一、前言：
物聯(lián)網(wǎng)把傳感器裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道以及家用電器等各種真實(shí)物體上，通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來，進(jìn)而運(yùn)行特定的程序，達(dá)到遠(yuǎn)程控制或者實(shí)現(xiàn)物與物的直接通信。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制，也可以對(duì)家庭設(shè)備、汽車進(jìn)行遙控，以及查找位置、防止物品被盜等各種應(yīng)用。在以上諸多應(yīng)用中都缺少不了一種電源供電技術(shù)，而PoE(PowerOverEthernet)這種技術(shù)是可以在以太網(wǎng)中透過雙絞線來傳輸電力與資料到裝置上的技術(shù)。透過這項(xiàng)技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)電話、無線基地臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)、集線器、智能終端、現(xiàn)代智能辦公設(shè)備、電腦……等裝置都能采用PoE技術(shù)供電來完成各種設(shè)備的運(yùn)行，由于能借由以太網(wǎng)獲得供電的電子設(shè)備無需額外的電源插座就可使用，所以同時(shí)能省去配置電源線的時(shí)間與金錢，使整個(gè)裝置系統(tǒng)的成本相對(duì)降低。
隨著以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,目前全球均普遍采用RJ-45網(wǎng)絡(luò)插座，因此各種PoE設(shè)備都具備相容性。PoE不需要更改以太網(wǎng)路的纜線架構(gòu)即可運(yùn)作，所以采用PoE系統(tǒng)不但節(jié)省成本易于布線安裝還具備了遠(yuǎn)程通電、斷電的能力,“優(yōu)力普”智能供電從而很好的解決了物聯(lián)網(wǎng)終端所需的電源難題,將在未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到非常重要的作用。
二、PoE在物聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用
隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵不斷擴(kuò)展，產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)——物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫連接，達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。因此網(wǎng)絡(luò)將不再是被動(dòng)地滿足用戶的需求，而是要主動(dòng)感知用戶場(chǎng)景的變化，并進(jìn)行信息交互，為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)。下面分別介紹目前“優(yōu)力普”,PoE技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的主要應(yīng)用場(chǎng)景：
1、PoE無線AP在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給人們帶來的影響已是無可爭(zhēng)議，無線局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍越來越廣范，在大型辦公室、智能倉庫、大學(xué)校園、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心、酒店、飛機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、酒吧、咖啡屋等實(shí)現(xiàn)人們隨時(shí)隨地上網(wǎng)的需要。部署無線網(wǎng)絡(luò)的過程中，最重要的工作是無線AP(AccessPoint)的合理有效的安裝。TG云平臺(tái)可以集中合理有效的給出整套的管理，在較大型的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的項(xiàng)目中，無線AP的數(shù)量多且分布在建筑屋的各個(gè)部位，AP一般都需要網(wǎng)線連接交換機(jī)，并要外接DC電源。就地解決電源和管理都會(huì)很大的增加施工和維護(hù)的成本。“優(yōu)力普”供電交換機(jī)通過網(wǎng)線供電（PoE）來解決無線AP的集中供電問題，可以極大的解決項(xiàng)目施工中遇到的就地取電和以后AP的管理問題。避免了局部停電的時(shí)候，個(gè)別AP無法正常。在此解決方案中，需要采用AP設(shè)備具有支持802.3af/802.3af協(xié)議功能的設(shè)備才可達(dá)到網(wǎng)線供電的功能。如果AP不支持802.3af/802.3af協(xié)議功能可以采取直接加裝數(shù)據(jù)與PoE合成器來完成此供電功能。如圖1所示：
圖1PoE物聯(lián)網(wǎng)無線AP應(yīng)用
2、PoE遠(yuǎn)程監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
近年來，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)家各行業(yè)對(duì)視頻監(jiān)控產(chǎn)生了前所未有的需求。應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，除了金融、政府、交通等特殊行業(yè)外，社區(qū)、酒店公共場(chǎng)所、工廠和商場(chǎng)都已應(yīng)用或正在實(shí)施數(shù)字監(jiān)控。規(guī)模和輻射區(qū)域越來越大。典型的例子是“平安中國(guó)”項(xiàng)目，其項(xiàng)目范圍涉及到了整個(gè)城市，攝像頭達(dá)到上萬個(gè)。而視頻監(jiān)控產(chǎn)品也從本地的DVR方式向IPCamera網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。
