poe供電距離分析 - 全文

　　隨著近幾年網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的迅猛發(fā)展，技術(shù)門檻也是越來(lái)越高，廠商提供的技術(shù)支持也越來(lái)越趨向于全面化、系統(tǒng)化。TOM是小小安防君一枚，曾經(jīng)浸泡安防市場(chǎng)一線銷售多年，天天跟工程商朋友打交道。在技術(shù)交流中，工程商困惑最多的其中就有POE供電的問(wèn)題

　　何為PoE技術(shù)？

　　PoE （Power Over Ethernet）指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IP的終端（如IP電話機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。PoE技術(shù)能在確?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時(shí)保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，最大限度地降低成本。

　　一個(gè)完整的PoE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備（PSE，Power Sourcing Equipment）和受電端設(shè)備（PD，Powered Device）兩部分。

　　供電端設(shè)備（PSE）：支持POE功能的以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、集線器或者其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備

　　受電端設(shè)備（PD）：在監(jiān)控系統(tǒng)中主要就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IPC）

　　其實(shí)回答PoE最大傳輸距離的問(wèn)題，先要弄清楚決定最大距離的關(guān)鍵因素是什么。事實(shí)上，用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線纜（雙絞線）傳輸直流電是可以傳輸很遠(yuǎn)的，這個(gè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸距離。所以說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲缶嚯x才是關(guān)鍵所在。

　　對(duì)網(wǎng)絡(luò)比較了解的朋友，都知道雙絞線有一個(gè)“無(wú)法逾越”的“100米”傳輸距離。無(wú)論是10M傳輸速率的三類雙絞線，還是100M傳輸速率的五類雙絞線，甚至1000M傳輸速率的六類雙絞線，最遠(yuǎn)有效傳輸距離為100米。

　　在綜合布線規(guī)范中，也明確要求水平布線不能超過(guò)90米，鏈路總長(zhǎng)度不能超過(guò)100米。也就是說(shuō)，100米對(duì)于有線以太網(wǎng)而言是一個(gè)極限，這個(gè)極限是從網(wǎng)卡到集線設(shè)備的鏈路長(zhǎng)度。

　　100米最大距離是怎么得來(lái)的？

　　是什么造成了雙絞線的100米傳輸距離上限？這就要深究一下雙絞線的深層物理原理了。網(wǎng)絡(luò)的傳輸，其實(shí)就是網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在雙絞線上的傳輸，作為一種電子信號(hào)，在雙絞線中傳輸時(shí)，必然要受到電阻和電容的影響，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的衰減和畸變。信號(hào)的衰減或者畸變達(dá)到一定的程度，就會(huì)影響到信號(hào)的有效、穩(wěn)定傳輸。因此，雙絞線有傳輸距離限制，那么具體是怎么計(jì)算出100米的上限呢？

　　5類UTP、超五類UTP主要是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的，按快速以太網(wǎng)的100Base-TX規(guī)定，其通信速率為100mbps，100mbps以太網(wǎng)傳送1位數(shù)據(jù)所花的時(shí)間（又名”位時(shí)間”）可計(jì)算如下：

　　1位時(shí)間=1/100mbps=10ns

　　以太網(wǎng)是采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)技術(shù)（載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)）共享通信信道的，當(dāng)引入交換后，仍離不開(kāi)這一技術(shù)。一個(gè)鏈路兩端均連有設(shè)備，這兩個(gè)設(shè)備可能會(huì)在同一時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)，造成沖突，此時(shí)沖突域?yàn)?。沖突將會(huì)丟失數(shù)據(jù)包。為避免由于沖突所造成的丟包，以太網(wǎng)采用了沖突檢測(cè)和后退重發(fā)技術(shù)。為了做到后退、重發(fā)，必須保證一端在傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)包前可檢測(cè)到?jīng)_突。以太網(wǎng)最小的幀長(zhǎng)64字節(jié)，即512位。按100mbps速率計(jì)算，傳送512位需時(shí)512位*10ns=5120ns。

