通過解析PSE與PD發送(song)的(de)電(dian)阻(zu)實現的(de)，還可以(yi)通過鏈路層發現協(xie)(xie)(xie)(xie)議LLDP（Link Layer Discovery Protocol）協(xie)(xie)(xie)(xie)議發現和通告供(gong)電(dian)能(neng)力進(jin)行協(xie)(xie)(xie)(xie)商。

  • 開始供電(dian)：在(zai)啟動(dong)期內(一般小于(yu)15μs)，PSE設備(bei)開始從低電(dian)壓(ya)向PD設備(bei)供電(dian)，直至提供48V的直流電(dian)壓(ya)。

  • 正常供(gong)電(dian)：電(dian)壓(ya)達(da)到48V之后，PSE為PD設備提供(gong)穩定可(ke)靠48V的(de)直流電(dian)，PD設備功率消耗(hao)不超過PSE最大輸出功率。

  • 斷(duan)電(dian)：供(gong)電(dian)過(guo)程中，PSE會(hui)不斷(duan)監測(ce)PD電(dian)流輸入，當PD電(dian)流消耗下(xia)降到最低值以下(xia)，或(huo)(huo)電(dian)流激增(zeng)，例如拔下(xia)設(she)備或(huo)(huo)遇(yu)到PD設(she)備功率消耗過(guo)載、短(duan)路、超過(guo)PSE的供(gong)電(dian)負(fu)荷等(deng)，PSE會(hui)斷(duan)開電(dian)源，并(bing)重復檢測(ce)過(guo)程。

  • 通過LLDP協(xie)議進行(xing)供電能力協(xie)商

    IEEE 802.1ab定(ding)義了(le)(le)可(ke)選的(de)(de)TLV(Type Length Value)：Power via MDI（Media Dependent Interface） TLV。LLDP報(bao)(bao)文(wen)封裝Power via MDI TLV，進(jin)行(xing)MDI供電(dian)能力的(de)(de)發(fa)(fa)現和通告。當(dang)PSE檢(jian)測到PD后，PSE和PD即周(zhou)期(qi)性地向對方發(fa)(fa)送LLDP報(bao)(bao)文(wen)，這個報(bao)(bao)文(wen)里包含了(le)(le)定(ding)義的(de)(de)TLV字段。將本(ben)端信息(xi)(xi)發(fa)(fa)送給對方，對方記錄下報(bao)(bao)文(wen)中包含的(de)(de)信息(xi)(xi)，達到信息(xi)(xi)交互的(de)(de)作用。
    但(dan)IEEE 802.1ab定義(yi)的(de)Power via MDI TLV格式僅能(neng)協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種標準(zhun)(zhun)的(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)參數，不能(neng)協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3bt標準(zhun)(zhun)的(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)參數，當(dang)相連(lian)的(de)PD設備使用IEEE 802.3bt標準(zhun)(zhun)供(gong)電(dian)(dian)(dian)時，標準(zhun)(zhun)Power via MDI TLV將無法協(xie)(xie)商(shang)供(gong)電(dian)(dian)(dian)。華為S系列交換機為能(neng)夠支持協(xie)(xie)商(shang)IEEE 802.3bt標準(zhun)(zhun)的(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)參數，自(zi)定義(yi)了一種Power via MDI TLV。

    IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報文

由2字(zi)節(jie)的TLV報文頭和12字(zi)節(jie)的TLV信息字(zi)段組(zu)成，報文格式(shi)如下圖所示：

  • 3 
    IEEE 802.1ab定義的(de)TLV報文(wen)格式

  • Power via MDI和(he)Extended Power via MDI各字段(duan)含義如下圖所示。


  • 4

  • Power via MDI各字段含(han)義

    5

  • Extended Power via MDI各(ge)字段含義

  • 華為公司自定義的Power via MDI TLV


  • 由2字節的TLV報文頭和4字節的TLV信(xin)息字段組成(cheng)，報文格式如下圖(tu)所示：


  • 6

  • 華(hua)為(wei)公司自(zi)定(ding)義的TLV報文(wen)格式

TLV報(bao)文中各(ge)字段含(han)義如下：

  • TLV Type：TLV的(de)(de)類型，占1個字節。取(qu)值(zhi)(zhi)為1，表示PD支持的(de)(de)供(gong)電(dian)模式；取(qu)值(zhi)(zhi)為2，表示PD當前工(gong)作(zuo)的(de)(de)供(gong)電(dian)模式。

  • TLV Length：TLV的長度，占(zhan)1個字(zi)節(jie)。取值為(wei)4，表示TLV信息(xi)字(zi)段值占(zhan)4個字(zi)節(jie)。

  • TLV Value：TLV的值，占4個字(zi)節，共32位。第(di)0位、1位、2位、3位的含(han)義如下(xia)圖所示，第(di)4～31位預留。

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自(zi)定義(yi)TLV Value字(zi)段含(han)義(yi)


