1、PoE简介 . l! }4 T4 M4 j9 p- d
以太网供电PoE（Power overEthernet）是指通过以太网网络进行供电，也被称为基于局域网的供电系统PoL（Power over LAN）或有源以太网（Active Ethernet）。 & J' \4 H( [) z& h/ ?
随着网络中IP电话、网络视频监控以及无线以太网应用的日益广泛，通过以太网本身提供电力支持的要求也越来越迫切。
- X0 v4 P# j4 K# w: }2 E$ H$ } 多数情况下，接入点设备需要直流供电，而接入点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，接入点设备需要的交直流转换器也难有位置安置。
3 _9 G4 ^6 R, L! \6 m7 y u 在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个接入点设备，这些设备需要统一的供电和统一的管理，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。
' W/ }9 u) F" C: c PoE是一种有线以太网供电技术，是目前本地局域网应用最广泛的一种技术。
- l6 y4 z. V/ U2 Z [& n PoE允许电功率通过传输数据的线路或空闲线路传输到终端设备。通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太网网络供电，其可靠供电的距离最长可达到100米。通过这种方式，可以有效的解决IP电话、无线AP（Access Point）、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。对于这些终端而言不再需要考虑其室内电源系统布线的问题，在接入网络的同时就可以实现对设备的供电。
; X1 m( }* t6 H8 {- p2 z6 ?5 { PoE的优势： 5 D1 n- B7 n& D; z
1、可靠：电源集中供电，备份方便。 ( W2 ~# |" G9 p S* q
2、连接简捷：网络终端不需外接电源，只需要一根网线。 7 `8 N5 f6 N+ s2 v: D8 u
3、标准：符合IEEE802.3af、IEEE 802.3at标准，使用全球统一的电源接口。
& `1 }* _ r5 [7 F 4、大量节省电源布线成本，提供简单、方便的电源安装方式。 : L7 g7 V! a3 C, H: \0 l6 e
5、与UPS（Uninterruptible Power Supply）不间断电源结合使用，可以给IP摄像头、视频服务器和IP电话等提供冗余供电，防止断电情况发生。
$ R+ Z$ J2 i: B! _1 B ( g j; y1 U" c
2、PoE供电系统的组成
' b q2 P) f } PoE供电系统包括： 4 c2 E4 V8 F5 S( Q- @& o) ~
1、供电设备PSE（Power-sourcing Equipment）：
+ K. G) _7 J+ z0 a4 ^' v5 C5 K 供电设备指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。 . e5 [" `, _3 k" U- e
2、受电设备PD（Powered Device）： ; ] \7 g, P) a
如无线AP（Access Point）、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。
q% @1 O, C4 n7 Y 3、PoE电源： 2 j2 c+ a: y6 d9 ~! r/ Z
PoE电源为整个PoE系统供电，PSE下接的PD数量受制于PoE电源的功率。PoE电源根据是否可插拔，分为内置和外置两种类型。 + t t! W* e% Q/ E' k
7 Z& x& B0 |* }0 Z6 @9 {: r# ~$ e" V
3、PoE供电的工作过程
" R% K4 u& h- j# j 1、检测PD # ~; E' H* R' M) {. [
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的特性电阻，通常的小电压为2.7V～10.1V，检测周期为2秒）。
$ D& y! e4 C: L7 [& y Z 2、供电能力协商
9 B, J m- P1 a PSE对PD进行分类，并协商供电功率。供电能力协商的方式有两种，分别为：解析检测到的特性电阻和通过LLDP协议进行供电能力协商。 & |/ c: l! D# T O8 U! U7 v* [$ w
3、开始供电 + J7 s' T8 c6 j* S2 f
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。
5 v7 [" y Q. p2 c) ]8 E+ C1 e4 o 4、正常供电 9 y3 G1 I$ v: x0 _$ v) F
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37W。
