PoE (功率 over Ethernet)指的是在對現有的以太網布線基礎架構不作任何改動的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網接入點AP、監控攝像頭等)傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。PoE也被稱為基于局域網的供電系統(power over LAN，PoL)或有源以太網(active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網供電，這是利用現存標準以太網傳輸電纜同時傳送數據和電功率的標準規范，并保持了與現存以太網系統的兼容性。
IEEE在1999年開始制定該標準，最早參與的廠商有3Com,Intel,PowerDsine,Nortel,Mitel和National Semiconductor。該標準是基于以太網供電系統POE的新標準，在IEEE 802.3的基礎上增加了通過網線直接供電的相關標準，是現有以太網標準的擴展，也是第一個關于電源分配的國際標準。但是，該標準的缺點一直制約著市場的擴大。在2000年，思科提出了自己的cisco預標準以太網供電（Cisco Pre-standard Powerover Ethernet）。在2003年6月IEEE批準了 IEEE 802.3af，它明確規定了遠程系統中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機和集線器通過以太網電纜向IP電話、安全系統以及無線LAN接入點等設備供電的方式進行了規定，解決了各個廠家設備的兼容性問題。2009年10月PoE的第二個協議IEEE 802.3at 批準，該標準中的PoE 技術被通俗的稱為PoE+技術。除了完全兼容IEEE802.3af之外，還支持Type-2的更大功率的供電。2018 年，IEEE Std 802.3bt 標準帶來新PoE 技術。基于PoE 和PoE+便利的命名規則，第三代PoE 技術被簡稱為PoE++技術。
PoE供電技術已被應用到生活中的諸多方面如網絡設備、安防監控、數據傳輸、無線通信、弱電工程、照明系統等。
典型結構
一個完整的PoE系統包括供電端設備(power sourcing equipment，PSE)和受電端設備(power device，PD)兩部分。
歷史沿革
在IEEE在1999年開始制定該標準，最早參與的廠商有3Com、Intel、PowerDsine、Nortel、Mitel和National Semiconductor就已經初步提出了關于PoE供應技術的想法。2000年初，思科提出了自己的cisco預標準以太網供電（Cisco Pre-standard Powerover Ethernet），這個標準支持更加詳細的PD功率分級，而且廣泛應用在自己的IP電話系統中
2003 年，由IEEE 組織發布的IEEE Std 802.3af 標準中，首次提出了在物理層通過以太網給設備供電的方法。基于這一版標準中的技術，供電設備可通過通信電纜向受電設備直接供電，其中要求直流功率小于15.4W，受電設備負載功率不超過12.95W。該版標準定義了兩種供電線序，分別為空閑線對供電和信號線對供電?？臻e線對供電左圖采用1236 線端為信號端，信號線對供電右圖則采用1236 線端兼用電源和信號端，供電設備可適應受電設備采用任意一種供電線序。
2004年以前，做PoE供電設備的大多都是美國的設備制造廠家。近年來，中國的設備制造商也開始重視PoE供電技術，陸續研發了推出了具有以太網供電的交換機、Hub等。比如思科、惠普、北電網絡、烽火網絡這些公司都開發出了關于PoE技術的相關產品。
2009年10月，第二個PoE標準IEEE802.3at正式推出，該標準中的PoE 技術被通俗的稱為PoE+技術。除了完全兼容IEEE802.3af之外，還支持Type-2的更大功率的供電。但是，PoE設備必須支持LLDP，通過協議協商所需的功率?，F在已經有越來越多的PD控制芯片開始支持IEEE 802.3at，所以使PSE支持更多的PD，需要開發符合IEEE 802.3at標準的供電設備。
