【技術文章】乙太網供電安裝指南

概述

多年前,有人想到了將電源和數據通信同時結合在雙絞線電纜上傳輸的想法,所以誕生了"乙太網供電(PoE, Power over Ethernet)"。 在過去的幾年中,已經推出了許多能透過同一根電纜來達成供電和傳輸數據的設備,並且持續的有更多的設備投入這樣的概念。



乙太網路供電安裝指南

在大多數情況下,透過使用PoE能夠消除對交流電源插座的需求,從而降低了勞力需求和相關建置成本。 讓設備不需使用外加電源即可運行,這意味著減少了一個可能的故障點。 而且,由於PoE使用更低,更安全的電壓,因此不需要嚴格的安規要求,例如線路供電設備所需的導管和電氣盒等等。


PoE系統運作是由三個部分所組成:

  • 電源設備(PSE),可將電源與數據信號結合於同一電纜上。 通常是一個支援PoE的Switch,或者是在Switch自身無法供電的情況下所額外添加的PoE Injector。
  • 可乘載電源及數據傳輸的電纜, IEEE標準指定兩對或四對雙絞線佈線系統。
  • 受電設備(PD),支援PoE的終端設備
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在IEEE的標準中,PSE只有在PD請求後才會開始提供電源。 一旦PD斷開連接,PSE也將停止供電。這使得PoE相較插座上提供的交流電源更加安全。
同時PoE還使用更低、更安全的直流電壓:43~57 Vdc。


第一代PoE標準802.3af於2003年定案,其可在兩對電源之間可提供高達15.4瓦的功率。到了2009年802.3at(也稱為“ PoE +”)定案,其可支援高
達30W的功率。 思科開發了“ Universal PoE”(UPOE),並使用4個線對供電將最大功率推到60W。 2018年9月,IEEE批準了802.3bt,將電源功率提升至90W。

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PoE實施的三個步驟

所以,成功的PoE實施包括三個步驟:
1. 選擇設備
2. 電纜認證
3. 安裝和故障排除
讓我們看看每個步驟都需要作什麼。


1. 選擇設備

儘管PoE帶來了許多的功能及便利性,但圍繞在相關設備的規範及標準化仍存在問題。因為PoE只是一個功能性的名詞並非是一個經註冊或是經認證後才能使用的專業名詞,所以任何的廠商都能夠宣稱自己的產品擁有這項功能。目前IEEE所規範定義的PoE標準共有3種,這些標準定義了八種不同的功率級 別或類型,可透過四種不同配置來實現功能:Type 1和2使用兩對線供電,Type3和4使用四對線供電。此外,供應商採用了一些術語,例如PoE +和PoE ++以及思科的 Universal PoE(UPOE)。儘管這些方法都符合三個IEEE標準,但當廠商在創建標準之外PoE功能時,依舊存在著疑慮。舉例來說,“被動式” PoE可以讓PSE和PD之間不需透過協商交握就會“持續”的提供電源,以及要求非標準LLDP協定所提供的功率。很快的該領域的技術人員及系統設計師可就會對於設備間的相容性產生很多的疑惑。


⼄太網聯盟認證計畫
為了減少這種混亂狀況發生的機會以及增加設備間的協作性,由代表90%的PSE設備的製造商組成了乙太網聯盟並宣布了建立PoE認證的計劃。該計畫提供了一系列的方法來驗證其產品與其他基於IEEE-802.3的PoE設備間的相互協作性,並為通過的產品提供簡單的識別標籤。
整個相關的認證測試的內容超過了300頁。這可以由製造商自行認證或由第三方進行,例如新罕布什爾大學的互操作性實驗室(UNH-IOL)。
PSE和PD設備都可以進行認證。通過此嚴格測試過程的設備能夠獲得並標記EA認可的標記,如圖所示。
PoE系統的設計者或安裝商可以透過簡單的比較PSE和PD上的標記來確保設備間的兼容性。 如果PSE的額定值等於或高於PD的要求,則可以保證能提供所需的電力。

