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PoE原理及配置 01

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PoE原理及配置

PoE原理及配置

PoE(Power over Ethernet)是指在现有的以太网布线基础架构不做任何改动的情况下,通过以太网线在为接入的终端传输数据信号的同时,还能向此类终端提供供电的技术。

介绍

PoE供电系统由PSE(Power Sourcing Equipment)和PD(Powered Device)构成。PSE是提供供电的设备,PD是接受供电的设备。PoE供电分为正向PoE供电和反向PoE供电两种供电方式。

正向PoE供电

随着WLAN(wireless Local Area Networks)、VoIP(Voice over Internet Protocol)、网络视频监控等新兴业务的飞速发展,无线AP(Access Point)、IP(Internet Protocol)电话、网络摄像机等终端设备得到大量应用。许多此类带电终端设备经常需要安装在距离地面比较高的天花板、室外等难以部署AC(Alternating Current)电源的地方,正向PoE供电可以解决安装电源和布线困难的问题。在正向PoE供电应用场景中,ONU作为PSE设备,通过电缆接入AC电源,采用网线连接IP电话、无线AP、网络摄像机等终端设备,同时向这些PD终端设备传输数据和提供供电。如图1-1所示。

图1-1 正向PoE供电应用场景

正向PoE供电具有以下优点:

  • 简化布线,节省人工成本。一根网线同时传输数据和供电,不再需要昂贵的电源和安装电源所耗费的时间,节省了费用和时间。
  • 管理方便。可以远程设置、查询接入终端设备的参数信息,如供电的优先级、供电线序等信息。
  • 使用灵活。用户可以安全地在网络上混用非PoE设备和PoE设备。
  • 安全。PoE供电时,只有连接了需要供电的设备,以太网电缆才会有电压存在;当连接无供电需求的设备时,以太网电缆不会有电压存在,消除了线路上漏电的风险。

反向PoE供电

光接入网可以摆脱铜线接入技术的瓶颈,在城市化地区实现商务楼光纤到楼层、住宅小区光纤到门,满足多业务高宽带承载要求的宽带光网络。但是,有些光纤入户的ONU设备安装在室外弱电井、室内家庭信息箱等取电困难的地方,反向PoE供电可以解决ONU设备取电难的问题。在反向PoE供电应用场景中,ONU作为反向PoE设备,通过网线连接用户家中的PSE供电适配器。PSE供电适配器通过网线连接PC等终端设备,通过电缆接入AC电源。ONU通过网线同时传输数据和接受供电。如图1-2所示。

图1-2 反向PoE供电应用场景

反向PoE供电具有以下优点:

  • 节省成本。无需专门铺设电源线给ONU设备供电,节省了工程投入。
  • 实现业务快速部署。提供了更加灵活的补充供电方案,可实现业务的快速部署。
  • 绿色环保。只有在用户使用时,才会加电工作。

基本概念

介绍PSE、PD、端口供电优先级、PD供电管理方式的基本概念。

PSE

PSE是对外提供电源的设备,进行功率的规划和管理。PSE在业务端口(RJ45端口)耦合48V直流电源,通过网线为终端设备供电。

PSE设备可以分为两种类型,包括Midspan(PoE功能模块在设备外)和Endpoint(PoE功能模块集成到设备内)。Endpoint模式的PSE设备可兼容10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、2.5GE BASE-T接口,应用场景比Midspan模式更广泛。华为支持PoE供电设备的PoE功能模块全部集成在设备的内部,属于Endpoint的PSE设备。

PSE是对外提供电源的设备,通常也称为正向PoE设备。

PD

PD指在PoE供电系统中得到供电的设备,主要是指无线AP、IP电话、网络摄像机等终端设备。这些终端设备通常没有自备电源,需要PSE通过以太网口进行供电才能工作。按照是否符合IEEE标准,PD分为标准PD和非标准PD。

PD是接受供电的设备,通常也称为反向PoE设备。

端口供电优先级

PoE端口供电提供三种类型的供电优先级。优先级按照由高到低依次为Critical、High、Low,默认为Low。

端口供电优先级是在PD消耗的功率大于PSE能够提供的总功率时,保证关键设备能够优先得到供电的手段。在PSE供电功率不足的情况下:

  • 当不同端口供电优先级不同时,优先级高的端口连接的PD,优先得到供电保证。
  • 当不同端口供电优先级相同时,按照端口号进行优先级排序,端口号小的端口连接的PD优先得到供电保证。

