PoE以太網供電技術詳解

【PoE以太網供電技術】目前PoE技術已經從傳統的WLAN、網絡監控、IP電話等應用場景延伸到新零售、IoT、智慧城市等多種場景被廣泛應用，具有成本低、施工方便、供電穩定、運維效率高等特點，本文將結合PoE技術發展歷程，講述PoE技術實現原理。

發布時間：2018-12-06
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技術背景

隨著物聯網技術飛速發展，需要提供網絡服務的終端越來越豐富，使用傳統強電的方式為多種多樣的智能終端供電變得越來越困難，以太網供電（Power over Ethernet，簡稱PoE）技術的普及，正逐一解決各類智能終端的供電問題。目前PoE技術已經從傳統的WLAN、網絡監控、IP電話等應用場景延伸到新零售、IoT（Internet of Things，物聯網）、智慧城市等多種場景被廣泛應用，具有成本低、施工方便、供電穩定、運維效率高等特點，本文將結合PoE技術發展歷程，講述PoE技術實現原理。

PoE技術在現有的以太網布線結構不做任何改動的情況下，可以實現為基于IP的終端（如IP電話、無線AP、網絡監控等）傳輸數據信號和提供直流供電，并保持了與現存以太網和用戶的兼容性。這樣不必在施工環境增加開槽、鋪管、穿線、調試、墻體和地面美化等工序，大幅縮短了施工周期，降低了成本。

PoE供電系統中的幾個角色定義：

• 供電設備（PSE）：Power Sourcing Equipment，給終端供電的設備；

• 受電設備（PD）：Power Device，需要供電的終端。

▲圖1：PSE與PD連接圖

PoE技術發展歷程

PoE技術出現較早，但早期的PoE技術無規范可循。IEEE 802.3工作組在2003年將其標準化，后來逐漸發展到802.3af、802.3at再到802.3bt，接下來，我們一起看看PoE技術的發展歷程。

IEEE 802.3af（PoE）

2003年發布的IEEE 802. 3af標準，它明確規定了遠程系統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電纜向IP電話、安防系統以及無線接入點等設備供電的方式進行了規定，為符合802. 3af標準的設備提供不超過15W的電功率。

IEEE 802.3at（PoE+）

PoE最大功率難以滿足更大功率無線接入點、視頻電話、視頻監控系統等設備的供電需求，在兼容IEEE 802. 3af的基礎上，2009年IEEE 802.3at標準發布，通過CAT-5或更高級別線纜最大能提供30W的功率。

IEEE 802.3bt

IEEE 802.3bt在2018年9月正式被批準，此次標準主要為提供更大功率終端的需求而誕生，在兼容802.3af、802.3at的基礎上，可完成最高不超過90W的末端供電和數據傳輸，突破了PoE+供電30W的局限性。

注：802.3bt已被批準但暫未正式發布，也沒有正式命名，當前常用HPoE、PoE++、PoH、UPoE等名稱表示。

有了更大的功率，開發人員就可以非常容易地增加更多功能并升級已有產品，以滿足監控、門禁、信息發布、停車場，甚至是筆記本電腦、電視等系統中大功率終端供電需求。

相比802.3at（PoE+）標準，802.3bt新增兩種供電類型，對應60W、90W輸出功率。PSE端能夠輸出的功率選擇性更大，根據PD需要選擇相應的PSE端的功率。

三種PoE供電技術標準對比如下：

▲表1：三種標準對比

PoE是怎樣供電的

PoE供電流程說明

▲圖2：PoE供電流程圖

• 檢測（Detection）

PSE設備在端口發出2~10V的電壓脈沖，用于檢測其線纜終端連接的PD是否為標準支持的受電設備。只有檢測到PD是一個標準設備，才會繼續下一步操作。

• PD分類（Classification）

由于PD種類很多，需要的電源功率也各不相同，所以在供電設備正確檢測到受電設備以后，就要檢測對端PD設備的功率等級。

當檢測到PD之后，PSE會為PD設備進行分類。PSE施加15.5V~20.5V探測電壓（電流限制在100mA以下），PD設備會將一個分級電阻串聯到線路中，用來標識自己的功率，PSE通過測試返回特征電流的大小來確定PD設備屬于哪個分類。

注：0為默認分類

▲表2：最新PD分類等級對應功率說明

• 開始供電（Power up）

當PSE檢測到線纜末端接的是一個標準PD，并且已經為PD進行了分類后，就開始為PD供電，輸出44~57V的直流電壓。

• 供電（Power supply）

PSE為PD提供穩定可靠的直流電壓，并根據PD的分類結果輸出對應等級的功率。

• 斷電（Disconnection）

如果和PD相連的連接線纜被拔掉或者用戶從軟件上將交換機端口的PoE供電功能關閉，PSE會快速地（一般在30-40ms的時間之內）停止為PD供電。在PSE給PD供電整個過程的任意時刻，如果發生PD設備短路、分類時消耗的功率超過 PSE對應能提供的功率、消耗功率超過等級功率等情況，則整個供電過程會中斷，并重新從第一步檢測過程開始。

PoE供電線序說明

以PoE標準為例，標準定義了兩種供電線序，PSE可適應PD采用任意一種供電線序。

• 空閑線供電

使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對（4/5、7/8）來傳輸直流電。