在許多工業(yè)領(lǐng)域，以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet，PoE）已經(jīng)成為一種流行技術(shù)，其發(fā)展速度令人關(guān)注。但這并不值得大驚小怪，因?yàn)镻oE能夠?yàn)槟承┕I(yè)設(shè)備帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的安裝靈活性，而PoE的高級(jí)版本PoE+更是如此。PoE可以用同樣的電纜與所連接的設(shè)備雙向傳送數(shù)據(jù)，并同時(shí)輸送電力，其廣闊的應(yīng)用范圍和技術(shù)上的可行性，使得在空間受限制或者難以獲得電力的地方安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不再是一個(gè)難題。
工業(yè)用PoE設(shè)備必須能夠適應(yīng)嚴(yán)酷的操作環(huán)境、不同的電力系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理需求。最新的增強(qiáng)型工業(yè)級(jí)PoE設(shè)備就可以滿(mǎn)足這種需求，并且具有安裝靈活性，支持多種管理設(shè)備。
標(biāo)準(zhǔn)，是第一個(gè)用來(lái)定義經(jīng)由以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施輸送電力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)使用的是啟動(dòng)設(shè)備端的一種物理層分類(lèi)方法，即把受電端設(shè)備（PD）分成五個(gè)級(jí)別，并指定了供電端設(shè)備（PSE）的最大功率電平輸出。
0級(jí)：（缺省）
1級(jí)：4W
2級(jí)：7W
3級(jí)：
4級(jí)：為將來(lái)使用預(yù)留
因此，VoIP電話(huà)和其他一些裝置都可以通過(guò)已有的Cat5（及以上）以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)獲得電力，公司可以不需要電就能把各部門(mén)、會(huì)議與培訓(xùn)室、呼叫中心等組織在一起，甚至可能快速而簡(jiǎn)單地把這些辦公區(qū)域再定位。但是，當(dāng)初2003年P(guān)oE標(biāo)準(zhǔn)中的對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)比較受限制，未來(lái)傾向于使用更大的功率
PoE+帶來(lái)新期望
PoE的分類(lèi)中第4級(jí)中考慮到了未來(lái)的發(fā)展——2009年，PoE+ 被納入了標(biāo)準(zhǔn)。之所以出現(xiàn)這一升級(jí)版標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)樾乱淮挠秒娫O(shè)備需要更高的電力，越來(lái)越多的受電端設(shè)備所需要的電力超出了規(guī)定的范疇。這些設(shè)備主要包括 WiFi接入點(diǎn)設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)LED顯示板（LEDs實(shí)際所需的功率超出了 PoE線(xiàn)所限定的）、覆蓋更大范圍的高性能無(wú)線(xiàn)裝置（多功能分集接受射頻前端需要更大的功率）、電動(dòng)PTZ安全監(jiān)控?cái)z像頭、上網(wǎng)本和具有視頻會(huì)議等高級(jí)功能的IP電話(huà)。室外用攝像頭的集成加熱裝置也需要電力。所有這些設(shè)備都受益于標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。
利用PoE+的增強(qiáng)型千兆以太網(wǎng)設(shè)施還能夠?yàn)榈缆饭芾砭W(wǎng)絡(luò)提供理想的建設(shè)基礎(chǔ)。長(zhǎng)距離光纖足以覆蓋一個(gè)完整系列的交通信號(hào)燈設(shè)施與相關(guān)系統(tǒng)，比如智能信號(hào)燈、交通監(jiān)控?cái)z像頭、傳感器和嵌入式電腦，以太網(wǎng)電纜延伸到哪里，PoE+裝置就可以用到哪里。
表1. PoE與PoE+標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)比
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業(yè)界中Cat5電纜標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高對(duì)該項(xiàng)技術(shù)也有所幫助，因?yàn)殡娎|的電阻減小能夠大大增加電纜所輸送的電流而不至于使電纜過(guò)熱。并且，PoE+是要求用Cat5（8線(xiàn)）電線(xiàn)替代Cat3（4線(xiàn)）電線(xiàn)，因?yàn)閮蓷l四線(xiàn)電纜能夠輸送更多的電力。所以，標(biāo)準(zhǔn)能夠讓電源端設(shè)備（PSE）的功率提高到，用電端設(shè)備的功率提高到，電流可以高達(dá)600mA，電壓可以提高到50-57V（用電端42.5-57V）。參見(jiàn)表1 PoE參數(shù)的對(duì)比。
