PoE供電方式在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

李建蘭，龍 飛，黃祖興，何艷艷

（1.云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院; 2.云南建投安裝股份有限公司）

PoE供電方式在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

李建蘭1，龍 飛2，黃祖興2，何艷艷2

（1.云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院; 2.云南建投安裝股份有限公司）

隨著IEEE802.3af、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)的制定，PoE以太網(wǎng)供電技術(shù)正快速走進(jìn)人們的生活，并越來越受到制造商、工程商、終端用戶的歡迎。論文對(duì)PoE供電系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，闡述了PoE供電方式在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)PoE供電系統(tǒng)線材、設(shè)備的選擇進(jìn)行探討。

供電系統(tǒng)；交換機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)

1 PoE供電系統(tǒng)概述

1.1 PoE概念

PoE(Power Over Ethernet)指的是在利用現(xiàn)有的Cat.5網(wǎng)絡(luò)布線基礎(chǔ)上，系統(tǒng)架構(gòu)不作任何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IEEE802.3af、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)的IP終端（如IP電話、無線AP、IPC網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)還能為這類受電設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。

1.2 PoE供電的關(guān)鍵技術(shù)

1）PoE供電的系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)完整的PoE供電系統(tǒng)包括供 電 端 設(shè) 備（PSE，Power Sourcing Equipment)和受電端設(shè)備(PD，Powered Device)兩部分；供電端設(shè)備PSE是為以太網(wǎng)客戶端設(shè)備供電的設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)PoE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而受電端設(shè)備PD是接受供電的PSE負(fù)載，即PoE系統(tǒng)的客戶端設(shè)備，如IP電話、IPC網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、無線AP等以太網(wǎng)設(shè)備。PSE和PD是基于IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)PSE通過以太網(wǎng)向PD供電的系統(tǒng)。

2）PoE供電系統(tǒng)的工作過程

（1）檢測PD

PSE設(shè)備一開始在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為1個(gè)支持IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備；

（2）PD端設(shè)備功耗分類

當(dāng)PSE設(shè)備檢測到受電端設(shè)備PD之后，可能會(huì)為PD設(shè)備進(jìn)行分類，并評(píng)估此PD設(shè)備所需的功率損耗；

（3）開始供電

PSE設(shè)備在1個(gè)可配置時(shí)間(一般小于15μs)的啟動(dòng)期內(nèi)，開始從低電壓向PD設(shè)備供電，直至提供48V的直流電源；

（4）供電實(shí)時(shí)監(jiān)控

PSE設(shè)備為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的48V直流電，滿足PD設(shè)備不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定15.4W的功率消耗；

（5）電源斷開

如果PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開連接時(shí)，PSE就會(huì)快速地(一般在300～400ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備提供電源，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否有PD設(shè)備連接。

3）PoE通過網(wǎng)線供電的原理

所有標(biāo)準(zhǔn)的5類網(wǎng)線共有4對(duì)雙 絞 線， 但 是 在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的1，2和3，6兩對(duì)，4，5和7，8空閑，IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)在制定PoE標(biāo)準(zhǔn)時(shí)為使用以太網(wǎng)電纜輸送直流電到PoE兼容的設(shè)備供電時(shí)定義了兩種方法：

（1）中間跨接法( Mid-Span)即應(yīng)用網(wǎng)線空閑腳供電，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。

（2）末端跨接法(End-Span)即利用信號(hào)線（1，2和3，6）同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)和48V的電源。應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時(shí)，將DC電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn)，在這種供電方式下線對(duì)1，2和線對(duì)3，6可以為任意極性。線對(duì)1，2和3，6在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)也傳輸直流電，只不過其傳輸電流所采用頻率與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率不同，故而不影響數(shù)據(jù)的傳輸[1]。

2 PoE供電系統(tǒng)應(yīng)用場所

1）新建監(jiān)控系統(tǒng)，為了節(jié)約成本、減少電源線纜敷設(shè)的工作量，簡化施工程序而采用PoE供電方式。

2）舊的監(jiān)控系統(tǒng)改造原有建筑已布網(wǎng)線，但無電源線為了便于集中管理而采用PoE供電方式。

3 PoE供電系統(tǒng)在監(jiān)控系統(tǒng)的的應(yīng)用方式

1）交換機(jī)和攝像機(jī)都支持PoE ，這種方法PoE交換機(jī)直接通過網(wǎng)線接到支持PoE供電的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上。

2）交換機(jī)支持PoE，攝像機(jī)不支持PoE，這種方案PoE交換機(jī)出來接PoE分離器，PoE分離器將電源分離成數(shù)據(jù)信號(hào)和電力，有2根輸出線，1根是電力輸出線，1根是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出線即普通網(wǎng)線。電力輸出有5V/9V/12V等，可以匹配各種DC輸入的非PoE受電終端，支持IEEE 802.3af/802.3at標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)信號(hào)輸出線即普通網(wǎng)線直接接到非PoE受電終端的網(wǎng)口即可。

3）交換機(jī)不支持PoE，攝像機(jī)支持PoE，這種方案交換機(jī)出來接PoE供電器，PoE供電器將電力加到網(wǎng)線上之后傳輸給終端。這種方案利于擴(kuò)展原有的布線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)沒有影響。

4）交換機(jī)不支持PoE，終端也不支持PoE，這種方案交換機(jī)出來接PoE供電器，再接PoE分離器，最后傳輸給終端。

4 PoE供電系統(tǒng)線材、設(shè)備的選擇

4.1 PoE供電系統(tǒng)的線材選擇

PoE供電系統(tǒng)最好選擇標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，即使用無氧銅材質(zhì)按國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的網(wǎng)線，網(wǎng)線必須按照568A或者568B的標(biāo)準(zhǔn)連接好網(wǎng)線，必須接通8根線，同時(shí)長度要求在100m內(nèi)。

