以太網(wǎng)供電新標(biāo)準(zhǔn) POE+，IEEE802.3at

一、IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的背景

    為了遵循 IEEE 802.3af 規(guī)范，受電設(shè)備(PD)上的 PoE 功耗被限制為 12.95W，這對(duì)于傳統(tǒng)的 IP 電話(huà)以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭而言足以滿(mǎn)足需求，但隨著雙波段接入、視頻電話(huà)、PTZ 視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應(yīng)用的出現(xiàn)， 13W 的供電功率顯然不能滿(mǎn)足需求，這就限制了以太網(wǎng)電纜供電的應(yīng)用范圍。為了克服 PoE 對(duì)功率預(yù)算的限制，并將其推向新的應(yīng)用，IEEE 成立了一個(gè)新的任務(wù)組，旨在探求提高該國(guó)際電源標(biāo)準(zhǔn)的功率限值的方法。IEEE802.3 工作組為了在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上對(duì) IEEE802.3at 實(shí)現(xiàn)的可能性進(jìn)行評(píng)估，于 2004 年 11 月創(chuàng)立了 PoEPlus 的研究小組。之后又于 2005 年 7 月批準(zhǔn)了建立 IEEE 802.3at 調(diào)查委員會(huì)的計(jì)劃。新標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)

    為Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于 12.95W 的設(shè)備定義為 Class 4（該級(jí)別在 IEEE 802.3af 中有描述，但留作將來(lái)使用），可將功率水平擴(kuò)展到 25W 或更高。新標(biāo)準(zhǔn)正由專(zhuān)門(mén)小組制定，預(yù)計(jì)在 2008 年底或 2009 年初發(fā)布。

二、IEEE 802.3af 與 IEEE 802.3at 比較

    與 802.3af 相比，802.3at 可輸出 2 倍以上的電力，每個(gè)端口的輸出功率可在 30W 以上，因此可大幅拓寬 PoE 的應(yīng)用領(lǐng)域：雙波段接入，視頻電話(huà)，802.11 接入，RFID 接入，工業(yè)傳感器，POS 終端等都將可以應(yīng)用 PoE 技術(shù)來(lái)給終端提供充足的電力。

    就標(biāo)準(zhǔn)而言，兩者在功率、分級(jí)、線纜上有不同的定義，下表是兩者的比較：

802.3af 與 802.3at 的對(duì)比

在802.3at 制定之初，IEEE 就目標(biāo)作過(guò)表述，以下可以參考：

The 802.3at Task Force objectives are along the following lines:

• 802.3at should operate on CAT5 and higher infrastructure, unlike 802.3af, that had take into account the CAT3 limitations

• 802.3at should follow the power safety rules and limitations pertinent to 802.3af

• A 802.3at PSE must be backwards compatible with 802.3af, being able to power both 802.3af and 802.3at PD's

• 802.3at should provide the maximum power to PD's as allowed within practical limits, at least 30W

• 802.3at PDs, when connected to a legacy 802.3af PSE, will provide the user an indication that a 802.3at PSE is required.

• Research the operation of midspans for 1000BASE-T

• Research the operation of midspans and endspans for 10GBASE-T

三、POE+關(guān)鍵問(wèn)題

    當(dāng)該任務(wù)組開(kāi)始著手制定一個(gè)更高功率的新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，很多人都認(rèn)為這將是一項(xiàng)可在短時(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)，只需增加電流和電壓而已，至少 40W 的功率就唾手可得。但是，當(dāng)該任務(wù)組開(kāi)始探究與較高功率有關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)時(shí)，很多問(wèn)題出現(xiàn)了，其中有些問(wèn)題目前仍未解決。