PD供电管理方式

PSE对接入的PD提供两种供电管理方式,自动管理方式和手动管理方式。通过下发命令行来实现两种管理方式。

  • 自动管理方式:在PSE对外供电接近满负荷的情况下,优先对供电优先级为Critical的端口连接的PD进行供电;次之为供电优先级为High的端口连接的PD供电;最后为供电优先级为Low的端口连接的PD供电。

    例如:1端口的供电优先级设置为Critical,在PSE对外供电已经满负荷的情况下,如果1端口接入了一个PD,PSE会对供电优先级最低端口接入的PD进行断电处理,而对1端口接入的PD进行供电;在端口供电优先级相同的情况下,PSE对端口号大的端口接入的PD进行断电处理。

  • 手动管理方式:在PSE对外供电接近满负荷的情况下,如果有新的PD接入,对原有的供电状态不作任何改动。如果需要调整PD供电状态,手动关闭指定PD的功率输出。

    例如,1端口的供电优先级设置为Critical;在PSE对外供电已经满负荷的情况下,如果1端口接入了一个PD,PSE只提示有新的PD接入,不会对1端口接入的PD进行供电。只有用户手动关闭其它的PD设备功率输出后,PSE才会对1端口接入的PD供电。

PoE/PoE+/PoE++技术规格对比

PoE遵循的供电标准是IEEE 802.3af,最大能提供15.4W的功率,可以为IP电话、无线AP等终端设备供电。PoE+是PoE的增强版,供电标准是IEEE 802.3at,最大能提供30W的功率,可以为视频电话、PTZ(Pan Tilt Zoom)摄像机等终端设备供电。PoE++是PoE+的增强版,供电标准是IEEE 802.3bt,最大能够提供60W的功率,能够满足更多的终端功率需求,可以为基站、室外热感摄像机等终端设备提供更大功率的供电。

PoE、PoE+、PoE++供电技术的特性参数之间的差异如表1-1所示,用户可以根据现网PD的实际情况,使用对应的供电技术对PD进行供电。

表1-1 技术参数

供电技术

PoE

PoE+

PoE++

供电距离

100m

100m

100m

最大电流

350mA

600mA

960mA

PSE输出电压

44V DC~57V DC

50V DC~57V DC

50V DC~57V DC

PSE最大输出功率

15.4W

30W

60W

PD输入电压

36V DC~57V DC

42.5V DC~57V DC

42.5V DC~57V DC

PD最大功率

12.95W

25.5W

51W

线缆要求

无特殊要求

CAT-5e或以上网线

CAT-5e或以上网线

供电线缆对

2

2

4

原理

介绍了供电原理、供电线序、保护措施的详细内容。

供电原理

按照IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准,在一定的时间内,供电设备必须完成对终端网络设备的检测和分级,然后决定是否对其供电以及输出多少功率。这一规定可以保障不兼容的网络设备不至于受到48V电源的破坏。所以供电设备的主要功能是检测是否有兼容的设备(PD)连接入系统或从系统中断开,并对受电设备进行功率分级,以提供相应功率的电源或切断电源。

PSE设备和PD设备对接时,其供电的流程如图1-3所示。

图1-3 PoE供电流程图

表1-2 PoE供电流程

状态

功能

备注

Detection(检测)

PSE设备检测PD设备是否存在。

PSE通过检测端口的电源输出线对之间的电阻值和电容值来判断PD是否存在。

只有检测到合法的PD,PSE才会进行下一步的操作。

检测PD存在的判断条件:

  • 直流阻抗在19K~26.5Kohm之间。
  • 容值不超过150nF。

Classification(功率分级)

PSE确定PD功耗。

PSE通过检测电源输出电流来确定PD功率等级,不同的功率等级对应不同的功率。

功率等级划分如表1-3所示。

Powerup(上电)

当检测到端口下挂设备属于合法的PD设备时(符合检测中描述的PD存在判断条件),并且PSE确定了此PD的功率等级,PSE开始按照PD功率等级对该设备进行供电。

-

Real-time Transport Protocol(RTP)&Power Management(PM)(实时传输协议,电源管理)

在此阶段,PSE在进行供电的同时会实时检测PD设备是否断开。

输出电压:-48V。

Disconnection(PD断开处理)

