PoE反向供電技術應用研究

莊湛海，陳健康

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630；2.華信郵電咨詢設計研究院有限公司 杭州310004）

1 引言

為落實“光網城市”戰略的實施，光接入網的部署已經進入規模化階段。由于已有管道的限制，老舊小區的最后100 m光纜入戶存在較多困難，很多時候ONU設備只能在戶外安裝，即使ONU放置在入戶弱電箱內，直接取電也存在用電安全以及強弱電干擾的隱患問題，ONU設備的取電問題很大程度上已經成為光接入網進一步規模發展的障礙。PoE（power over ethernet）反向供電技術利用五類線，從應用終端反向對ONU進行供電，是解決這一問題的有效辦法。

2 PoE反向供電技術與應用研究

2.1 PoE反向供電原理

一個完整的PoE 反向供電系統包括供電端設備（power sourcing equipment，PSE）、受 電 端 設 備（powered device，PD）及其中間的傳輸線路。PSE為客戶端設備提供電源，同時也是整個PoE反向供電過程的管理者；PD是接受供電的PSE負載；PSE和PD之間采用標準五類線完成信號傳送[1]。光接入網中典型的PoE反向供電系統結構如圖1所示。

圖1中，ONU內置PD功能，放置在樓道，連接多個用戶，PSE放置在用戶家中，用戶PC通過PSE用標準五類網線連接ONU。當用戶上線時，PSE接通220 V電源，將用戶PC發送的數據信號和電源信號耦合在一起后通過網線發送給ONU，具有PD功能的ONU將接收信號分流，一方面實現對ONU供電，另一方面將數據向上發送。

PoE反向供電采用標準的以太網傳輸電纜輸送直流電定義的方法，即中間跨接法和末端跨接法。中間跨接法使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對（4/5，7/8）傳輸直流電，末端跨接法在數據線對（1/2，3/6）上同時傳輸數據信號和直流電信號。兩種供電方式的接口模型如圖2所示。

圖1 光接入網中一個典型的PoE反向供電系統

圖2（b）中，饋電傳輸方式利用數據線對1/2、3/6與電源信號耦合傳輸功率，從網口變壓器中心抽頭疊加-48 V直流饋電。直流電和數據信號采用不同的頻率傳送，互不干擾，在同一線對同時傳輸電流和數據，實現電流和數據的“復用”。

2.2 PoE反向供電應用研究

對光接入網供電而言，PoE反向供電技術是一個很好的補充解決方案，但在實際應用中還存在諸多問題需要解決，如布放線纜要求、供電距離限制、多用戶平衡供電、供電對網絡性能的影響、安全和保護等。

（1）布放線纜要求

PoE反向供電系統通過RJ45接口以五類線線纜傳送電源信號，為了保證系統的安全性和可靠性，傳輸線纜必須符合IEEE 802.3af/at要求，采用非屏蔽雙絞線對電纜或屏蔽雙絞線對電纜。電纜的具體技術要求應符合GB/T 50311-2000《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》和GB/T 50312-2000《建筑與建筑群綜合布線系統工程施工及驗收規范》的規定，并支持TIA-568-B標準或者TIA-568-C標準。

（2）供電距離限制

PoE反向供電系統需考慮ONU到PSE間的線纜長度，防止線纜過長而影響電源信號和數據信號的傳送。根據IEEE 802.3標準，集線設備和網卡端口的PHY芯片只保證驅動100 m以內的銅線，對更遠的傳輸距離則不能保證，為了保證系統的正常運行并滿足可靠性要求，ONU到PSE間的五類線線纜長度應控制在100 m以內。

（3）多用戶供電研究

在PoE反向供電系統中，通常ONU為多個用戶共享，當多個用戶同時對ONU供電時，需實現：均衡供電，確保用戶用電公平性；ONU設備必須具有一定的頑健性，當供電用戶改變時，可以保證對系統供電和其他用戶的業務無影響，保持系統的穩定性。

（4）對網絡性能的影響

在PoE反向供電系統中，五類線同時傳送數據信號和電源信號，而且由于用戶使用的任意性，隨時都有不同的用戶在上下線，因此需要綜合考慮以下兩個因素對網絡性能的影響：供電切換時，對數據功能的影響；用戶頻繁上下線的沖擊對網絡的影響。理論上，供電功能與數據功能互不影響，同時具備抗擊電流頻繁沖擊的能力，即任何用戶的頻繁上下線都不應對設備供電和其余用戶業務產生不良影響。

（5）安全和保護

PoE系統的布放環境極其復雜，為了最大限度地降低系統隱患故障，保證系統的安全性和可靠性，PoE反向供電系統運行中必須考慮安全和保護方面的問題，主要包括過功率保護和短路保護、欠壓保護和過壓保護、過熱保護和誤插入保護等。當系統出現以上故障時，應能實現自我保護，在故障清除后能重新正常工作。