( ~. P7 g3 v& ?2 U+ P r% j8 ? 5、断电
; R2 a$ K5 u6 V k' H# p9 H# X( w 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。 8 \/ F( i6 @- ^, @1 j' X9 w: s
2 A- | [0 m n( z1 v' D& C2 v
3、PoE供电管理模式 7 C9 d8 m( F. _ ?' S
当PSE下挂的PD越来越多时，PoE电源无法支撑给所有的PD供电，此时需要PSE对供电行为进行管理。根据供电方式的不同，将供电管理模式分为：自动模式和手动模式。 5 n2 }# |, }# q+ I3 Y, g
1、自动模式： 8 P( R' g0 F% O! k2 m; H( J' d
PSE根据优先级，自动给PD设备上下电。用户可以根据接口下的PD重要性给各接口设置优先级，分别为：Critical、High、Low三个等级。在PSE对外供电接近满负荷的情况下，优先对优先级为Critical的端口连接的PD设备进行供电；次之为优先级为High的端口连接的PD设备供电。端口优先级相同的情况下，优先为端口号小的端口连接的PD设备供电。
5 ~9 U* ]: R. J5 w' _ 2、手动模式： . c; X9 d9 J& J2 }
手动控制端口的上下电。手动模式不考虑优先级，单个接口的上下电不会对原有的供电状态作任何改动。如果在PSE对外供电接近满负荷的情况下，无法继续给新的PD设备上电。
2 g% J- ?: h9 `" d/ O7 H% @ : a1 e$ a/ d' i& U9 |* y( R: [1 C
4、PoE设备供电方式
2 \1 j. q( f' p- l- } 按照IEEE标准的定义，PSE设备主要用于给PD设备供电，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）两种类型。
3 R1 N7 y8 t" j$ @9 W( C+ H 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。Endpoint模式的PSE设备可兼容10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T接口，应用场景较MidSpan模式广泛。
% z u9 P5 {. K' s" X& X Endpoint模式的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A（1/2和3/6线）和AlternativeB（4/5和7/8线对）两种供电模式。 - j9 p+ H' {5 [) p; Y
1、通过数据对供电——AlternativeA供电模式 1 X' g8 @. ^7 G' P& v: [) X' A
PSE通过1/2和3/6线对给PD供电，1/2链接形成正极，3/6链接形成负极。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。
; z/ u# n3 U: l% u3 A( i. q+ H 2、通过空闲对供电——AlternativeB供电模式。
; Z( a- I! ]; ~* ]& Y2 [: F 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。
) k3 Q2 H- Z. s$ i3 F1 _- W* F 一般来说，标准的PD设备必须支持两种受电方式，但PSE设备只需支持其中一种，华为支持PoE供电的设备作为PSE只支持AlternativeA供电模式。
3 F# }8 Y* I- |* w
& K$ R9 N$ H# d4 y 5、通过LLDP协议进行PoE供电能力协商 % O# u- l# f3 ~8 L
传统的供电能力协商（即PD设备分类过程）是通过解析PSE与PD发送的电流实现的，设备除了支持电流解析外，还支持通过链路层发现协议LLDP（Link Layer Discovery Protocol）协议进行媒体独立接口MDI（MediaDependent Interface）供电能力的发现和通告。 ' n' h- ?9 K9 L- z
IEEE 802.1ab定义了可选的TLV：Power via MDI TLV，LLDP报文封装Power via MDI TLV，进行MDI供电能力的发现和通告，同时可进行网络管理。 & V. G6 Q3 J+ E
当PSE检测到PD后，PSE和PD即周期性地向对方发送LLDP报文，这个报文里包含了定义的TLV字段。将本端信息发送给对方，对方记录下报文中包含的信息，达到信息交互的作用。 9 `7 v ~7 K, \& R& Z4 R9 Z- r( {
点击查看原图
$ d Z' V6 ]' C% b4 U
图1 TLV报文格式
3 c- X; H! `* J7 k& t- V3 F Power via MDI TLV的格式由两字节的TLV报文头和12字节的TLV信息字段组成，报文格式如上图1所示：