2018 年，IEEE Std 802.3bt 標準帶來新PoE 技術。不同于前代技術在兩對導線上供電，新標準充分利用了通信線纜的全部八根導線，通過對線纜加壓以提高載流能力。新技術將PoE 的供電端功率直接提升到90W，與之相配的負載功率也提升至了71.3W。經過這一次提升，進一步擴大了PoE的應用范圍?；赑oE 和PoE+便利的命名規則，第三代PoE 技術被簡稱為PoE++技術。
在2018年以來，PoE技術已經得到廣泛的應用。像無線城市和攝像安防系統這樣的應用，已經走入了人們的生活，讓生活周圍更加便利。
技術原理
PoE供電原理
按照IEEE802.3af，IEEE 802.3at、IEEE802.3bt標準，在一定的時間內，供電設備必須完成對終端網絡設備的檢測和分級，然后決定是否對其供電以及輸出多少功率。這個規定給不兼容的網絡設備不受48V電源的破壞提供了保障。所以供電設備的主要功能是檢測是否有兼容的設備(PD)接入系統或從系統中斷開，并對受電設備進行功率分級，以提供相應功率的電源或切斷電源。
PoE供電原理主要有以下六個階段:
(1)檢測階段:PSE檢測PD是否存在。PSE通過檢測電源輸出線對之間的阻容值來判斷PD是否存在，只有檢測到PD，PSE才會進行下一步操作。一般在受電設備中，選用24.9K的電阻。
(2)確定功耗階段:PSE確定PD功耗。PSE通過檢測電源輸出電流來確定PD功率等級。PSE默認將受電設備規定為0級，為其提供15.4W的輸出功率。IEEE802.3af的PD分級:0級設備功率為0~12.95W，1級設備功率為0~3.84W，2級設備功率為3.85~6.49W，3級設備功率為6.5~12.95W。
(3)開始供電階段:PSE給PD穩定供電。當檢測到端口下掛設備屬于合法的PD設備時，并且PSE完成對此PD的分類，PSE開始對該設備進行供電，輸出48V的電壓。
(4)供電階段:實時監控，電源管理。供電期間，PSE還要對每個端口的供電情況進行監視，提供欠壓和過流保護。并確認受電設備不超過15.4W的功率要求
(5)斷電階段:PSE檢測PD是否斷開，PSE會通過特定的檢測方法判斷PD是否斷開。
(6)檢測階段:PD斷開，PSE將關閉端口輸出電壓，端口狀態返回到信號檢測階段。
被動式供電及限制
被動式供電
當PoE供電時，由于PD工作時不能連續消耗350mA電流或12.95W功率，短時內允許有400mA的浪涌電流。當旁路電容充電完成后，端口電壓就升高進入供電模式，使電路的其余部分運行，并在它所在類的功耗極限內吸取電源。必須將電流主動地限制在最小電流 (400mA~450mA)內，被動地限制為350mA到400mA的閾值內。端口電流可能永遠不會超過，如果大于的時間超過 (50ms到75ms)，端口就會關斷。在啟動和供電模式下使用這些限制。雖然IEEE標準要求在啟動時的最大電流為，但實際上與相等。
供電能力限制
電流主動限制對端口電源實現了嚴格的控制，以避免一些故障造成嚴重事故，并允許 PSE 用低價位的MOSFET來控制端口。因為PSE 經常執行和 電流限制，PD必須對它的旁路電容充電或在加電50ms后限制電流。PSE可以選用較嚴格的閾值來控制分級1和分級2的PD。PD至少要保持10mA的電流且交流阻抗要維持在26.25kΩ或更少，以避免掉線。像恒溫調節器這類功率敏感的應用可以通過脈沖調制使“保持功耗特征(MPS)”電流為10mA，并且脈沖間隔時間保持75ms到250ms之間以減少功耗。PD也必須有一個電阻小于26.25kΩ的共模阻抗與一個大于50nF電容并聯。通常，PD的旁路和負載會形成一個比26.25kΩ低得多的阻抗。PD設備提供48V到低電壓的轉換是較容易，但同時應有1500V的絕緣安全電壓。
供電標準
PoE 標準
PoE標準使用的是2003年發布的國際標準IEEE802.3af，這個標準解決了各個廠家設備的兼容性問題。該標準要求:PSE能達到15.4W的輸出功率，到達受電設備的功率是12.95W。
