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前言
自1998年美高森美公司發明Power over LAN以來，以太網供電(PoE)已經被世界各地的企業用于部署IP電話、WLAN基礎設施、網絡安全攝像頭，以及可靠性和安裝靈活性非常重要的其它技術領域，在已經部署非PoE交換機或設備位于難以接觸的位置的現有安裝設施中，PoE可大幅降低資本支出。通過將電源轉化為智能電源，PoE可按照預先計劃的時間及通過遠程設備調度進行設備掉電，從而降低運營支出。
雖然企業所應對的挑戰不盡相同，但是，服務提供商都面臨著有關設備位置(及是否有AC)和中央設備備份支持的類似問題。
本白皮書簡要介紹現有以太網供電和HDBaseT供電的標準，以及服務提供商如何在不同的無線和有線接入應用中使用PoE和PoH。
以太網供電：技術和標準
PoE技術
一般說來，以太網供電是通過同一根CAT-5(或更好)電纜在不超過100m (333ft)范圍內傳輸功率和數據的技術。它包括兼容設備檢測機制，意味著僅這些兼容設備可獲得供電。能量傳輸的工作電壓總是小于60V，功率總是小于100W，而且電源有防短路保護，因此PoE 對人和設備都安全。與采用現場AC PoE電源適配器相比，PoE的主要優點有：
a) 受電設備(PD)可以位于距離電源設備(PSE)100m半徑范圍內的任何地方
b) PD可以遠程復位，不需要實際上接觸它(通過管理PSE)
c) 所有與單個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，毋須每臺設備都配備一個UPS
e) PoE PD設備可以長時間遠程關機 (采用管理PSE)
PoE標準
原來的PoE標準IEEE802.3af-2003定義了向功耗不超過12.95W的設備進行安全供電的方法。2009年9月，IEEE802.3工作小組對IEEE802.3at-2009規范進行了定稿，針對通過2線對向受電設備傳輸不超過25.5W功率，以及通過單一CAT5或更好的電纜向設備傳輸不超過51W功率進行了定義(未清楚規定如何實現)。現時IEEE802.3bt工作組正在對通過4線對傳輸25.5W以上功率進行明確定義。
HDBaseT供電
HDBaseT是HDBaseT聯盟建立的標準，包括5Play，采用標準RJ-45連接器，可以實現向共享同一電纜的所有設備以高達8 Gb/s速率傳輸未壓縮的視頻和音頻內容、100BaseT以太網、控制信號和功率，傳輸距離高達100 m。由于電視通常需要51W以上功率，而HDBaseT技術著眼于與音頻和視頻設備連接，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，擴展了PoE的能力，通過CAT5e或更好的電纜可以傳輸高達95W功率。HDBaseT聯盟已經選擇美高森美的4線對檢測方法來插入電源，并且在更低功率水平下實現更高的能效，同時降低成本。
中跨與交換機的比較
部署大功率PoE技術的方法有兩種：升級網絡交換機，或者在現有的網絡基礎設施中安裝中跨。帶有PoE功能的交換機具有集成式解決方案的優點，網絡連接僅需要一根電纜。但是，這并不一定是最佳選擇。除非現有數據網絡基礎設施不足應用，要求更換交換機，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，具有良好的靈活性、可靠性、安全性和能效。中跨通過對網絡基礎設施的功率和數據部分進行解耦，從而簡化了網絡擴展和升級，并為電源基礎設施的低端口數目增量升級提供了更大的靈活性。
采用PoE和PoH技術的運營商應用部署
多種運營商應用能夠從PoE或PoH技術受益，下面列舉幾種不同的配置。
室內企業或公共空間小型蜂窩和Wi-Fi熱點
由于要實現更大的覆蓋，小型蜂窩通常部署在較高、難以到達的地方。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、帶寬更高的蜂窩)。這些小半徑蜂窩通常通過1000BaseT(銅纜以太網)與網絡連接。在企業毫微微蜂窩需要同時向10個以上用戶提供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
對于采用以太網基礎設施傳輸數據和功率的部署，PoE允許把系統部署于方便的地方，且安裝簡單。管理PoE還允許進行遠程功率管理，包括功率監測、遠程復位和按照預定計劃關機，節約功率和優化功率使用。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的設備，可以利用單個PoE中跨或開關供電，這一點使其適合于支持冗余電源。
在非運營商所擁有的地點進行運營商聯網設備部署，考慮網絡劃分和部署的問題是非常重要的。許多企業已經擁有與PoE交換機連接的WLAN接入點。同一地點部署多個小型蜂窩，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交換機實現?大多數情況下，現有PoE交換機只支持15.4W，某些情況下支持30W。由于交換機由負責該地點的IT經理管轄和維護，因而更換交換機比較復雜。因此，理想的解決方案是采用中跨，中跨可以添加到到網絡中，并不需要中斷或重新配置現有的交換機。
PoE作為基礎設施的一部分
PoE中跨的其它優點是個體性/獨立性：中跨可提供1、4、6、12和24端口配置，可以：
a) 與一個端口數量很多的交換機配對
b) 兩個交換機之間共享
這意味著僅在真正需要時才購買PoE，PoE刷新周期從以太網交換機刷新周期解耦。由于美高森美管理室內中跨的有限使用壽命保證時間是16年，這意味著完全跳過一個刷新周期。實際上PoE成為了電纜連接基礎設施的一部分。