這足以為現(xiàn)行的一般網(wǎng)絡(luò)邊際設(shè)備提供電力，但是，從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)電纜中汲取更多電力的開(kāi)發(fā)并沒(méi)有停止。已經(jīng)有制造商聲稱(chēng)可以提高到60W，甚至更高，嚴(yán)格來(lái)講他們的產(chǎn)品已經(jīng)不符合的規(guī)格要求。限定性因素并不在于供電端，而是在Cat5電線(xiàn)上。即使是，Cat5電線(xiàn)通常也需要降低溫度值來(lái)避免線(xiàn)纜過(guò)熱。
分級(jí)方式
標(biāo)準(zhǔn)所定義的用電端設(shè)備類(lèi)別與標(biāo)準(zhǔn)相同，其目的是為了保證向后兼容。1型用電端設(shè)備是符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，其最大功率需求是。供電端設(shè)備利用單層分級(jí)法（1-Event Physical Layer Classification）來(lái)為1型PD用電端設(shè)備提供電力。
2型用電端設(shè)備所需要的功率從提高到，它們必須支持以下分類(lèi)方法：
1）雙層分級(jí)（2-Event Physical Layer Classification），即供電端設(shè)備發(fā)射兩種類(lèi)別的脈沖用來(lái)探測(cè)用電設(shè)備。支持標(biāo)準(zhǔn)且所需功率大于的用電端設(shè)備會(huì)發(fā)送第四類(lèi)信號(hào)給電源端設(shè)備。
2）數(shù)據(jù)鏈接層分級(jí)。在這種方法中，供電端設(shè)備只發(fā)射一種分類(lèi)脈沖并為用電端設(shè)備提供電力，用電設(shè)備隨之利用一種類(lèi)似于鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）的數(shù)據(jù)鏈接層協(xié)議開(kāi)始與電源端設(shè)備進(jìn)行通訊。利用LLDP協(xié)議，用電設(shè)備與供電設(shè)備就可以協(xié)調(diào)電力的使用了。
請(qǐng)注意，標(biāo)準(zhǔn)要求用電端設(shè)備必須支持兩種分級(jí)方法，而要求電源端設(shè)備只支持一種方法即可。
PoE辨識(shí)機(jī)制
標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了單一基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)范圍，其過(guò)程也同樣很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗x了電源端設(shè)備和用電端設(shè)備之間的一種新的通訊與辨識(shí)方法。在標(biāo)準(zhǔn)中，硬件層（層一）分類(lèi)是選擇性的；但在標(biāo)準(zhǔn)中，這種分類(lèi)是強(qiáng)制性的，并且還增加了一種數(shù)據(jù)層（層二）分類(lèi)方法，即鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）。LLDP允許電源端設(shè)備向用電設(shè)備重復(fù)發(fā)送狀態(tài)信息請(qǐng)求，并隨之對(duì)電力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。因此，用電端設(shè)備能夠更有效地使用電力，在需要時(shí)只發(fā)送最低的電力需求即可，因而能夠明顯節(jié)省費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)的這一特性尤其適用于那些必須在意電力消耗的應(yīng)用，比如用蓄電池或者太陽(yáng)能電池供電的遠(yuǎn)程系統(tǒng)。
PoE+網(wǎng)絡(luò)
任何一個(gè)PoE+網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，首先應(yīng)該是它的供電端設(shè)備，因?yàn)樗獮橛秒娫O(shè)備提供電力。一般來(lái)說(shuō)，電源開(kāi)關(guān)通過(guò)一些與/標(biāo)準(zhǔn)相容的PoE/以太網(wǎng)組合接口來(lái)提供電力。其特征是，舉例來(lái)說(shuō)，10/100M、全雙向/半雙向和MDI/MDI-X（介質(zhì)相關(guān)接口/交叉模式介質(zhì)相關(guān)接口）自動(dòng)感應(yīng)。這種規(guī)格可以提供經(jīng)濟(jì)實(shí)用的PoE+系統(tǒng)基礎(chǔ)，還能夠允許現(xiàn)有的PoE系統(tǒng)支持更多的用電設(shè)備以適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展。一個(gè)由PoE適切管理的開(kāi)關(guān)電源允許使用高級(jí)管理方式和協(xié)議支持，包括SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）安全、組播過(guò)濾、服務(wù)質(zhì)量和自動(dòng)報(bào)警等。