IEEE802.3af允許兩種線序供電方法:第一種方法是在4-5、7-8線對上傳輸電源，并且規定4-5為正極，7-8為負極;第二種方法是在1-2、3-6線對上傳輸電源，極性任意。
PoE+ 標準
PoE+標準使用的是2009年發布的國際標準IEEE802.3at，標準IEEE802.3at，與IEEE802.3af完全兼容，支持更大功率的供電，使以太網供電廣泛應用成為可能。該標準要求:PSE能達到30W的輸出功率，到達受電設備的功率是25.5W。
PoE++標準
PoE++ 標準使用的是2018年最新的國際標準IEEE802.3bt，由于PoE+ 、PoE++ 兩種標準的功率已經不能滿足現在更大功率的PD的供電要求，為了能滿足現在更大功率的PD的供電要求。所以該標準推出了兩個要求：
(1)要求PSE能達到60W的輸出功率，到達受電設備的功率是51~60W。
(2)要求PSE能達到90W的輸出功率，到達受電設備的功率是71~90W。
兩對線供電標準
IEEEStd 802.3af標準中規定，直流電壓U在44～57V之間，以典型值為例，取U為48V，典型工作電流為10~350mA，PSE端典型的輸出功率為15.4W。
在PoE 系統中，由于供電線路為兩對雙絞線，線路的單程總電阻由兩根單線電阻并聯而成。因此，若以10Ω 的單程電阻計算，則線路容許的直流電阻值為20Ω，此時PoE 系統的供電范圍可達到:20Ω/9.5Ω × 100m = 210.52m。其中，線纜采用符合標準的CAT5E 電纜，其直流電阻值≤9.5Ω/100m。因此，在對傳輸速率要求不高的場合中，PoE 供電線路長度可以設定在0～200m 范圍內。
在PoE+系統中，供電線路跟PoE中的相同，同理，按6.25Ω 單程總電阻計算，線路容許的直流電阻值約為12.5Ω，則PoE 系統的供電范圍通過計算可達到131.58m。因此，在對傳輸速率要求不高的場合中，PoE供電線路長度可以設定在0～130m 范圍內。同時，由于IEEE Std 802.3af 中對于PSE 電源的輸出電壓范圍是44～57V、IEEE Std 802.3at 中是50～57V。在這一規定范圍內，如果適當地增加輸出電壓，則線路容許的電阻也增加，此時若負載不變，則供電線路容許的長度也能相應地增加。進而線路的熱損耗也會隨之加大，為了避免這種利大于弊的情況發生，必須同時綜合考量輸出功率和線路功率損耗二者的平衡。
四對線供電標準
不同于PoE 和PoE+系統，在IEEE Std 802.3bt標準中，PoE++系統是利用四對雙絞線供電，該標準有Type3 和Type4 兩個類型。
Type3 規定，電源典型輸出功率為60W，電源最小輸出電壓U為52V，典型負載最大功率為51W，則理論上，通過計算得出最大線路直流電阻值為6.63Ω，相應的直流電流值為1.962A。
Type4 規定，電源PSE典型輸出功率為90W，電源最小輸出電壓U為52V，典型負載最大功率為71.3W，通過計算得出最大線路直流電阻值為4.74Ω，相應的直流電流值為2.74A。
在PoE++系統中，系統供電線路為四對雙絞線，不同于兩對雙絞線的情況，此時的單程總電阻由四根單線電阻的并聯而成。
若以3.3Ω 和3.1Ω單程總電阻計算，則單線的直流電阻值約為13Ω 和12Ω，則通過計算可以得出PoE++系統的供電范圍可達到136.84m。其中，線纜采用標準的CAT5E 電纜，其規定的直流電阻≤9.5Ω/100m。因此，在對傳輸速率要求不高的場合中，PoE++供電線路長度可以設定在0～126m 范圍內。
主要特點
優點
（1）簡單，方便。PoE只需要安裝和支持一條電纜，簡單且節省空間，并且設備可任意移動。
（2）節約成本。許多帶電設備，如視頻監視攝像機等，都需要安裝在部署AC電源的地方，PoE則不需要電源和安裝電源所耗費的時間，不僅節省費用和時間，同時也減少了電力線的物料成本和人工布線成本。
（3）實時監控。像數據傳輸一樣，PoE可以使用簡單網管協議(SNMP)來監督和控制該設備。
（4）安全性。PoE供電端設備只會為需要供電的設備供電，只有連接需要供電的設備，以太網電纜才會有電壓存在，消除線路上漏電的風險。
（5）集中供電。一個單一的UPS就可以提供相關所有設備在斷電時的供電。
