一、POE的應用領域

PoE（Power over Ethernet）是指通過網線傳輸電力的一種技術，借助現有以太網通過網線同時為IP終端設備（如：IP電話、AP、IP攝像頭等）進行數據傳輸和供電。

PoE又被稱為基于局域網的供電系統(Power over LAN，簡稱PoL)或有源以太網( Active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網供電。

為了規範和促進PoE供電技術的發展，解決不同廠家供電和受電設備之間的适配性問題，IEEE标準委員會先後發布了三個PoE标準：IEEE 802.3af标準、IEEE 802.3at标準、IEEE 802.3bt标準。

二、需要PoE發展需求?

随着網絡中IP電話、網絡視頻監控以及無線以太網設備的日益廣泛，通過以太網本身提供電力支持的要求也越來越迫切。多數情況下，終端設備需要直流供電，而終端設備通常安裝在距離地面比較高的天花闆或室外，附近很難有合适的電源插座，即使有插座，終端設備需要的交直流轉換器也難有位置安置。另外，在很多大型的局域網應用中，管理員同時需要管理多個終端設備，這些設備需要統一的供電和統一的管理，由于供電位置的限制，給供電管理帶來極大的不便，以太網供電PoE則正好解決了這個問題。

PoE是一種有線以太網供電技術，使用于數據傳輸的網線同時具備直流供電的能力，有效解決IP電話、無線AP、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭、數據采集等終端的集中式電源供電。PoE供電具有可靠、連接簡捷、标準統一的優勢：

可靠：一台PoE設備可以同時為多個終端設備供電，實現電源集中供電的同時，還可以進行電源備份。

連接簡捷：終端設備不需外接電源，隻需要一根網線。

标準：符合國際标準，使用全球統一的RJ45電源接口，可保證與不同廠商的設備對接。

如下圖所示，PoE供電系統包括如下兩個設備角色：

供電設備PSE（Power-sourcing Equipment）：通過以太網給受電設備供電的PoE設備，提供檢測、分析、智能功率管理等功能，例如：PoE交換機。

受電設備PD（Powered Device）：如無線AP、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭等受電方設備。按照是否符合IEEE标準，PD分為标準PD和非标準PD。

PoE供電設備角色

按照IEEE标準的定義，PSE設備分為MidSpan（PoE功能模塊在設備外）和Endpoint（PoE功能模塊集成到設備内）兩種類型。華為Cloudengine S系列PoE交換機的PoE功能模塊全部集成在設備的内部，屬于Endpoint的PSE設備。

Endpoint類型的PSE設備依據使用的供電線對不同分為Alternative A（1/2和3/6線對）和Alternative B（4/5和7/8線對）兩種供電模式。

Alternative A供電模式通過數據對供電。PSE通過1/2和3/6線對給PD供電，1/2鍊接形成負極，3/6鍊接形成正極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對傳輸數據，1000BASE-T接口使用全部的4對線對傳輸數據。由于DC直流電和數據頻率互不幹擾，所以可以在同一對線同時傳輸電流和數據。

Alternative B供電模式通過空閑對供電。PSE通過4/5和7/8線對給PD供電，4/5鍊接形成正極，7/8鍊接形成負極。

IEEE标準不允許同時應用以上兩種供電模式。供電設備PSE隻能提供一種用法，但是受電設備PD必須能夠同時适應兩種情況。

PSE設備上電，PD設備通過網絡連接到PSE設備後，PSE與PD就開始進行供電協商：

檢測PD：PSE在端口周期性輸出電流受限的小電壓，用以檢測PD設備的存在。如果檢測到特定阻值的電阻，說明線纜終端連接着支持IEEE 802.3af标準或IEEE 802.3at标準的受電端設備（電阻值在19kΩ～26.5kΩ的特定電阻，通常的小電壓為2.7V～10.1V，檢測周期為2秒）。

供電能力協商即PD設備分類過程：PSE對PD進行分類，并協商供電功率。供電能力協商不僅可以通過解析PSE與PD發送的電阻實現的，還可以通過鍊路層發現協議LLDP（Link Layer Discovery Protocol）協議發現和通告供電能力進行協商。

