以太網(wǎng)供電和HDBaseT供電的標(biāo)準(zhǔn)及所具有的的應(yīng)用優(yōu)勢

前言

自1998年美高森美公司發(fā)明Power over LAN以來，以太網(wǎng)供電(PoE)已經(jīng)被世界各地的企業(yè)用于部署IP電話、WLAN基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)安全攝像頭，以及可靠性和安裝靈活性非常重要的其它技術(shù)領(lǐng)域，在已經(jīng)部署非PoE交換機(jī)或設(shè)備位于難以接觸的位置的現(xiàn)有安裝設(shè)施中，PoE可大幅降低資本支出。通過將電源轉(zhuǎn)化為智能電源，PoE可按照預(yù)先計(jì)劃的時(shí)間及通過遠(yuǎn)程設(shè)備調(diào)度進(jìn)行設(shè)備掉電，從而降低運(yùn)營支出。

雖然企業(yè)所應(yīng)對的挑戰(zhàn)不盡相同，但是，服務(wù)提供商都面臨著有關(guān)設(shè)備位置(及是否有AC)和中央設(shè)備備份支持的類似問題。

本白皮書簡要介紹現(xiàn)有以太網(wǎng)供電和HDBaseT供電的標(biāo)準(zhǔn)，以及服務(wù)提供商如何在不同的無線和有線接入應(yīng)用中使用PoE和PoH。

以太網(wǎng)供電：技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

PoE技術(shù)

一般說來，以太網(wǎng)供電是通過同一根CAT-5(或更好)電纜在不超過100m (333ft)范圍內(nèi)傳輸功率和數(shù)據(jù)的技術(shù)。它包括兼容設(shè)備檢測機(jī)制，意味著僅這些兼容設(shè)備可獲得供電。能量傳輸?shù)墓ぷ麟妷嚎偸切∮?0V，功率總是小于100W，而且電源有防短路保護(hù)，因此PoE 對人和設(shè)備都安全。與采用現(xiàn)場AC PoE電源適配器相比，PoE的主要優(yōu)點(diǎn)有：

a) 受電設(shè)備(PD)可以位于距離電源設(shè)備(PSE)100m半徑范圍內(nèi)的任何地方

b) PD可以遠(yuǎn)程復(fù)位，不需要實(shí)際上接觸它(通過管理PSE)

c) 所有與單個(gè)PSE連接的PD都可以通過單一不間斷電源(UPS)獲得備份電源支持，毋須每臺(tái)設(shè)備都配備一個(gè)UPS

d) RJ45連接器是通用的，在所有國家都通用

e) PoE PD設(shè)備可以長時(shí)間遠(yuǎn)程關(guān)機(jī) (采用管理PSE)

PoE標(biāo)準(zhǔn)

原來的PoE標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3af-2003定義了向功耗不超過12.95W的設(shè)備進(jìn)行安全供電的方法。2009年9月，IEEE802.3工作小組對IEEE802.3at-2009規(guī)范進(jìn)行了定稿，針對通過2線對向受電設(shè)備傳輸不超過25.5W功率，以及通過單一CAT5或更好的電纜向設(shè)備傳輸不超過51W功率進(jìn)行了定義(未清楚規(guī)定如何實(shí)現(xiàn))?，F(xiàn)時(shí)IEEE802.3bt工作組正在對通過4線對傳輸25.5W以上功率進(jìn)行明確定義。

HDBaseT供電

HDBaseT是HDBaseT聯(lián)盟建立的標(biāo)準(zhǔn)，包括5Play，采用標(biāo)準(zhǔn)RJ-45連接器，可以實(shí)現(xiàn)向共享同一電纜的所有設(shè)備以高達(dá)8 Gb/s速率傳輸未壓縮的視頻和音頻內(nèi)容、100BaseT以太網(wǎng)、控制信號(hào)和功率，傳輸距離高達(dá)100 m。由于電視通常需要51W以上功率，而HDBaseT技術(shù)著眼于與音頻和視頻設(shè)備連接，因此滿足了傳輸更高功率的要求。