PoE供(gong)電標準有哪些？

前面(mian)我們提(ti)及了IEEE標(biao)準(zhun)(zhun)委(wei)員會為解(jie)決不同(tong)廠家供電(dian)(dian)和受電(dian)(dian)設備之(zhi)間的適(shi)配性問題，會先后發布了三(san)個(ge)(ge)PoE標(biao)準(zhun)(zhun)：IEEE 802.3af標(biao)準(zhun)(zhun)、IEEE 802.3at標(biao)準(zhun)(zhun)、IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)(zhun)。那么(me)這三(san)個(ge)(ge)標(biao)準(zhun)(zhun)有什么(me)不同(tong)呢(ni)？

2003年(nian)6月，IEEE 802.3工(gong)作組制定(ding)了(le)IEEE 802.3af標準(zhun)，作為以太網標準(zhun)的延(yan)伸(shen)，對(dui)網絡供電(dian)的電(dian)源、傳輸和接(jie)收都(dou)做了(le)細致的規定(ding)。例如：IEEE 802.3af標準(zhun)規定(ding)PSE設備需要在每(mei)個端口上提供最高15.4W的直流電(dian)源。

由于電纜中的(de)一些功率耗散，因此受電設備僅有12.95W可(ke)用。2009年(nian)10月，為對(dui)應大(da)功率終端(duan)的(de)需求，誕生了IEEE 802.3at標(biao)準，IEEE 802.3at標(biao)準在(zai)兼容(rong)802.3af標(biao)準的(de)基礎上，提(ti)供最高25.5W的(de)功率，滿足新的(de)需求。

2018年9月(yue)，為進一步提升(sheng)(sheng)PoE供(gong)(gong)(gong)電(dian)功(gong)率以及對標(biao)準(zhun)進行優化，IEEE標(biao)準(zhun)委員(yuan)會(hui)的發布了(le)IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)。IEEE 802.3bt標(biao)準(zhun)進一步提升(sheng)(sheng)了(le)供(gong)(gong)(gong)電(dian)能力，類型3可提供(gong)(gong)(gong)高達(da)51 W的供(gong)(gong)(gong)電(dian)功(gong)率，類型4可提供(gong)(gong)(gong)高達(da)71.3W的供(gong)(gong)(gong)電(dian)功(gong)率。此外，還(huan)包括(kuo)對2.5GBASE-T、5GBASE-T和(he)10GBASE-T的支(zhi)持，擴大了(le)高性能無(wu)線(xian)接入點和(he)監(jian)控攝(she)像頭等應用程序(xu)的使用。

一般將IEEE 802.3af標準(zhun)對(dui)(dui)應(ying)的(de)供(gong)電技(ji)術(shu)稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE供(gong)電，將IEEE 802.3at標準(zhun)對(dui)(dui)應(ying)的(de)供(gong)電技(ji)術(shu)稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE+供(gong)電，將IEEE 802.3bt標準(zhun)對(dui)(dui)應(ying)的(de)供(gong)電技(ji)術(shu)稱(cheng)(cheng)為(wei)PoE++供(gong)電，也(ye)稱(cheng)(cheng)為(wei)4PPoE。三種供(gong)電技(ji)術(shu)對(dui)(dui)應(ying)的(de)參(can)數如(ru)下圖(tu)所示。


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PoE供電技(ji)術參數對比


有哪些(xie)設備(bei)可(ke)以支持PoE供電

PoE供(gong)(gong)(gong)電設(she)備非常普遍，例(li)如華為(wei)(wei)S系(xi)列園區交換(huan)機、無線接(jie)入控制器(qi)(qi)AC和AR接(jie)入路由(you)器(qi)(qi)都(dou)有(you)款型可(ke)以支持(chi)PoE供(gong)(gong)(gong)電，設(she)備是否可(ke)以支持(chi)PoE供(gong)(gong)(gong)電，是由(you)硬(ying)件(jian)決定(ding)的，不能通過升級軟件(jian)把不支持(chi)PoE供(gong)(gong)(gong)電的設(she)備變更為(wei)(wei)支持(chi)PoE供(gong)(gong)(gong)電的設(she)備。

以華為(wei)S系列(lie)園區交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)為(wei)例，能夠(gou)支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電(dian)的(de)交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)叫做(zuo)PoE交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，一(yi)般部署在接入(ru)層(ceng)，通(tong)過內置或外(wai)置的(de)PoE電(dian)源為(wei)終端(duan)設備供(gong)電(dian)。框(kuang)(kuang)(kuang)式(shi)交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)要(yao)作為(wei)PoE交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，需要(yao)同時滿足(zu)：一(yi)是(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)框(kuang)(kuang)(kuang)必(bi)須是(shi)支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電(dian)的(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)框(kuang)(kuang)(kuang)，二是(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)框(kuang)(kuang)(kuang)中插入(ru)的(de)單板必(bi)須是(shi)PoE單板；盒式(shi)交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)只要(yao)設備款型支(zhi)持(chi)(chi)PoE功(gong)能，設備上電(dian)后就可以支(zhi)持(chi)(chi)PoE供(gong)電(dian)。