1、電纜載流量與散熱問(wèn)題

    電纜載流量是最基本的問(wèn)題之一，也最先被提出。而且，對(duì)于這一基本問(wèn)題，直到近期電纜專(zhuān)家們才給出了答案。像所有電子組件一樣，電纜工作時(shí)也有最高環(huán)境溫度要求，令人關(guān)切的是，電纜過(guò)熱可能損壞絕緣材料，從而改變傳輸特性并縮短外部絕緣層的預(yù)期壽命。最近，美國(guó)電信行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)發(fā)布了一些初步的指引，建議當(dāng)電纜制造廠每束電纜的根數(shù)被限制為 100 時(shí)，CAT5E 可以支持每導(dǎo)線 360mA 的載流量(所有導(dǎo)體均處于運(yùn)行狀態(tài))。在電纜環(huán)境溫度達(dá)到 45℃時(shí)，這樣的工作電流是可以接受的，若要在更高的溫度條件下工作，則需要降額。

    此外，由于電纜通常被匝成電纜束并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問(wèn)題亦需要考量。

2、數(shù)據(jù)變壓器(Data Transformer)

    數(shù)據(jù)變壓器是系統(tǒng)中第二個(gè)真正令人關(guān)切的組件。如大家所知，數(shù)據(jù)變壓器用來(lái)將數(shù)據(jù)信號(hào)從 PHY 交流耦合到電纜中，同時(shí)注入用作 PoE 電源的直流電流。隨著該變壓器中直流電流的升高，并聯(lián)電源通路中小的電阻不平衡在變壓器中引起偏移電流，這會(huì)降低該變壓器的電感。電感的這種減小將使數(shù)據(jù)傳輸特性發(fā)生劣化，而且，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致很高的誤碼率(BER)或數(shù)據(jù)的完全丟失。早期報(bào)道認(rèn)為，從物理上看，不可能開(kāi)發(fā)出能同時(shí)傳送較高電流并保持嚴(yán)格的千兆位以太網(wǎng)傳輸特性的數(shù)據(jù)磁性元件。不過(guò)，多個(gè)數(shù)據(jù)變壓器公司已經(jīng)證明，這在物理上是可能的。

3、分級(jí)機(jī)制

    新的分級(jí)機(jī)制是需要仔細(xì)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域之一，該機(jī)制使供電設(shè)備(PSE)和受電設(shè)備能夠相互識(shí)別。有了這種相互識(shí)別能力，供電設(shè)備就可以恰當(dāng)?shù)叵?af(又稱(chēng)為 Type1 硬件)和.at(Type2)受電設(shè)備供電，.af受電設(shè)備也可以由.at 供電設(shè)備供電，而且.at 受電設(shè)備能夠知道它是否能得到其較大負(fù)載所需的全部功率。每種組合都需要有明確定義和一致的工作規(guī)則，這樣才能保持被認(rèn)為是802.3 標(biāo)準(zhǔn)支柱的互操作性。802.3at采用了更加詳盡的硬件分級(jí)機(jī)制和新的數(shù)據(jù)層機(jī)制，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種相互識(shí)別。

    802.3at 硬件分級(jí)被稱(chēng)為“兩事件分級(jí)”(2-event classification)，并涉及那些基本上重復(fù)兩次 802.3af 電壓探測(cè)的 PSE。每次對(duì) PD 的電壓探測(cè)都同時(shí)引起一個(gè)被吸收的電流脈沖(參見(jiàn)圖)，該電流脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的功率級(jí)。首先，PSE 在數(shù)據(jù)或備用線上確定一個(gè) 15.5V至20.5V 的電壓脈沖。PD 以高達(dá) 40mA 的電流響應(yīng)，告訴 PSE 它是 4 個(gè)功率級(jí)中的哪一個(gè)。雙脈沖是一個(gè)至PD 的信號(hào)，告訴PD 所連接的PSE 確實(shí)是一個(gè)大功率PSE，能夠提供802.3at 規(guī)定的較高功率。802.3at PD 以 4 級(jí)電流響應(yīng)，告訴 PSE 它是一個(gè)大功率 PD，需要 29.5W 功率。在 802.3af 中，Layer1 分級(jí)方法是可選的方法，供 PSE 查詢(xún) PD，以確定 PD 的功率需求。在 802.3at 規(guī)范中，命令 PSE 執(zhí)行這種分級(jí)方法。

