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PoE向我们走来——分析PoE面临的实际问题和应用现状

编者按: 你是不是在为无线接入点、访问卡阅读器和IP电话寻找集中式冗余电源？如果是的话，那么你得为以太网供电（PoE）做好准备。通过以太网五类线提供低压电力之后，上述设备就不再需要电源插座。此外，你还可以为整幢大楼的联机受电设备提供集中式冗余电源。

先想一想: 你为PoE做好准备了吗？

据悉，PoE一度完全是Avaya、Cisco、Enterasys及其他几家厂商提供的技术，而现在则基于IEEE 802.3af，这是全球第一个通用供电标准。去年批准的IEEE 802.3af得到了IP语音传输（VoIP）、无线局域网（WLAN）、IP视频监视和建筑物安全等系统的支持。与USB标准一样，802.3af也可以由非联网设备来使用。

到目前为止，PoE除上述应用之外，它还可以为一系列形状很小的装置供电，譬如蜂窝电话、PDA、无线耳机、便携电脑，甚至交直流两用式剃须刀。

不难理解，小范围部署基于802.3af协议的PoE很简单，只需要安装一块新的线路卡，或者具备PoE功能的交换机，而且大多数设备厂商计划交付具有PoE功能的线路卡和形状系数固定的LAN交换机。但要在整个企业部署PoE，你就得升级网络基础设施，可能还要改变物理电源基础设施。

PoE是怎样炼成的？

802.3af出现之前，一些LAN设备厂商采用馈电器为以太网线缆提供馈电。虽然这种方法行得通，但有些馈电器会对有线设备构成重大安全隐患。譬如，我们测试过的一款产品贴有“注意：通电以太网线缆”的黄色警示标签。如果你把“通电”以太网线缆插入PC或便携电脑，网络接口就会遭到电气破坏，更严重的是，带电线缆可能会烧毁整个机器，或者引发火灾。

幸运的是，802.3af解决了这个安全问题。802.3af能够识别具有PoE功能的设备，只有位于线路另一端的是兼容设备，才会给线缆供电；如果另一端设备没有PoE功能，端口完全如同普通的LAN交换机端口，则不会供电，因此不会产生电火花或者烟雾。

另外，电源可以通过数据线供给符合802.3af标准的PD（powered device）；如果是100Mbps以太网，则通过线缆中没有使用的两对线供电，此方法要求新的符合802.3af的以太网交换硬件为线路供电；另外也可以采用中跨馈电器（midspan power injector）把电源供给PD，这样受电配线架就可以为10/100Mbps线缆中没有使用的线对馈电，插图表明了这三种方法。

图以太网供电实现方法示意图

尽管中跨馈电设备使用之后，不用改动LAN交换设备就可以提供PoE。但其缺点就是，中跨馈电设备只给没有使用的线缆对馈电；如果网络中四对线缆都在使用，就无法使用中跨馈电器。其实，只有以太网10/100Mpbs网络才支持中跨馈电。所以，如果你使用中跨馈电技术，并且想部署千兆以太网到桌面，数据设备就需要一套独立的千兆基础设施。

然而，无论采用哪种方法实现PoE，都需要在布线室实现，与许多人想象中的不同，管理布线室的可用电源比管理热量难度更大，毕竟布线室中成百上千个802.3af端口产生的热量并不会烧掉大门。大部分热量是在PD处产生的，剩余电力因为以太网线缆的阻抗而转化成热量，这一小部分损耗通过线缆散发出去。

谨慎管理布线室

PoE会让线缆温度升高几度，因为每当电力由一种形式转换成另一种形式，就会出现电力损耗。电源把标准的交流电转换（即整流）成交换机工作所需的直流电，这个过程总是存在一定程度的效率损耗，因而导致在布线室产生热量。

具有PoE功能的交换机需要比非PoE设备更多的电力，这是因为每个PoE端口都必须能够支持15W电力。切记：只有一小部分电力会在布线室损耗，损耗电力取决于PSE（power sourcing equipment）处电源的效率。每个供电端口为所需总功率即功率预算（power budget）增加15.4W，虽然这数字看上去微不足道，但很快就会变得很大。支持100个PoE用户的中等规模的布线室要同时给这些用户提供共计1540W的功率，加上交换机平均需要1000W，不妨算一下：功率（W）＝电流（A）*电压（V）。功率需要2540W的交换机就需要23A的电源服务。