　　數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，當(dāng)通過(guò)不同部件時(shí)均會(huì)產(chǎn)生延遲，五類UTP的延時(shí)為5.56ns/m。在設(shè)計(jì)以太網(wǎng)時(shí)，要求遵守一個(gè)中繼規(guī)則，這個(gè)規(guī)則又稱為黃金規(guī)則或5-4-3-2-1規(guī)則，此規(guī)則不但適用于10mbps的以太網(wǎng)，也適用于快速以太網(wǎng)。這個(gè)規(guī)則要求環(huán)行沖突延遲不得超過(guò)512位時(shí)，對(duì)于100mbps的傳輸率，即為5120ns。環(huán)行中，網(wǎng)絡(luò)元件有電纜、中繼單元、MAU和DTE等，把它們的延時(shí)加起來(lái)，再乘2，即得出環(huán)行延時(shí)，同時(shí)也可計(jì)算出環(huán)行沖突直徑。按此理論，可計(jì)算出為保證一個(gè)最小幀發(fā)送完畢之前信號(hào)所能傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。這就是為何要將鏈路跨距限定為100米的理由。

　　當(dāng)超過(guò)100米時(shí)，由于不能及時(shí)檢測(cè)出沖突，因沖突而受到破壞的信息包傳送完畢，而且被接收方接收，此信息包因通不過(guò)驗(yàn)證而被迫丟棄，此時(shí)后退重發(fā)的機(jī)制未被激活，故而會(huì)造成包的丟失。當(dāng)傳輸速率低于100 mbps時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，可適當(dāng)放寬100米的限長(zhǎng)。必須聲明，這樣做實(shí)際雖然有效果，但并不符合標(biāo)準(zhǔn)。在認(rèn)證測(cè)試時(shí)，必須加以說(shuō)明，否則將有可能產(chǎn)生一些問(wèn)題，比如產(chǎn)品質(zhì)保。

　　由上文可見(jiàn)，在使用PoE供電時(shí)，為何會(huì)規(guī)定網(wǎng)線最大長(zhǎng)度不得超過(guò)100米。但實(shí)際施工時(shí)，為保證工程質(zhì)量，一般取80-90米。

　　請(qǐng)注意，這里的傳輸距離指的是最大速率的情況，比如100M，如果將速率下降到10M，傳輸距離通常可以延長(zhǎng)到150-200米（視網(wǎng)線質(zhì)量而定）。所以PoE供電傳輸距離并不是由PoE技術(shù)來(lái)決定的，而是由網(wǎng)線類別和質(zhì)量決定。

　　雖然實(shí)際施工中，質(zhì)量較好的網(wǎng)線能夠突破100米距離的限制，設(shè)備也能夠正常工作，但這種做法并不值得推薦。因?yàn)橛械臐撛趩?wèn)題并不會(huì)立即呈現(xiàn)，而是隨著時(shí)間推移慢慢出現(xiàn)，這會(huì)造成后續(xù)維護(hù)問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的情況比如說(shuō)帶寬的升級(jí)，使得原來(lái)能在100米以上距離正常工作的設(shè)備在網(wǎng)速大大提升后將不能正常工作。

　　五類線（Cat 5）就是現(xiàn)在市面上最常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，但是不同廠家生產(chǎn)的質(zhì)量相差很大，尤其在國(guó)內(nèi)這種以價(jià)格為導(dǎo)向的大環(huán)境下，很多廠商為了降低成本，將銅線用銅包鐵、銅包鋼替代，導(dǎo)致網(wǎng)線傳輸距離下降，甚至發(fā)生網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、丟包等現(xiàn)象，而設(shè)備廠商往往會(huì)背黑鍋，也真是冤。所以如果要使PoE發(fā)揮最佳效果，一定要使用質(zhì)量好的網(wǎng)線，不能因小失大，影響工程整體質(zhì)量。