HDBaseT供電(PoH)于2011年9月獲得批準(zhǔn)，擴(kuò)展了PoE的能力，通過CAT5e或更好的電纜可以傳輸高達(dá)95W功率。HDBaseT聯(lián)盟已經(jīng)選擇美高森美的4線對檢測方法來插入電源，并且在更低功率水平下實(shí)現(xiàn)更高的能效，同時(shí)降低成本。

中跨與交換機(jī)的比較

部署大功率PoE技術(shù)的方法有兩種：升級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，或者在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中安裝中跨。帶有PoE功能的交換機(jī)具有集成式解決方案的優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)連接僅需要一根電纜。但是，這并不一定是最佳選擇。除非現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不足應(yīng)用，要求更換交換機(jī)，增加容量或提升性能，以及需要低功耗水平，否則的話，中跨才是PoE部署的最佳選擇。中跨可以簡化部署、管理和維護(hù)，具有良好的靈活性、可靠性、安全性和能效。中跨通過對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的功率和數(shù)據(jù)部分進(jìn)行解耦，從而簡化了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和升級(jí)，并為電源基礎(chǔ)設(shè)施的低端口數(shù)目增量升級(jí)提供了更大的靈活性。

采用PoE和PoH技術(shù)的運(yùn)營商應(yīng)用部署

多種運(yùn)營商應(yīng)用能夠從PoE或PoH技術(shù)受益，下面列舉幾種不同的配置。

室內(nèi)企業(yè)或公共空間小型蜂窩和Wi-Fi熱點(diǎn)

由于要實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋，小型蜂窩通常部署在較高、難以到達(dá)的地方。一般說來，它們的功耗是10W(用于話音的短距離毫微微蜂窩)至可能包括IEEE802.11ac支持的50W(用于距離更遠(yuǎn)、帶寬更高的蜂窩)。這些小半徑蜂窩通常通過1000BaseT(銅纜以太網(wǎng))與網(wǎng)絡(luò)連接。在企業(yè)毫微微蜂窩需要同時(shí)向10個(gè)以上用戶提供100Mb/s帶寬的極端情況中，可以采用2.5Gb/s連接，如NBase-T或10GBaseT上行鏈路。

圖1 采用PoE的小型蜂窩簇部署

對于采用以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施傳輸數(shù)據(jù)和功率的部署，PoE允許把系統(tǒng)部署于方便的地方，且安裝簡單。管理PoE還允許進(jìn)行遠(yuǎn)程功率管理，包括功率監(jiān)測、遠(yuǎn)程復(fù)位和按照預(yù)定計(jì)劃關(guān)機(jī)，節(jié)約功率和優(yōu)化功率使用。在需要管理的情況下，還可以提供支持IPv6和SNMPv3的能力。對于向客戶提供合約服務(wù)的設(shè)備，可以利用單個(gè)PoE中跨或開關(guān)供電，這一點(diǎn)使其適合于支持冗余電源。

在非運(yùn)營商所擁有的地點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)營商聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署，考慮網(wǎng)絡(luò)劃分和部署的問題是非常重要的。許多企業(yè)已經(jīng)擁有與PoE交換機(jī)連接的WLAN接入點(diǎn)。同一地點(diǎn)部署多個(gè)小型蜂窩，增加了蜂窩覆蓋率并提高了Wi-Fi帶寬，但是，所需要的功耗也大幅提高，從而帶來了以下問題：是否可以采用PoE交換機(jī)實(shí)現(xiàn)?大多數(shù)情況下，現(xiàn)有PoE交換機(jī)只支持15.4W，某些情況下支持30W。由于交換機(jī)由負(fù)責(zé)該地點(diǎn)的IT經(jīng)理管轄和維護(hù)，因而更換交換機(jī)比較復(fù)雜。因此，理想的解決方案是采用中跨，中跨可以添加到到網(wǎng)絡(luò)中，并不需要中斷或重新配置現(xiàn)有的交換機(jī)。

PoE作為基礎(chǔ)設(shè)施的一部分

PoE中跨的其它優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體性/獨(dú)立性：中跨可提供1、4、6、12和24端口配置，可以：

a) 與一個(gè)端口數(shù)量很多的交換機(jī)配對

b) 兩個(gè)交換機(jī)之間共享

這意味著僅在真正需要時(shí)才購買PoE，PoE刷新周期從以太網(wǎng)交換機(jī)刷新周期解耦。由于美高森美管理室內(nèi)中跨的有限使用壽命保證時(shí)間是16年，這意味著完全跳過一個(gè)刷新周期。實(shí)際上PoE成為了電纜連接基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。