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2. 纜線認證

PoE設計為能在標準的雙絞線運行。 但是,將這些大功率信號添加到承載高速數據傳輸的電纜上會對佈線提出一些其他要求。
首先,電纜的總電阻必須低。 如果過高,則PSE和PD之間的功率會散失,PD將無法獲得足夠的功率。
其次,PoE供電通過在兩對或四對導線上施加共模電壓來傳輸電力,這意味著電流在兩或四根導線之間平均分配。 為此,必須使該對中的每個導體的直流電阻平衡(相等),並且任何差異都稱為直流電阻不平衡。 過多的不平衡會扭曲數據信號,從而導致誤碼,重新傳輸,甚至導致數據鏈路無法正常工作。
第三,在Type3和Type4的PoE中,您不只需要擔心每對上的直流電阻不平衡。多對之間過大的直流電阻不平衡也會嚴重破壞數據傳輸或是導致PoE停止工作。


IEEE已意識到這些電阻測量的重要性,並已將迴路電阻和電阻不平衡的要求包括802.3標準在內。
電信行業協會也將其包含在ANSI / TIA 568.2-D中。
但是,大多數的安裝施工後都僅通過了現場測試標準TIA-1152-A的認證,但該標準對於電阻相關測試並非強制性要求(可選)。不一致的端子(單個導體未正確且一致地放置在IDC內)會導致DC電阻不平衡。因此,儘管您可能會在供應商的電纜上看到直流電阻不平衡規格,但在施作完後實際測試才是確保安裝後直流電阻不平衡性能的唯一方法。
使用包含這類電阻測量值的電纜認證測試儀(例如Fluke Networks DSX CableAnalyzer™系列),您可以快速,輕鬆地測試線對間以及各線對之間的直流電阻不平衡,因此您可以放心,所部署的電纜設備將能夠在兩對和四對PoE應用中執行。

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3.安裝及故障排除

了解PSE的規格和PD的要求使得安裝和故障排除變得更加簡單。但是,在現實狀況中,技術人員可能會因為權限問題無法輕易地就取得相關信息。他們可以輕鬆地透過EA認證來確認PD的要求,但是在大多數情況下,要有效解決問題還是需要PSE的相關規格,因此,為了回到電信室或數據中心以了解Switch功能他們會有很長一段路要走。接著他們會面臨著要找出是哪條電纜連接到其PD。在許多情況下,他們可能無權訪問PSE,因此需要聯繫IT團隊進行查找。技術人員可能會浪費半天的時間來查找電纜並訪問Switch。
Fluke Networks開發了兩個工具來解決這些問題並節省技術上的麻煩:LinkIQ™電纜+網絡測試儀和MicroScanner™PoE。只需將任一工具插入電纜,然後將其連接到PSE,它將顯示鏈接上的可用功率等級(0-8)。然後,技術人員可以將其與PD的要求進行比較,並知道是否將有足夠的功率可用。 LinkIQ通過在PSE上施加負載來確定交換機和電纜鏈路是否能夠傳遞宣告功率,從而執行進一步的測試。 MicroScanner™PoE已成功完成了Ethernet Alliance Gen2 PoE認證的程序測試計劃,從而確保它可以與所有符合IEEE標準的設備一起正常工作。
這些測試器在許多方面的技術對使用者來說都是無價的。它能夠識別出高達10 Gbps的端口速度。端口速度慢可能會限制AP或攝影機的性能。
如果電纜已損壞,則會顯示每對電纜的長度及潛在的斷裂或其他故障。電纜也可能是未確實插入或佈線錯誤–因此,這些測試儀可以使用音源搭配探棒來追踨電纜。另有Remote ID可以連接到遠程電纜,以確定它們的去向。 LinkIQ提供了其他功能:能檢驗高達10 Gb / s的電纜性能,顯示所連接交換器的名稱,端口和VLAN。最後,LinkIQ可以生成有關電纜或交換器的報告,並使用LinkWare™PC軟體存儲或匯出報告。
選擇正確的設備,驗證電纜的功能,然後確保您的測試儀器可以正確的檢查安裝並進行故障排除,如此一來,您的PoE系統才能夠順利的運行。


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原文連結:https://www.flukenetworks.com/expertise/whitepapers


2021-05-31
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