    除了上述的硬件分級(jí)之外，PoE+任務(wù)組還定義了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層分級(jí)，稱(chēng)為“鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議”(Link Layer Discovery Protocol，LLDP)，用于 PSE 和 PD 之間的通信。一旦鏈路受電，PSE 和 PD 將能夠采用 LLDP 來(lái)確定 PD 的功率需求。采用 LLDP 后，允許 PSE 重復(fù)查詢(xún) PD，以了解 PD 狀態(tài)及其功率需求。有了這個(gè)機(jī)制，就有可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功率分配，PSE 可以不斷向 PD 發(fā)布新級(jí)別的功率，PD 也可以提出并在隨后放棄功率請(qǐng)求。隨著系統(tǒng)向更加環(huán)保的電源環(huán)境發(fā)展，這種新的動(dòng)態(tài)功率分配一定會(huì)成為一種重要功能。這種新的 Layer2 分級(jí)機(jī)制對(duì) PSE 而言是可選的，但是要求 PD 實(shí)施。圖 1 顯示了 PoE+中使用的分級(jí)方法。802.3at 任務(wù)組仍在研究有關(guān)這部分標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)，因此可以預(yù)期，隨著該任務(wù)組逐步完成對(duì)該通信協(xié)議的定義，還會(huì)出現(xiàn)一些變化。

    802.3at 任務(wù)組面臨著許多挑戰(zhàn)。尤其是，他們尚未決定最大電纜電流限值、尚未采用一種針對(duì)數(shù)據(jù)磁性元件飽和問(wèn)題的解決方案、而且也沒(méi)有完成 Layer2 消息集的定義。然而，盡管存在這些懸而未決的事項(xiàng)，該規(guī)范仍在不斷地確立，而且，半導(dǎo)體公司和系統(tǒng)公司都已開(kāi)始設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件，以待此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的最終出臺(tái)。即使這些懸而未決的問(wèn)題明天就能解決，仍然要經(jīng)過(guò)大量評(píng)審和批準(zhǔn)流程，任何標(biāo)準(zhǔn)都是這樣，因此預(yù)計(jì)近期該標(biāo)準(zhǔn)還不會(huì)發(fā)布。根據(jù)迄今為止的情況估計(jì)，最快也要到 2008 年末或 2009 年春季標(biāo)準(zhǔn)才能發(fā)布。在了解了該標(biāo)準(zhǔn)仍然處于進(jìn)展中以后，我們來(lái)看一看還有哪些相關(guān)數(shù)據(jù)。就 PoE 系統(tǒng)而言，定義功率有兩個(gè)不同的位置：PSE 輸出連接器和 PD 輸入連接器。PSE 現(xiàn)在必須能夠以最低 50V 的輸出電壓連續(xù)提供至少 720mA 電流。這轉(zhuǎn)換成 36W 的 PSE 輸出功率。電纜電阻的設(shè)計(jì)值不大于 12.5?，從而使 PD 連接器上的可用功率達(dá)到了 29.5W。還必須考慮 48V 電壓轉(zhuǎn)換效率，因此最終 PD 負(fù)載有大約 25W 功率可用。

每期推薦：

CMIL-IERS210系列

引領(lǐng)創(chuàng)造無(wú)止境

交換芯片：盛科CTC7132

網(wǎng)絡(luò)接口：12路10/10/1000Base-T

接口數(shù)量：12口

散熱方式：無(wú)風(fēng)扇，導(dǎo)熱

存儲(chǔ)：1GB DDR4

層級(jí)：L2/L3

管理接口：支持

管理串口：支持

一鍵重啟：支持

交換容量：24G

包轉(zhuǎn)發(fā)速率：17.8566Mpps

防護(hù)等級(jí)：IP65

端口耐壓：接觸4KV，空氣10KV

設(shè)備尺寸（長(zhǎng)寬高）：482*44*400mm