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以太网供电 (PoE) 成功安装指南

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概述

几年前,有人提出在双绞线线缆中同时实现供电和数据通信的想法,于是以太网供电 (PoE) 诞生了。在这几年之中,涌现了大量通过同一线缆提供和接受电源及数据的设备,并且一直呈增长趋势。

以太网供电 (PoE) 成功安装指南

大多数情况下,使用 PoE 后就无需交流电源插座,这样就省去了重复布线成本和人力费用。同时也省去了设备的独立电源,意味着故障点会更少。并且由于 PoE 使用的电压更低、更安全,相关要求也较低,例如市电供电设备所需的线管和接线盒。

PoE 电路包含三部分:

  • 供电端设备 (PSE),将电力传输到与数据信号相同的线缆。该设备在大多数情况下通常为交换机,当交换机不支持供电时也可能是中跨供电器。
  • 同时承载电力和数据信号的线缆。关于 PoE 的 IEEE 标准中规定了两对和四对双绞线布线系统。
  • 受电端设备 (PD),消耗 PSE 提供的电力

图 1. 基本的 PoE 设计和命名法

在 IEEE 标准的 PoE 实施中,PSE 只有在 PD 发出请求时提供电源。如果 PD 断开连接,则 PSE 将断电。相较于通过插座供电的普通交流电源,PoE 要安全得多。PoE 使用的电压也较低:43 到 57 Vdc。

2003 实施的 802.3af 是首个 PoE 供电标准,通过两对线提供高达 15.4 瓦的功率。2005 实施的 802.3at(也称为 “PoE+”)支持最高 30 W。Cisco 开发了使用全部四对线的“通用 PoE”UPOE,将最大功率提高到了 60 W。2018 年 9 月,IEEE 批准了 802.3bt,将源功率提高到 90 W。

 

  Type 3 (802.3 bt) Type 4 (802.3bt)
Type 1 (802.3af) Type 2 (802.3at)  
PSE Class 1
4 W
Class 2
7 W
Class 3
15.4 W
Class 4
30 W
Class 5
45 W
Class 6
60 W
Class 7
75 W
Class 8
90 W
  仅 2 线对 (Type 1 & 2) 始终 4 线对电源
2 线对或 4 线对 (Type 3 & 4)
PD Class 1
3.84 W
Class 2
6.49 W
Class 3
13 W
Class 4
25.5 W
Class 5
40 W
Class 6
51 W
Class 7
62 W
Class 8
71.3 W
  PoE+ PoE++、UPOE  


图 2:PoE 等级、类型和标准。

 

成功的 PoE 实施分三步:

1. 设备选择

2. 线缆认证

3. 安装和排障

我们来看看各个步骤都需要些什么。

1. 设备选择

虽然 PoE 带来了很多机会,但同时也带来了与标准化相关的大量问题。术语 “PoE” 尚未注册,任何厂商都可以宣布具有 PoE 能力。当前已批准三种 02.3af 和 at 和一种草案 (802.3bt) IE IEEE 标准。这些标准定义了八种不同的功率等级或类别,可通过四种配置实现:Type 1 和 2 使用两个线对,Types 3 和 4 使用四个线对。此外,厂商们还采用了一些术语,例如 PoE+ 和 PoE++ 以及 Cisco 的通用 PoE (UPOE)。虽然这些方法都符合 IEEE 标准,但各个厂商创造的标准之外的其他 PoE 实施方法带来了更多混乱现象。例如,“无源” PoE 实施提供的是“始终就绪”的电源,PSE 和 PD 之间没有协商。其他部署方法则在比 LLDP 协议更高的层中进行协商。现场技术人员甚至设计师都可能会很快被设备的兼容性搞迷惑。

以太网联盟认证计划

为避免这种混乱现象以及提高互操作性,以太网联盟(代表了 90% PSE 交换设备制造商)推出了一项 PoE 认证计划。该计划提供了一种方法,用于认证其产品与其他 IEEE-802.3 标准 PoE 解决方案的互操作性,并以简单明了的方式标注此类产品。

