以太網供電新標準POE+，IEEE802.3at解析

?以太網供電新標準POE+，IEEE802.3at

一、IEEE 802.3at標準出現的背景
為了遵循IEEE 802.3af規范，受電設備(PD)上的PoE功耗被限制為12.95W，這對于傳統的IP電話以及網絡攝像頭而言足以滿足需求，但隨著雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監控系統等高功率應用的出現，13W的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太網電纜供電的應用范圍。為了克服PoE對功率預算的限制，并將其推向新的應用，IEEE成立了一個新的任務組，旨在探求提高該國際電源標準的功率限值的方法。IEEE802.3工作組為了在技術及經濟上對IEEE802.3at實現的可能性進行評估，于2004年11月創立了PoEPlus的研究小組。之后又于2005年7月批準了建立IEEE 802.3at調查委員會的計劃。新標準稱為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設備定義為Class 4（該級別在IEEE 802.3af中有描述，但留作將來使用），可將功率水平擴展到25W或更高。新標準正由專門小組制定，預計在2008年底或2009年初發布。

二、IEEE 802.3af與IEEE 802.3at比較
與802.3af相比，802.3at可輸出2倍以上的電力，每個端口的輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬PoE的應用領域：雙波段接入，視頻電話，802.11接入，RFID接入，工業傳感器，POS終端等都將可以應用PoE技術來給終端提供充足的電力。
就標準而言，兩者在功率、分級、線纜上有不同的定義，下表是兩者的比較：


?????????????????????????????????????? 802.3af與802.3at的對比

在802.3at制定之初，IEEE就目標作過表述，以下可以參考：
The 802.3at Task Force objectives are along the following lines:
? 802.3at should operate on CAT5 and higher infrastructure, unlike 802.3af, that had take into account the CAT3 limitations
? 802.3at should follow the power safety rules and limitations pertinent to 802.3af
? A 802.3at PSE must be backwards compatible with 802.3af, being able to power both 802.3af and 802.3at PD's
? 802.3at should provide the maximum power to PD's as allowed within practical limits, at least 30W
? 802.3at PDs, when connected to a legacy 802.3af PSE, will provide the user an indication that a 802.3at PSE is required.
? Research the operation of midspans for 1000BASE-T
? Research the operation of midspans and endspans for 10GBASE-T
三、POE+關鍵問題
當該任務組開始著手制定一個更高功率的新標準時，很多人都認為這將是一項可在短時間內完成的任務，只需增加電流和電壓而已，至少40W的功率就唾手可得。但是，當該任務組開始探究與較高功率有關的技術細節時，很多問題出現了，其中有些問題目前仍未解決。

1、電纜載流量與散熱問題
電纜載流量是最基本的問題之一，也最先被提出。而且，對于這一基本問題，直到近期電纜專家們才給出了答案。像所有電子組件一樣，電纜工作時也有最高環境溫度要求，令人關切的是，電纜過熱可能損壞絕緣材料，從而改變傳輸特性并縮短外部絕緣層的預期壽命。最近，美國電信行業協會(TIA)發布了一些初步的指引，建議當電纜制造廠每束電纜的根數被限制為100時，CAT5E可以支持每導線360mA的載流量(所有導體均處于運行狀態)。在電纜環境溫度達到45℃時，這樣的工作電流是可以接受的，若要在更高的溫度條件下工作，則需要降額。
此外，由于電纜通常被匝成電纜束并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問題亦需要考量。

2、數據變壓器(Data Transformer)
數據變壓器是系統中第二個真正令人關切的組件。如大家所知，數據變壓器用來將數據信號從PHY交流耦合到電纜中，同時注入用作PoE電源的直流電流。隨著該變壓器中直流電流的升高，并聯電源通路中小的電阻不平衡在變壓器中引起偏移電流，這會降低該變壓器的電感。電感的這種減小將使數據傳輸特性發生劣化，而且，嚴重的時候還會導致很高的誤碼率(BER)或數據的完全丟失。早期報道認為，從物理上看，不可能開發出能同時傳送較高電流并保持嚴格的千兆位以太網傳輸特性的數據磁性元件。不過，多個數據變壓器公司已經證明，這在物理上是可能的。

