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PoE手艺原理和常见问题

本文先容了PoE以太网供电的手艺标准、手艺细节、应用场景和常见问题，详细包括IEEE 802.3 af/at/bt标准界说、PoE功率品级划分、PoE交流机和PoE供电AP在园区和家庭网络中的典范应用等。

宣布时间：2022-09-23
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我想谈论

1 概述

随着大数据、云盘算和5G手艺的生长，在许多应用场景中，互联网的接入终端关于供电的无邪性提出了更高的要求。例如在智慧楼宇应用中，随着智能化与物联网智能终端设施越来越多，新建楼宇的装备数目及其装置位置很难提前准确确定，进而难以提前妄想供电；一些楼宇举行智能化刷新时难以对其供电线路举行刷新优化，就地供电成为棘手的问题。面临这一困局，依托网络布线基础举行数据信号转达和电力供应的以太网供电手艺成为了行业内一致认可和行之有用的解法。那么，什么是以太网供电？它是怎么实现的？它有哪些优点？本文将一探事实。

2 PoE简介

PoE（Power over Ethernet）是以太网供电手艺的英文简写，它能够通过10BASE-T、100BASE-T和1000BASE-T以太网双绞线传输直流电，实现为基于IP的终端传输信号的同时提供直流供电。虽然PoE供电方法不可提升网络的质量和速率，但极大拓展了互联网接入装备安排场景。PoE功效还带来了其他许多优点，包括：

● 本钱降低

直接通过网线提供电力，显著镌汰装置网络装备所需电源插座的数目以及因此带来的电力布线，可降低接入本钱和安排本钱。

● 无邪性

无需与电源插座相连，监控摄像头、无线接入点和IP网络电话等装备可以安排在恣意理想的位置，并且移机利便，提升了安排无邪性。同时可以通过控制PoE供电装备远程管理受电装备举行下电和重启等操作，提升了管理无邪性。

● 清静性

使用切合标准的PoE供电能够智能地�；ね缱氨该馐芄睾凸┑缛狈Φ挠跋�，也自然阻止了电源装置不准确所带来的潜在危害。

● 易用性

PoE供电的有关标准向下兼容，切合标准的供电和受电端装备能够自行协商参数，提供近乎于“即插即用”的体验。

● 可靠性

PoE供电端可以通过不中止电源（UPS）举行电源冗余备份，纵然在主电源故障时代也可以包管一连运行。

2.1 术语诠释

PoE供电手艺中常用的术语诠释如表2-1。

表2-1 术语诠释表

术语	名词释义
PoE（Power over Ethernet）	以太网供电手艺。PoE装备指支持以太网供电功效的装备，如PoE交流机、PoE供电的WIFI AP等。
IEEE 802.3 af、IEEE 802.3 at、IEEE 802.3 bt	电子与电子工程师协会（IEEE）划分在2003年、2009年、2018年批准的PoE标准。
PSE（Power Sourcing Equipment）	可以通过以太网电缆为受电装备供电的电源控制器，即供电装备，如PoE交流机。
PD（Powered Device）	消耗功率或请求功率的装备，即受电装备，如要求PoE供电的监控摄像头、无线AP等。
Active PoE	自动PoE，切合IEEE 802.3相关标准的PoE功效。
Passive PoE	被动PoE，不适用IEEE 802.3相关标准的PoE功效。
LLDP（Link Layer Discovery Protocol）	链路层发明协议，PD可以通过LLDP报文与PSE交互。

2.2 PoE供电原理

2.2.1 IEEE 802.3 af/at/bt标准

为相识决差别厂商生产PoE装备的兼容性问题，IEEE标准委员会在2003年6月宣布了第一个针对PoE的标准——IEEE 802.3af标准�；谄涫钡男枨笠约笆忠账�，IEEE 802.3 af标准划定PSE装备每个端口仅需要支持输出最高15.4W的电力。2009年，随着对大功率PoE装备接入的需求，IEEE 802.3 at标准宣布，将端口需要支持的电力输出提升至25.5W。现在最新的标准是2018年宣布的IEEE 802.3 bt，支持的最高电力输出被提升至90W。表2-2汇总了这三个标准的主要参数信息。

