以太网络供电(Power over Ethernet)技术现况与未来分析
2003-09-29 09:42:56
来源：《国际电子变压器》2003.10
以太网络供电(Power over Ethernet)技术现况与未来分析
Analysis Technological Condition and Future of Power over Ethernet
1、何谓以太网络供电(Power over Ethernet)
在网络盛行的当下，利用网络线传输信号已经是相当成熟的技术，不管是声音，影像或是一般的计算机资料，只要经过适当的处理，就可以透过网络传递。就目前的第五类以太网络电缆(Cat5 Cable)定义来说，信号传输是利用其中1、2、3、6四条线，即可达成传送与接收，剩余的4，5，7，8就信号传递而言就派不上用场，这些闲置的线对，正好提供了以太网络供电(PoE)的最佳信道。日前，美国电气电子工程师学会（IEEE）针对PoE应用，订定了一项新的规格"802.3af-2003"，主要内容就是利用以太网络电缆(Cat5 Cable)提供电力，让网络线除可传递信号，更可传递电力，使网络线末端的设备可以同时接收到信号与电力。
PoE系统主要由供电端(PSE)与受电端(PD)组成，PSE端提供资料与电力混合的信号，利用Cat5 Cable传输至PD端，PD端的装置将可得到资料与电力两种信号。在802.3af的规范之下，PoE装置联机开始的瞬间，PSE端会送出探测信号，搜寻Cat5 Cable的另一端是否有符合802.3af的PD装置，当PSE端判定这个信号送达的地方是符合规范，则PoE开始动作，此刻PSE端仍然不停的送出测试信号，一但有任何异常(如设备移除，设备故障，传输线路损坏…)发生，使传输的动作背离802.3af的规范，则PSE端将立即做出终止传输的动作。
2、以太网络供电的优点
PoE技术主要是克服信号接收端的电力问题，接收端的装置若使用了这个技术，则可以省略交直流转换器的装置，这个动作除可减少使用的设备，同时也可以省去另外一条电力线的配置，甚至当符合802.3af规范的产品普及之后，几千个新产品将可以透过同样规格的RJ45连接器，使用Cat5 Cable稳定的传送信号和电力，而不需要因各地区电源设备差异，而变更交直流适配器(Adapter)的规格，让网络设备更无国界。就目前最热门的无线局域网络架构而言，要使网络架构能够达到通信无死角，无线接收设备的摆置是最重要的关键，唯有在良好的收讯范围内，无线设备才能够发挥完美特性。要得到最佳的通信品质，大部分的接收设备会选择置放在屏蔽最少的地方，如天花板或是楼顶，但这些地方大多未预留电源插座，因此接收设备除了数字资料信号线之外，还需要一条电源线，提供电力让接收设备动作，若将PoE的技术导入这些设备，则仅需一条Cat5 Cable即可使无线接收设备开始动作。
如图2，未使用PoE(Power over Ethernet)技术的无线网络接收设备(Wireless AP)需使用外接的适配器，若使用PoE技术则可以省略掉适配器。
3、以太网络供电产品类别
为配合既有市场的产品，PoE产品可以区分为PSE端与PD端两类。
PSE端：PSE端的装置可以由摆设的位置区分为两种，新型的网络主机会将PSE装置设计于主机之中，让主机在送出信号的同时，一并将电力信号送达末端符合PoE的设备，则末端的设备就可以脱离既有的电力线束缚，这种应用的方式，我们称之为Endspan Power Sourcing Equipment。至于旧型的主机，就必须利用外挂的方式，借着另外一组48V电源，注入到网络线中，一起传输至末端符合PoE的设备，如此一来也可以达到PoE的动作，这样动作的方式，我们称之为Minspan Power Sourcing Equipment。至于埠数的多寡则需考量使用特性的问题，目前市面上的产品有单端口，4埠，或是更多的24端口，而这些产品都是依照802.3af的规范来设计。
PD端：PD端的设计方式亦可区分为两类，一为内建有PoE功能的设备，产品在设计之初，就已经将受电功能设计于其中，一但接上网络供电设备，就可以达到网络供电的动作，这一类的产品需使用整合有PD功能与直流转换器功能的模块。另一类则是设计给旧型机种，这些机种并未将受电功能内建于产品之中，因此需在外部加上一个分接器，让网络供电设备传送过来的混合信号，可以分开为电力信号与资料信号，再提供给末端设备使用，这个方式也可以达成PoE的动作，且仅需利用外挂的方式即可完成，不需要对设备作变更。
4、如何使产品合乎802.3af的规范
为了让产品设计者可以快速的设计出符合802.3af的产品，目前市场上已经有IC厂商提供整合802.3af 解决方案的芯片，正式推出的厂商有TI，Maxim，Linear Technology，这些厂商使用的方法各有特色，不过大抵仍以符合802.3af的规范为主轴，设计出这些IC芯片，这些芯片可依使用位置也可以区分为PSE端与PD端两类。
