—— 解决在现有交换机基础设施中通过以太网供电提供最高 90W 功率的互操作性挑战
Microchip Technology
PoE 营销与业务拓展资深经理
Galit Mendelson
新一代 5G 技术能够提供具有更高速度的先进移动互联网连接，可助力实现各种 IoT 和大数据 应用，从而创造新的商机。这些应用以空前的速度推动了将更多类型的受电设备（PD）连接到以 太网网络的需求，这些设备包括 IP 监控摄像头、802.11ac 和 802.11ax 接入点、LED 灯具、5G 小 型基站以及其他 IoT 电器。以太网供电（PoE）技术给在 5G 部署中为这些设备供电带来了诸多优势，通过将供电设备（PSE）和受电设备（PD）的功率限值分别设定为 90W 和 71.3W，最新的 IEEE® 802.3bt 标准让这种可能性成为现实。
面临的挑战是如何部署支持这项最新一代 PoE 技术的 PD，以便它们能够与现有 IEEE 802.3bt 标准之前的 2 对和 4 对 PD 协同工作，也就是支持早期符合之前标准的通用 PoE（UPOE）和 HDBaseT 供电（POH）规范的 PD。如今，行业已经弥合了这种互操作性差距，可确保符合之前标 准和全新 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PD 能够共用相同的以太网基础设施，而无需更换现有的交换 机或布线。
通向 IEEE 802.3bt 之路
自 2003 年批准第一个 PoE 标准以来，PoE 的应用范围大幅增长，并且在新应用方面不断取得进展。在简化安装、节省 CAPEX 和 OPEX 成本以及为全球使用提供统一且安全的电源标准方面， PoE 拥有巨大优势。
在新应用中影响 PoE 使用的主要限制因素是可用功率的大小。尽管 15.4W 的电源足以满足大 多数 IP 电话和 802.11a/b/g 接入点的需求，但却不足以为 IP 视频电话、802.11n 和云台变焦控制 （PTZ）IP 摄像机供电。因此，电气电子工程师协会（IEEE）在 2009 年发布了 IEEE 802.3at 标准， 规定了功率为 30W 的 PoE 电源。
如今，需要更高的功率来为连接到以太网的其他设备（例如 PTZ 监控摄像头、自助服务终 端、POS 终端、瘦客户端、802.11ac 和 802.11ax 接入点、小型基站以及联网 LED 照明）提供支 持，而这类设备均可从 PoE 中受益。为了满足这一需求，新的 IEEE 802.3bt 标准主要通过利用全 部四对结构化布线来提高 PoE 的最大可用功率。IEEE 802.3bt 扩展了在初始协商期间交换的电源分 类信息，可实现高效的电源管理功能，支持多个 PoE 等级，同时还可向后兼容。这些增强功能解 决了更高功率和更高效 PoE 供电系统带来的挑战。
IEEE 802.3bt 标准意向征集（CFI）活动于 2013 年初开始，并于 2018 年 9 月获得正式批准。 由于新标准通过将 PSE 和 PD 的功率限值分别设定为 90W 和 71.3W 来拓展 PoE 的使用场景，因此 它不但能够满足现有市场需求，还被普遍认为是 PoE 市场增长的主要推动因素。
不过，在 IEEE 802.3bt 实施之前，也有一些同步开展的工作在努力提高 PD 的供电性能。从 IEEE 802.3af-2003 PoE 标准开始，能够通过两对 5e 类（Cat5e）线缆为每个设备提供最高达 15.4W 的输出功率。IEEE 802.3at-2009 标准（也称为 PoE+）引入了支持 30W 输出功率和 25.5W 负载功率 的“Type 2”PSE/PD。后者主要是对第一个标准的扩展。随后，HDBaseT 联盟对 HDBaseT 协议进 行了标准化，允许通过 Cat5e 或更高标准的线缆将 HDMI 链路扩展到最长 100m。2011 年， HDBaseT 联盟创建了 HDBaseT 供电（PoH）标准，这项标准将四对线缆的最大供电功率扩展到 95W。
下表汇总了 IEEE 802.3bt 之前的标准：
注 1：如果通道长度已知，则扩展功率容量能够实现最高 95W 的 PD 输入功率。
