华为交换机PoE供电介绍

1、PoE简介

以太网供电PoE（Power over Ethernet）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）。

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。

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。

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。

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。

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。

PoE的优势：

1、可靠：电源集中供电，备份方便。

2、连接简捷：网络终端不需外接电源，只需要一根网线。

3、标准：符合IEEE 802.3af、IEEE 802.3at标准，使用全球统一的电源接口。

4、大量节省电源布线成本，提供简单、方便的电源安装方式。

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。

2、PoE供电系统的组成

PoE供电系统包括：

1、供电设备PSE（Power-sourcing Equipment）：

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。

2、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。

3、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。

3、PoE供电的工作过程

1、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）。

2、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：解析检测到的特性电阻和通过LLDP协议进行供电能力协商。

3、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。

4、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37W。

5、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。

3、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。

1、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。

2、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。

4、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）和Alternative B（4/5和7/8线对）两种供电模式。

1、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。

2、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设备只需支持其中一种，华为支持PoE供电的设备作为PSE只支持Alternative A供电模式。

5、通过LLDP协议进行PoE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。

图1 TLV报文格式

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：

TLV报文中几个主要字段的含义如下：

1、MDI power support

2、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）。

3、power class

4、Type/source/priority

5、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。

6、PoE供电应用场景

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。

图1 PoE典型应用示意图

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。