【以太网硬件十七】什么！？网线边传数据还能边供电？
目录
1 POE原理
2 供电过程
本文所述POE供电部分只涉及802.3-2018 clause 33的传统供电方式（af、at、bt），不涉及clause 104的单对供电的新型供电方式。
1 POE原理
PoE（Power over Ethernet）是指通过网线传输电力的一种技术，借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备（如：IP电话、AP、IP摄像头等）进行数据传输和供电。PoE又被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN，简称PoL)或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电。为了规范和促进PoE供电技术的发展，解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。
|
类别 |
PoE（type1） |
PoE+（type2） |
PoE++（type3） |
PoE++（type4） |
|
标准 |
802.3af |
802.3at |
802.3bt |
802.3bt |
|
供电距离 |
100m |
100m |
100m |
100m |
|
分级 |
0～3 |
0～4 |
0～8 |
0～8 |
|
最大电流 |
350mA |
600mA |
1.2A |
1.73A |
|
PSE 输出电压 |
44～ 57V DC |
50～ 57V DC |
50～ 57V DC |
52～ 57V DC |
|
PSE 输出功率 |
<=15.4W |
<=30W |
<=60W |
<=90W |
|
PD 输入电压 |
36～ 57V DC |
42.5～ 57V DC |
42.5～ 57V DC |
41.2～ 57V DC |
|
PD 最大功率 |
12.95W |
25.5W |
51W |
71.3W |
|
线缆要求 |
Unstructured |
CAT-5e or |
CAT-5e or |
CAT-5e or |
|
供电线缆对数 |
2 |
2 |
4 |
4 |
PoE供电系统包括如下两个设备角色：
供电设备PSE（Power-sourcing Equipment）：通过以太网给受电设备供电的PoE设备，提供检测、分析、智能功率管理等功能，例如：PoE交换机。
受电设备PD（Powered Device）：如无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准，PD分为标准PD和非标准PD。
按照IEEE标准的定义，PSE设备分为MidSpan（PoE功能模块在设备外，俗称POE注入器，同样，也有POE分离器）和Endpoint（PoE功能模块集成到设备内，如POE交换机）两种类型。
Endpoint类型的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A（1/2和3/6线对）和Alternative B（4/5和7/8线对）两种供电模式。
Alternative A供电模式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对给PD供电，1/2链接形成负极，3/6链接形成正极。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据。
Alternative B供电模式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对给PD供电，4/5链接形成正极，7/8链接形成负极。
MidSpan中跨类型设备的供电接线方式同样有两种：
1000BASE-T接口使用全部的4对线对传输数据。IEEE 802.3bt严格定义Type 4的PI连接为， 3/6和4/5为正极，1/2和7/8为负极。
IEEE标准不允许同时应用以上两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用法，但是受电设备PD必须能够同时适应两种情况。
2 供电过程
PD设备在接入 PSE 系统时，其获取电源的流程如下图所示：
在上述过程中，主要对以下几个过程进行描述：
1、信号检测阶段（Detection）
PSE检测PD是否存在，该步骤主要的操作是：
PSE通过检测电源输出线对之间的阻容值来判断PD是否存在。Detection 阶段输出电压为2.8V～10V，电压极性与52V输出一致，检测周期为2秒。只有检测到PD，PSE 才会进行下一步的操作。
PD 存在的特征：
a、直流阻抗在 19K～26.5KΩ之间，一般取24.9KΩ；
b、容值不超过 150nF；
c、检测到的特征阻容不符合以上标准定义的值，即认为对端设备为非标 PD，不进行供电。如果检测到的特征阻容符合以上标准定义的值，将进入第二阶段分级阶段。
2、分级阶段（Classification)
PSE确定PD功耗。
PSE通过检测电源输出电流来确定PD功率等级。分级阶段端口输出电压为15.5V～20.5V，电压极性与 52V 电压输出一致。PD从线上吸收一个恒定电流（分级特征信号），向 PSE 表明自己所需的最大功率。PSE 测量这个电流，以确定PD属于哪个功率级别。分级期间使用的PSE电流必须限制到100mA，以避免损坏PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。
当前有的设备除了支持电流解析外，还支持通过链路层发现协议LLDP（Link Layer Discovery Protocol）协议进行媒体独立接口MDI（Media Dependent Interface）供电能力的发现和通告。IEEE 802.1ab定义了可选的TLV：Power via MDI TLV，LLDP报文封装Power via MDI TLV，进行MDI供电能力的发现和通告，同时可进行网络管理。当PSE检测到PD后，PSE和PD即周期性地向对方发送LLDP报文，这个报文里包含了定义的TLV字段。将本端信息发送给对方，对方记录下报文中包含的信息，达到信息交互的作用。
3、供电阶段（Powerup）
PSE给PD供电。当检测到端口下挂设备属于合法的PD设备时，并且PSE完成对此PD的分类，PSE开始对该设备进行供电，输出48V的电压。
4、监测阶段（ RTP & Power ManageMent）
实时监控，电源管理。
供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。
5、断电阶段（ Disconnection）
PSE 检测 PD 是否断开。
PSE 会通过特定的检测方法来判断 PD 是否已经断开。PD断开，PSE 将关闭端口输出电压，端口状态返回到 Detection。IEEE 802.3af标准规定了两种检测方法，即DC断路检测法和AC断路检测法。
a、DC 断路检测法: 根据从PSE流向PD的直流电流大小，判断PD是否在线。当电流在给定时间 T (300ms～400ms) 内保持低于阈值 I (5mA～10mA )时， PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种的特点是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线，PD必须周期性地从线上吸取一定的电流。
b、AC 断路检测法：测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到 PSE 时，端口应该是高阻抗，可能达到几MΩ，而当接有PD时，端口的阻抗会小于 26.5kΩ，如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。
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