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PoE供电概述:PoE交换机是如何进行供电的?

发布于 2020年04月04日 by
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在万物互联构建智能物联世界的发展趋势下,用户对IoT设备的需求不断增加,PoE交换机成为了通过网线为PD设备提供电力和数据传输的一种有效媒介。PoE交换机可允许IP电话、IP摄像头、无线接入点或PoE照明等设备通过一根网线接收数据和电源,无需再另外使用电源线。那么,PoE交换机是如何为这些设备进行供电的呢?它是否会对连接的设备造成损害?本文将就该系列问题展开详细论述。

 

以太网供电遵循哪些标准?PoE供电标准概述

PoE交换机在PoE系统中可充当供电端(PSE)设备,根据不同的以太网供电标准为受电端(PD)设备进行供电,有助于家庭、企业、校园、商场等环境中的安防监控系统的安装和管理。下表为现有的PoE供电标准(以太网供电标准):

标准 IEEE 802.3af IEEE 802.3at IEEE 802.3bt
分类 PoE PoE+ PoE++
类型 Type 1 Type 2 Type 3 Type 4
PD最大输入功率 12.95W 25.5W 51W 71W
PSE最大输出功率 15.4W 30.0W 60W 100W
供电芯线对数 2 2 4
网线类型 Cat3及以上 Cat5及以上 Cat5及以上

需要注意的是,IEEE 802.3af和IEEE 802.3at标准是目前市面上大多数PD设备都可以支持的以太网供电标准,因此PoE交换机和PoE+交换机的使用较为广泛。而IEEE 802.3bt标准是2018年最新发布用于智能家居/建筑和物联网的以太网供电标准,由于IEEE 802.3bt标准还不够成熟化,市面上较少存在支持IEEE 802.3bt标准的PD设备,因此目前只有少部分供应商可提供该系列的PoE++交换机,如思科或华为。

 

PoE交换机是如何进行PoE供电的?PoE供电原理概述

PoE供电原理其实很简单,下面以PoE交换机为例,从PoE交换机的工作原理、PoE供电方式及其传输距离三个方面进行详细讲解。

PoE交换机工作原理

将受电端设备连接到PoE交换机上后,PoE交换机会按照如下流程进行工作:

poe working mode.png

第一步:检测受电端设备(PD)。主要是检测连接的设备是否为真正的受电端设备(PD)(其实就是检测能支持以太网供电标准的受电端设备)。PoE交换机会在端口输出较小的电压进行受电端设备检测,也就是所谓电压脉冲检测,如果检测到指定值的有效电阻,则该端口上连接的设备为真受电端设备。需要注意的是,该PoE交换机为标准PoE交换机,非标准PoE交换机无控制芯片不会进行此项检测,若想了解更多关于标准PoE交换机与非标准PoE交换机的信息,可访问《标准PoE交换机与非标准PoE交换机有什么区别?两者如何选择?》

第二步:受电端设备(PD)分类。当检测到受电端设备(PD)后,PoE交换机会为其进行分类,划分等级,并评估该受电端设备所需的功率消耗。

等级 PSE 输出功率 (W) PD 输入功率(W)
0 15.4 0.44–12.94
1 4 0.44–3.84
2 7 3.84–6.49
3 15.4 6.49–12.95
4 30 12.95–25.50
5 45 40 (4-pair)
6 60 51 (4-pair)
8 99 71.3 (4-pair)
7 75 62 (4-pair)

第三步:开始供电。确认等级后,PoE交换机会在不到15μs配置时间内向受电端设备从低电压开始供电,直到提供48V的直流电。

第四步:正常供电。主要为受电端设备提供稳定可靠的48V直流电,满足受电端设备的功率消耗。

第五步:断开供电。当受电端设备出现断开连接、功耗过载、短路以及总功耗超出PoE交换机的功率预算等问题时,PoE交换机会在300~400ms时间内停止为受电端设备进行供电,并会重新进行检测。可有效保护受电端设备和PoE交换机,防止设备受损。

PoE供电方式

由上可知,PoE供电是通过网线来实现的,而网线是由四对双绞线(8根芯线)组成,因此,网线内的八根芯线是PoE交换机为受电端设备提供数据和电力传输的介质。目前,PoE交换机会通过模式A(End-Span末端跨接法)、模式B(Mid-Span中间跨接法)和4-pair三种PoE供电方式为受电端设备提供传输兼容的直流电。

 

  • 模式A PoE供电方式

模式A即末端跨接法(End-Span),在该模式下,PoE交换机通过1、2、3、6线为受电端设备进行供电,同时也会进行数据传输,其中1、2为正极,3、6为负极。

 

