Allion Labs / Fenic Tsao

乙太網路供電 (Power over Ethernet, PoE) 從2003開始至今已經發展多年,在時代科技進步推動下,現今PoE技術也已經達到供給71W給受電設備的能力。而受電設備的功能在高功率的幫助下也因此大大提升,不會因為功率限制而同時也限制其能力發展。而物聯網的發展,也同時推動IP監視攝影機,智慧照明燈具發展,因此可預見POE技術將在IoT時代佔有一席之地。

什麼是乙太網路供電(Power over Ethernet)?

一般的設備都需要電源供應,這也就需要額外配置電源線與電源孔。而使用Power over Ethernet的裝置,可以透過雙絞線來同時輸出電力與資料訊號,節省了配置時間與成本。同時也減低安裝網路設備的難度。

完整的PoE系統包括供電設備(Power Source Equipment ,PSE)和受電設備(Powered Device ,PD),而供電的設備包括支援PoE的網路交換器,路由器,或是利用集線器受電的設備,如網路攝影機等。

POE的標準發展可追溯到2003年,當時推動IEEE 802.3af,目的為將資料與電力傳送需求整合在網路線中。這項標準規定了輸出功率最大不可超過15.4W,而考慮到線材損耗,僅能接受最大不超過12.95W的受電設備。之後因設備進步,功能也日益月新,例如保全攝影機畫質功能提升,無線網路存取點必須提高功率,以便將訊號送得更遠、更強。因此,高功率PoE的需求也有了顯著的成長。

這些受電裝置(PD)必須從供電裝置(PSE)獲得超過最初POE的標準規定限制的功率,2009年IEEE 802.3at (PoE+)因此誕生。而最新修訂版IEEE 802.3bt標準(也稱為PoE++或4PPoE),再將功率提高。IEEE802.3bt版會有兩種要求:一種是要求PSE能達到60W的輸出功率,到達受電設備的功率是51W;另一種則要求PSE能達到100W的輸出功率,到達受電設備的功率是71W。

規格比較表如下:

表格來源: Wikipedia

PoE標準為使用乙太網路的網路線送電到PD設備也定義了兩種方法,「End-Span」與「Mid-Span」。

  1. End-span使用PoE的乙太網路交換機,從Layer 2交換機資料埠直接供電。
  2. Mid-span則是獨立的隨插即用設備,安裝於普通乙太網路交換機和終端之間,通常被稱為電源供應器(Power Injector)或Midspan。

這兩種架構提供新舊設備升級為PoE便利的解決方案。例如,若是沒有支援PoE技術的Switch,可以利用Mid-Span的方式在中間架設一台PoE Switch,而後端受電設備就可以直接被供電,而不需更換舊有的Switch。

End-Span與Mid-Span架構說明圖:

資料傳輸+電力供應 PoE技術成架構物聯場域新寵

近年來行動網路與行動裝置普及下,也帶動物聯網(Internet of Things)與智慧家庭(Smart Home)的發展,PoE技術開始嶄露頭角。在PoE技術的幫助下,傳統設備有了新的功能,也因其技術而大大降低部屬設備難度。

在IEEE802.3 bt技術架構下,可以在長達100M的網路線中傳輸100W的電力,這讓LED照明產業開始注意到PoE技術。因為現在的照明不再只是追求能源效率提升或是節能,各大照明廠商都已開始在智慧照明領域加速發展,市場上也有了PoE LED智慧燈泡。

PoE LED燈泡透過RJ45與PSE Switch設備連接受電,並取得來自Switch配發的IP位置,可做到以下幾種類型操作:

※ 智慧調光:PoE LED智慧燈泡可搭配各種感應器,將環境亮度等數據傳回中控設備,並由中控設備透過PoE調節各LED亮度。
※ 智慧定時開關:透過中控應用軟體,將可針對每一顆PoE燈泡的開啟或關閉時間做控制。
※ 手機控制:透過APP來達到上述功能的照明控制。
※ LED Wi-Fi : 未來只要在LED燈座上加上Wi-Fi模組並透過PoE供電,只要接上燈泡,該區域就有無線網路可使用。

※ 智慧監控設備:近年來如「保母虐嬰」、「路人破壞汽/機車」等社會案件層出不窮,對於居家安全防護的需求也越來越高。而在PoE技術的發展下,現在除了高解析度及變焦的功能外,監視器也能透過手機,平板等APP操作應用,達到隨時都可以查看的功能。

此外,傳統高解析網路監控攝影機,除了需要一條來傳輸影像的訊號線,還需要考量是否連接的到電源插座來提供電力,不但使用者自行佈署困難,有時甚至需要專人到府安裝。

而現在利用PoE技術,只需要簡單的安裝,就能做到以下功能:

  • PoE技術無需額外電源插座, 大幅降低在任何一個角落安裝監控設備的難度。
  • PoE+提供高功率,提升網路監視器的解析度,變焦等能力。
  • Email直接警報使用者。
  • 配合手機APP達到遠端監控。
  • 利用雙向對話功能與家人對話,嚇阻歹徒。
  • 將錄影資料直接存到NAS或電腦內。

雖然應用便利,但品質仍為PoE技術最大風險

PoE帶來了便利,但同時也產生一些風險。廠商為了節省成本,製造出品質不佳,設計非標準PoE交換機或各種PD受電設備,增加了PoE系統維護工作的難度。

PoE設備風險可分類為:

PSE類

此類產品風險主要還是供電穩定度,以及設計是否符合IEEE802.3規範。供電不穩定的PSE會造成PD設備容易損壞以及運作不穩定,對於PD廠商與使用者而言,穩定且符合規範的PSE非常重要。

PD類

PD產品主要是受電,因此自身設計是否符合IEEE802.3規範很重要。倘若設計與PSE產品間不相容,更會造成使用者安裝上的困難。另外,不符合規範的PD產品,也有可能會因為過多的要求供電,或分級錯誤,而導致裝置無法運作。