技術(shù)分享：淺談PoE布線技術(shù)研究及應用
添加時間：2020-03-09 14:25:05
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云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，帶動了數(shù)據(jù)存儲、計算和網(wǎng)絡流量需求的增加。技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動了IDC和云計算市場規(guī)?？焖僭鲩L，因此PoE供電的發(fā)展勢頭也越來越強勁。憑借簡化用電設備的安裝與部署、節(jié)能，安全等一系列優(yōu)勢，PoE供電已成為無線覆蓋、安防監(jiān)控、以及智能電網(wǎng)等場景的新寵。
PoE全稱為Power Over Ethernet，又被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(PoL,Power over LAN )或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，也被簡稱為以太網(wǎng)供電，這是利用現(xiàn)存標準，規(guī)范了以太網(wǎng)傳輸電纜在傳送數(shù)據(jù)的同時，又滿足供電的功率應用要求，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的兼容性。通過這種方式，可以為IP電話、IP攝像頭、無線AP、數(shù)據(jù)采集終端等設備進行遠程集中供電，而不再需要考慮其電源系統(tǒng)布線的問題。
隨著WLAN、VoIP、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控等新業(yè)務的飛速發(fā)展，大量的基于 IP 的終端出現(xiàn)在人們的日常生活中。這些設備通常數(shù)量眾多、位置特殊、布線復雜、設備取電困難，其實施部署不僅消耗大量人力物力，增加建網(wǎng)成本，而且延長了建設的時間。采用PoE供電技術(shù)，成為低風險、可靠，且具有成本效益的應用，而且可使用與數(shù)據(jù)通信中相同的數(shù)字通信電纜來完成輸電，又不影響信息的傳送和數(shù)據(jù)通信，從而提高了通信線纜的效用。
圖 1： PoE遠程供電的演變
最初的 PoE 標準為 IEEE 802.3af，由 IEEE PoE 工作小組于 2003 年推出。該標準將技術(shù)的供電功率限制在 12.95 瓦以下，當前全新的 IEEE P802.3bt 標準于2018年9月獲批，將供電設備(PSE)的最大功率提升3倍，從30 W擴展至90 W，并將受電設備(PD)的功率水平提升至71.3 W（信道長度100米）。新標準的推出，以及多樣化的應用將近一步促進PoE技術(shù)的應用。
這個給我們帶來很大的啟發(fā)，如果提出更多的標準，綜合布線系統(tǒng)中承載的信號將會更加多元化，推進網(wǎng)絡化進程，將會使得綜合布線系統(tǒng)實至名歸。
在PoE供電中，電流在線對中傳輸，大部分的電能會傳送到受電設備（PD, Powered Device）中，但由于網(wǎng)絡布線的對絞電纜本身存在一定的電阻，在傳輸DC電流時將會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量將導致傳輸鏈路以及PD終端的溫度升高。在一些嚴酷的條件下，溫度可能會超過規(guī)定的工作溫度，線纜在長期高溫環(huán)境工作會加快線纜老化，并帶來安全隱患，線纜工作溫度的控制不容忽視。
圖2：成束電纜溫升模型
電纜溫升的測試方法：取100米數(shù)據(jù)線樣品，電纜需要環(huán)繞和捆扎，盡量使電纜之間沒有空隙，可在密閉導管道條件下以獲取最壞情況下的電纜溫升情況。測試中可取鏈路中不同監(jiān)測點的最大值作為評估溫升的嚴重程度的依據(jù)（溫升最大值一般位于成束電纜的幾何中心，如圖2）。
圖 3：電纜溫升測試環(huán)境
需要說明的是，不同廠家的線纜產(chǎn)品，由于選材及工藝控制的差別，其溫升效應與標準的理論模型會稍有差異，如我們針對SHIP?品牌的Cat 5e/Cat 6/Cat 6A分別進行測試（測試環(huán)境如圖3）。
圖4：TIA標準溫升與SHIP?電纜溫升比較
圖5：不同線纜的溫升情況
測試結(jié)果表明：
SHIP ? 品牌的電纜溫升效應相較于TIA TSB 184-A:2017標準列出的數(shù)據(jù)偏小，以Cat 6A非屏蔽網(wǎng)線管道安裝為例，SHIP ? 品牌網(wǎng)線溫升測試數(shù)據(jù)與TIA標準數(shù)據(jù)的對比（如圖4所示），從數(shù)據(jù)可以看出，SHIP?網(wǎng)線在綁扎91根的情況下，四線對同時供電1000mA電流，其溫升低于15℃，低于標準要求的17.93℃；