（6）兼容性。用戶可以自動、安全地在網絡上混用原有設備和PoE設備，這些設備能夠與現有以太網電纜共存。
缺點
（1）非標準設備的安全隱患。目前市場上還有非標準的PoE供電設備和受電設備。它們的供電電壓只有48V/24V/12V等。
（2）傳輸距離有限。PoE交換機最大傳輸距離主要取決于數據傳輸距離，當傳輸距離超過100m時可能會發生數據延遲、丟包等現。在實際施工過程中傳輸距離盡量不超過100m。
（3）“不穩定性”。在實際施工和應用中，經常會出現PoE交換機不能供電或者供電不穩定的情況，標準PoE供電已經穩定安全。多數狀況是由于選用的非標準PoE交換機或者線材品質過于低劣，或方案設計本身不合理等。
（4）風險過于集中。一臺PoE交換機同時會給多個前端設備進行供電，交換機的PoE供電模塊任何故障都會導致所有的攝像機無法工作，風險過于集中。
技術參數
供電技術參數
PoE、PoE+、PoE++供電技術參數如下表所示，用戶可以根據現網PD的實際情況，使用對應的供電技術對PD進行供電。
PoE常用的三種傳輸模式
目前，PoE 交換機會通過模式 A（End-Span 末端跨接法）、模 式 B（Mid-Span 中 間 跨接法）和 4-pair 三種 PoE 供電方式為受電端設備提供傳輸兼容的直流電。
模式A
即末端跨接法(End-Span)，在該模式下，PoE交換機通過1、2、3、6線為受電端設備進行供電，同時也會進行數據傳輸，其中1、2為正極，3、6為負極。
模式 B
即中間跨接法(Mid-Span)，在該模式下，PoE交換機通過 4、5、7、8線為受電端設備進行供電。當應用于10BASE-T和100BASE-T 以太網時，4、5、7、8線只會進行電力傳輸，不會進行數據傳輸，因此該四只腳也被成為空閑腳。其中4、5作為正極，7、8 作為負極。
4-pair
PoE 供電方式在該模式下，PoE 交換機將會通過所有的線為受電端設備進行供電，其中 1、2 和 4、5 為正極，3、6 和 7、8 為負極。
應用領域
網絡設備
PoE技術可以為IP電話、無線AP、視頻電話、門禁、POS機、樓宇控制器和傳感器、數字標牌等終端設備供電。
安防監控
視頻監控系統目前國內視頻監控系統已經發展成為全數字式網絡化，攝像機全部為數字式設備，應用PoE供電大大減少了設計人員和施工人員的勞動強度。
數據傳輸
PoE技術可以在普通網絡線纜（5類及以上）傳輸未經壓縮的高清視頻（可達4K）、音頻、電源、家用網絡、以太網、USB和其他的一些控制信號（例如RS232和IR）以及提供100W的功率。采用的接頭是以太網使用的RJ45模塊化器件，無須特定類型的電纜或專有的連接器。HDBaseT的傳輸距離可以長達100m，實現視頻、音頻、網絡、控制和電源的一體化傳輸。
無線通信
PoE作為WLAN的熱點補充技術之一。在組建大型WLAN時PoE的優勢非常顯著，在規模較大的場所組建WLAN已經是非常普遍的設計。例如普渡大學組建了擁有1100多個無線訪問點的WLAN，可以向140多個建筑物和4萬名學生提供無線上網服務；通過采用PoE技術的設備為無線網絡供電，使每個無線接入點平均節省了350～1000美元的費用。
弱電工程
弱電工程在施工過程中往往需要布放大量的線纜，例如電源線、網線、控制線等。 除此之外，還需要為設備購買專用的供電電源。 使用 PoE 供電技術不僅節約了購買電纜和電源的成本， 同時也節省了布放電纜和安裝電源的人力成本。
照明系統
近年來PoE在LED照明方面有著蓬勃的發展。美國的NULEDS公司、INNOVATIVE LIGHTING公司、思科、歐洲的荷蘭皇家飛利浦公司都生產制作了相應的PoE產品，比如，荷蘭皇家飛利浦公司結合PoE技術和LED智能照明，推出全球第一個PoE智能辦公照明互聯系統，利用現有以太網布局，讓每一個照明設備都具有照明和信息采集功能，為物聯網和大數據的發展做出了鋪墊。
標準規范
IEEE802.3af標準實現