表2-2 PoE标准手艺参数比照

标准手艺参数	IEEE 802.3 af	IEEE 802.3 at	IEEE 802.3 bt
分类	PoE	PoE+	PoE++或4PPoE
类型	Type 1	Type 2	Type 3	Type 4
PSE最大输出功率	15.4W	30.0W	60W	90W
PSE输出直流电压规模	44V~57V	44V~57V	44V~57V	52V~57V
PD最大输入功率	12.95W	25.5W	51.0W	71.3W
PD输入直流电压规模	36V~57V	42.5V~57V	39.9V~57V
最大传输电流	350mA	600mA	1730mA
双绞线中供电电芯对数	2对	2对	4对
网线类型	Cat3及以上双绞线	Cat5及以上双绞线	Cat5及以上双绞线

2.2.2 功率品级

图2-1 IEEE 802.3 af/at/bt标准功率品级划分

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出于对清静性和节能性要求的思量，IEEE 802.3 af/at/bt标准中除了界说了功率类型，还进一步细化了功率品级。差别标准，差别类型和差别功率品级间的对应关系如图3-1所示。

2.2.3 PoE供电历程

PD装备通过网线毗连到PSE装备后，PSE装备将与其最先举行供电参数协商，即“握手”。“握手”乐成PSE才会最先供电。协商历程如下：

(1) 检测PD

PSE装备在端口以2秒为周期输出电流受限的小电压，电压规模为2.7V~10.1V，用以检测PD装备的保存。若是检测到阻值在19kΩ~26.5kΩ规模内的分级电阻，说明网线毗连着支持IEEE 802.3 af/at/bt标准的PD装备。

(2) 功率分级

在供电正式启动之前，PSE和PD双方需要协商详细的供受电功率品级。功率品级划分详见3.2.2 功率品级。详细协商历程为：

a PSE首先对PD施加电压脉冲，通过检测链路上流过的电流，PSE将识别PD装备的功率类型是Type 1或者Type 2及以上。这一协商历程基于硬件实现。

b 若是识别PD功率类型是Type 1，那么将凭证检测电流自动识别功率品级属于Class 0~3中哪一个品级，然后按对应品级的功率要求，直接进入供电启动阶段。

c 若是识别PD功率类型是Type 2及以上，PSE将会首先将输出功率提升至Type 1最高支持的15.4W，然后启动第二次功率分级。第二次功率分级可以是基于硬件的Two-Event协商方法，这时PSE将进一步输出若干脉冲电压确定PD所需的功率品级；或者是基于软件的LLDP协商方法，这时PSE和PD之间的参数将会封装在特定的以太网报文中举行转达和协商，详见3.2.4 LLDP分级。支持IEEE 802.3at标准的PD装备必需同时支持这两种功率分级方法，PSE装备只需支持其中一种即可。

(3) 供电启动

功率分级完成后，PSE将从低电压到高电压向PD供电，直至抵达48V，这一历程称为软启动，时间一样平常在15微秒以内。

(4) 正常供电

电压抵达48V之后，PSE装备凭证协商的功率品级为PD装备提供稳固可靠的48V直流电。

(5) 断电

供电历程中，PSE会一直监测PD电流输入，当PD电流消耗下降到最低值以下，或电流激增时，PSE会自动断开供电，并重复检测历程。例如装备供电网线意外断开或者遇到PD装备短路、功率过载等情形。

2.2.4 LLDP分级

IEEE 802.1ab界说了关于以太网供电的TLV（Type Length Value）报文：Power via MDI TLV。PSE装备和PD装备通过将Power via MDI TLV封装在LLDP报文中，举行以太网供电能力的发明和通告。当PSE检测到PD后，PSE和PD可以周期性地向对方发送包括该字段LLDP报文，以便实时对装备状态转变做出响应调解。

例如，Class 4 Type2的PD装备插入支持LLDP分级的PSE装备以后，PSE装备默熟悉别PD装备为Type 1装备，并输出最大15.4W的功率。在举行LLDP分级以后，PD装备可以被识别为Type2装备，若是PoE装备功率足够，那么PD可以获得最大25.5W的功率。若是PoE装备已经无法分派更多的功率，那么PD装备会一直的发送LLDP功率请求报文，请求功率分派。