但是，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備的安裝卻受到環(huán)境的制約，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控所用網(wǎng)絡(luò)攝像頭除了需要通過網(wǎng)線來傳輸視頻信號(hào)外，還必須全天候?yàn)槠涮峁┳銐虻碾娏?。在?shí)施過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闊o法提供穩(wěn)定的電源，而不得不重新設(shè)計(jì)攝像頭的安裝地點(diǎn)的情況，而重新設(shè)計(jì)安裝地點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)監(jiān)控死角，使安防監(jiān)控失去意義。
通常情況下，正常工作的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要外接兩根線，一根網(wǎng)線，一根電線。而以下情況會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控鏡頭無法安裝：
1、攝像頭安裝位置無電源。
2、攝像頭安裝的位置有電源，但卻是照明電源，無法提供全天候供電。
以上導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無法安裝的情況，均發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的供電問題上。要想使網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在預(yù)計(jì)地點(diǎn)正確安裝，就必須解決網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的供電問題。既然不能正常提供電力，就應(yīng)該考慮使用網(wǎng)線來給攝像機(jī)供電，畢竟部署一條網(wǎng)線比部署一條強(qiáng)電線要容易的多，而且如果使用網(wǎng)線供電，只要數(shù)據(jù)交換機(jī)端的電力不中斷，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就可以正常工作。使用網(wǎng)線給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)供電，可以歸納為以下兩種情況：
1、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)支持802.3af/802.3af協(xié)議，可以直接使用PoE供電設(shè)備通過網(wǎng)線給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)供電。
2、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不支持802.3af/802.3af協(xié)議，不能直接使用PoE設(shè)備供電。這時(shí)需要用到另外一種配套設(shè)備——分離器。分離器的作用可以將集成有電力的網(wǎng)線分離成純數(shù)據(jù)網(wǎng)線和電源線。這樣就可完成數(shù)據(jù)與電源分離，達(dá)到一根網(wǎng)線即傳輸了數(shù)據(jù)又提供電源。
如圖2所示：
3、PoE智能終端在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
家中打電話時(shí)，如果突然斷電的話，通話不會(huì)中斷，這是由于電話終端的電源供應(yīng)是電話公司（局端）交換機(jī)通過電話線直接供給的。設(shè)想一下，如果物聯(lián)網(wǎng)中的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、控制器還有智能終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)代辦公設(shè)備也能由以太網(wǎng)直接供電的話，那么整個(gè)布線、電源、人工等成本有可能會(huì)下降很多，并可以將監(jiān)控?cái)U(kuò)展到許多遠(yuǎn)程應(yīng)用，這就是PoE技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)工控界所描繪的一幅遠(yuǎn)景。
2003年和2009年，IEEE分別批準(zhǔn)了802.3af和802.3at標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測(cè)和控制事項(xiàng)，并對(duì)路由器、交換機(jī)和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無線LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。IEEE802.3af和IEEE802.3at的發(fā)布,極大推進(jìn)了PoE技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。目前“優(yōu)力普”已推出基于PoE技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品，為物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)控制中的各種網(wǎng)絡(luò)終端提供可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng)，如溫度檢測(cè)終端，濕度檢測(cè)終端，信號(hào)控制終端等。
如圖3所示：
三、PoE在物聯(lián)網(wǎng)中的發(fā)展趨勢(shì)
1、IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)是目前的主要應(yīng)用