開始供電：在啟動期内(一般小于15μs)，PSE設備開始從低電壓向PD設備供電，直至提供48V的直流電壓。

正常供電：電壓達到48V之後，PSE為PD設備提供穩定可靠48V的直流電，PD設備功率消耗不超過PSE最大輸出功率。

斷電：供電過程中，PSE會不斷監測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，或電流激增，例如拔下設備或遇到PD設備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負荷等，PSE會斷開電源，并重複檢測過程。

六、通過LLDP協議進行供電能力協商

IEEE 802.1ab定義了可選的TLV(Type Length Value)：Power via MDI（Media Dependent Interface） TLV。LLDP報文封裝Power via MDI TLV，進行MDI供電能力的發現和通告。當PSE檢測到PD後，PSE和PD即周期性地向對方發送LLDP報文，這個報文裡包含了定義的TLV字段。将本端信息發送給對方，對方記錄下報文中包含的信息，達到信息交互的作用。但IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV格式僅能協商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at兩種标準的供電參數，不能協商IEEE 802.3bt标準的供電參數，當相連的PD設備使用IEEE 802.3bt标準供電時，标準Power via MDI TLV将無法協商供電。華為S系列交換機為能夠支持協商IEEE 802.3bt标準的供電參數，自定義了一種Power via MDI TLV。IEEE 802.1ab定義的Power via MDI TLV報文

由2字節的TLV報文頭和12字節的TLV信息字段組成，報文格式如下圖所示：

IEEE 802.1ab定義的TLV報文格式

Power via MDI和Extended Power via MDI各字段含義如下圖所示。

Power via MDI各字段含義

Extended Power via MDI各字段含義

華為公司自定義的Power via MDI TLV

由2字節的TLV報文頭和4字節的TLV信息字段組成，報文格式如下圖所示：

華為公司自定義的TLV報文格式

TLV報文中各字段含義如下：

TLV Type：TLV的類型，占1個字節。取值為1，表示PD支持的供電模式；取值為2，表示PD當前工作的供電模式。

TLV Length：TLV的長度，占1個字節。取值為4，表示TLV信息字段值占4個字節。

TLV Value：TLV的值，占4個字節，共32位。第0位、1位、2位、3位的含義如下圖所示，第4～31位預留。

自定義TLV Value字段含義

前面我們提及了IEEE标準委員會為解決不同廠家供電和受電設備之間的适配性問題，會先後發布了三個PoE标準：IEEE 802.3af标準、IEEE 802.3at标準、IEEE 802.3bt标準。那麼這三個标準有什麼不同呢？

2003年6月，IEEE 802.3工作組制定了IEEE 802.3af标準，作為以太網标準的延伸，對網絡供電的電源、傳輸和接收都做了細緻的規定。例如：IEEE 802.3af标準規定PSE設備需要在每個端口上提供最高15.4W的直流電源。

由于電纜中的一些功率耗散，因此受電設備僅有12.95W可用。2009年10月，為對應大功率終端的需求，誕生了IEEE 802.3at标準，IEEE 802.3at标準在兼容802.3af标準的基礎上，提供最高25.5W的功率，滿足新的需求。

2018年9月，為進一步提升PoE供電功率以及對标準進行優化，IEEE标準委員會的發布了IEEE 802.3bt标準。IEEE 802.3bt标準進一步提升了供電能力，類型3可提供高達51 W的供電功率，類型4可提供高達71.3W的供電功率。此外，還包括對2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持，擴大了高性能無線接入點和監控攝像頭等應用程序的使用。

一般将IEEE 802.3af标準對應的供電技術稱為PoE供電，将IEEE 802.3at标準對應的供電技術稱為PoE 供電，将IEEE 802.3bt标準對應的供電技術稱為PoE 供電，也稱為4PPoE。三種供電技術對應的參數如下圖所示。

PoE供電技術參數對比

PoE供電設備非常普遍，例如華為S系列園區交換機、無線接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供電，設備是否可以支持PoE供電，是由硬件決定的，不能通過升級軟件把不支持PoE供電的設備變更為支持PoE供電的設備。

以華為S系列園區交換機為例，能夠支持PoE供電的交換機叫做PoE交換機，一般部署在接入層，通過内置或外置的PoE電源為終端設備供電。框式交換機要作為PoE交換機，需要同時滿足：一是機框必須是支持PoE供電的機框，二是機框中插入的單闆必須是PoE單闆；盒式交換機隻要設備款型支持PoE功能，設備上電後就可以支持PoE供電。來源架構師技術聯盟

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