PoE供电

定义

PoE,Power over Ethernet,就是通过网线给接入的设备供电。网线,又叫双绞线。双绞线,顾名思义就是两根绞在一起的线。一般的网线由4对双绞线组成,也就是8根线。这4对,8芯网线组成是按照一定的规则排序的,有T568A、T568B两种规范。具体定义要求如下:

引脚T568AT568B百兆千兆
1绿白橙白Tx+Tx+D1+
2绿Tx-Tx-D1-
3橙白绿白Rx+Rx+D2+
4NCD3+
5蓝白蓝白NCD3-
6绿Rx-Rx-D2-
7棕白棕白NCD4+
8NCD4-

从中我们可以看到,在百兆传输网络里,其实一共只需要2对,4根线。剩下的4根线是空闲的。而千兆网络,4对8根线全部用上了。另外T568B标准使用的比较多,而T568A标准多用于同类似设备的直连,比如两台电脑之间连接。另外现在数据交换技术发展,各种设备的网口一般也能自适应于A/B不同标准。

标准

上面提到百兆网络里,有2对4根网线是空闲的,那能不能用这4根线来传输电源,给设备供电?答案是肯定的。唯一的问题是受电端设备不一样,需要的电压肯定不一样,如果提供过来的电压不符合受电端设备的要求,比如电压过高,那肯定容易损坏设备。所以需要统一标准。
这个标准就是由电气和电子工程师协会(IEEE)制定的关于POE供电的IEEE 802.3标准。目前已有的关于PEO供电的IEEE 802.3标准总结如下:

标准别称最大功率供电线序
802.3afPoE15.4W12+/36-或者45+/78-
802.3atPoE+30W12+/36-或者45+/78-
802.3bt4PPoE/PoE++60W12+/36-或者45+/78-或者1245+/3678-
802.3bt4PPoE/PoE++100W1245+/3678-

从列表中我们可以看出,一共有3中供电线序,我们把它命名为A,B,4对三种模式。A模式,使用1236线传输数据时同时传输电源。B模式,使用1236线传输数据,使用4578线传输电源。
由POE供电设备(比如POE交换机)来决定使用A或者B供电线序模式。同时POE受电设备必须同时支持A/B两种供电线序。
4对线模式,即802.3bt标准使用的供电线序。4对线都需要使用来传输电源。
非标准PoE
所谓非标准PoE,简单说就是不符合802.3af/at标准的网线供电方式。要点是利用百兆网线空闲的4578线对直接传输电源,比如5V,9V,12V或者24V电源直接从网线的一头传输到另一头给受电设备。所以很明显,如果受电设备需要的额定电压是5V,但是传过来的电压是12V,那很可能因为电压过高损坏设备。同时因为是直接供电,不太合适太高的电压传输,这样也导致能支持的传输距离短(电压低,压降厉害)。所以使用非标准POE设备时,一定要注意,POE供电设备和受电设备电压一致,同时传输距离不能太远。

安防里的应用

在高清网络视频监控项目中,POE网络摄像机传输距离的限制主要在于网线的损耗以及晚上摄像机红外灯开启以后更大的功耗。
理论上3类网线允许的正常100米网线的阻抗最大为20Ω,5类是12.5Ω。在802.3af标准15.4瓦,350mA供电的条件下其压降为7V,网线损耗为2.45瓦,受电终端最大可得功率则为15.4-2.45 = 12.95瓦。一般网络摄像机白天功耗大约是3-5瓦,晚上红外灯完全开启以后大约是8-10W。所以POE网络摄像机传输距离到100米没什么问题。不过,如使用网线质量不佳,或使用非铜线将增大线损,严重降低POE传输距离甚至摄像机的供电稳定性(表现就会晚上摄像机频繁掉线)。
假如我们使用802.3at标准30瓦,600mA供电,5类网线传输,计算下能否传输250米还能给摄像机稳定供电。
250米标准5类网线的最大电阻31.25Ω,传输压降18.75V,网线损耗为11.25W,受电终端还有30-11.25=18.75瓦。
供电够了,但我们不能忽略更关键的端口的传输速率。交换机传输距离限定在100米,很重要的是100米内能保证100M的传输带宽,超过100米,网络传输带宽会急剧下降,丢包严重。但是如果将端口降速到10M,足够保证250米远的传输距离,对于单个网络摄像机,10M的带宽已足够。
以上只是一个简单的计算和说明,用来说明为什么现在市面上有很多声称支持将普通POE摄像机传输250米的POE交换机。从供电和支持单个摄像机传输速率角度来看,这种产品理论上看是确实可行的。需要注意的是,实际中,一般网络摄像机只支持802.3af标准,同时传输过程中线路的发热量会造成较大的功耗损失。但即使如此,通过优化,适当提高供电端(POE交换机)的电压,降低传输的电流(减少受电端的压降,减少线路传输过程中的发热量,减少功耗损失),同时降低端口速率到10M,将一个802.3af标准的POE网络摄像机稳定传输250米是可行的。

安防里的PoE产品

  • PoE网络摄像机
  • PoE交换机
  • PoE模块
  • PoE分离器

参考资料:

  1. 60W大功率PoE供电技术
  2. 维基百科:PoE
  3. Midspan
  4. Phihong
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谈笑有鸿儒,
往来无白丁。

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