PoE原理描述(PES、PD、POE电源)

PoE原理描述(PES、PD、POE电源)
PoE供电系统的组成
PoE供电系统包括:
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。
受电设备PD(Powered Device):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。
PoE电源: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。

PoE供电的工作过程
设备实现PoE供电的步骤如下:
    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: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:解析检测到的特定电阻和通过LLDP协议进行供电能力协商。
    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。

PoE供电管理模式
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。
    自动模式: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。
    手动模式: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。

PoE设备供电方式
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。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、2.5GE BASE-T接口,应用场景较MidSpan模式广泛。
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线对)和Alternative B(4/5和7/8线对)两种供电模式。
通过数据对供电——Alternative A供电模式。
    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。
通过空闲对供电——Alternative B供电模式。
    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。
一般来说,标准的PD设备必须支持两种受电方式,但PSE设备可以只支持其中一种,华为支持PoE供电的设备作为PSE时,只支持Alternative A供电模式。
通过LLDP协议进行供电能力协商
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(Media Dependent Interface)供电能力的发现和通告。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。
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。
Power via MDI TLV报文由2字节的TLV报文头和12字节的TLV信息字段组成,报文格式如图所示:

PoE原理描述(图1)

TLV报文中几个主要字段的含义如下:

  • MDI power support

    Bit

    功能

    含义

    0

    端口类型

    1:PSE端接口

    0:PD端接口

    1

    PSE设备是否支持MDI供电

    1:表示支持

    0:表示不支持

    2

    PSE设备MDI供电状态

    1:表示使能

    0:表示未使能

    3

    PSE设备供电线对控制能力

    1:表示线对选择可控

    0:表示线对选择不可控

    4–7

    预留

    -

  • PSE power pair:
    • 1:表示采用Alternative A供电模式供电(使用1/2和3/6线对)。

    • 2:表示采用Alternative B供电模式供电(使用4/5和7/8线对)。

  • power class

    等级

    参考功率(单位:W)

    0

    15.4

    1

    4

    2

    7

    3

    15.4

    4

    30
    545
    660
    775
    890
  • Type/source/priority

    字段

    功能

    含义

    Power Priority

    接口供电优先级

    11:表示最低的优先级

    10:表示次高的优先级

    01:表示最高的优先级

    说明:

    本字段包括4位,其中,高两位为系统预留。

    Power Source

    供电源

    PD:
    PSE:

    Power Type

    供电类型

    11:不支持IEEE 802.3at标准的PD

    10:不支持IEEE 802.3at标准的PSE

    01:支持IEEE 802.3at标准的PD

    00:支持IEEE 802.3at标准的PS

  • Power value:包含PD requested 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。

PoE供电技术特性参数

不同PoE供电技术的特性参数之间有差异,用户可以根据现网PD的实际情况,使用对应的PoE供电技术对PD进行供电。

表1 供电标准特性参数

供电技术

PoE

PoE+

PoE++

供电标准

IEEE 802.3af

IEEE 802.3at

IEEE 802.3bt

供电距离

100 m

100 m

100 m

分级

0-3

0-4

0-8

最大电流

350 mA

600 mA

1730 mA

PSE输出电压

44 V DC-57 V DC

50 V DC-57 V DC

50 V DC-57 V DC (Type 3 PSE)

52 V DC-57 V DC (Type 4 PSE)

PSE输出功率

≤ 15400 mW

≤ 30000 mW

60000 mW (Type 3 PSE)

90000 mW (Type 4 PSE)

PD输入电压

36 V DC-57 V DC

42.5 V DC-57 V DC

39.9 V DC-57 V DC

PD最大功率

12950 mW

25500 mW

51000 mW(Type 3 PSE)

71300 mW(Type 4 PES)

线缆要求

无要求

CAT-5e or better

CAT-5e or better

供电线缆对

2

2

4


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作者: cjh


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