产品认证具有严格规定的过程,并使用经过批准的设备。认证过程可由制造商或第三方实施,例如新罕布什尔大学的互操作性实验室 (UNH-IOL)。PSE 和 PD 设备均可认证。通过该项严格流程的设备可粘贴 EA 认证标识。

PoE 设备的设计师或安装人员只需简单地比较 PSE 和 PD 上的标识,即可确定其兼容性。如果 PSE 的等级等于或高于 PD 的要求,即可保证正常运行。

 

 

图 3. 供电设备(左)和电源设备(右)的以太网联盟标记。

2. 线缆认证

PoE 的设计目的是在标准类别的双绞线结构化布线上运行。然而,在承载高速数据的线缆上增加此类高功率信号,就为布线带来了额外要求。

首先,线缆的整体电阻必须低。如果电阻太高,功率就会分散在 PSE 和 PD 之间,PD 无法接收到足够的功率。

其次,PoE 是通过在两对或四对线对上施加共模电压进行传输的,这意味着电流在两或四根导线之间均匀分配。为此, 线对中各导体的直流电阻必须平衡(相等),且其差将称为直流电阻不平衡。过多的不平衡会使数据信号失真,产生位错误、重新传输,甚至数据链路功能异常。

第三,在 Type 3 和 4 实施中,你需要担心的不仅仅是各线对上的直流电阻不平衡。多个线对间的过大直流电阻不平衡还会严重破坏数据传输,或造成 PoE 停止工作。

IEEE 已经认识到此类电阻测量的重要性,并在 802.3 标准中增加了对线对中环路电阻和电阻不平衡的要求。电信行业协会也在 ANSI/TIA 568.2-D 中增加了这些要求。

遗憾的是,大部分安装都是使用现场测试标准 TIA-1152-A 认证的,这些测量在里面只是可选项。如果端接不一致,即导体在 IDC 内的位置不正确或不一致,会导致直流电阻不平衡。因此,虽然您可以在供应商的线缆上看到直流电阻不平衡的规格,但现场测试确实是保证安装后直流电阻不平衡性能的唯一方法。

使用包含这些电阻测量的线缆认证测试仪(例如 DSX CableAnalyzer™ 系列)可快速而方便地测试线对中和线对间的直流电阻不平衡,保证您部署的线缆设备可用于双和四线对 PoE 应用。

图 4. Versiv 显示线对到线对的电阻不平衡结果。

3. 安装和排障

如果知道 PSE 的能力和 PD 的要求,安装和排障过程就简单得多。遗憾的是,实际工作中,支持 PoE 受电端设备的技术人员可能无法获得这些信息。技术人员很容易检查 EA 认证 PD 的要求,但大多数情况下他们距离 PSE 较远,需要走较长路程返回到电信柜会数据中心才能查看交换机的能力。然后还需要确认连接 PD 的线缆。很多情况下,他们可能无法接触到 PSE,需要连接 IT 团队进行确认。技术人员可能会浪费半天时间来跟踪线缆和查看交换机。

Fluke Networks 的 MicroScanner PoE 旨在解决此类问题,可为技术人员节省大量时间。只需将 MicroScanner PoE 插入线缆,如果已连接到 PSE,将显示链路上可用的功率等级 (0-8)。然后技术人员即可将其与 PD 的要求进行比较,确认是否能够提供足够的功率。

对技术人员来说,MicroScanner PoE 在很多方面都是无价之宝。仪器可以识别端口的速度,支持最高 10 Gbps。速度较慢的端口会限制接入点或摄像机的性能。如果线缆损坏,仪器会显示各线对的长度、潜在的断点或其他故障。线缆也可能被拔出或接错 - MicroScanner PoE 可以作为跟踪线缆的音频源。可以将识别器连接到远端线缆以确定它们的去向。

选择正确的设备、对线缆能力进行认证,然后确保您的技术人员能够检查安装并进行故障诊断,PoE 项目即可顺利实施。

图 5. MicroScanner PoE 可以检测 PSE 提供的功率以及网络速度,并拥有一套线缆测试功能。