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以通過RJ45接口向受電設(shè)備提供功率高達(dá)13W、48V的電源，這就允許設(shè)備使用與傳輸數(shù)據(jù)一致的電纜提供或吸收功率。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩個(gè)可選電源實(shí)體的功能及電氣特性：即受電設(shè)備(PowerDevice，orPD)和供電設(shè)備(PowerSourcingEquipment，orPSE)，該標(biāo)準(zhǔn)可向下兼容。較早的PoE設(shè)備不會(huì)與802.3af標(biāo)準(zhǔn)相沖突，有效功率級(jí)還將有望面向未來的應(yīng)用。
IEEE802.3afPoE標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)師通過以太網(wǎng)電纜為用電設(shè)備（PD）提供高達(dá)12.95W的電力，同時(shí)符合安全特低電壓(SELV)要求。根據(jù)IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，PD可按所需功率分為四個(gè)不同的級(jí)別。Class1設(shè)備需要的工作功率為0.44～3.84W，Class2設(shè)備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間，Class3設(shè)備的功率范圍則介于6.5～12.95W之間。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)功率要求將他們的設(shè)備指定為特定的級(jí)別。低成本解決方案可以使用一般的默認(rèn)級(jí)別指定(Class0)，表示PD需要的工作功率介于0.44～12.95W的工作功率。
作為通過以太網(wǎng)電纜輸電的IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。這一新興技術(shù)通過傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的CAT-5電纜進(jìn)行供電，可以簡(jiǎn)化用電設(shè)備(PD)的安裝和部署。這些設(shè)備包括無線接入點(diǎn)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、智能終端、智能傳感器和VoIP電話等。
由于802.3af標(biāo)準(zhǔn)的功率都在13W以下，但是實(shí)際應(yīng)用過程中需要用到更大功率的終端，例如含有全方位TG云平臺(tái)、變焦鏡頭的攝像機(jī)、大功率的高速球型攝像機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備如打印機(jī)、傳真機(jī)、網(wǎng)絡(luò)智能終端、小型計(jì)算機(jī)、筆記本等它們的功率大都30W以上，所以為將進(jìn)一步提高信道的供電能力，將功率由現(xiàn)在的12.95W提高到30W以上，這也將擴(kuò)大PoE在安防領(lǐng)域、辦公自動(dòng)化方面以及智能終端和工業(yè)化智能監(jiān)控等方面的應(yīng)用范圍有了更高擴(kuò)展。
2、IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)成為未來的趨勢(shì)
目前PoE業(yè)界所采用的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3af，只能向功率在13W以下的受電設(shè)備供電。雖然能夠滿足傳統(tǒng)的IP電話以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭的需求，但隨著無線局域網(wǎng)雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)(可變焦帶云臺(tái)的攝像機(jī))、智能終端、遠(yuǎn)處辦公設(shè)備等高功率應(yīng)用的出現(xiàn)，原有的802.3af標(biāo)準(zhǔn)13W的供電功率顯然不能滿足需求，為此，IEEE在2005年開始開發(fā)新的PoE標(biāo)準(zhǔn)02.3at(PoEPlus)以提升PoE可傳送的電力。
新標(biāo)準(zhǔn)于2009年正式發(fā)布,稱為Power-over-EthernetPlus(PoEP)IEEE802.3at，它將功率要求高于12.95W的設(shè)備定義為Class4（該級(jí)別在IEEE802.3af中有描述，但留作將來使用），可將功率水平擴(kuò)展到25W或更高。目前，市面上最高的PoE供電設(shè)備是“優(yōu)力普”的PoE供電設(shè)備，可以達(dá)到300W左右，由于能夠支持更高的功率水平，這一新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將PoE應(yīng)用很容易擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，例如WLAN（無線局域網(wǎng)）、銷售點(diǎn)終端設(shè)備、交換機(jī)以及傾斜式/變焦式/云臺(tái)式監(jiān)控?cái)z像機(jī)。
802.3at（PoEP）標(biāo)準(zhǔn)中最引人注目的一個(gè)新變化將是，它能夠以比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更詳盡的細(xì)節(jié)來控制功率分布。兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PSE識(shí)別PD的級(jí)別后，只需提供級(jí)別定義所允許的最大功率即可。802.3at系統(tǒng)通電后，符合標(biāo)準(zhǔn)的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個(gè)PD進(jìn)行通信，以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設(shè)計(jì)師根據(jù)功率預(yù)算來設(shè)計(jì)PoE兼容系統(tǒng)，并使系統(tǒng)總功率能力更接近于系統(tǒng)負(fù)載要求。峰值負(fù)載功率和高電流持續(xù)時(shí)間之間還可以建立通信（例如，攝像機(jī)推拉電機(jī)具有較高的短時(shí)電流要求）。不過，新標(biāo)準(zhǔn)尚未對(duì)這種Level-2通信進(jìn)行完整定義。