PoE+的另一個(gè)好處是，它允許在一個(gè)RJ45連接器上存在兩個(gè)用電端接口，一個(gè)以模式A操作，另一個(gè)以模式B操作，只要模式B的限制是從用電端設(shè)備是否能夠接受PoE這個(gè)角度來(lái)理解，PoE+就會(huì)具有更高的安裝靈活性。所以，盡管PoE+能夠提供很多好處，但大家所關(guān)注的焦點(diǎn)大多還是怎樣充分利用PoE的靈活性。通常這意味著要使用能夠滿(mǎn)足用電端設(shè)備性能需求的工業(yè)增強(qiáng)型電源端設(shè)備，而不是滿(mǎn)足功率需求的設(shè)備。
工業(yè)以太網(wǎng)的通用特征是即插即用式安裝。所使用的設(shè)備可以進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，使其能夠達(dá)到-50℃到95℃的操作溫度范圍。它們能夠提供絕對(duì)的EMI/RFI（電磁干擾/射頻干擾）干擾抑制和保護(hù)，并且可以進(jìn)行共形封裝保護(hù)，以避免潮濕、腐蝕性化學(xué)品和鹽類(lèi)噴濺的侵蝕。
工業(yè)PoE開(kāi)關(guān)電源還必須具有帶寬與管理裝置，用來(lái)處理以高數(shù)據(jù)傳送速率使用巨量帶寬的應(yīng)用。這種組播通訊必須加以有效管理，以防止不必要的數(shù)據(jù)溢滿(mǎn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。其中最好的基礎(chǔ)設(shè)施元件還能夠把提供IGMP（因特網(wǎng)組管理協(xié)議）管理軟件作為標(biāo)準(zhǔn)配置，這種軟件的好處是能夠提供一種管理這些數(shù)據(jù)流量的方法。
電力線(xiàn)以太網(wǎng)（EoP）
電力線(xiàn)以太網(wǎng)（或者叫電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)）是“無(wú)需鋪設(shè)新線(xiàn)”就可以聯(lián)網(wǎng)這一概念的另一個(gè)亮點(diǎn)。它利用建筑物或者設(shè)施中已經(jīng)存在的動(dòng)力線(xiàn)來(lái)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，以降低安裝成本。任何存在電源插座的地方都可能成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。市場(chǎng)上有各種各樣的以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)，即含有通過(guò)總電源線(xiàn)傳送數(shù)據(jù)所需要的以太網(wǎng)橋接電路的適配器。
市場(chǎng)上出現(xiàn)的較早產(chǎn)品是Intelogis公司開(kāi)發(fā)的基于Passport參數(shù)規(guī)格的版本。用今天的性能標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，它的速度太慢，還不足一兆，即便是要達(dá)到這樣的速率還要看電纜的狀況和實(shí)際的功率使用情況。再后來(lái)出現(xiàn)在市場(chǎng)的產(chǎn)品是基于PowerPacket（電力包）參數(shù)規(guī)格由Intellon公司所開(kāi)發(fā)的。該產(chǎn)品的速度要快很多，它不會(huì)受電力線(xiàn)電力中斷的影響；在保持連接和速率方面的性能要好得多，并且不會(huì)因?yàn)殡娋€(xiàn)狀況而造成信號(hào)衰減。雖然用電力線(xiàn)來(lái)處理數(shù)據(jù)傳輸不太理想，但是PowerPacket使用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）能夠提供可靠的數(shù)據(jù)通信。
正交頻分復(fù)用技術(shù)是電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所使用的頻分復(fù)用技術(shù)（FDM）的一種變化方式。利用正交頻分復(fù)用技術(shù)， 數(shù)據(jù)載波上的頻率值可以分成84個(gè)獨(dú)立的次級(jí)載波。把數(shù)據(jù)包同時(shí)用幾個(gè)載波頻率傳送，速度更快，性能更可靠。如果電力使用中出現(xiàn)的噪聲或者電涌使一個(gè)頻率中斷，PowerPacket芯片就能感測(cè)到，它便會(huì)把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)載波上。這種速率調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)能夠讓PowerPacket在電力網(wǎng)絡(luò)中保持以太網(wǎng)級(jí)的連接，并且不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。
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該技術(shù)在重要工業(yè)應(yīng)用中的可靠性和有效性如何呢？第一個(gè)問(wèn)題是傳輸速率。200Mbps通常被認(rèn)為是最高速度，雖然也有人說(shuō)500Mbps，即便是這樣，離千兆速率也有很大的差距。第二個(gè)問(wèn)題，每一條電力線(xiàn)都存在大量噪聲和頻率依存性信號(hào)衰減問(wèn)題；隨著傳送速率的提高，錯(cuò)誤率也可能會(huì)提高。所以，通訊速度越快，連接就可能越不可靠。較高程度的錯(cuò)誤偵測(cè)和一般程度的通信穩(wěn)健性必須從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)到網(wǎng)絡(luò)中。