能效和PoE

僅在需要時(shí)才部署PoE還能實(shí)現(xiàn)更高能效。如果部署每個(gè)端口都有PoE的PoE交換機(jī)，但未完全填充，則交換機(jī)中的PoE電源將有許多閑置能力，意味著從PoE交換機(jī)安裝那刻起，功率損失更高。PoE中跨允許僅針對需要供電的設(shè)備安裝PoE，最大程度地減少備用功率損失。

美高森美的PD-55xx、PD-95xx和PD-96xx系列包括美高森美獨(dú)有的EEPoE(Energy Efficient PoE)技術(shù)，通過利用CAT5(或更好的電纜)中的所有銅，將功率傳輸給IEEE802.3at 25.5W(或以下)設(shè)備，進(jìn)一步降低了功耗。與其它美高森美PoE中跨相比，采用EEPoE使得每個(gè)端口電纜上的功率損耗減少高達(dá)2.25W。

室外小型蜂窩或 Wi-Fi熱點(diǎn)

室外蜂窩位于電力難以到達(dá)的地方，此外還有另一個(gè)缺點(diǎn)，就是要求IP66或IP67氣象防護(hù)等級(jí)，這意味著減少輸入端口數(shù)量非常重要。再一次，PoE可通過以下方法傳輸功率：

a)從具有PoE能力的光纖回程網(wǎng)關(guān)傳輸功率

b)利用室外中跨

c) 利用距離小型蜂窩或Wi-Fi不到100 m的室內(nèi)單端口中跨

d) 利用室外額定PoE中心(連接小型蜂窩+回程或IP攝像機(jī)+ Wi-Fi網(wǎng)狀熱點(diǎn)及為它們供電)

e) 利用管理PoE開關(guān)，它將連接多臺(tái)室外 PoE設(shè)備，如IP攝像機(jī)+小型蜂窩+無線/光纖回程，或IP攝像機(jī)+Wi-Fi熱點(diǎn) + 回程

圖2 以室外中跨部署傳輸功率給小型蜂窩+回程

圖3 室內(nèi)至室外小型蜂窩/Wi-Fi熱點(diǎn)

圖4 利用帶管理PoE開關(guān)的PoE中心，進(jìn)行小型蜂窩+回程部署

圖5 帶IP攝像頭部署的Wi-Fi網(wǎng)狀熱點(diǎn)

在PoE+ 和PoH面世之前建立的舊的小型蜂窩或回程設(shè)備，或許具有在Telecom 電壓工作的獨(dú)立DC輸入，這將是額外的輸入，因此，從成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性來說，它的效率不高，正被小型蜂窩生產(chǎn)商逐漸拋棄。

在室外安裝中，確保在受電設(shè)備附近提供合適的過電壓保護(hù)/避雷裝置以保護(hù)受電設(shè)備，是非常重要的。在室外PoE PSE(通常內(nèi)部保護(hù))和受電設(shè)備之間電纜較長時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。

室外蜂窩還可以與室內(nèi)通信室連接，此時(shí)，需要在建筑物以太網(wǎng)出口附近安裝避雷保護(hù)裝置，采用的室內(nèi)PoE電源應(yīng)為單端口設(shè)備。根據(jù) IEEE802.3-2012的3.3.4.1.1條 - 電氣隔離環(huán)境，多端口PSE設(shè)備不能用于給安裝在兩幢不同建筑物中的設(shè)備供電。這是為了在一臺(tái)設(shè)備未與過電壓保護(hù)裝置連接時(shí)，保護(hù)各個(gè)設(shè)備以免相互影響，及保護(hù)室內(nèi)設(shè)備不受室外的過電壓影響。