能效和PoE
僅在需要時才部署PoE還能實現更高能效。如果部署每個端口都有PoE的PoE交換機，但未完全填充，則交換機中的PoE電源將有許多閑置能力，意味著從PoE交換機安裝那刻起，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有的EEPoE(Energy Efficient PoE)技術，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)設備，進一步降低了功耗。與其它美高森美PoE中跨相比，采用EEPoE使得每個端口電纜上的功率損耗減少高達2.25W。
室外小型蜂窩或 Wi-Fi熱點
室外蜂窩位于電力難以到達的地方，此外還有另一個缺點，就是要求IP66或IP67氣象防護等級，這意味著減少輸入端口數量非常重要。再一次，PoE可通過以下方法傳輸功率：
a)從具有PoE能力的光纖回程網關傳輸功率
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+ Wi-Fi網狀熱點及為它們供電)
e) 利用管理PoE開關，它將連接多臺室外 PoE設備，如IP攝像機+小型蜂窩+無線/光纖回程，或IP攝像機+Wi-Fi熱點 + 回程
圖2 以室外中跨部署傳輸功率給小型蜂窩+回程
圖3 室內至室外小型蜂窩/Wi-Fi熱點
圖4 利用帶管理PoE開關的PoE中心，進行小型蜂窩+回程部署
圖5 帶IP攝像頭部署的Wi-Fi網狀熱點
在PoE+ 和PoH面世之前建立的舊的小型蜂窩或回程設備，或許具有在Telecom 電壓工作的獨立DC輸入，這將是額外的輸入，因此，從成本和設計復雜性來說，它的效率不高，正被小型蜂窩生產商逐漸拋棄。
在室外安裝中，確保在受電設備附近提供合適的過電壓保護/避雷裝置以保護受電設備，是非常重要的。在室外PoE PSE(通常內部保護)和受電設備之間電纜較長時，這一點尤其重要。
室外蜂窩還可以與室內通信室連接，此時，需要在建筑物以太網出口附近安裝避雷保護裝置，采用的室內PoE電源應為單端口設備。根據 IEEE802.3-2012的3.3.4.1.1條 - 電氣隔離環境，多端口PSE設備不能用于給安裝在兩幢不同建筑物中的設備供電。這是為了在一臺設備未與過電壓保護裝置連接時，保護各個設備以免相互影響，及保護室內設備不受室外的過電壓影響。
采用室外部署時，考慮通常會使功耗增加到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/HDBaseT供電還可給室外調制解調器供電，用于建立提供給客戶的第一英里連接性 服務。這主要用于以下三種情況：
a) 光纖到戶(FTTH)運營商未能接到用戶樓內
b) 服務為無線(LTE、WiMAX、無線帶寬)和要求室外客戶端
c) 帶有SAT>IP的衛星服務，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置PoE能力的家庭網關(很少見)或單端口中跨從建筑物內部供電。避雷是必須的，最好是作為家庭或辦公室外的獨立設備安裝，盡可能接近以太網電纜進口，并接地。
光纖到分配點(FTTdp)
雖然FTTH為用戶提供了非常快捷的互聯網接入，但是，在許多情況下，由于成本原因而無法實現光纖入戶;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針對電纜這個問題所提出的答案，它可在距離不超過400 m時通過雙絞線傳輸高達1Gb/s。G.FAST減小的環路規格帶來的新問題，就是從統計學上來說，單一DSLAM服務的客戶數量遠小于有幾公里環路的VDSL2，而且，為位于分配點(亦稱為分配點單位，即DPU)的每個DSLAM供電也是一個問題。
問題的解決方法是通過xDSL進行反向供電(RPF)。采用反向供電，功率從客戶所在樓輸送給DPU，大幅降低了安裝費用。DPU負責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是在以太網電纜中運用的IEEE802技術，而RPF是由寬帶論壇(Broadband Forum)和ETSI定義的。
RPF標準
RPF標準目前允許從家庭網關或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 光纖到分配點的反向供電
美高森美PoE系統
美高森美具有廣泛的千兆位PoE系統產品組合，包括：
a) 單端口中跨，傳輸15.4W 至 95W，用于室內至室內、室內至室外和室外至室外部署。
b) 2端口PoE 中心，每個端口30W，用于室外部署
c) 3端口PoE管理開關，每個端口30W，用于室外部署
d) 4端口未管理PoE中跨，每個端口高達30W
e) 6端口、12端口和24端口管理PoE中跨，每個端口高達95W，冗余電源，互動中跨支持和Energy Efficient PoE (EEPoE)
f) 室外避雷裝置，用于以太網解決方案的設備
總結
以太網供電、HDBaseT供電和xDSL反向供電大幅降低了運營商技術，比如小型蜂窩、回程、Wi-Fi、無線帶寬、FTTH和FTTdp的部署和維護的難度。美高森美擁有全面的PoE/PoH產品組合，能夠利用數據基礎設施在室內和室外環境傳輸功率及數據。美高森美還為以太網解決方案提供高度可靠的創新性室外避雷裝置，從而提高與室外設備連接的室內基礎設施的彈性。
美高森美PoE中跨使得企業能夠無縫加入以太網供電應用，并與敏感的以太網設備的大功率電源隔離開來，因此無需更換現有以太網交換機基礎設施。
責任編輯：gt
工商網監
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