什么是PoE技术？
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2021-09-23 09:47
PoE（Power over Ethernet）是指通过网线传输电力的一种技术，借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备（如：IP电话、AP、IP摄像头等）进行数据传输和供电。
PoE又被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN，简称PoL)或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电。
为了规范和促进PoE供电技术的发展，解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。
为什么需要PoE?
随着网络中IP电话、网络视频监控以及无线以太网设备的日益广泛，通过以太网本身提供电力支持的要求也越来越迫切。多数情况下，终端设备需要直流供电，而终端设备通常安装在距离地面比较高的天花板或室外，附近很难有合适的电源插座，即使有插座，终端设备需要的交直流转换器也难有位置安置。另外，在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个终端设备，这些设备需要统一的供电和统一的管理，由于供电位置的限制，给供电管理带来极大的不便，以太网供电PoE则正好解决了这个问题。
PoE是一种有线以太网供电技术，使用于数据传输的网线同时具备直流供电的能力，有效解决IP电话、无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集等终端的集中式电源供电。PoE供电具有可靠、连接简捷、标准统一的优势：
可靠：一台PoE设备可以同时为多个终端设备供电，实现电源集中供电的同时，还可以进行电源备份。
连接简捷：终端设备不需外接电源，只需要一根网线。
标准：符合国际标准，使用全球统一的RJ45电源接口，可保证与不同厂商的设备对接。
PoE是如何工作的?
如下图所示，PoE供电系统包括如下两个设备角色：
供电设备PSE（Power-sourcing Equipment）：通过以太网给受电设备供电的PoE设备，提供检测、分析、智能功率管理等功能，例如：PoE交换机。
受电设备PD（Powered Device）：如无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准，PD分为标准PD和非标准PD。
PoE供电设备角色
PoE供电模式
按照IEEE标准的定义，PSE设备分为MidSpan（PoE功能模块在设备外）和Endpoint（PoE功能模块集成到设备内）两种类型。华为Cloudengine S系列PoE交换机的PoE功能模块全部集成在设备的内部，属于Endpoint的PSE设备。
Endpoint类型的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A（1/2和3/6线对）和Alternative B（4/5和7/8线对）两种供电模式。
Alternative A供电模式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对给PD供电，1/2链接形成负极，3/6链接形成正极。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据，1000BASE-T接口使用全部的4对线对传输数据。由于DC直流电和数据频率互不干扰，所以可以在同一对线同时传输电流和数据。
Alternative B供电模式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对给PD供电，4/5链接形成正极，7/8链接形成负极。
IEEE标准不允许同时应用以上两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用法，但是受电设备PD必须能够同时适应两种情况。
PoE供电协商流程
PSE设备上电，PD设备通过网络连接到PSE设备后，PSE与PD就开始进行供电协商：
检测PD：PSE在端口周期性输出电流受限的小电压，用以检测PD设备的存在。如果检测到特定阻值的电阻，说明线缆终端连接着支持IEEE 802.3af标准或IEEE 802.3at标准的受电端设备（电阻值在19kΩ～26.5kΩ的特定电阻，通常的小电压为2.7V～10.1V，检测周期为2秒）。
供电能力协商即PD设备分类过程：PSE对PD进行分类，并协商供电功率。供电能力协商不仅可以通过解析PSE与PD发送的电阻实现的，还可以通过链路层发现协议LLDP（Link Layer Discovery Protocol）协议发现和通告供电能力进行协商。
开始供电：在启动期内(一般小于15μs)，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电压。
正常供电：电压达到48V之后，PSE为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，PD设备功率消耗不超过PSE最大输出功率。
断电：供电过程中，PSE会不断监测PD电流输入，当PD电流消耗下降到最低值以下，或电流激增，例如拔下设备或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等，PSE会断开电源，并重复检测过程。
通过LLDP协议进行供电能力协商
由2字节的TLV报文头和12字节的TLV信息字段组成，报文格式如下图所示：
IEEE 802.1ab定义的TLV报文格式
Power via MDI和Extended Power via MDI各字段含义如下图所示。
Power via MDI各字段含义
Extended Power via MDI各字段含义
由2字节的TLV报文头和4字节的TLV信息字段组成，报文格式如下图所示：
华为公司自定义的TLV报文格式
TLV报文中各字段含义如下：
TLV Type：TLV的类型，占1个字节。取值为1，表示PD支持的供电模式；取值为2，表示PD当前工作的供电模式。
TLV Length：TLV的长度，占1个字节。取值为4，表示TLV信息字段值占4个字节。
TLV Value：TLV的值，占4个字节，共32位。第0位、1位、2位、3位的含义如下图所示，第4～31位预留。
自定义TLV Value字段含义
PoE供电标准有哪些？
前面我们提及了IEEE标准委员会为解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。那么这三个标准有什么不同呢？
2003年6月，IEEE 802.3工作组制定了IEEE 802.3af标准，作为以太网标准的延伸，对网络供电的电源、传输和接收都做了细致的规定。例如：IEEE 802.3af标准规定PSE设备需要在每个端口上提供最高15.4W的直流电源。
由于电缆中的一些功率耗散，因此受电设备仅有12.95W可用。2009年10月，为对应大功率终端的需求，诞生了IEEE 802.3at标准，IEEE 802.3at标准在兼容802.3af标准的基础上，提供最高25.5W的功率，满足新的需求。
2018年9月，为进一步提升PoE供电功率以及对标准进行优化，IEEE标准委员会的发布了IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt标准进一步提升了供电能力，类型3可提供高达51 W的供电功率，类型4可提供高达71.3W的供电功率。此外，还包括对2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持，扩大了高性能无线接入点和监控摄像头等应用程序的使用。
一般将IEEE 802.3af标准对应的供电技术称为PoE供电，将IEEE 802.3at标准对应的供电技术称为PoE+供电，将IEEE 802.3bt标准对应的供电技术称为PoE++供电，也称为4PPoE。三种供电技术对应的参数如下图所示。
PoE供电技术参数对比
有哪些设备可以支持PoE供电
PoE供电设备非常普遍，例如华为S系列园区交换机、无线接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供电，设备是否可以支持PoE供电，是由硬件决定的，不能通过升级软件把不支持PoE供电的设备变更为支持PoE供电的设备。
以华为S系列园区交换机为例，能够支持PoE供电的交换机叫做PoE交换机，一般部署在接入层，通过内置或外置的PoE电源为终端设备供电。框式交换机要作为PoE交换机，需要同时满足：一是机框必须是支持PoE供电的机框，二是机框中插入的单板必须是PoE单板；盒式交换机只要设备款型支持PoE功能，设备上电后就可以支持PoE供电。
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