乙太網路供電Power over Ethernet,簡稱PoE)也稱PoE供電,是一種可以在乙太網路中透過雙絞線來傳輸電力與資料到裝置上的多種標準化技術或自有標準技術。它允許只通過一根乙太網路雙絞線就能為無線存取點(WAP)、網絡網絡攝影機VoIP電話同時提供電力供應和數據傳輸。

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一個由PoE分線器供電的無線網絡基地台

現時有多套技術標準用於實現在雙絞線上同時傳輸電力和數據,其中有三種於2003年已經被電氣電子工程師學會(IEEE)標準化入IEEE 802.3中,分別稱為模式A、模式B、4PPoE。對於10BASE-T和100BASE-TX,這些技術只使用到CAT5類雙絞線4對線中的兩對。

模式B方案,是將電力傳輸和數據傳輸的線路分開,使其容易排查故障,並且充分利用四對雙絞線線路,將正電壓載入在引腳4、5上,負電壓載入在引腳7、8上。

模式A方案,在雙絞線乙太網路(10Mbps)和快速乙太網路(100Mbps)中,是將傳輸的電力同時負載在數據傳輸的線對中,類似於通常用於為電容式麥克風供電的幻象電源技術。通過向每對線施加共模電壓,在數據導體上同時傳輸電力,由於雙絞線乙太網路是通過差分訊號傳輸的,所以不會干擾到數據的傳輸。使用標準乙太網路脈衝變壓器的中心抽頭就可以輕鬆提取共模電壓。對于吉位元乙太網路(1Gbps)和10十億位元乙太網路(10Gbps),由於四對線路都需要用於傳輸數據,模式A和模式B都需要將傳輸的電力同時載入在傳輸數據的線路上。

4PPoE方案會使用四對雙絞線全部線路來傳輸電力,能為平移-傾斜-變焦相機英語Pan–tilt–zoom camera、高效能的無線存取點、乃至手提電腦電池提供更強勁的供電。

除了上述三種方案外,IEEE還提供一套信令標準用於辨識電源裝置(PSE)和受電裝置(PD),這些信令能夠允許電源裝置檢測到符合的受電裝置的存在,並允許受電裝置和電源裝置協商所需或可用的電量。

標準制定

四對、兩對雙絞線乙太網路

最初的PoE標準IEEE 802.3af-2003[1]能提供每個介面最高15.4W的直流電功率(最小提供44V、350mA的直流電源)[2][3][4]。由於電纜有傳輸損耗,受電裝置最多能獲得12.95W的功率。[5]升級的IEEE 802.3at-2009[6](也被稱為PoE+PoE plus)能為類型2的裝置最高提供25.5W的功率。[7]2009年還禁止裝置使用四對線路來獲得電力。[8]這些標準也被整合到IEEE 802.3-2012版的標準發行物中。[9]

IEEE 802.3bt-2018(也被稱為PoE++4PPoE)擴充了IEEE 802.3at的能力。這個標準提供了兩種不同的供電類型:對於類型3裝置提供最高51W的功率,和對於類型4裝置提供最高71.3W的功率。每對雙絞線最高能提供600mA(類型3)或960mA(類型4)的電流。[10]另外,該標準也包含對 2.5GBASE-T、5GBASE-T10GBASE-T的供電支援。[11] 這個新特性為新應用領域打開了大門,擴大了高效能無線存取點和監控網絡攝影機等應用的使用範圍。

單對雙絞線乙太網路

IEEE 802.3bu-2016[12],也被稱為單對線Power over Data Lines(PoDL),主要在100BASE-T1和1000BASE-T1標準,也就是一對雙絞線的乙太網路版本提供數據傳輸和電力供應的版本修改。[13]四對、兩對雙絞線的版本中,負責提供電力的線路負載上相同的電壓,沒有用於傳輸數據的差分電壓差。而在單對雙絞線版本中,供應電力的電壓同時負載在傳輸數據的線路上,能提供10級供電類型,能對受電裝置提供從0.5到10W的電力功率。

之後,PoDL還增加10BASE-T1[14]、2.5BASE-T1、5GBASE-T1、10GBASE-T1的支援[15],到2021年,對於供電功率類型增加至15級。[14]

用途

PoE的應用場景包括:[16]

  • VoIP電話
  • 網絡網絡攝影機(包括帶電動雲台
  • 無線存取點
  • IPTV解碼器
  • 網絡路由器
  • 安裝在遠端房間的小型網絡交換機,用於一個上端鏈路向下提供一組乙太網路介面。這些交換機作為受電裝置可以從上端PoE鏈路獲得電力,或者作為中繼繼續為下端的乙太網路受電裝置提供電力。
  • 公共廣播系統的遠端對講機或廣播揚聲器
  • 通過NTP獲得授時的掛鐘
  • 無線ISP使用的帶有整合天線、4G/LTE、802.11 或 802.16 無線 CPE(客戶端裝置)的室外屋頂安裝無線電天線
  • 室外對等微波和毫米波無線電以及一些通常具有專用PoE的自由空間光學通訊(FSO)單元
  • 包括感測器、控制器、儀表等的工業控制系統組件
  • 包括求助點、對講機、門禁卡、無鑰匙進入裝置等的訪問控制裝置
  • 智能燈光控制系統發光二極管照明燈具[17]
  • 舞台和劇院裝置,例如網絡音頻分線盒和路由盒
  • 遠端POS終端
  • 行內乙太網路擴充器[18]
  • 通過PoE分離器提供單獨的供電電源,可以用於單獨給一個遠端裝置供電或者給手機充電。

術語

供電裝置(Power sourcing equipment, PSE),就是負責在乙太網路線纜上提供電源的裝置。這個裝置可能是一台網絡交換機,通稱endspan(IEEE 802.3標準中稱其為endpoint),也可能是一個不支援PoE的網絡交換機到另一台PoE裝置之間的中間裝置,例如PoE注入器,通稱為midspan裝置。

受電裝置(Powered device,PD)指任何由PoE供電的裝置,這些受電裝置通常還附帶一個可選的外部電源供電介面,根據設計,裝置可以完全不用、部分、或者全部由這個供電介面獲得電力,[19][20]有時候也會作為一個裝置供電的後備,以防止PoE供電出現故障。

電源管理功能和整合

PoE的倡導者希望PoE能夠成為全球長遠的直流電源布線標準,並取代大量難以集中管理的單獨交流配接器。[21]相應批評者認為,PoE的供電電壓太低,實際上比單純的直流電源配接器效率更差,尤其是乙太網路雙絞線的細長導體會導致這樣的損耗。乙太網路聯盟英語Ethernet Alliance等PoE的倡導者指出,所參照的損耗是針對受電裝置的電纜質素、長度和功耗方面的最壞情況。[22]在任何情況下,如果中央PoE電源取代了專用的交流電路、變壓器和逆變器,這些布線中的功率損耗是合理的。

整合高效能乙太網路和PoE

PoE和IEEE 802.3az高能效乙太網路(Energy-Efficient Ethernet,EEE)的整合可能會產生額外的節能效果,EEE 和 PoE的預標準整合(例如:Marvell在 2011 年 5月的白皮書中概述的EEPoE)聲稱每條鏈路可節省高達3W 的功率。 隨着更高功率的裝置上線,這種節省尤其重要。[23]

標準實現

非標準實現

供電能力限制

接線

參考資料

外部連結

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