高等級的線纜，由于具有較粗銅導體，電阻值更小，可以有效減小線纜溫升（如圖5所示）每線對1000mA電流在管道安裝場景下，不同等級非屏蔽電纜的溫升情況，從數(shù)據(jù)可以看出，Cat 5e線纜在PoE應用中有較大的風險，而Cat 6A明顯優(yōu)于Cat 5e與Cat 6。
在PoE應用中，線纜的溫升成為必須考慮的主題，一舟股份積極進行線纜溫升的研究與試驗，與行業(yè)設備與布線廠家共同完成了《以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)與應用白皮書》編寫，針對PoE的應用，我們做了大量的測試實驗，基于大量實驗數(shù)據(jù)，我們建議：PoE供電必須使用無氧銅材質(zhì)的網(wǎng)線，即標準網(wǎng)線。同時，PoE供電技術(shù)對線材的要求較高，為了有效避免風險，盡量采用Cat 6A及以上等級的線纜進行PoE應用。
SHIP一舟提供完整創(chuàng)新銅產(chǎn)品系列，以滿足數(shù)據(jù)和電信應用的最苛刻行業(yè)要求。系統(tǒng)專為支持新興技術(shù)而設計，包括網(wǎng)絡電話和千兆位以太網(wǎng)，并超越最新行業(yè)標準以保證網(wǎng)絡可靠性。銅插座模塊、跳線、配線架、打線系統(tǒng)、線纜組件和預端接解決方案，通過確?？煽啃院蜑榻窈缶W(wǎng)絡發(fā)展提供基礎，從而提供最大價值。
一舟6A 類布線系統(tǒng)支持新興技術(shù)，包括 IP 語音、HD 視頻、以太網(wǎng)供電 (PoE) 和桌面虛擬化。 此系統(tǒng)擁有創(chuàng)新的 MaTriX 技術(shù)（專利申請中）和先進的連接器 補償技術(shù)，以產(chǎn)生行業(yè)領(lǐng)先的通道性能。
PoE的終端設備（PD）目前有IP電話、網(wǎng)絡攝像機、無線WiFiAP及掌上電腦（PDA）或移動電話充電器等，其中以網(wǎng)絡攝像機和WiFi使用的AP為主。這些終端設備一般安裝在走道、 房間、公共區(qū)域、室外立桿等處，并用纜線（雙絞線）敷設到機房（數(shù)據(jù)中心、建筑物主機房、樓層弱電間等），匯入 PoE交換機。
在PoE纜線敷設中，應重點考慮對散熱的影響，特別是在綁扎工藝下和美觀的平衡考慮。對于PoE布線系統(tǒng)選用與安裝，如下幾方面可綜合考慮，減少溫升：
PoE布線系統(tǒng)選用與安裝
? 線纜的選擇方面，盡量采用高等級的線纜，減少熱量的產(chǎn)生（如Cat 6A優(yōu)于Cat 5e和Cat 6）；
? 屏蔽線纜溫升控制比非屏蔽線纜好；
? 現(xiàn)場安裝，盡量以散放的方式布放，如果需要綁扎，應盡量減小綁扎數(shù)量，并適當增加線束間距，獲取良好的散熱效果，在全封閉線槽中應更加重視；
? 橋架內(nèi)散熱情況與線纜敷設高度有直接關(guān)系，盡量減少線纜高度有助于散熱；
? 采用開放式橋架比封閉的管槽散熱效果好，金屬線槽上的散熱孔有助于散熱；
? PVC,PC/ABS等材質(zhì)的線槽的散熱效果要差于金屬線槽，故在考慮PoE應用時，也需要考慮線槽材質(zhì)與溫升的關(guān)系；
? 機房、機柜內(nèi)的PoE雙絞線應確保每個彎角處的線纜彎曲半徑符合規(guī)定（即彎曲半徑不小于線纜直徑的4倍）
過去十年間，以太網(wǎng)供電 (PoE)憑借簡化布線、節(jié)省人工成本、安全方便以及便于遠程管理等優(yōu)勢已成為一項重要的供電策略?；诖思夹g(shù)，網(wǎng)絡管理員、安裝人員和集成商能夠使用結(jié)構(gòu)化布線為許多網(wǎng)絡設備提供電力和數(shù)據(jù)。
現(xiàn)如今，PoE技術(shù)已經(jīng)被廣泛運用于安防監(jiān)控等行業(yè)中，以PoE技術(shù)為依托的PoE交換機更是受到熱捧，相信在不久的將來PoE技術(shù)會得到更大的發(fā)展和突破。
同時，PoE技術(shù)由于其易安裝、易管理、簡便性、安全性、穩(wěn)定性、可擴展性和利舊原則，在家庭應用、無線建網(wǎng)、安全防護、建筑物管理、RFID等領(lǐng)域，都具有巨大的應用前景。
PoE技術(shù)未來技術(shù)發(fā)展趨勢：供電功率越大，支持的終端設備就越多。一舟股份也將持續(xù)不斷的推進PoE技術(shù)的創(chuàng)新和應用，為更多IP設備提供安全、穩(wěn)定的電力。
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