LLDP报文结构和字段诠释如图2-2和表2-3。

图2-2 Power via MDI TLV报文示意图

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表2-3 Power via MDI TLV报文字段说明表

字段	说明
MDI Power Support	bit 0：端口类型。0体现PD端口，1体现PSE端口。
	bit 1：PSE MDI供电支持标记位。0体现不支持，1体现支持。
	bit 2：PSE MDI供电状态标记位。0体现未启动，1体现启动。
	bit 3：PSE供电线对控制标记位。0体现线对选择不可控，1体现线对选择可控。
	bit 4~bit 7：预留位。
PSE Power Pair	供电对数（十进制）： 1：接纳Alternative A模式供电，通过网线中1、2和3、6两对线芯传输电力。 2：接纳Alternative B模式供电，通过网线中4、5和7、8两对线芯传输电力。其余值未界说。
Power Class	供电品级体现位，凭证RFC 3621中关于PSE端口功率品级的界说，取值如下（十进制）： 1：Class 0，对应参考功率是15.4W 2：Class 1，对应参考功率是4W 3：Class 2，对应参考功率是7W 4：Class 3，对应参考功率是15.4W 5：Class 4，对应参考功率是30W 其余值未界说。

3 典范应用场景

3.1 园区网络

图3-1 园区网络AC+AP无线网络拓扑图

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在大型园区网络中，PoE交流机为园区网络的安排提供了便当和更多可能性。通过在网络接入层增添PoE交流机，可以无邪地在园区架设AP，在实现信号的最佳笼罩的同时无需思量特殊供电问题；焦点交流机旁挂AC实现对AP的集中设置下发和管理，提高了无线网络安排的无邪性和可拓展性。同时，其他营业如监控系统、门禁系统和IP电话系统等，也能够通过PoE交流机接入，使得各个网络系统实现供电和管理运维的统一，大大节约了安排和管理本钱。通过将PoE交流机接入UPS还可以进一步包管断电情形下监控摄像头、门禁等清静系统的正常运作，提升园区网络的可靠性和清静性。

3.2 家庭网络

图3-2 家庭全屋WiFi网络拓扑

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在家庭网络中，PoE手艺也逐渐获得应用。例如通过在家庭弱电箱安排PoE多功效网关，可以实现面板AP或者吸顶AP的无邪安排，不再受到装备供电条件的约束，实现信号笼罩无死角的同时越发雅观。家庭PoE网关通常内置AC功效，通过简朴设置即可实现全屋WiFi无缝周游，相比古板多台路由器Mesh组网的实现方法，不但能做到“无明线”的优雅结构，同时包管了无线网络的质量。因此，PoE供电方法的网关+AP计划也逐渐成为家庭网络铺设和刷新的热门计划。

4 常见问题

4.1 什么是Active PoE和Passive PoE？

凭证PoE装备是否切合IEEE 802.3相关标准以及PoE供电原理，可以将PoE划分为Active PoE和Passive PoE。

● Active PoE

由于切合IEEE 802.3相关标准规范，通过双绞线相连的PSE和PD装备无需特殊注重电压、功率匹配的问题，PSE和PD装备会举行一系列的通讯协商，通常也被称为“握手”。只有PSE和PD装备双方对有关参数告竣一致并“握手”乐成，正式供电才会最先。硬件级别的PoE控制芯片会认真判断历程中PD是否切合标准。以97国际千兆以太网全光网络入室PoE交流机RG-SF2920-16GT2SFP-P为例，软件层面通�？梢酝ü鼵LI来开启或关闭PoE端口的供电、审查装备PoE的供电情形、设置供电模式和功率告警水线等，硬件层面PoE芯片能够识别在PoE口接入非PoE受电装备并自动关闭电力供应，避免接入装备被击穿。因此，Active PoE具有更高的清静性。