PSE端：在PSE端部分，我们可以把解决方案看做是一个电源管理员，由它来管制所有发出的电力信号，要进入Cat5 Cable传递的电力，都要通过这个管理员。依照802.3af的标准，电源管理员会判定末端设备是否为符合802.3af的PD端装置，若判定出这个装置符合规范，则电力经由Cat5 Cable与资料信号共同传输至PD端，若判定出这个装置并不是符合规范的装置，则不再进行电力的输送，而这个判断的动作，管理员会不断的执行，也就是当PD端设备有任何异动发生(如接上装备，移除装备，装备损坏…)，管理员也会立刻修正电力传输的状态。
PD端：PD端的部分，我们可以把解决方案视为看门狗，任何信号经由Cat5 Cable要进入PD端，都得先经过这个关卡，当信号被判定为合乎802.3af规范，则这个信号(含电力与资料)将可被允许进入后端的直流电源转换器(DC/DC Converter)与网络组件，若是这个信号不符合规范，则会被阻挡在外。PD端的判断动作在整个联机过程中是属于被动状态，也就是当信号准备进入连接器，判断的动作才被开启，且当信号是不符合规范时，把关的芯片才会阻断信号(含电力与资料)于RJ45连接器外头，不允许这个信号进入，这个动作也是处于随时待命的状态，只要信号重新符合规范，传输的动作将重新被开启。
5、以太网络供电产品现况评估
由于802.3af解决方案已渐渐可利用IC芯片来克服，因此PoE产品要符合IEEE 802.3af 所需面对的难题越来越少，且随着802.3af定下的规范标准化，网络设备使用PoE技术将是大势所趋，但这些IC价格目前相当昂贵，将商品重新设计成为支持802.3af的成本大幅提升，价格因素将会是PoE产品普及的最大阻碍。为了克服这样的问题，网络设备厂商在研发这类产品时，可以采用双轨并行制，将网络设备需求的电力由适配器与PD模块共同提供，依客户的需求决定是否加入PD模块，这样的设计将会是目前较为适当的方式。另外在使用者立场，目前的商品尚未普及，对于PSE端与PD端的兼容性问题，将严重影响使用者的购买意愿，因此兼容性的问题对网络设备商在设计PoE商品时是一项重要的课题。最后，也是最重要的问题，就是如何推广PoE技术，毕竟目前消费者所使用的网络设备大多脱离不了计算机，而这些设备可以借着计算机的USB来摆脱适配器的束缚，因此不需外接计算机，才会是PoE技术发挥的重要领域。■
Analysis Technological Condition and Future of Power over Ethernet
1、何谓以太网络供电(Power over Ethernet)
在网络盛行的当下，利用网络线传输信号已经是相当成熟的技术，不管是声音，影像或是一般的计算机资料，只要经过适当的处理，就可以透过网络传递。就目前的第五类以太网络电缆(Cat5 Cable)定义来说，信号传输是利用其中1、2、3、6四条线，即可达成传送与接收，剩余的4，5，7，8就信号传递而言就派不上用场，这些闲置的线对，正好提供了以太网络供电(PoE)的最佳信道。日前，美国电气电子工程师学会（IEEE）针对PoE应用，订定了一项新的规格"802.3af-2003"，主要内容就是利用以太网络电缆(Cat5 Cable)提供电力，让网络线除可传递信号，更可传递电力，使网络线末端的设备可以同时接收到信号与电力。
PoE系统主要由供电端(PSE)与受电端(PD)组成，PSE端提供资料与电力混合的信号，利用Cat5 Cable传输至PD端，PD端的装置将可得到资料与电力两种信号。在802.3af的规范之下，PoE装置联机开始的瞬间，PSE端会送出探测信号，搜寻Cat5 Cable的另一端是否有符合802.3af的PD装置，当PSE端判定这个信号送达的地方是符合规范，则PoE开始动作，此刻PSE端仍然不停的送出测试信号，一但有任何异常(如设备移除，设备故障，传输线路损坏…)发生，使传输的动作背离802.3af的规范，则PSE端将立即做出终止传输的动作。
2、以太网络供电的优点
PoE技术主要是克服信号接收端的电力问题，接收端的装置若使用了这个技术，则可以省略交直流转换器的装置，这个动作除可减少使用的设备，同时也可以省去另外一条电力线的配置，甚至当符合802.3af规范的产品普及之后，几千个新产品将可以透过同样规格的RJ45连接器，使用Cat5 Cable稳定的传送信号和电力，而不需要因各地区电源设备差异，而变更交直流适配器(Adapter)的规格，让网络设备更无国界。就目前最热门的无线局域网络架构而言，要使网络架构能够达到通信无死角，无线接收设备的摆置是最重要的关键，唯有在良好的收讯范围内，无线设备才能够发挥完美特性。要得到最佳的通信品质，大部分的接收设备会选择置放在屏蔽最少的地方，如天花板或是楼顶，但这些地方大多未预留电源插座，因此接收设备除了数字资料信号线之外，还需要一条电源线，提供电力让接收设备动作，若将PoE的技术导入这些设备，则仅需一条Cat5 Cable即可使无线接收设备开始动作。