  • 模式B PoE供电方式

模式B即中间跨接法(Mid-Span),在该模式下,PoE交换机通过4、5、7、8线为受电端设备进行供电。当应用于10BASE-T和100BASE-T以太网时,4、5、7、8线只会进行电力传输,不会进行数据传输,因此该四只脚也被成为空闲脚。其中4、5作为正极,7、8作为负极。

 

  • 4-pair PoE供电方式

在该模式下,PoE交换机将会通过所有的线为受电端设备进行供电,其中1、2和4、5为正极,3、6和7、8为负极。

类型 10/100BASE-T以太网 1000BASE-T以太网
引脚 模式A 模式B 4-pair PoE 模式A 模式B 4-pair PoE
Pin 1 Rx + & DC + Rx + Rx + & DC + TxRx A + & DC + TxRx A + TxRx A + & DC +
Pin 2 Rx - & DC + Rx - Rx - & DC + TxRx A - & DC + TxRx A - TxRx A - & DC +
Pin 3 Tx + & DC - Tx + - Tx + & DC - TxRx B + & DC - TxRx B + TxRx B + & DC -
Pin 4 未使用 DC + DC + TxRx C + TxRx C + & DC + TxRx C + & DC +
Pin 5 未使用 DC + DC + TxRx C - TxRx C - & DC + TxRx C - & DC +
Pin 6 Tx - & DC - Tx - Tx - & DC - TxRx B - & DC - TxRx B - TxRx B - & DC -
Pin 7 未使用 DC - DC - TxRx D + TxRx D + & DC - TxRx D + & DC -
Pin 8 未使用 DC - DC - TxRx D - TxRx D - & DC - TxRx D - & DC -

需要注意的是,PoE供电方式是由供电端设备来决定的,而PoE交换机和PoE供电器(电源注入器)都可以作为供电端设备,为受电端设备进行电力和数据传输。PoE交换机作为供电端设备,一般会使用模式A进行供电;PoE注入器一般是作为中间设备,连接非标准PoE交换机和受电端设备,它只能支持模式B的PoE供电方式进行供电。

PoE供电距离

由于电力和网络信号在网线上进行传输容易受到电阻和电容的影响,导致信号发生衰减或供电不稳定等,因此网线的传输距离受限,最大传输距离只能达100米。而PoE供电是通过网线实现的,因此其传输距离受网线的影响,最大传输距离为100米。但如若使用PoE延长器可将PoE供电范围最大延长至1219米。

 

PoE供电故障该如何排查?

当PoE供电出现故障时,可以从以下四个方面进行排查。

  •  

    检查受电端设备是否支持PoE供电。因为并不是所有的网络设备都能够支持PoE供电技术,因此在将设备连接到PoE交换机之前,也要检查设备是否支持PoE供电技术。虽说PoE工作时会进行检测,但是它只能检测到支持PoE供电技术的受电端设备并对其进行供电,若是PoE交换机没有进行供电,可能是因为受电端设备不能支持PoE供电技术。

  •  

    检查受电端设备的功率是否超过交换机端口的最大功率。例如,一台仅支持IEEE 802.3af标准的PoE交换机(该交换机上每个端口的最大功率为15.4W),连接了一台功率为16W或者更大的受电端设备,这时,受电端设备可能会因为断电或电力不稳定导致设备损坏,从而导致PoE供电故障。

  •  

    检查连接的所有受电端设备的总功率是否超过了交换机的功率预算。当所连设备的总功率超过交换机功率预算时,PoE供电就会出现故障。例如,一台功率预算为370W的24口PoE交换机,若是该交换机遵循IEEE 802.3af标准,则可连接24台遵循相同标准的受电端设备(因为该类型设备的功率为15.4W,连接24台设备总功率达369.6W,不会超过交换机功率预算);若是该交换机遵循IEEE802.3at标准,则只能连接12台遵循相同标准的受电端设备(因为该类型的设备功率为30W,若是连接24台将会超出交换机的功率预算,因此最多只能连接12台)。

  •  

    检查供电端设备(PSE)的供电方式是否与受电端设备(PD)的兼容。例如,PoE交换机采用模式A进行供电,而所连接的受电端设备却只能接收模式B的电力传输,这样将无法进行供电。

 

总结

PoE供电技术已成为了数字化转型的重要组成部分,了解PoE供电原理将有助于您保护PoE交换机和受电端设备,与此同时,了解PoE交换机连接问题和解决方案可有效避免在部署PoE网络时浪费不必要的时间和成本。

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