一文了解PoE供电技术

PoE(Power over Ethernet)是指通过网线传输电力的一种技术，借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备(如：IP电话、AP、IP摄像头等)进行数据传输和供电。

PoE又被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN，简称PoL)或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电。

为了规范和促进PoE供电技术的发展，解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。

为什么需要PoE?

随着网络中IP电话、网络视频监控以及无线以太网设备的日益广泛，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，终端设备需要直流供电，而终端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，终端设备需要的交直流转换器也难有位置安置。另外，在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个终端设备，这些设备需要统一的供电和统一的管理，由于供电位置的限制，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，使用于数据传输的网线同时具备直流供电的能力，有效解决IP电话、无线AP、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。PoE供电具有可靠、连接简捷、标准统一的优势：

可靠：一台PoE设备可以同时为多个终端设备供电，实现电源集中供电的同时，还可以进行电源备份。

连接简捷：终端设备不需外接电源，只需要一根网线。

标准：符合国际标准，使用全球统一的RJ45电源接口，可保证与不同厂商的设备对接。

PoE是如何工作的?

如下图所示，PoE供电系统包括如下两个设备角色：

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，例如：PoE交换机。

受电设备PD(Powered Device)：如无线AP、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供电设备角色

PoE供电模式

按照IEEE标准的定义，PSE设备分为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Cloudengine S系列PoE交换机的PoE功能模块全部集成在设备的内部，属于Endpoint的PSE设备。

Endpoint类型的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。

Alternative A供电模式通过数据对供电。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。

Alternative B供电模式通过空闲对供电。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。

IEEE标准不允许同时应用以上两种供电模式。供电设备PSE只能提供一种用法，但是受电设备PD必须能够同时适应两种情况。

PoE供电协商流程

PSE设备上电，PD设备通过网络连接到PSE设备后，PSE与PD就开始进行供电协商：

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)。

供电能力协商即PD设备分类过程：PSE对PD进行分类，并协商供电功率。供电能力协商不仅可以通过解析PSE与PD发送的电阻实现的，还可以通过链路层发现协议LLDP(Link Layer Discovery Protocol)协议发现和通告供电能力进行协商。

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。

通过LLDP协议进行供电能力协商

IEEE 802.1ab定义了可选的TLV(Type Length Value)：Power via MDI(Media Dependent Interface) TLV。LLDP报文封装Power via MDI TLV，进行MDI供电能力的发现和通告。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。 但IEEE 802.1ab定义的Power via MDI TLV格式仅能协商IEEE 802.3af和IEEE 802.3at两种标准的供电参数，不能协商IEEE 802.3bt标准的供电参数，当相连的PD设备使用IEEE 802.3bt标准供电时，标准Power via MDI TLV将无法协商供电。华为S系列交换机为能够支持协商IEEE 802.3bt标准的供电参数，自定义了一种Power via MDI TLV。 IEEE 802.1ab定义的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，报文格式如下图所示：

IEEE 802.1ab定义的TLV报文格式

Power via MDI和Extended Power via MDI各字段含义如下图所示。

Power via MDI各字段含义

Extended Power via MDI各字段含义 华为公司自定义的Power via MDI TLV

由2字节的TLV报文头和4字节的TLV信息字段组成，报文格式如下图所示：

华为公司自定义的TLV报文格式

TLV报文中各字段含义如下：

TLV Type：TLV的类型，占1个字节。取值为1，表示PD支持的供电模式;取值为2，表示PD当前工作的供电模式。

TLV Length：TLV的长度，占1个字节。取值为4，表示TLV信息字段值占4个字节。

TLV Value：TLV的值，占4个字节，共32位。第0位、1位、2位、3位的含义如下图所示，第4～31位预留。

自定义TLV Value字段含义

PoE供电标准有哪些?

前面我们提及了IEEE标准委员会为解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。那么这三个标准有什么不同呢?

2003年6月，IEEE 802.3工作组制定了IEEE 802.3af标准，作为以太网标准的延伸，对网络供电的电源、传输和接收都做了细致的规定。例如：IEEE 802.3af标准规定PSE设备需要在每个端口上提供最高15.4W的直流电源。

由于电缆中的一些功率耗散，因此受电设备仅有12.95W可用。2009年10月，为对应大功率终端的需求，诞生了IEEE 802.3at标准，IEEE 802.3at标准在兼容802.3af标准的基础上，提供最高25.5W的功率，满足新的需求。

2018年9月，为进一步提升PoE供电功率以及对标准进行优化，IEEE标准委员会的发布了IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt标准进一步提升了供电能力，类型3可提供高达51 W的供电功率，类型4可提供高达71.3W的供电功率。此外，还包括对2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T的支持，扩大了高性能无线接入点和监控摄像头等应用程序的使用。

一般将IEEE 802.3af标准对应的供电技术称为PoE供电，将IEEE 802.3at标准对应的供电技术称为PoE+供电，将IEEE 802.3bt标准对应的供电技术称为PoE++供电，也称为4PPoE。三种供电技术对应的参数如下图所示。

PoE供电技术参数对比

有哪些设备可以支持PoE供电

PoE供电设备非常普遍，例如华为S系列园区交换机、无线接入控制器AC和AR接入路由器都有款型可以支持PoE供电，设备是否可以支持PoE供电，是由硬件决定的，不能通过升级软件把不支持PoE供电的设备变更为支持PoE供电的设备。

以华为S系列园区交换机为例，能够支持PoE供电的交换机叫做PoE交换机，一般部署在接入层，通过内置或外置的PoE电源为终端设备供电。框式交换机要作为PoE交换机，需要同时满足：一是机框必须是支持PoE供电的机框，二是机框中插入的单板必须是PoE单板;盒式交换机只要设备款型支持PoE功能，设备上电后就可以支持PoE供电。

审核编辑：汤梓红