如果PD断开,PSE将关闭端口输出电压。端口状态返回到Detection(检测)。

-

表1-3 功率分级

等级

参考功率(单位:W)

等级描述

0

15.4

在无法对PD进行分类时,使用的缺省等级。IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准支持此等级。

1

4

IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准支持此等级。

2

7

IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准支持此等级。

3

15.4

IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准支持此等级。

4

30

IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt标准支持此等级。

5

60

IEEE 802.3bt标准支持此等级。

供电线序

PSE及PD采用标准RJ45接口作为供电及受电接口。

PoE和PoE+供电线序

PoE(IEEE 802.3af标准)和PoE+(IEEE 802.3at标准)采用两个线对提供供电,有信号线供电和空闲线供电两种PSE供电方式,如图1-4图1-5所示。一般标准的PD必须支持两种受电方式,但PSE只需支持其中一种供电方式。

图1-4 信号线供电示意图

PSE可通过信号线对(1/2,3/6)给PD供电。PSE向以太网线注入直流电,直流电采用的频率和数据频率互不干扰,实现在同一对线同时传输电流和数据的“复用”。此时PSE通过PoE变压器经网线的信号线对与PD端相应的PoE变压器相连接。PSE通过PoE变压器的中心抽头馈电,PD通过PoE变压器的中心抽头受电。

图1-5 空闲线供电示意图

PSE通过网线的信号线对(1/2,3/6)与PD建立数据连接,并采用空闲的两线对(4/5,7/8)向PD馈电,供电原理同信号线供电模式。

PoE++供电线序

PoE++(IEEE 802.3bt标准)采用4个线对(1/2,3/6,4/5,7/8)提供供电,如图1-6所示。

图1-6 PoE++供电示意图

PSE通过4个线对(1/2,3/6,4/5,7/8)给PD供电。PSE向以太网线注入直流电,直流电采用的频率和数据频率互不干扰,实现在同一对线同时传输电流和数据的“复用”。此时PSE通过PoE变压器经网线的信号线对与PD端相应的PoE变压器相连接。PSE通过PoE变压器的中心抽头馈电,PD通过PoE变压器的中心抽头受电。

保护措施

  • PSE可以自动检测到端口掉电、短路等异常状况,并停止供电。
  • PSE可以自动检测到PD并给其供电,如果下挂设备不是PD设备,PSE将不对该设备进行供电。
  • PSE支持PoE单板过温保护功能,系统检测到单板温度超过阈值时会关闭所有端口供电功能,对设备进行保护。
  • PSE检测以太网口下挂PD的功率参数,对满足检测标准的PD进行供电。供电完成后如果下挂PD电流过大,PSE的电源管理功能会对这个端口断电,并给予一定的惩罚时间,在惩罚时间内PSE将不对这个端口进行检测,超过这个时间之后PSE将再次对这个端口进行检测,会重新对满足检测标准的PD供电。

配置

介绍了命令行配置和Web界面配置的内容。

命令行配置

目前,MA5626、MA5694S、MA5669、MA5821、EA5821等产品需要使用命令行来配置PoE功能。

前提条件

网络设备和线路正常。

操作步骤

  • 正向PoE配置。
    1. 使用config命令进入全局配置模式,再使用interface eth命令进入ETH模式。
    2. 配置单板PoE供电管理方式。

      使用poepower-management { auto | manual }命令配置单板PoE供电管理方式。单板PoE供电管理方式包括自动配置和手动配置,默认为自动配置。

      • auto表示自动管理方式。当系统新插入PD设备时,如果系统功率不足,系统会自动按照优先级,使优先级低于新接入PD设备的其它PD设备下电,让新接入PD设备上电。
      • manual表示手动管理方式。当系统新插入PD设备时,如果系统功率不足,该PD设备不会上电,只有用户手动关闭其它的PD设备功率满足后才能上电。

    3. (可选)配置过温保护开关。

      使用poe temperature-protection命令使能PoE单板过温保护功能。当需要对PoE单板的温度进行检测的时候使用此命令。使能PoE单板过温保护功能后,系统检测到温度超过阈值时会关闭所有端口供电功能。

