全面掌握 PoE:從基礎到進階的完整知識

隨著連網設備的數量急劇增加,這些設備不再僅限於傳統的桌面環境,而是遍佈於各種場景中,從路燈柱到交通交匯處的配電箱等地。這也促使了乙太網供電(PoE)的應用在過去十年間急速增長。本文將深入探討 PoE 技術,包括其基本原理、技術優勢、常見應用場景及相關標準等。
PoE 基本原理與優勢
PoE 技術允許透過與數據傳輸相同的網絡線路來提供電力,無需額外的電源線路。這種技術的核心優勢在於,通過共用同一條網線(如 Cat5e 或 Cat6a 網線)來傳輸數據與電力,能夠有效減少布線困難並提高安裝效率。以下展示了 PoE 連接與傳統分開數據與電力布線的對比:
在 PoE 應用中,PSE(供電設備)通過網絡線路向 PD(受電設備)提供電力。常見的應用案例如 IP 攝像頭(PD)與 PoE 交換機(PSE)之間的連接。
PoE 技術的主要優勢包括:
- 節省成本與安裝時間:由於 Ethernet 網絡線無需專業電工安裝,且不受安裝位置的限制,因此能有效降低安裝成本。PSE 提供電源,使得設備不必依賴附近的電源插座。
- 安裝靈活性:由於設備(PD)由 PSE 提供電力,因此不必靠近傳統電源。PoE 可以支持最長達 100 米的距離(乙太網的最大傳輸距離),大大提高了安裝的靈活性。
- 高可擴展性:PoE 技術可以通過現有的網絡基礎設施快速擴展,根據需求輕鬆增添新設備。
PoE 市場現狀與應用
市場數據顯示,PoE 的應用正穩步增長,並不斷擴展至各種新型設備。這一增長主要源於以下幾個因素:
- 設備類型多樣化:目前,PoE 不僅適用於傳統的 IP 攝像頭,還擴展到了無線接入點、智能照明、感測器等多種設備。
- 功率增長:PoE 提供的功率從最初的 4W 已增長至 90W,這使得越來越多的設備能夠通過 PoE 供電。隨著設備數據傳輸速率的提升,PoE 的應用將更加廣泛。
PoE 的普及還促進了基於 IP 的設備集中管理系統的興起,這些設備可以通過單一的系統進行管理。常見的應用場景包括:智能照明、空調系統、門禁控制、監控、感測器、數位標牌、Wi-Fi 設備及 VoIP 系統等。

主動 PoE 與被動 PoE
PoE 協議可以分為兩種類型:主動 PoE 和 被動 PoE。兩者的主要區別在於電力供應的管理方式。
- 主動 PoE:此類 PoE 提供了對非 PoE 設備的保護,當非 PoE 設備插入 PoE 端口時,會根據設備的需求提供適當的電力。主動 PoE 需要進行設備識別和功率管理,以確保安全運行。
- 被動 PoE:此類 PoE 不進行設備識別,無論設備是否支持 PoE,端口都會持續提供電力。這樣可能導致非 PoE 設備被損壞,因此一般不建議用於高要求的商業環境。
PoE 工作流程
當啟用了 PoE 的設備(PD)連接到 PSE 時,主動 PoE 是如何工作的呢?
- 設備識別:當設備(PD)接入時,PSE 會檢測設備的阻抗,並根據預設的阻抗值識別該設備是否為 PoE 設備。
- 功率分配:根據設備的類別簽名,PSE 會確定設備的功率需求,並進行適當的功率分配。
- 浪湧電流控制:在啟動過程中,PSE 會限制初期啟動時的浪湧電流,確保設備穩定啟動。
- 保持運行:PSE 定期與 PD 檢查連接狀況,保持系統運行。
- 設備斷開:當 PD 與 PSE 斷開連接時,PSE 必須在 15-20 毫秒內移除電壓,防止電力繼續供應。