如图2，未使用PoE(Power over Ethernet)技术的无线网络接收设备(Wireless AP)需使用外接的适配器，若使用PoE技术则可以省略掉适配器。
3、以太网络供电产品类别
为配合既有市场的产品，PoE产品可以区分为PSE端与PD端两类。
PSE端：PSE端的装置可以由摆设的位置区分为两种，新型的网络主机会将PSE装置设计于主机之中，让主机在送出信号的同时，一并将电力信号送达末端符合PoE的设备，则末端的设备就可以脱离既有的电力线束缚，这种应用的方式，我们称之为Endspan Power Sourcing Equipment。至于旧型的主机，就必须利用外挂的方式，借着另外一组48V电源，注入到网络线中，一起传输至末端符合PoE的设备，如此一来也可以达到PoE的动作，这样动作的方式，我们称之为Minspan Power Sourcing Equipment。至于埠数的多寡则需考量使用特性的问题，目前市面上的产品有单端口，4埠，或是更多的24端口，而这些产品都是依照802.3af的规范来设计。
PD端：PD端的设计方式亦可区分为两类，一为内建有PoE功能的设备，产品在设计之初，就已经将受电功能设计于其中，一但接上网络供电设备，就可以达到网络供电的动作，这一类的产品需使用整合有PD功能与直流转换器功能的模块。另一类则是设计给旧型机种，这些机种并未将受电功能内建于产品之中，因此需在外部加上一个分接器，让网络供电设备传送过来的混合信号，可以分开为电力信号与资料信号，再提供给末端设备使用，这个方式也可以达成PoE的动作，且仅需利用外挂的方式即可完成，不需要对设备作变更。
4、如何使产品合乎802.3af的规范
为了让产品设计者可以快速的设计出符合802.3af的产品，目前市场上已经有IC厂商提供整合802.3af 解决方案的芯片，正式推出的厂商有TI，Maxim，Linear Technology，这些厂商使用的方法各有特色，不过大抵仍以符合802.3af的规范为主轴，设计出这些IC芯片，这些芯片可依使用位置也可以区分为PSE端与PD端两类。
PSE端：在PSE端部分，我们可以把解决方案看做是一个电源管理员，由它来管制所有发出的电力信号，要进入Cat5 Cable传递的电力，都要通过这个管理员。依照802.3af的标准，电源管理员会判定末端设备是否为符合802.3af的PD端装置，若判定出这个装置符合规范，则电力经由Cat5 Cable与资料信号共同传输至PD端，若判定出这个装置并不是符合规范的装置，则不再进行电力的输送，而这个判断的动作，管理员会不断的执行，也就是当PD端设备有任何异动发生(如接上装备，移除装备，装备损坏…)，管理员也会立刻修正电力传输的状态。
PD端：PD端的部分，我们可以把解决方案视为看门狗，任何信号经由Cat5 Cable要进入PD端，都得先经过这个关卡，当信号被判定为合乎802.3af规范，则这个信号(含电力与资料)将可被允许进入后端的直流电源转换器(DC/DC Converter)与网络组件，若是这个信号不符合规范，则会被阻挡在外。PD端的判断动作在整个联机过程中是属于被动状态，也就是当信号准备进入连接器，判断的动作才被开启，且当信号是不符合规范时，把关的芯片才会阻断信号(含电力与资料)于RJ45连接器外头，不允许这个信号进入，这个动作也是处于随时待命的状态，只要信号重新符合规范，传输的动作将重新被开启。
5、以太网络供电产品现况评估
由于802.3af解决方案已渐渐可利用IC芯片来克服，因此PoE产品要符合IEEE 802.3af 所需面对的难题越来越少，且随着802.3af定下的规范标准化，网络设备使用PoE技术将是大势所趋，但这些IC价格目前相当昂贵，将商品重新设计成为支持802.3af的成本大幅提升，价格因素将会是PoE产品普及的最大阻碍。为了克服这样的问题，网络设备厂商在研发这类产品时，可以采用双轨并行制，将网络设备需求的电力由适配器与PD模块共同提供，依客户的需求决定是否加入PD模块，这样的设计将会是目前较为适当的方式。另外在使用者立场，目前的商品尚未普及，对于PSE端与PD端的兼容性问题，将严重影响使用者的购买意愿，因此兼容性的问题对网络设备商在设计PoE商品时是一项重要的课题。最后，也是最重要的问题，就是如何推广PoE技术，毕竟目前消费者所使用的网络设备大多脱离不了计算机，而这些设备可以借着计算机的USB来摆脱适配器的束缚，因此不需外接计算机，才会是PoE技术发挥的重要领域。■
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