PoE反向供电技术与应用研究
eeskill 2022-09-23

1、反向供电技术

PoE反向供电技术采用的是一种相对的方式来命名的技术,我们通常称由交换机给网络终端供电,电流从交换机流向网络终端为正向供电,那么通过网络终端(客户端)向交换机进行供电,电流从终端流向交换机这种供电方式我们则称之为反向供电。

一个完整的PoE系统包括供电端设备PSE和受电端设备PD两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个PoE以太网供电过程的管理者;PD设备是接受供电的PSE负载,即PoE系统的客户端设备。

2、反向供电的优势

反向供电解决了宽带接入的取电难的问题,同时也创造了一定的经济价值,其优势可以总结为以下几个方面:

(1)解决了接入设备在特殊环境下取电难的问题。

(2)提供了更加灵活的补充供电方案,实现业务的快速部署。

(3)无需专门铺设电源线给接入设备供电,节省工程投入。

(4)采用反向供电方式,实现了用户侧设备的无源,不会因设备电源损坏等故障引起断网,网络故障减少,提高网络稳定性。

(5)降低维护工作量,节约了用于维护的人力资源

(6)采用反向供电技术,只有在用户使用时才会加电工作,绿色环保。

3、PoE反向供电技术与应用研究

3.1PoE反向供电原理

一个完整的PoE反向供电系统包括供电端设备(powersourcingequipment,PSE)、受电端设备(powered

device,PD)及其中间的传输线路。PSE为客户端设备提供电源,同时也是整个PoE反向供电过程的管理者;PD是接受供电的PSE负载;PSE和PD之间采用标准五类线完成信号传送[1]。光接入网中典型的PoE反向供电系统结构如图1所示。

图1中,ONU内置PD功能,放置在楼道,连接多个用户,PSE放置在用户家中,用户PC通过PSE用标准五类网线连接ONU。当用户上线时,PSE接通220V电源,将用户PC发送的数据信号和电源信号耦合在一起后通过网线发送给ONU,具有PD功能的ONU将接收信号分流,一方面实现对ONU供电,另一方面将数据向上发送。

PoE反向供电采用标准的以太网传输电缆输送直流电定义的方法,即中间跨接法和末端跨接法。中间跨接法使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对(4/5,7/8)传输直流电,末端跨接法在数据线对(1/2,3/6)上同时传输数据信号和直流电信号。两种供电方式的接口模型如图2所示。

图2(b)中,馈电传输方式利用数据线对1/2、3/6与电源信号耦合传输功率,从网口变压器中心抽头叠加-48V直流馈电。直流电和数据信号采用不同的频率传送,互不干扰,在同一线对同时传输电流和数据,实现电流和数据的“复用”。

3.2PoE反向供电应用研究

对光接入网供电而言,PoE反向供电技术是一个很好的补充解决方案,但在实际应用中还存在诸多问题需要解决,如布放线缆要求、供电距离限制、多用户平衡供电、供电对网络性能的影响、安全和保护等。

(1)布放线缆要求

PoE反向供电系统通过RJ45接口以五类线线缆传送电源信号,为了保证系统的安全性和可靠性,传输线缆必须符合IEEE802.3af/at要求,采用非屏蔽双绞线对电缆或屏蔽双绞线对电缆。电缆的具体技术要求应符合GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》和GB/T50312-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》的规定,并支持TIA-568-B标准或者TIA-568-C标准。

(2)供电距离限制

PoE反向供电系统需考虑ONU到PSE间的线缆长度,防止线缆过长而影响电源信号和数据信号的传送。根据IEEE802.3标准,集线设备和网卡端口的PHY芯片只保证驱动100m以内的铜线,对更远的传输距离则不能保证,为了保证系统的正常运行并满足可靠性要求,ONU到PSE间的五类线线缆长度应控制在100m以内。

(3)多用户供电研究

在PoE反向供电系统中,通常ONU为多个用户共享,当多个用户同时对ONU供电时,需实现:均衡供电,确保用户用电公平性;ONU设备必须具有一定的顽健性,当供电用户改变时,可以保证对系统供电和其他用户的业务无影响,保持系统的稳定性。

(4)对网络性能的影响

在PoE反向供电系统中,五类线同时传送数据信号和电源信号,而且由于用户使用的任意性,随时都有不同的用户在上下线,因此需要综合考虑以下两个因素对网络性能的影响:供电切换时,对数据功能的影响;用户频繁上下线的冲击对网络的影响。理论上,供电功能与数据功能互不影响,同时具备抗击电流频繁冲击的能力,即任何用户的频繁上下线都不应对设备供电和其余用户业务产生不良影响。

(5)安全和保护

PoE系统的布放环境极其复杂,为了最大限度地降低系统隐患故障,保证系统的安全性和可靠性,PoE反向供电系统运行中必须考虑安全和保护方面的问题,主要包括过功率保护和短路保护、欠压保护和过压保护、过热保护和误插入保护等。当系统出现以上故障时,应能实现自我保护,在故障清除后能重新正常工作。

4、测试和分析

通过PoE反向供电设备的实验室测试数据,验证各厂商PoE反向供电设备的特性参数和网络性能,为现网应用提供参考。

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