PoE 標準
PoE 的主動和被動協議是根據 IEEE 802.3af、802.3at 和 802.3bt 等標準來定義的,這些標準定義了不同功率等級的 PoE 方案。具體標準和分類如下:
802.3af:類型 1,類別 1-3,最大功率 15.4W。
802.3at:類型 2,類別 4,最大功率 25.5W。
802.3bt:類型 3 和 4,類別 5-8,最大功率可達 90W。
下圖顯示了每個類別 PSE 可以提供的功率以及 PD 接收的最小功率。
在Cat5或Cat6網線中,包含四對電線。
802.3af和802.3at協議透過其中的兩對電線來傳輸電力。這兩種協議有兩種可能的接線模式(A型和B型)。無論是A型還是B型模式,都有四條電線不會用於電力傳輸。以下圖示展示了這兩種模式的接線圖。
- 支援Type 3(60W)和Type 4(90W)
- 支援雙重簽名PD(受電設備)。這意味著設備可以擁有兩個獨立的檢測和分類電路。對於像是具備加熱功能的IP攝像頭等設備,這將非常有用。
- 降低待機功耗 - 最低待機功耗為20mW,僅為802.3at規範下200mW的十分之一。這將大幅節省能源,特別是在PoE LED照明系統中。
- 自動分類 - 至少提供71W的功率給PD,PSE(供電設備)可自動檢測PD實際最大功率需求並進行調整,從而提高能效並減少不必要的功率浪費。
其他注意事項
以下是一些重要的注意事項:
- 受電設備(PD)功率 – 請確認參考的是提供給受電設備(PD)的實際功率,而不是供電設備(PSE)輸出的功率。例如,如果一台攝像頭需要28W的功率,僅用802.3at協議提供的30W(PSE輸出)是不足夠的,因為實際提供給PD的功率只有25.5W。
- 電壓 – 對於需要直流電輸入才能啟動的PSE設備,應注意不同標準的輸入電壓範圍。例如,Type 4要求的電壓範圍是52-57VDC。48VDC的電源非常常見,因此,電源需要能夠至少提供52V,才能啟動802.3bt標準的PD。以下是每種標準所需的電壓範圍表格:
- 專有協議 – 在IEEE正式制定802.3bt標準之前,有些設備需要超過802.3at(30W)所能提供的功率。為了解決這個問題,當時開發了幾種專有協議,這些協議主要以注入器(injector)的形式實施。其基本運作原理是,協議會協商為802.3at,但不是透過兩對線傳輸電力,而是透過四對線來傳送,這樣就能夠讓PSE提供超過30W的功率。
- 向後兼容性 – 所有IEEE的PoE標準和協議都是向後兼容的。例如,一個被分類為802.3af PD的設備,仍然可以在802.3bt PSE上正常運行,無需任何問題。
Type 1 | Type 2 | Type 3 | Type 4 | |
PSE Voltage | 44-57VDC | 50-57VDC | 50-57VDC | 52-57VDC |
管理型PoE交換機功能
PoE交換機是最常見的供電設備(PSE)類型之一,而管理型PoE交換機相比無管理型交換機,提供了更多先進的功能。無管理型PoE交換機基本上是即插即用設備,而管理型PoE交換機則能讓用戶配置網路及交換機本身。例如,來自益網科技的管理型PoE交換器,提供了專門設計的附加配置選項,以優化PoE功能 。
- PoE排程功能 – 管理型PoE交換機支援先進的PoE排程功能,使用戶能夠設置個別PoE端口在特定的日期和時間提供電力。這種排程靈活性有助於企業優化電力使用,並通過僅在需要時啟動設備來減少能源消耗。
- 專有模式 –這個功能允許高功率的受電設備(PD)透過PoE端口獲得超過30W的電力,同時仍然與802.3at協議協商。這對需要較高功率的設備非常有用,確保其高效穩定運行。
- PoE看門狗和自動恢復功能 – PoE看門狗和自動恢復功能允許配置個別PoE端口來定期對連接的PoE設備進行ping檢測。如果設備在設定的時間內未回應,端口將自動重啟,實現設備的自動重啟和電力循環。這種自我修復功能可以無需人工干預就恢復設備運行,顯著減少停機時間並降低維護成本,例如減少現場維修的需求。
結論
隨著PoE標準的持續擴展,將會有更多新設備和應用程式受益於這些新技術。PoE將穩步變得比以往更加普及。EtherWAN提供的硬化型PoE交換機,支持最新的802.3bt標準,能在極端溫度環境下(-40°F至167°F)保持不間斷運行,並具備專有模式和PoE看門狗等提升使用體驗的功能。EtherWAN的卓越品質,還由硬化型PoE交換機的終身有限保固提供保障
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