PoE面临的实际问题和应用现状
2004-12-04    计算机世界报   
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PoE面临的实际问题和应用现状

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。

相关链接:802.3af PoE简介

802.3af定义了两类主要元件: 供电设备(PSE)和受电设备(PD)。PSE负责为网络供电,譬如以太网交换机和中跨馈电器(midspan power injector);另一方面,PD接收PSE提供的电力,它不仅仅是网络设备,配有RJ-45连接器的任何设备都可从网络获得电力,包括蜂窝电话或者PDA。

如今,基于802.3af的设备具有兼容性,并且最多可以从网络上获得15W电力。它们内置安全机制,可以保护非受电设备如PC、便携电脑和打印机远离联机馈电器所产生的杂散电压(stray voltage)。而符合802.3af标准的PSE通常可以为线路提供48V电压,而部分电力会在传输过程中损耗,因为以太网线缆设备中的细铜线有阻抗,导致终端设备可以使用的有效电力只有13.95V。
 

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