6月號特輯技術篇:乙太網路供電(PoE)發展進行式

本文作者:admin       點擊: 2006-06-20 00:00
前言:
乙太網路將以我們大部份人所無法想像的方式進行轉變。讓PD電力從12.95瓦提升至40、50甚至60瓦,將使RJ45連接器成為第一個通用插座。

                            

傳統的乙太網路
當IEEE 建立IEEE802.3.af工作小組,以追求對IEEE802.3 標準的額外電源傳輸時,IT世界進入了另一個截然不同的領域。在1999 年,當企業IP電話尚不存在,而WLAN基地台還未出現之際,CAT3 被視為桌上型電腦豐富連結性的選擇。

2003年,當IEEE802.3.af標準通過後,情況有所轉變。當纜線基礎設施升級到CAT5以上,IP 電話成為每個企業現有或未來計畫中的一部份;到處可見WLAN,這些加上網路照相機,成為原始乙太網路標準的主要應用,大多數應用在IEEE802.3.af的12.95W電源極限下運作得相當不錯。 
圖1:乙太網供電架構示意圖

然而,這些應用的普及觸發了開發商和行銷人員的創造力,創造耗電更多的衍生設備,譬如IP影像電話、多重WLAN 存取點(AP),類似IEEE802.11n 即將問世的MIMO 標準,以及Pan-Tilt-Zoom IP 照相機。它們需要的電力全都超過13W,通常介於13W 和30W 之間。當然更進一步,筆記型電腦與桌上型電腦亦可由此供電。

提高乙太網路的電源
顧及這些大功率的新應用,IEEE802在2004 年12月成立一個名為PoEPlus的研究小組,負責研究市場需要和可能的技術解答,並且維持與IEEE802.3af相容性。此一研究小組訂下一套目標,並於2005 年9月通過為IEEE802.3.at。乙太網路改進工作小組的確定目標:
*802.3.at應該運用CAT5操作和更高等的基礎設施,不同於802.3.af有考慮到CAT3的極限 
*802.3.at應該遵守電力安全規則和802.3.af的極限
*大功率802.3.at PSE必須與802.3.af兼容,能夠供應802.3.af 和大功率802.3.at電力
*802.3.at應該在至少30W的實用極限內為PD提供最大電力
*802.3.at PD在連接到802.3.af PSE時,將向用戶告知需要802.3at PSE
*研究1000BASE-T之下中跨設備的操作 
*研究10GBASE-T之下中跨與端跨設備的操作

纜線與高功率
使用CAT5而非CAT3纜線的假定非常重要,因為CAT5擁有八條線路,比CAT3纜線多出一倍,這代表不需對IEEE802.3af的電流或電壓上限作出修改,就可以輸送兩倍電力。而且其好處還不只於此:CAT5纜線的電阻只有CAT3的62.5%,所以在任何電流下浪費的電力都會成相對減少。

即使IEEE802.3at容許的電流上限尚未確定,工作小組已認為纜線溫度是此一規格的主要限制因素。大部份的纜線是在攝氏0度至60度的環境中工作,一般的交換室內溫度可達攝氏45度至50度。這代表電流通過捆成一束的8條線路時,線路溫度不可上升超過10度。CAT5纜線的低電阻對此大有幫助。

電壓等級
從現有架構中取得更多電力不是提高電流的唯一方法;增加最少電壓亦可行。在IEEE802.3af標準制定時,數家公司相信擁有電池電力支援是重要的事。這是PSE最低輸出44V的緣由。根據實地安裝IEEE802.3af得到的經驗,這點似乎不構成一般的限制,而且永遠能以提升電池電壓克服。

因此IEEE802.3at工作小組打算將最低PSE輸出自44V提升至51V,在幾乎無需成本之下將PD電力提升16%。

高電力 vs. 中電力
有了CAT5纜線、尚未確定的電流與更高電壓,下一個問題是:IEEE802.3at是否代表一定要使用8條線路為PD供電,還是可能使用4條線路提升電流與電壓?視IEEE802.3at工作小組對最高電流的決定而定,使用8條線路雖然可以提供更高電力(提升兩倍),但4條線路已足以為許多裝置提供電力。該小組相信決定點是30W:如果能夠在4條線路傳送至少30W,中量電力解決方案就可以是新標準下的選擇。

無論如何,8條線路可以為PD提供最高電力。

與現有裝置相容性
與現有硬體交互操作能力是任何標準的成功關鍵之一,這點在IEEE802.3at亦是。與現有IEEE802.3af的PSE與PD裝置相容是規定要求。如果這從IEEE802.3at PSE觀點來看相當簡單,因為IEEE802.3at PSE會偵測到現有的IEEE802.3af PD,這對IEEE802.3at PD而言可是大不相同。IEEE802.3at工作小組擬出了兩個可能的交互操作情況:

1.IEEE802.3at PD能在低電力模式下運作:IEEE802.3at PD應該能夠辨識連結的PSE是否是IEEE802.3af裝置,並自動以低耗電模式運作。
2.IEEE802.3at PD需要超過12.95W維持運作:IEEE802.3at PD必需主動向終端用戶告知,正與不足以提供需要電力的舊式IEEE802.3af PSE連結。
 
圖2:Pre IEEE802.3at PD架構圖

標準的未來驗證
IEEE802.3at標準的另一個層面與資料相關:它能夠與IEEE802.3an 10Gbit/s乙太網路搭配運作嗎?還有超高速乙太網路與中跨裝置呢?工作小組正在研究如何提升新IEEE802.3an PHY的功率影響。

超高速中跨裝置並未被IEEE802.3af排除,但位在規格之外,不過此一中跨裝置在市場上大受歡迎,預料會被新的IEEE802.3at標準正式納入。

分級
IEEE802.3af提供五個等級(0至4),相當於三種PSE電力分配:4.0瓦特、7.0瓦特或15.4瓦特。

此一分級對IEEE802.3af應用缺乏效率(每個需要7.1瓦特的WLAN基地台收到15.4瓦特,浪費超過50%的電力),顯然並不適合電力更高的應用。

IEEE802.3at工作小組的目標之一是增加分級,留下未來提升的空間。這點必需與過去裝置相容,讓IEEE802.3af PD能夠容納在IEEE802.3at PSE分級之下,還有IEEE802.3af PSE不會被IEEE802.3at PD錯誤分級。另一個讓此一標準更易為具備電力管理功能的系統使用的方式是增加功能,讓PD的電力需求能夠經由網路管理讀出,提供更精細的分級,並且支援電力消耗需求的持續改變。這點將在現有PSE MIB之外,由IETF的RFC3621之下的PD MIB定義達成。
 
圖3:Pre IEEE802.3 at PSE架構圖

結論
乙太網路將以我們大部份人所無法想像的方式進行轉變。讓PD電力從12.95瓦提升至40、50甚至60瓦,將使RJ45連接器成為第一個通用插座。隨著制定IEEE802.3at活動在2007年結束,以及如PowerDsine的PD8012這種在標準定案前裝備上市,乙太網路高供電遠比您想像

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