3 測試和分析

通過PoE反向供電設備的實驗室測試數據，驗證各廠商PoE反向供電設備的特性參數和網絡性能，為現網應用提供參考。

圖2 PoE反向供電接口模型

3.1 測試環境

測試組網環境如圖3所示。PSE將用戶PC發送的數據和電源耦合在一起，通過標準五類線連接至PD，PD為集成PD功能的ONU設備，同時實現供電和數據傳送；調試串口連接的PC用于查詢和下發各種網管命令[2]。

圖3 PoE反向供電技術測試組網

3.2 測試結果和分析

（1）反向PoE供電距離及其輸出電壓精度測試

該測試驗證兩方面內容：在線纜極限距離下，反向PoE供電系統的工作情況；PSE在交流電壓波動（90～264 V交流）時，輸出電壓是否滿足PSE規格或反向PoE設備輸入電壓精度的要求。測試環境如圖4所示。

圖4 PSE電壓輸出精度測試組網

PSE在輸入220 V穩定交流電的情況下，監控系統的可靠性與業務誤碼率情況見表1。

結果表明，各廠商設備在極限近距離（10 m以內）和極限遠距離（100 m左右）時，PoE系統均能正常供電、正常工作，對業務無影響，誤碼率也滿足數據傳輸要求。

在90～264 V交流電范圍內改變PSE輸入電壓，測試PSE輸出電壓是否滿足PoE系統電壓精度要求，測試時PSE的受電設備以最大負載運行，不同線纜長度下的測試結果見表2。

從測試結果可以看出，盡管不同廠商設備、不同線纜長度對應的PSE的輸出電壓各不相同，但均滿足PoE系統電壓要求，即44～57 V直流電。

（2）反向PoE的多用戶供電測試

該測試驗證3個方面的內容：供電與數據是否相互影響；供電用戶切換時，是否對系統供電和其他用戶業務產生影響，多用戶供電時用戶的供電均衡情況；單一PSE能否滿足ONU供電需求。測試時，有用戶端口業務正常收發，系統穩定后，供電正常，流量發生儀的數據流量無分組丟失，系統功能穩定，這表明數據功能與供電功能相互不產生影響。反復插拔其中任一端口，沒有引起設備重啟現象，系統供電正常，另一端口的業務正常，無分組丟失現象。兩個用戶采用不同長度的線纜連接系統，并能正常發送和接收業務，測試結果見表3。

從表3可以看出，由于線纜存在阻抗，長的線纜輸出的電壓較低，而短的線纜輸出的電壓較高，在兩個用戶同時供電時，線纜距離短、電壓高的PSE承載大部分功率，電壓低的用戶只承擔極少甚至不承擔功率，因此對目前的設備技術而言，當多個用戶供電時，系統不具備公平性，主要由高電壓用戶為系統供電。根據表3的測試結果，在測試單一PSE能否滿足系統供電需求時，選用IEEE 802.3規定的能保證業務質量的極限遠距離100 m線纜進行測試，其余端口連接流量產生儀，測試結果見表4。

表1 反向PoE供電距離極限測試結果

表2 GPON模式下PSE電壓輸出精度測試結果

表3 PoE系統兩個用戶同時供電時的測試結果

表4 單一PSE供電情況測試結果

測試數據表明，即使在極限遠距離的情況下，單一PSE仍能滿足ONU供電要求，其功耗在ONU額定功率范圍內。

（3）反向PoE多用戶頻繁上下線沖擊測試

測試驗證內容包括：多用戶連接系統時，任意用戶頻繁上下線對系統供電的影響；單用戶連接系統時，頻繁上下線對系統供電的影響。測試時分別用1路PSE和多路PSE連接系統，反復插拔PSE線纜，測試ONU是否可以正常啟動或工作，業務是否正常，多路PSE供電時監控是否有明顯的電源倒換現象。測試結果見表5。

表5 反向PoE多用戶頻繁上下線沖擊測試

結果表明，反向PoE多用戶頻繁上下線時，對ONU啟動、供電和業務均不產生影響。

（4）PSE供電線過功率測試

測試驗證供電接口供電線對短接以后的影響。測試時單板上電啟動，在PSE電源輸出端進行短路，驗證PSE電源能否進行保護。測試結果見表6。

測試結果表明，各廠商設備均提供過功率保護，故障恢復后，設備均可恢復正常供電。

表6 PSE供電線過功率測試結果

4 結束語

PoE反向供電技術為光接入網中的設備供電提供了必要的補充，解決了ONU在特殊環境下取電難的問題，與本地供電方案形成互補，可為光接入網建設提供靈活的補充供電方案，加快網絡建設，支撐快速業務部署。目前國內主流設備廠商已具備反向PoE產品，經實驗室測試，產品功能與性能都基本滿足現網應用的需求，可在光接入網建設中逐步推廣應用。

1 IEEE Std 802.3af.IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements，Part 3：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD)Access Method and Physical Layer Specifications,Amendment:Data Terminal Equipment(DTE)Power via Media Dependent Interface(MDI),2003

2 YDT 2280-2011.接入網設備基于以太網接口的反向饋電技術要求,2011