这给许多布线室带来了问题：在大多数建筑物，所定电力只接受15A或者20A的电源服务。现代的LAN交换机一个机架就要支持240～360个端口，需要35A～50A的服务才能完全支持每个端口上的PoE。虽然有些布线室会有多条15A～20A的电路，但这些电路通常是为提供容错电源而部署的。

如果大规模安装802.3af，功率预算就成了一个大问题。现有建筑物提供的布线方案并不多，你可以把新的电力线拉到布线室，但这种方法成本不菲，而且往往行不通；另一个办法就是把布线室重新设到数据中心，但以太网的距离限制又会阻碍这个办法; 再有，你可以试着使用支持802.3af的“电力分级”（power classification）这一可选特性的设备，管理功率预算。譬如说，许多802.3af电话支持这项特性; 最后一个方法就是有选择性地部署PoE，即PD处使用标准的插座电源，只为使用交流电源不方便的设备供电。

如果你准备用PoE构建某个场地，就要确保每个布线室都有多条20A的电路以及220V的服务。另外，不妨考虑部署大容量直流电源，与标准的交流电源插座相比，它有好几个优点：可以更有效地转换成基础设施可以使用的电源; 还可以配置成具有集中式容错功能，使用大量直流电池来存储电能。这样数据布线室就不需要不间断电源（UPS），从而减少了热量、节省了每个布线室的基础设施成本。

上文提到，电力分级可以有效管理功率预算，那它的实现方法与发展又是怎样的呢？电力分级是802.3af的一个选项，它让符合标准的PD有机会告诉网络自己需要多少电力。让我们看看不同设备需要多少电力：CDMA2000蜂窝电话使用3.6W、802.11b接入点需要6W、三模接入点需要12W、IP电话需要7到10W。

电力分级的优势

802.3af标准的这个可选项定义了PD所能请求的四级电力：零级即默认级别请求PSE提供全部电力；1级请求PSE提供电力不超过4W；2级请求不超过7W；3级请求提供全部电力，但至少要有7W。而第5级则留给将来使用。

我们了解到，电力分级技术可以帮助你通过布线室的功率预算，合理利用PoE技术，就可以把更多电力留给交换机用于其他设备。而交换机则不需要为所有端口提供电力，如果超出功率预算范围，它就拒绝为某个设备供电。支持电力分级的设备可以让交换机的配电粒度更细，例如，不支持电力分级的设备必须为它提供15.4W，而支持电力分级的设备要求的电力比较小。

另外在技术方面，Cisco把电力分级技术推进了一步，它让其设备使用CDP（Cisco Discovery Protocol），以便馈送初始电力给线路后，设备可以明确自己的电力需求。虽然这种方法是专用的，但Cisco可以用更多功率预算相同的设备供电—如果你的布线室电源有限，这是一大有利条件。

不管你选择的是802.3af方法还是Cisco这样的方法，电力分级都可以让你在同一个交换机上同时支持更多设备，布线室用不着增加电源。

需要注意的是，并不是所有PSE和PD都支持电力分级。(沈建苗编译)

编者旁白：无可否认，PoE有望为你的WLAN、VoIP和建筑物安全简化基础设施，还可以让你把电源网络放回数据中心，这样可以集中配电、增加冗余性，这对确保关键业务的语音系统和建筑物安全可以随时使用非常重要。

但802.3af所需要的不仅仅是购买新交换机，它意味着要在电源基础设施方面进行战略投资。规划构建新网络时，为布线室添置直流电源或者大容量电源基础设施来为PoE做好准备。如果你利用PoE对现有建筑物进行翻新，就要确保知晓基础设施提供商的PoE方案所具有的特性和局限：如果改造现有的电源基础设施行不通，就要确定哪些终端站真正需要PoE、哪些终端站可以将就使用普通插座电源。