● Passive Poe

也被称为非标准PoE，即不切合IEEE 802.3相关标准，这类PoE装备没有检测和“握手”历程、没有专门PoE控制芯片，因此无论通过双绞线毗连的终端是否支持和需要PoE供电，都将会直接输出牢靠电压值的直流电，可能造成端口损坏甚至装备击穿等故障。

4.2 PoE装备是否清静？

凭证PoE供电原理，只要是切合IEEE 802.3 af/at/bt标准的PoE功效都是清静的。以PoE交流机为例，纵然在装备开启PoE功效时接入非PoE装备，也不会对其造成损坏。正如上文所述，在网线毗连后、电力传输正式最先以前，PSE和PD之间会举行“握手”来确定功率品级等参数。这一历程使用较低的电压举行信号转达。“握手”乐成后，PSE才会凭证协商一致的参数输出PD需要的电力，不然将不会传输电力。由于这一历程在IEEE 802.3 af/at/bt中明确界说，因此切合这些标准的PoE供电方法是清静可靠的。97国际PoE装备支持设置功率告警水线等PoE监测告警功效，能够实时监控装备供电情形，进一步提供了清静包管。

4.3 用于PoE装备间毗连的双绞线一定要是纯铜的吗？

纷歧定。理论上只要是能够包管数据通讯的网线，都能够直接在PoE装备上使用，可是推荐用纯铜网线毗连供、受电装备。现在除了纯铜网线外，常见的尚有铜包铝网线。出于本钱思量，铜包铝网线的内芯为铝金属制成，外层包覆铜金属。同样以100米为例，纯铜网线的内阻约莫是20欧姆，而铜包铝网线内阻约莫为28欧姆，增添了40%。同时由于网线内包括两种金属，在恒久湿润情形下，铜包铝网线容易爆发氧化。因此在PoE装备间使用铜包铝网线毗连会带来更大的传输消耗和更高的温升，倒运于装备恒久稳固运行。

4.4 PoE是否会影响网速？

以太网信号是差分信号，PoE通过在2对或4对差分信号线对上加载电力，不改变线对上电平信号的差值，因此供电和通讯二者互不影响。

4.5 怎么确定需要多大功率的PoE供电装备？

以PoE交流机为例，交流机的PoE端口输出总功率是有限的。通常凭证PoE交流机的供电输出总功率、受电装备需要的额定功率和需要的端口数目来选型。多种功率需求的PD装备接入，需要提前确定好PoE交流机的供电输出总功率能够大于所有接入PD装备输入总功率，以及PoE交流机是否支持响应功率品级的标准。

以知足802.3at标准、8口总输出功率为130W的PoE交流机为例，凭证802.3 af标准，PSE装备单口最大输出功率为15.4W，那么该装备可以知足8口所有接上802.3 af标准PD装备的需求。凭证802.3 at标准，PSE装备需要单口输出最高30W的功率，以是该装备最多只能接入4个需要30W供电的802.3 at装备。因此选型时除了要注重标准兼容性和接口数目外，还需特殊关注PoE供电装备整机输出总功率是否知足需求，阻止泛起由于装备整机带载能力缺乏导致标准兼容可是供电功率缺乏的问题。

4.6 PoE交流机可以看成通俗交流机使用吗？通俗交流机可以软件升级获得PoE功效吗？

凭证PoE供电原理，切合标准的PoE交流机，即Active PoE交流机，是能够识别接入装备是否需要供电的，并且通常能够通过软件禁用PoE功效，因此是能够看成非PoE交流机使用的。非标准PoE交流机，即Passive PoE交流机，通常端口会输出恒定功率的直流电压，接入非PoE装备可能有损坏装备的危害，因此此类交流机不建议应用在非PoE场景。

PoE功效需要依赖硬件功效实现，因此交流机的PoE功效无法通过软件版本升级获得。关于非PoE交流机需要接入PoE装备的应用场景，在装备和交流机之间跨接PoE注入器（PoE Injectors）是一种可行的过渡计划。PoE Injectors需要自力的电源供电，入接口通过网线接入非PoE交流机，即可在出接口输出叠加一定功率电力的数据信号，使非PoE装备实现通讯和电力供应的功效。

图4-1 以太网供电电源典范拓扑示意图

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