3、分級機制
新的分級機制是需要仔細進行工程設計的領域之一，該機制使供電設備(PSE)和受電設備能夠相互識別。有了這種相互識別能力，供電設備就可以恰當地向.af(又稱為Type1硬件)和.at(Type2)受電設備供電，.af受電設備也可以由.at供電設備供電，而且.at受電設備能夠知道它是否能得到其較大負載所需的全部功率。每種組合都需要有明確定義和一致的工作規則，這樣才能保持被認為是802.3標準支柱的互操作性。802.3at采用了更加詳盡的硬件分級機制和新的數據層機制，已經實現了這種相互識別。
802.3at硬件分級被稱為“兩事件分級”(2-event classification)，并涉及那些基本上重復兩次802.3af電壓探測的PSE。每次對PD的電壓探測都同時引起一個被吸收的電流脈沖(參見圖)，該電流脈沖對應一個特定的功率級。首先，PSE在數據或備用線上確定一個15.5V
至20.5V的電壓脈沖。PD以高達40mA的電流響應，告訴PSE它是4個功率級中的哪一個。雙脈沖是一個至PD的信號，告訴PD所連接的PSE確實是一個大功率PSE，能夠提供802.3at規定的較高功率。802.3at PD以4級電流響應，告訴PSE它是一個大功率PD，需要29.5W功率。在802.3af中，Layer1分級方法是可選的方法，供PSE查詢PD，以確定PD的功率需求。在802.3at規范中，命令PSE執行這種分級方法。



除了上述的硬件分級之外，PoE+任務組還定義了一個新的數據層分級，稱為“鏈路層發現協議”(Link Layer Discovery Protocol，LLDP)，用于PSE和PD之間的通信。一旦鏈路受電，PSE和PD將能夠采用LLDP來確定PD的功率需求。采用LLDP后，允許PSE重復查詢PD，以了解PD狀態及其功率需求。有了這個機制，就有可能實現動態功率分配，PSE可以不斷向PD發布新級別的功率，PD也可以提出并在隨后放棄功率請求。隨著系統向更加環保的電源環境發展，這種新的動態功率分配一定會成為一種重要功能。這種新的Layer2分級機制對PSE而言是可選的，但是要求PD實施。圖1顯示了PoE+中使用的分級方法。802.3at任務組仍在研究有關這部分標準的細節，因此可以預期，隨著該任務組逐步完成對該通信協議的定義，還會出現一些變化。
802.3at任務組面臨著許多挑戰。尤其是，他們尚未決定最大電纜電流限值、尚未采用一種針對數據磁性元件飽和問題的解決方案、而且也沒有完成Layer2消息集的定義。然而，盡管存在這些懸而未決的事項，該規范仍在不斷地確立，而且，半導體公司和系統公司都已開始設計相關的硬件，以待此項標準的最終出臺。
即使這些懸而未決的問題明天就能解決，仍然要經過大量評審和批準流程，任何標準都是這樣，因此預計近期該標準還不會發布。根據迄今為止的情況估計，最快也要到2008年末或2009年春季標準才能發布。
在了解了該標準仍然處于進展中以后，我們來看一看還有哪些相關數據。就PoE系統而言，定義功率有兩個不同的位置：PSE輸出連接器和PD輸入連接器。PSE現在必須能夠以最低50V的輸出電壓連續提供至少720mA電流。這轉換成36W的PSE輸出功率。電纜電阻的設計值不大于12.5Ω，從而使PD連接器上的可用功率達到了29.5W。還必須考慮48V電壓轉換效率，因此最終PD負載有大約25W功率可用。

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總結

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