　　超五類線（Cat 5e）：與五類雙絞線相比，超五類雙絞線的衰減和串?dāng)_更小，可提供更堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，滿足大多數(shù)應(yīng)用需求（尤其支持千兆位以太網(wǎng)1000Base-T的布線），給網(wǎng)絡(luò)的安裝和測(cè)試帶來(lái)了便利，成為目前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中較好的解決方案。超五類線的傳輸特性與普通五類線的相同，但超五類布線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，超五類電纜的全部4對(duì)線都能實(shí)現(xiàn)全雙工通信。

　　六類線（Cat 6）：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時(shí)綜合衰減串?dāng)_比（PS-ACR）應(yīng)該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。

　　六類與超五類的一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于：改善了在串?dāng)_以及回波損耗方面的性能，對(duì)于新一代全雙工的高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，優(yōu)良的回波損耗性能是極重要的。六類標(biāo)準(zhǔn)中取消了基本鏈路模型，布線標(biāo)準(zhǔn)采用星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求的布線距離為：永久鏈路的長(zhǎng)度不能超過(guò)90米，信道長(zhǎng)度不能超過(guò)100米。

　　六類線與超五類線在傳輸距離上沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)別，即單段最大傳輸距離都是100米。當(dāng)然六類線在傳輸距離上可以適當(dāng)增加，所謂的100米指的是超過(guò)后就無(wú)法滿足1000M帶寬等相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，帶來(lái)速度下降等問(wèn)題。

　　PoE供電的安全傳輸距離？網(wǎng)線的選擇有哪些建議？

　　POE供電的安全傳輸距離100米，建議使用超五類全銅網(wǎng)線。

　　POE供電網(wǎng)線要求這個(gè)問(wèn)題只在中國(guó)等假貨便宜貨橫行的國(guó)家是個(gè)問(wèn)題，在很多發(fā)達(dá)國(guó)家不是問(wèn)題。POE IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)要求PSE輸出端口的輸出功率為15.4W或者15.5W， 傳輸100米后的PD設(shè)備接受功率必須不小于12.95W，按照802.3af典型電流值為350ma計(jì)算，100米網(wǎng)線的電阻必須為（15.4-12.95W）/350ma = 7歐姆或者（15.5-12.95）/350ma = 7.29歐姆。

　　而標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線是天然就滿足這個(gè)要求的，IEEE 802.3af poe供電標(biāo)準(zhǔn)本身就是以標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線測(cè)定的。而只所以會(huì)產(chǎn)生POE供電網(wǎng)線要求這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)槭忻嫔系暮芏嗑W(wǎng)線都是非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，不是嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線的要求來(lái)生產(chǎn)的。市面的非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線材質(zhì)主要有銅包鋼、銅包鋁、銅包鐵等，這些網(wǎng)線的阻值大，都不適合POE供電。POE供電必須使用無(wú)氧銅材質(zhì)的網(wǎng)線，即標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線。

　　PoE供電技術(shù)對(duì)線材的要求高，建議在監(jiān)控項(xiàng)目中，千萬(wàn)不要在線材上省成本，得不償失。

　　PoE供電方案的優(yōu)勢(shì)？

　　1.簡(jiǎn)化布線、節(jié)省人工成本

　　一根網(wǎng)線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和供電，PoE使其不再需要昂貴電源和安裝電源所耗費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省了費(fèi)用和時(shí)間。

　　2.安全方便

　　PoE供電端設(shè)備只會(huì)為需要供電的設(shè)備供電，只有連接了需要供電的設(shè)備，以太網(wǎng)電纜才會(huì)有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風(fēng)險(xiǎn)。用戶可以安全地在網(wǎng)絡(luò)上混用原有設(shè)備和PoE設(shè)備，這些設(shè)備能夠與現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜共存。

　　3. 便于遠(yuǎn)程管理

　　像數(shù)據(jù)傳輸一樣，PoE可以通過(guò)使用簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）來(lái)監(jiān)督和控制該設(shè)備。這個(gè)功能可以提供諸如夜晚關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)端重啟之類的功能。