最后一個(gè)問(wèn)題是，到目前為止，市面上各種各樣的EoP解決方案遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界工業(yè)應(yīng)用中對(duì)增強(qiáng)型產(chǎn)品的要求。
展望未來(lái)
工業(yè)以太網(wǎng)供電的前景如何呢？在去年11月份于德國(guó)紐倫堡舉行的SPS Drives 展會(huì)上，西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化公司的Ewald Kuk先生透露了一絲端倪。他對(duì)我們說(shuō)：“對(duì)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用來(lái)說(shuō)，PoE將來(lái)會(huì)越來(lái)越多地進(jìn)入到終端設(shè)備和遠(yuǎn)程I/O中。這種情況現(xiàn)在還沒(méi)有出現(xiàn)，是因?yàn)榭梢詡魉偷碾娏€比較低。PoE+可以通過(guò)提供30W或更高的電力來(lái)為此提供幫助，最新的設(shè)備都有這樣的功率需求。但是，很多新接入點(diǎn)設(shè)備的操作和大多數(shù)的I/O的操作會(huì)需要更多的電力，并且，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的電力更是要多得多。
“我們有具有PoE功能的開(kāi)關(guān)電源，也有接入點(diǎn)設(shè)備，但目前因?yàn)殡娏?wèn)題還沒(méi)有帶有PoE功能的遠(yuǎn)程I/O。但在未來(lái)，我們覺(jué)得幫助解決這一難題的方法之一是減少設(shè)備的能源需求。我們相信，利用電力消耗更少而效率更高的芯片等技術(shù)我們能夠做到這一點(diǎn)。
Kuk先生接著說(shuō)：“在與各種速度驅(qū)動(dòng)和電機(jī)有關(guān)的地方，我們目前還不能使用PoE甚至是PoE+，因?yàn)樗鼈兊碾娏π枨笠叩枚啵恍枨笠呀?jīng)存在，但這是一段時(shí)間以后的事；或許是在接下來(lái)的五年中。然而，在一個(gè)單軌應(yīng)用中，我們確實(shí)已經(jīng)做了引導(dǎo)性設(shè)備安裝，其中使用無(wú)線(xiàn)電源的無(wú)線(xiàn)通訊能夠提供100W以上的電力。這種‘Wireless Po-Air’運(yùn)作良好，但問(wèn)題是，當(dāng)你從空中獲得電力時(shí)，無(wú)論通過(guò)什么方式導(dǎo)入，人們都會(huì)覺(jué)得不安全，即便它確實(shí)是很安全的。他們不喜歡這種做法。通過(guò)電線(xiàn)傳送較高的電力，他們并不擔(dān)心，他們擔(dān)心的是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式！我們正在進(jìn)一步研究這方面的事情。”
結(jié)語(yǔ)
在2003年作為標(biāo)準(zhǔn)引入并且在2009年更新為標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)供電對(duì)靈活、低成本、可靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)做出了重要貢獻(xiàn)。不僅PoE和PoE+能夠讓大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在沒(méi)有電力的遠(yuǎn)程地點(diǎn)獲得電力，而且PoE還將會(huì)持續(xù)地推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行重大變革。把信號(hào)和電力混合在一條以太網(wǎng)線(xiàn)纜連接中的優(yōu)勢(shì)，將為向基于工業(yè)控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)的快速轉(zhuǎn)變做出貢獻(xiàn)。
利用現(xiàn)代化增強(qiáng)型的供電端設(shè)備和用途日益廣泛的用電端設(shè)備，PoE和PoE+正在為具有大型數(shù)據(jù)傳送速率和需要電力靈活分布的應(yīng)用提供更好的解決方案。工廠(chǎng)的地面安裝，尤其是那些網(wǎng)絡(luò)邊際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝，正在變得越來(lái)越簡(jiǎn)單。并且，由于限定了高壓應(yīng)用中的最高電壓，把電流和故障保護(hù)納入到標(biāo)準(zhǔn)中，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，PoE和PoE+是安全的電力技術(shù)，所以與之兼容的工業(yè)開(kāi)關(guān)電源也應(yīng)該符合產(chǎn)品安全檢測(cè)和認(rèn)證服務(wù)提供商Underwriters Laboratories (UL)公司關(guān)于安全工作環(huán)境的額定安全低電壓（Safety Extra Low Voltage，SELV）分類(lèi)，這將會(huì)促成更深層的工業(yè)應(yīng)用。