超五類線：超五類網(wǎng)線主要應(yīng)用于千兆位以太網(wǎng)1000Mbps，傳輸速率為100MHz，最大傳輸速率為1000MHz，具有衰減小、串?dāng)_少的優(yōu)點(diǎn)、有更高的衰減串?dāng)_比（ACR)和信噪比（StructuralReturnLoss)、更小的時(shí)延誤差，在不考慮超前及節(jié)約成本的情況下布線系統(tǒng)多采用超五類線材。

六類線：六類布線的傳輸性能要遠(yuǎn)高于超五類線材，用于傳輸速率大于1Gbps的應(yīng)用系統(tǒng)，六類網(wǎng)線主要應(yīng)用于千兆位以太網(wǎng)1000Mbps，傳輸速率為1～250MHz，最大傳輸速率為1Gbps，有超前意識(shí)又不考慮成本時(shí)最好選擇六類網(wǎng)絡(luò)線材。

4.2 PoE攝像機(jī)的選擇

PoE攝像機(jī)的選型主要根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)來選擇，鏡頭的大小根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來選擇，要選擇正規(guī)廠家的產(chǎn)品。

4.3 PoE交換機(jī)的選擇

1）PoE交換機(jī)能給多大功耗的攝像機(jī)供電

IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)定義了供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）的功率最大值 為15.4W和12.95W，PSE與PD之間有差別，是因?yàn)橐蕴W(wǎng)線纜的線對(duì)很細(xì)，在傳輸過程中即使線纜很短，本身也會(huì)存在較大功率損耗，所以在使用符合 IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)PoE交換機(jī)供電時(shí)，應(yīng)該以12.95W來判斷能否滿足受電設(shè)備的需求，比如1個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的最大功耗是15W，只符合IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PoE交換機(jī)就不能滿足它的需要，而必須采用IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)PoE交換機(jī)，在IEEE802.3at這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里，供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）的功率最大值為30W和25W，也要注意要以25W作為能否給受電設(shè)備供電的依據(jù)，如果受電設(shè)備最大功耗超過了25W，就要用專用的PoE供電模塊來給攝像機(jī)單獨(dú)提供電源；故遵循IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的PoE交換機(jī)，只能給最大功耗不超過12.95W的PoE設(shè)備提供電源；遵循IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的PoE交換機(jī)，只能給最大功耗不超過25W的設(shè)備提供電源。

2）PoE供電交換機(jī)最多同時(shí)能給多少個(gè)PoE網(wǎng)絡(luò)型攝像機(jī)供電

以如IMS-PO24EHP2ET系列PoE交換機(jī)1-24端口支持PoE供電E交換機(jī)為例，PoE供電總功率達(dá)到400W，PoE供電的總功率，在IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)下（每端口供電功率15.4W），那么就能夠供滿24個(gè)端口（400÷15.4=25.97）即可以24口滿配PoE設(shè)備，但如果是按照IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)（每端口供電功率30W），同時(shí)最多就只能給13個(gè)端口供電了（400÷30=13），即1臺(tái)400W PoE交換機(jī)只能給IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)下13臺(tái)PoE設(shè)備供電。但在實(shí)際使用中，很多小功率設(shè)備的最大功耗較低，比如有的攝像機(jī)的功率都在6～8W，如果這時(shí)每個(gè)PoE端口按照最大功率去預(yù)留供電功率的話，就會(huì)出現(xiàn)有的端口PoE功率用不完，而有的端口卻分不到功率的情況，要選擇PoE交換機(jī)都支持動(dòng)態(tài)功率分配（DPA），通過這種方式每個(gè)端口只分配實(shí)際使用的功率，這樣就能更高效地利用PoE交換機(jī)的供電功率；所以，在PoE交換機(jī)選型時(shí)最好采用支持動(dòng)態(tài)功率分配的交換機(jī)，才能使供電效率最高；根據(jù)被供電攝像機(jī)的最大功耗，然后用PoE交換機(jī)的總供電功率除以最大功耗，就能得出1臺(tái)PoE交換機(jī)能給多少臺(tái)攝像機(jī)供電。

3）供電模塊

當(dāng)PoE交換機(jī)的總功率不足以支持前端所有攝像機(jī)供電時(shí)，就要單獨(dú)加PoE供電模塊給一部分?jǐn)z像機(jī)供電，以保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

綜上所述，若要做好1個(gè)PoE供電方式的監(jiān)控系統(tǒng)，不但要掌握PoE供電的所有知識(shí)，還要掌握監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)、產(chǎn)品的選型（網(wǎng)線、PoE交換機(jī)、PoE攝像機(jī))等方方面面的知識(shí)，這樣才能做出,1套完整而穩(wěn)定的PoE供電方式的監(jiān)控系統(tǒng)。

[1]吳耀輝.基于IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的PoE系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究[D].南京：南京大學(xué)，2016.

Application of PoE Power Supply Mode in Monitoring System

LI Jian-lan1，LONG Fei2，HUANG Zu-xing2，HE Yan-yan2

（1.Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology；2.YCIH Installation Co.Ltd.）

With the development of IEEE802.3af，IEEE802.3at standard，PoE Ethernet power supply technology is rapidly into the present life，and more and more manufacturers，engineering，end-users welcome. In this paper，the PoE power supply system and the key technologies are introduced，and then the application of PoE power supply in the monitoring system is discussed. Finally，the selection of PoE power supply system wire and equipment is discussed.

power supply system；switch；monitoring system