下一代设备为物联网设备带来增强的 PoE 功能

下一代 5G 技术以更快的速度提供先进的移动互联网连接，通过支持各种物联网和大数据应用程序创造了新的商机。这些应用正在推动将其他类型的受电设备 (PD) 连接到以太网网络的前所未有的需求，包括 IP 监控摄像头、802.11ac 和 802.11ax 接入点、LED 灯具、5G 小型基站和其他物联网设备。以太网供电 (PoE) 技术为在 5G 部署和最新的 IEEE ^® 中为这些设备供电提供了许多优势 802.3bt 标准将供电设备 (PSE) 和受电设备 (PD) 的功率限制分别推至 90W 和 71.3W，从而使这成为可能。

挑战在于如何部署支持这一最新一代 PoE 技术的 PD，以便它们能够与现有的 pre-IEEE ^® 一起工作 802.3bt 2 对和 4 对 PD，支持早期的标准前通用 PoE (UPOE) 和 HDBaseT 供电 (POH) 规范。业界现在已经弥合了这种互操作性差距，确保准标准和新的 IEEE ^® 符合 802.3bt-2018 标准的 PD 可以共享相同的以太网基础设施，而无需更改现有交换机或布线。

IEEE 802.3bt 之路

自 2003 年第一个 PoE 标准获得批准以来，PoE 的使用急剧增加，并在新应用中取得进展。 PoE 在易于安装、节省 CAPEX 和 OPEX 成本以及为全球使用提供统一安全的电源标准方面提供了巨大的优势。

在新应用中影响 PoE 使用的主要限制因素是可用功率量。虽然 15.4W 的电源对于大多数 IP 电话和 802.11a/b/g 接入点来说已经足够了，但对于 IP 视频电话、802.11n 和平移-倾斜-变焦 (PTZ) IP 摄像机来说还不够。为此，电气和电子工程师协会 (IEEE) 于 2009 年发布了 IEEE 802.3at，规定 PoE 电源为 30W。

如今，需要更高的功率来支持连接到以太网的其他设备，例如 PTZ 安全摄像头、信息亭、POS 终端、瘦客户端、802.11ac 和 802.11ax 接入点、小型基站和连接的 LED 照明，所有这些其中可以受益于 PoE。为了满足这一需求，新的 IEEE 802.3bt 标准主要通过利用所有四对结构化布线来增加可用的最大 PoE 功率。 IEEE 802.3bt 扩展了初始协商期间交换的电源分类信息，以实现有意义的电源管理功能，支持多个 PoE 类别，同时还向后兼容。这些增强功能解决了更高功率和更高效 PoE 传输系统的挑战。

IEEE 802.3bt 兴趣征集 (CFI) 活动于 2013 年初开始，该标准于 2018 年 9 月获得批准。新标准满足现有市场需求，被认为是 PoE 市场增长的主要催化剂，因为它促进了扩展将 PSE 和 PD 的功率限制分别推至 90W 和 71.3W，从而满足 PoE 用例的需求。

然而，在这个 IEEE 802.3bt 计划之前，同时也有增加向 PD 供电的努力。它始于 IEEE 802.3af-2003 PoE 标准，该标准通过两对 5e (Cat5e) 电缆为每个设备提供高达 15.4W 的输出功率。 IEEE 802.3at-2009 标准，也称为 PoE+，引入了能够支持 30W 输出功率和 25.5W 负载功率的“Type 2”PSE/PD。后者主要是对第一种标准的扩展。接下来，HDBaseT 联盟标准化了 HDBaseT 协议，该协议允许通过 Cat5e 或更好的电缆将 HDMI 链接延长至 100m。 2011 年，HDBaseT 联盟创建了 HDBaseT 供电 (PoH) 标准，该标准将四对线的最大输出功率扩展到 95W。