采用室外部署時(shí)，考慮通常會(huì)使功耗增加到70W的加熱和冷卻要求是非常重要的。70W在PoH的范圍而并非在PoE的范圍。

第一英里

以太網(wǎng)/HDBaseT供電還可給室外調(diào)制解調(diào)器供電，用于建立提供給客戶的第一英里連接性 服務(wù)。這主要用于以下三種情況：

a) 光纖到戶(FTTH)運(yùn)營商未能接到用戶樓內(nèi)

b) 服務(wù)為無線(LTE、WiMAX、無線帶寬)和要求室外客戶端

c) 帶有SAT>IP的衛(wèi)星服務(wù)，定義了具有PoE連接性的IP LNB

在這三種情況中，室外客戶端可以通過具有內(nèi)置PoE能力的家庭網(wǎng)關(guān)(很少見)或單端口中跨從建筑物內(nèi)部供電。避雷是必須的，最好是作為家庭或辦公室外的獨(dú)立設(shè)備安裝，盡可能接近以太網(wǎng)電纜進(jìn)口，并接地。

光纖到分配點(diǎn)(FTTdp)

雖然FTTH為用戶提供了非常快捷的互聯(lián)網(wǎng)接入，但是，在許多情況下，由于成本原因而無法實(shí)現(xiàn)光纖入戶;而以往與電纜競爭的VDSL2的連接速度又不夠快(250Mb/s 與 10Gb/s比較)。G.FAST是ITU-T針對電纜這個(gè)問題所提出的答案，它可在距離不超過400 m時(shí)通過雙絞線傳輸高達(dá)1Gb/s。G.FAST減小的環(huán)路規(guī)格帶來的新問題，就是從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來說，單一DSLAM服務(wù)的客戶數(shù)量遠(yuǎn)小于有幾公里環(huán)路的VDSL2，而且，為位于分配點(diǎn)(亦稱為分配點(diǎn)單位，即DPU)的每個(gè)DSLAM供電也是一個(gè)問題。

問題的解決方法是通過xDSL進(jìn)行反向供電(RPF)。采用反向供電，功率從客戶所在樓輸送給DPU，大幅降低了安裝費(fèi)用。DPU負(fù)責(zé)公平地分享來自不同用戶的功率。

PoE和RPF不一樣。正如前面提到的那樣，PoE是在以太網(wǎng)電纜中運(yùn)用的IEEE802技術(shù)，而RPF是由寬帶論壇(Broadband Forum)和ETSI定義的。

RPF標(biāo)準(zhǔn)

RPF標(biāo)準(zhǔn)目前允許從家庭網(wǎng)關(guān)或RPF注入器通過2線對傳輸21W功率。DPU可以提供的功率取決于雙絞線電纜的質(zhì)量，以及用戶和DPU之間的距離。出于安全原因，電壓是安全特低電壓(SELV)或小于60V。

圖6 光纖到分配點(diǎn)的反向供電

美高森美PoE系統(tǒng)

美高森美具有廣泛的千兆位PoE系統(tǒng)產(chǎn)品組合，包括：

a) 單端口中跨，傳輸15.4W 至 95W，用于室內(nèi)至室內(nèi)、室內(nèi)至室外和室外至室外部署。

b) 2端口PoE 中心，每個(gè)端口30W，用于室外部署

c) 3端口PoE管理開關(guān)，每個(gè)端口30W，用于室外部署

d) 4端口未管理PoE中跨，每個(gè)端口高達(dá)30W

e) 6端口、12端口和24端口管理PoE中跨，每個(gè)端口高達(dá)95W，冗余電源，互動(dòng)中跨支持和Energy Efficient PoE (EEPoE)

f) 室外避雷裝置，用于以太網(wǎng)解決方案的設(shè)備

總結(jié)

以太網(wǎng)供電、HDBaseT供電和xDSL反向供電大幅降低了運(yùn)營商技術(shù)，比如小型蜂窩、回程、Wi-Fi、無線帶寬、FTTH和FTTdp的部署和維護(hù)的難度。美高森美擁有全面的PoE/PoH產(chǎn)品組合，能夠利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施在室內(nèi)和室外環(huán)境傳輸功率及數(shù)據(jù)。美高森美還為以太網(wǎng)解決方案提供高度可靠的創(chuàng)新性室外避雷裝置，從而提高與室外設(shè)備連接的室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的彈性。

美高森美PoE中跨使得企業(yè)能夠無縫加入以太網(wǎng)供電應(yīng)用，并與敏感的以太網(wǎng)設(shè)備的大功率電源隔離開來，因此無需更換現(xiàn)有以太網(wǎng)交換機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施。