IEEE 802.3bt 添加了许多功能。除了引入 Type 3 和 Type 4 PSE/PD 以及通过四对线缆工作之 外，这项标准还支持单签名和双签名 PD 结构，并将等级 5 到等级 8 添加到了改进的双向认证过 程中。只要通道长度已知，就会添加自动分级功能，功率容量也会得到扩展。最后，这项标准还 包含低功耗待机功能，并且支持采用 PoE 的 10G-BASE-T。下表给出了在 IEEE 802.3bt 标准批准后 提供的 PoE 功能。
注 1：如果通道长度已知，则扩展功率容量能够实现最高 60W（Type 3）和 90W（Type 4）的 PD 输入功率。
IEEE 802.3bt 标准的目标之一是符合 ISO/IEC 60950 中定义的有限电源和安全特低电压 （SELV）要求。但是，这种合规性意味着每个端口的功率都不能超过 100W。尽管存在这一功率 上限，但每个端口 100W 的功率仍足以满足先前在原有 IEEE 标准下不支持的应用的需求，这样便 能扩展 PoE 端口部署的潜在数量。
确保互操作性
只有 PSE 能够（在功率方面）支持 PD 并且两者均符合标准，IEEE 802.3bt 规范便可确保 IEEE 802.3bt 系统能够自动与传统 Type 1 和 Type 2 设备配合工作。如果 PD 需要更高的功率（IEEE 802.3bt PD）而 PSE 无法支持该 PD（IEEE 802.3af/at PSE），那么 PD 将保持关闭状态，或者进入开 启状态而只消耗来自 PSE 的可用功率。
最早提供这种互操作性的解决方案示例之一是 Microchip 的 PSE 芯片组，它实现了符合之前 标准的交换机与符合新 IEEE 802.3bt-2018 标准的产品之间的互操作。该芯片组基于 Microchip 的早 期 PSE 芯片组，用于实现已广泛采用的 PoH 四对供电标准（适用于 95W PD）。另外，它也是符 合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PoE 供电器和中跨产品的核心，可为用户弥合互操作性差距。
通过在 PD 与现有交换机之间安装符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PoE 注入器和中跨，用户能 够为符合之前标准的 PD 与符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PD 的任意组合供电。
通过使用单端口和 多端口选项，符合新 IEEE 802.3bt 标准的交换机也能够为满足之前标准的 PD 供电。
对于系统开发人员而言，IEEE 802.3af/at/bt PoE 芯片组提供了可扩展性，能够将支持符合之前 标准和符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PoE 所需的两对和四对系统集成到单板设计中。这些芯片组 必须能够均衡整个系统的散热，并且应包含构建 PSE 设备所需的所有管理器和控制器功能，这些 设备可为每个端口提供 90W 至 99.9W 的功率，同时为 IEEE 802.3bt Type 3（1-6 级）和 Type 4（7- 8 级）应用提供最多 48 个端口的支持。需要额外考虑的是，基于这些芯片组的系统应具有无需更 改硬件即可通过软件更新将早期标准升级到 IEEE 802.3bt 的能力。
开发人员的最后一个担忧是能否保护 PD 免受反极性连接的影响，并减少提供 IEEE 802.3bt Type 4 8 级电源所需的电源空间和成本。借助在 PoE 连接的供电侧所使用的全桥整流器，最新的 IEEE 802.3bt 解决方案也解决了这一问题。
新的 IEEE 802.3bt 标准能够通过四对 Cat5e 线缆及更高标准的线缆提供 90W 的功率。这一 PoE 等级预计是已定义的最高级别，因为更高的级别对于当今基础设施中部署的现有线缆和连接 器可能并不安全。此标准将取代目前提供 60W/75W/95W 的所有现有符合之前标准的解决方案， 例如 UPOE 或 4PPoE。PoE 系统和设备供应商提供了实现这些新标准的路线图，同时也为早期符合 之前标准的实现方案（包括支持 UPOE 和 POH 规范的实现方案）提供支持。符合之前标准的 PD 和符合新 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PD 在合理实现后可以共用相同的以太网基础设施，而无需更 换现有的交换机或线缆。