下表 1 总结了 IEEE 802.3bt 之前的标准：

表 1：如果通道长度已知，扩展的功率能力允许 PD 输入功率高达 95W。

IEEE 802.3bt 添加了许多功能。除了引入 3 类和 4 类 PSE/PD 并在四对以上工作之外，它还支持单签名和双签名 PD 结构，并添加了 5 到 8 类，作为改进的相互识别过程的一部分。添加了自动类功能，并且只要通道长度已知，功率能力就会得到扩展。最后，它还包括低待机功耗支持，并支持 10G-BASE-T 和 PoE。下表 2 显示了在批准 IEEE 802.3bt 标准后可用的 PoE 功能。

表 2：如果通道长度已知，扩展的功率能力允许 3 类 PD 输入功率高达 60W，类型 4 高达 90W。

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超低电压 (SELV) 要求。但是，这种符合性意味着每个端口的功率不能超过 100W。尽管有这个功率上限，但每个端口 100W 仍然足以满足以前 IEEE 标准不支持的应用，从而扩大了 PoE 端口部署的潜在数量。

确保互操作性

IEEE 802.3bt 规范确保 IEEE 802.3bt 系统将自动与传统的 1 类和 2 类设备一起工作，只要 PSE 能够（在功率方面）支持 PD 并且两者都符合标准。如果 PD 需要更高的功率（IEEE 802.3bt PD）而 PSE 不能支持它（IEEE 802.3af/at PSE），PD 将保持关闭或开启并仅消耗 PSE 提供的功率。

提供这种互操作性的首批解决方案示例之一是 Microchip 的 PSE 芯片组，它使预标准交换机能够与符合 IEEE 802.3bt-2018 的新产品互操作。该芯片组沿用了 Microchip 早期的 PSE 芯片组，用于为 95 W PD 实施广泛采用的 PoH 四对电源标准，并且也是符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PoE 注入器和中跨产品的核心，可弥补互操作性差距供用户使用。

符合 IEEE 802.3bt-2018 的 PoE 注入器和中跨安装在 PD 和现有交换机之间，使用户能够为预标准和符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PD 的任意组合供电。单端口和多端口选项的可用性使符合 IEEE 802.3bt 的新型交换机能够为预标准 PD 供电。

对于系统开发人员，IEEE 802.3af/at/bt PoE 芯片组提供可扩展性，将支持准标准和符合 IEEE 802.3bt-2018 标准的 PoE 所需的两对和四对系统整合到单板设计中.这些芯片组必须能够均匀地平衡整个系统的散热，并且应该包括构建 PSE 设备所需的所有管理器和控制器功能，每个端口可以提供 90 到 99.9 瓦的功率，同时支持多达 48 个端口的 IEEE 802.3bt Type 3 （1-6 类）和 4 类（7-8 类）应用。另一个考虑因素是基于这些芯片组的系统能够通过软件更新从早期标准升级到 IEEE 802.3bt，而无需更改硬件。

开发人员的最后一个担忧是他们是否可以保护 PD 免受反极性连接的影响，并减少电源空间和提供 IEEE 802.3bt Type 4 Class 8 电源的成本。最新的 IEEE 802.3bt 解决方案也解决了这个问题，通过在 PoE 连接的供电侧使用全桥整流器设备。

新的 IEEE 802.3bt 标准支持通过四对 Cat5e 及以上电缆提供 90W 的功率。该 PoE 级别预计将是定义的最高级别，因为更高级别可能对当今基础设施中部署的现有布线和连接器不安全。该标准将取代目前提供 60W/75W/95W 的所有现有预标准解决方案，例如 UPOE 或 4PPoE。 PoE 系统和设备供应商正在提供实施这些新标准的路线图，同时还支持早期的预标准实施，包括支持 UPOE 和 POH 规范的实施。正确实施、预标准和新 IEEE ^® 符合 802.3bt-2018 标准的 PD 可以共享相同的以太网基础设施，而无需更改现有交换机或布线。