自2003年IEEE802.3af標準制定以來，已有多家半導體廠商提供了符合IEEE802.3af 規格的PSE控制器，如:凌特公司(Linear)的LTC4258/59;德州儀器(TI)的TPS2383/TPS2384;以色列PowerDsine公司的 PD64004/64012以及美信公司(Maxim)的MAX5922A/B/C和MAX5935。為了使PD 符合 IEEE802.3af標準的要求，簡化設計任務，同樣幾大半導體廠商相繼推出了PD接口控制器?？捎玫慕涌诳刂破饔?德州儀器(TI)的TPS2370/TPS2371/TPS2375/TPS23750;凌特公司(Linear)的LTC4257/ LTC4257-1 /LTC4267:美信公司(Maxim)的MAX5940A/MAX5940B，MAX5941A/B，MAX5942A/B，MAX5953等等。凌力爾特公司公司的PSE芯片可控制四個獨立48V以太網端口，執行全部必要的電源操作，例如判定是否有兼容設備連接到電纜、分辨設備類型、調節電流正常運行及DC 或AC斷接檢測能力。這種基于該公司領先熱插拔控制技術的PoE控制器很好地克服了插拔時的電壓波動現象，而且在器件功耗方面的性能也較為優越，此外，它還能自動監測AC斷接狀態而不需要手動設置。在大系統中，4位可編程數字地址即多達16個LTC4258或LTC4259能同時連接在相同的IC或SMBus上，控制多達64個通道。凌特公司的PD控制器一LTC4267，具有一個集成開關穩壓器，精確雙電平浪涌電流限制允許與老式PoE系統無縫連接;還包括一個恒定頻率電流模式的片上DC/DC控制器，可編程分級電流(0至4級)，具有欠壓關斷、智能熱保護等功能。此外，通過對電子元件及電路的改進，可以解決芯片在供電方面的問題，使系統的安裝、使用更加簡便?穩定性和性能得以提高。
非標準實現
在802.3af 標準出現之前，一些LAN設備廠商采用專利性饋電器為以太網線纜提供饋電。雖然這種方法行得通，但有些饋電器會對有線設備構成重大安全隱患?？町a品貼有“注意:通電以太網線纜”的黃色警示標簽。如果你把“通電”以太網線纜插入 PC 或便攜電腦，網絡接口就會遭到電氣破壞，更嚴重的是，帶電線纜可能會燒毀整個機器，或者引發火災。802.3af解決了這個安全問題，它能夠識別具有PoE功能的設備，只有位于線路另一端的是兼容設備，才會給線纜供電;如果另一端設備沒有PoE功能，端口完全如同普通的LAN交換機端口，則不會供電，因此不會產生電火花或者煙霧。
IEEE 802.3az節能以太網(EEE)
在2010年，IEEE Std.802.3az-2010 Energy-Effi-cient Ethernet(EEE)(高效能以太網)標準獲得批準，綠色節能運動已經深入到了數據中心網絡最基本的組成元素之中。新的標準可在網絡連接利用率下降時降低能源需求，實現網絡在芯片級上的節能效果。新標準定義了一種名為Low Power Idle(空閑態低功率)的技術，它可以在一個連接并未使用狀態時降低能源消耗?？紤]到大部分的以太網流量的突發性特點，這一技術能夠帶來相當可觀的節能效果，尤其是在一些高性能技術，如10GbE(1GbE 和100 MbE也在標準之中)的應用中，節能效果更加明顯。因此采用基于EEE標準的設備，可以在兼顧性能的同時實現能源節約。EEE由物理層的LPI協議(Low Power Idle)實現，在LPI模式下，鏈路兩端設備在鏈路利用率較低時能進入節能狀態，并且能在切換LPI模式時不改變鏈路狀態，不出現丟幀，切換時間對上層可以忽略不計。EEE同時規定了鏈路兩端設備交換EEE 能力和協商EEE參數的機制。
發展趨勢
隨著信息、網絡和人工智能的不斷發展，大數據、云計算和5G的廣泛應用。 例如，智慧樓宇應用樓宇智能化系統中的各弱電子系統應用網絡正在不斷擴大，也在變得越來越復雜和多樣化。隨著智能化與物聯網智能終端設施越來越多，設備的數量和安裝位置已經難以確定，尤其是它們的就地供電問題越來越突出，依托布線基礎設施進行信號傳輸與供電的方案變得更具吸引力。應用中依據標準可實現對設備提供遠程電源，促進了PoE的發展。智能建筑、智慧安防和智慧交通等應用隨處可見，需求劇增以太網供電技術的發展和應用必將取代大部分傳統設備的供電方式。一個智慧、感知的以太網絡供電技術將越來越成熟，應用也會越來越廣泛。
參考資料 >