h7 a- z7 `; _7 e TLV报文中几个主要字段的含义如下：
- }9 O) J1 w0 d# X7 J 1、MDI power support
4 a4 H4 G2 i- }; ? Bit
/ A! h# Y' d2 w% _8 h | 功能
$ ^: ?4 J+ Y& c% i | 含义 + R1 N: H' P- S
| 0
Y. B* e4 a: F0 ~" { | 端口类型 - k5 q8 H0 h8 Z, S/ k' ]! H
| 1：PSE端接口
6 U9 m- Q% _, A% x' d- I 0：PD端接口 m4 I' b& s0 u! Z6 \) ] D* d& z8 Z
| 1
: N u& H1 J; {3 }% W | PSE设备是否支持MDI供电
3 y7 ~$ A' h, _% N7 m( _* d | 1：表示支持 # A! K3 }1 b6 O
0：表示不支持
5 o" z$ O. l3 c+ ?- e" I: n | 2 - `; x( \. m! _: u: ^0 x
| PSE设备MDI供电状态 2 P; I; b; w& }6 t7 S
| 1：表示使能
( O& U5 B7 r, ^+ H: \ 0：表示未使能 # p: Y% j. S F0 W# { B. K
| 3
. S2 f3 h0 N( A' i" Q& b+ z | PSE设备供电线对控制能力
* t+ B/ b) S2 [ | 1：表示线对选择可控 . g5 e( d- e$ f2 t6 {1 ^: m
0：表示线对选择不可控 # v$ p4 e# S' ^, ]9 g m
| 4–7 & P7 [- F8 K/ u) N# B
| 预留 ) A9 `6 A- ?* s8 o9 u
| -
$ B# _9 l% G+ s0 f9 v+ f! p |
2、PSE power pair： " h- I9 f5 y O& T
1：表示采用Alternative A供电模式供电（使用1/2和3/6线对）。
6 P( N2 t) C2 _ _: X# R 2：表示采用Alternative B供电模式供电（使用4/5和7/8线对）。 ) ?7 k0 `2 o$ W* N, ^& g5 ?
3、power class
A6 M* {# p" [' s {" |1 M 等级 . {' f! I. W/ \3 O7 a4 e# T
| 电流（单位：mA）
7 f& ^) j4 t; L9 i8 p6 A, j6 c* i) v | 参考功率（单位：W）
a0 Q' ]+ y c7 }- w! l! T { | 等级描述 ; V, c# f$ K" r+ \" j4 x/ [
| 0
7 V9 q* n- v: C; _ | 0～4 / H; B7 x6 Q+ G. }) i
| 15.4 0 ^0 U* L; Z: q0 t) T
| 在无法对PD进行分类时，使用的缺省等级。 4 O2 I6 a* D+ e1 _0 {2 b
| 1 / M3 z% i: W% Q/ V# R+ t
| 9～12
/ y) J7 c7 N2 ^+ k3 g | 4 & R s! T/ q7 E* C' N
| 非常低的功率 ! [# {! {8 j# w2 }# l$ G+ S$ D
| 2
" V# i( ? x+ o0 ]) {4 {" } | 17～20
1 f/ [5 I$ D% q | 7
6 {5 q. ^2 y ~) }( u; \ | 低的功率
& T5 b5 b0 w, q" i! G | 3 " R, M% G; w( ~/ [9 m7 y" \" E! Z
| 26～30 0 z' d S, \5 W8 Y0 C _' L
| 15.4
6 ~9 K- h6 r2 p* B | 中等功率
|2 `! E( B1 Y7 T# ^/ r | 4 , i; Z# b9 n0 } t- z: I) p; Y$ p4 H
| 36～44 , y+ O5 `! f5 \: @2 B% E
| 37
# `3 m2 \2 g( c4 r) R8 j" y | 高功率，802.3at标准支持此等级。
- e: u- {+ F% L( n' }3 G! L |
4、Type/source/priority 2 Y4 u; j. r: a2 g4 l* l
字段
5 W* m: z$ j" W) Q8 { | 功能
6 d5 a& O) T9 Z4 E% C7 @! c | 含义 3 _) k/ k- M( m7 k X i8 v
| Power Priority 5 t5 u, Z t5 n9 R4 d
| 接口供电优先级
/ Q! {1 k/ D$ j5 b' E; Y+ v | 11：表示最低的优先级
' h+ }! m) z$ J 10：表示次高的优先级
* B6 q2 ^$ i" G" y, k 01：表示最高的优先级 0 t/ W% C! D& j3 C& E' _
说明：
+ V$ e6 u9 w3 i5 L* ]( v 本字段包括4位，其中，高两位为系统预留。 ( t4 S1 m0 [; ^
| Power Source
* y( m0 v! W1 Q | 供电源
% L9 o+ X' M9 Y6 z" f# e# ] | PD：
% ]: ] c7 \8 ]5 C) s& U 11：PSE和本地
& Z- y7 H/ E- ~/ z8 ]. S4 m# G/ a 10：预留 ! Q q- }) ?- J7 O; T) V1 S0 X
01：PSE
+ d8 A- C p( U7 H% F! k) }; ~ PSE： S) M7 G& f; r4 T0 x, {
11：预留
' t$ \7 O; O+ o$ }5 P 10：备用电源 4 j, e# _" a- C: p, j8 a- b2 e
01：主电源
3 `0 j2 q4 X8 I5 Y$ D | Power Type
8 B3 |3 d9 C' m) B | 供电类型
% v, u9 M" B0 Y) l8 |: ~% y | 11：不支持IEEE 802.3at标准的PD & B) \/ C. w1 ]8 r- q9 O& h% F
10：不支持IEEE 802.3at标准的PSE ( b" F+ Q3 D) [# W7 o
01：支持IEEE 802.3at标准的PD
X7 p" D& x+ M& Y/ Q2 w+ S3 f9 @ 00：支持IEEE 802.3at标准的PSE " x8 U- e. B1 ^- ?8 g6 T: J& i
|
5、Power value： / B# D% A5 ^; {, P; z" z
包含PDrequested power value（PD设备请求的功率）和PSE allocated power value（PSE设备为PD设备分配的功率）两个字段。在PoE电源功率充足的情况，两者相等。该字段的取值为整数的1～255，交互功率=0.1*该字段表示的十进制值。例如发送值为255时，表示交互功率为25.5W。
7 \) a: O/ P8 {- r
- }- D) J! C$ L 6、PoE供电应用场景 ! X- z8 T( |$ }8 D4 l' C; h/ D
通常，接入点的IP电话、摄像头、数据采集器等终端设备需要直流供电，而这些设备通常安装在楼道或者距离地面比较高天花板等处，附近很难有合适的电源插座。在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个接入点设备，这些设备又需要统一的供电和统一的管理，给供电管理带来极大的不便。 & {3 p/ t, p/ ~- J; `
点击查看原图
9 k0 Q+ a# }) T$ L 图1 PoE典型应用示意图 0 ~! g/ j* }6 B8 _: f5 @, G' v$ I
如上图1所示，通过部署PoE功能，设备直接给各个接入设备（IP电话和监控摄像头）供电，可以省掉外接电源，减少连线，节约成本，方便管理。/ O; k; ]# F- f/ `9 c7 g
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