由于新標(biāo)準(zhǔn)是向下兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的，因此面臨的一個(gè)主要問題是，PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD（以及PD如何對(duì)PSE做出類似的判斷）。為了解決此問題，802.3at標(biāo)準(zhǔn)將使用與802.3af中相同的特征來指示PoE兼容PD，但這樣會(huì)在分級(jí)階段增加第二次電壓脈沖，以便指示PSE的802.3at兼容狀態(tài)。802.3at兼容PD將檢測(cè)到第二次電壓脈沖，并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級(jí)周期持續(xù)時(shí)間符合802.3af時(shí)間限制，因此與當(dāng)前802.3af標(biāo)準(zhǔn)兼容的PD會(huì)將第二次脈沖僅視為初始查詢和響應(yīng)的一部分。
3、802.3af與802.3at的對(duì)比：
與802.3af相比，802.3at可輸出2倍以上的電力，每個(gè)端口的輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬PoE的應(yīng)用領(lǐng)域。表1為802.3af與802.3at的對(duì)比。
主要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)電話（3－7W）、WLAN接入點(diǎn)（8－12W）等視頻網(wǎng)絡(luò)電話（10－20W）、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)(20W)、WiMAX和802.11n接取器(8～45W)、個(gè)人電腦（30W+）、智能終端、打印機(jī)（20W）、傳真機(jī)（30W）等等。
4、PoE技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)：
PoE目前尚面臨一些挑戰(zhàn)，如PoE技術(shù)可讓受電設(shè)備從每個(gè)端口獲得30W以上的功率，但不是每個(gè)端口的受電設(shè)備都需要30W的功率，因此，如何準(zhǔn)確的感測(cè)每個(gè)受電設(shè)備的需要是一個(gè)很重要的問題，否則可能對(duì)受電設(shè)備造成損壞或?qū)W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施形成不安全因素。此外，由于電纜通常被匝成電纜束,并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問題則需要考慮。而成本問題則是PoE面臨的又一挑戰(zhàn)，特別是對(duì)PD制造商而言，在產(chǎn)品中加入PoE技術(shù)就意味著增加成本。
另外標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對(duì)雙絞線，但是在l0MBASE-T和100MBASE-T中只用到其中的兩對(duì)。IEEE802.3af允許兩種用法，應(yīng)用空閑腳供電時(shí)，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。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)，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對(duì)1、2和線對(duì)3、6可以為任意極性。目前的標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)應(yīng)用以上兩種情況。電源提供設(shè)備PSE只能提供一種用法，而電源應(yīng)用設(shè)備PD必須能夠同時(shí)適應(yīng)多種情況。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備向大功率供電發(fā)展的趨勢(shì)，在不久的將來需要四對(duì)雙絞線全部支持供電，通過提高電源的載流量來增加供電功率,以解決設(shè)備對(duì)大功率供電的需求。
總的來說，PoE的應(yīng)用雖有阻力，但機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面日漸完善與深入，應(yīng)用范圍也越來越寬廣。每一次技術(shù)的變革都會(huì)給行業(yè)帶來巨大的變化，變化就意味著商機(jī)。雖然面臨著諸多挑戰(zhàn)，但由于市場(chǎng)潛力巨大，存在的種種問題正不斷被廠商改善?！皟?yōu)力普”智能供電交換機(jī)引領(lǐng)著行業(yè)的革命，相信隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，PoE技術(shù)將向支持更大功率的設(shè)備發(fā)展。
四、結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)包羅萬象的綜合網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的傳輸方式，而“優(yōu)力普”在線供電(PoE)是一種革命性技術(shù)，它通過目前承載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的同一條五類/超五類雙絞線電纜提供可靠的直流電源，擴(kuò)展了以太網(wǎng)本已非常強(qiáng)大的功能。PoE將改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的方式，網(wǎng)絡(luò)管理員可以最大限度地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，并部署全新的一系列應(yīng)用。
PoE技術(shù)的出現(xiàn)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)師可以輕易突破原有的限制，隨著功率半導(dǎo)體廠商提供更多樣的開關(guān)和器件，再加上新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將支持更高功率水平的使用，這一新興技術(shù)勢(shì)必將促進(jìn)新一代物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的出現(xiàn)。