    4. (可选)PD设备兼容性检测。

      使用poe legacy命令开启PD设备兼容性检测功能。当需要对接入的PD设备按照标准规定的150nF检测标准进行兼容性检测时,使用此命令。

    5. 配置端口PoE特性。

      使用poe命令配置端口PoE特性,包括使能/禁止端口功率输出,配置端口供电线方式、端口供电优先级、最大输出功率参数。

    6. 查询当前PoE端口的配置。

      使用display poe命令查询PoE端口配置和功率信息。当需要查询PoE端口的电源开关信息、供电信息、供电优先级及功率等基本信息时,使用此命令。

    7. 查询PoE槽位配置。

      使用display poe powersupply命令查询PoE槽位配置。当需要查询PoE槽位PD设备兼容性检测开关、电源设备过载时端口供电管理方式和设备功率相关信息时,使用此命令。

  • 反向PoE应用配置。
    1. 使用poe pdpower-mode{ currentport | anyport }命令配置PD设备供电模式。当需要调整系统中端口供电模式时,使用此命令。

      • currentport:本端口供电模式。本端口供电模式下,没有供电的端口会被关闭,端口上的业务会中断。只有检测到端口供电后才打开端口,业务可以正常收发。

        由于没有供电的端口下也可能有业务处理,在切换本端口供电模式后,这些端口下用户业务将会中断。因此请慎用此种切换模式。

      • anyport:任意端口供电模式。任意端口供电模式下,所有端口都为打开状态,业务可以正常收发。

    2. 查询查询PD设备供电模式。

      使用display poe pdpower-mode命令查询PD设备供电模式。

    3. 查询设备当前的供电状态。

      使用display poe pdpowerstate命令查询设备当前的供电状态。在PD供电模式下,可以查询端口是否供电。在AC供电模式下,查询出的供电状态无意义。

任务示例

正向PoE应用

举例:配置PoE供电管理方式为自动方式,打开过温保护开关,使能端口的PoE功率输出,信号线供电传输方式,端口供电优先级为critical,最大输出功率为30W。

huawei(config)#interface eth 0/1
huawei(config-if-eth-0/1)#poe power-management auto
huawei(config-if-eth-0/1)#poe temperature-protection
huawei(config-if-eth-0/1)#poe 1 enable mode signal priority critical max-power 30000    //功率的单位为mW

反向PoE应用

举例:设置PD设备的供电模式为currentport。

huawei(config)#poe pdpower-mode currentport 
This operation will interrupt services on some ports, Are you sure to perform the operation? (y/n)[n]:y

Web界面配置

目前,MA5671(4GE, PoE)、EG8040P、EG8240P、EG8080P、EG8280P、EG8020P、EG8084P等产品支持Web界面配置。

Web界面PoE配置

MA5671(4GE, PoE)为例:

  1. 选择PORT页签,在左侧导航树中选择PoE配置。在右侧信息栏页面中,可以配置各个GE端口的供电开关状态、供电模式、供电优先级以及最大供电等级信息。如图1-7所示。
    图1-7 PoE配置

  2. 单击“应用”,应用配置。

配置参数

PoE信息配置参数说明如表1-4所示。
表1-4 PoE信息配置参数说明

参数

说明

端口

LAN侧GE端口。

供电开关

端口的PoE使能状态,勾选表示使能。

供电模式

端口的供电模式,当前版本不可配,默认为信号线供电。

供电优先级

端口的供电优先级,用于功率不足时,优先断开低优先级端口。

最大供电等级

端口最大供电等级,用于限制端口最大输出功率。

参考标准与协议

PoE、PoE+、PoE++参考的标准与协议如表1-5所示。

表1-5 参考标准与协议

标准

标准描述

适用范围

IEEE 802.3af

为了规范和促进PoE应用的发展,2003年6月,IEEE 802.3工作组批准了IEEE 802.3af标准,作为以太网标准的延伸,明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项,并对路由器、交换机和集线器通过以太网线向IP电话、无线AP等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af标准是基于PoE供电系统的新标准,在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准,是第一个关于电源分配的国际标准。

PoE

IEEE 802.3at

IEEE 802.3工作组在2005年开始开发新的标准IEEE 802.3at以提升PoE可传送的电力。2009年10月,IEEE 802.3at标准应大功率终端的需求而诞生,在兼容IEEE 802.3af标准的基础上,满足更大的供电需求。

PoE+

IEEE 802.3bt

从2013年开始,为了满足人们对更高功率和更高效的PoE传输需求,IEEE 802.3工作组开始起草IEEE 802.3bt,2019年正式发布IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt兼容IEEE 802.3at、IEEE 802.3af标准。

PoE++

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更新时间:2019-09-27

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