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福祿克網(wǎng)絡(luò)對以太網(wǎng)供電系統(tǒng)PoE的測試方法
2016-04-25
理解對認(rèn)證和測試過程的潛在影響
[摘要] 以太網(wǎng)供電（PoE）是一項(xiàng)具有創(chuàng)新意義的技術(shù)，并被越來越多的用來為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電，包括IP 電話、無線LAN接入點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和其它網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。已經(jīng)部署了PoE 或正準(zhǔn)備部署PoE 的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)員，以及提供這一技術(shù)作為其服務(wù)部分的安裝者應(yīng)該認(rèn)識到PoE 對網(wǎng)絡(luò)測試過程的一些潛在影響。安裝某種類型的PoE 設(shè)備將需要重新認(rèn)證現(xiàn)有的布線裝置。在測試過程中，網(wǎng)絡(luò)上現(xiàn)有的PoE 設(shè)備可能需要進(jìn)行改動，以確保準(zhǔn)確測試數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。對新PoE 設(shè)備進(jìn)行額外的測試將有助于驗(yàn)證和證明其工作正常。本文將介紹PoE 對網(wǎng)絡(luò)測試過程的影響，并說明如何對測試過程和設(shè)備進(jìn)行相對簡單的改動來保證測試的成功。
PoE 技術(shù)簡介
當(dāng)前的PoE 技術(shù)已經(jīng)通過IEEE 802af 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布形成條文，它規(guī)定了以太網(wǎng)供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）的操作。技術(shù)指標(biāo)包括通過非屏蔽雙絞線電纜在標(biāo)稱48 V 直流電壓下提供最大15 W 的功率。它和現(xiàn)有的線纜設(shè)備一起工作，包括CAT 5、5e 或6 類線纜，水平電纜或跳線、配線架、插座和連接硬件，無需改動。
所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要數(shù)據(jù)連通性和電源。PoE 的優(yōu)勢在于它利用一組電纜即可完全滿足這些需求，減少了安裝時間和費(fèi)用，節(jié)省空間。由于PoE 設(shè)備可以方便地插入到支持PoE 的網(wǎng)絡(luò)插座，因此可非常容易地進(jìn)行移動。
供電設(shè)備的類型
有兩種基本類型的PSE：末端跨接法（End-Span）和中間跨接法（Mid-Span）。這些PSE 對網(wǎng)絡(luò)測試的影響具有明顯的不同。
End-Span 系統(tǒng)采用內(nèi)置有電源的以太網(wǎng)交換機(jī)來提供電源和傳輸數(shù)據(jù)。IEEE 標(biāo)準(zhǔn)802.3af 允許End-Span 設(shè)備利用4對銅線中的1/2 和3/6 線對或4/5 和7/8 線對提供電源。End-Span PSE 可以和10BASE-T、100 BASE-TX 或1000BASE-T 數(shù)據(jù)傳輸兼容。
End-Span PoE 設(shè)備位于永久鏈路之外。End-Span 設(shè)備對永久鏈路的認(rèn)證沒有影響。
Mid-Span PSE 位于舊式交換機(jī)或路由器和受電設(shè)備之間。Mid-Span PSE 可以是獨(dú)立使用的設(shè)備，也可以被集成到跳線中。在后一種情況下，電源插入配線架上的每個Mid-Span 端口均形成永久鏈路的一端。802.3af 兼容的Mid-Span 設(shè)備僅允許使用4/5 和7/8 線對提供電源，而4/5 和7/8 線對不通過Mid-Span PSE 傳輸數(shù)據(jù)流量。由于1000BASE-T 流量需要全部4對線來傳輸數(shù)據(jù)流量，因此，802.3af Mid-Span PSE 僅限于10/100BASE-T。Mid-Span PSE 可以支持1000BASE-T，但是這些技術(shù)與IEEE Std 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)不兼容。
電源插入配線架和End-Span PSE 之間的一個重要區(qū)別就是電源插入配線架是永久鏈路的一部分，而End-Span 設(shè)備則不是。電源插入配線架的連接性能和端接質(zhì)量對永久鏈路性能有很大影響，因此只要安裝了電源插入配線架，就需要重新認(rèn)證永久鏈路。End-Span 設(shè)備不在永久鏈路之中，對網(wǎng)絡(luò)測試具有很小的影響。
在Mid-Span PoE 配置下，供電設(shè)備（PSE）被包含在跳線中，是永久鏈路的一部分。
在進(jìn)行認(rèn)證時應(yīng)該關(guān)閉PSE，并且利用回?fù)p、插入損耗和NEXT 測試結(jié)果的推斷進(jìn)行接線圖測試。
PoE 系統(tǒng)工作原理
為了防止損害不支持PoE 的現(xiàn)有以太網(wǎng)設(shè)備，PSE 采用了一個發(fā)現(xiàn)過程，它在向線路供電之前查找符合PoE 技術(shù)指標(biāo)的設(shè)備。該發(fā)現(xiàn)過程向電纜中提供一個電流受限的小電壓并檢查遠(yuǎn)程設(shè)備中的25 kΩ 電阻。該探測電壓一般小于10V，可以頻繁至每2 毫秒進(jìn)行探測。
如果它發(fā)現(xiàn)電阻，PSE 就會施加PoE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全48V 電壓，功率可高達(dá)13 W。只要設(shè)備存在，就會提供電源，并且可以吸收最大水平的電流。如果設(shè)備被關(guān)閉或移除，PSE 就會斷開電源并開始發(fā)現(xiàn)過程。
對網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證測試的影響
鏈路上的直流電壓和高頻數(shù)據(jù)信號是隔離的，但是它會影響測試儀器。幾乎所有的測試儀都采用直流信號進(jìn)行基本的連通性測試，例如線圖和電阻測試。另外，許多測試儀都具有用于保護(hù)敏感測量電路免受其它有源通信設(shè)備（例如ISDN 和POST）損壞的功能，這些設(shè)備可能會在不同的線對上使用直流電壓，并且可能會被意外連接至測試儀。
在測試電纜時，在線路上沒有受電設(shè)備，因此PSE 處于發(fā)現(xiàn)模式。發(fā)現(xiàn)過程發(fā)送的直流電壓不會對數(shù)據(jù)傳輸測試產(chǎn)生影響，例如回波損耗、插入損耗和近端串?dāng)_。它們會干擾絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)測試儀在認(rèn)證過程中用來測量鏈路阻抗和生成線圖所進(jìn)行的直流測量。PSE 在發(fā)現(xiàn)過程中產(chǎn)生的直流電壓會意外觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備的保護(hù)功能。
因此，當(dāng)在測試任何線路時，直流電源都應(yīng)該被關(guān)閉。最簡單的方式就是從PSE 設(shè)備斷開電源。但是斷開所有鏈路而不僅僅是被測鏈路的電源往往會產(chǎn)生不希望的影響。幸運(yùn)的是，多數(shù)PSE 具有軟件配置工具，可以單獨(dú)打開或關(guān)閉某些端口。當(dāng)被測端口被關(guān)閉電源后，就可以像測試傳統(tǒng)鏈路一樣測試支持PoE 功能的鏈路的數(shù)據(jù)傳輸特性。
測試PSE
接下來的問題是如何測試PSE。有幾種可能的方法：從復(fù)雜和非常準(zhǔn)確的方法到簡單的合格/不合格測試，以及介于中間的有些方法。
- 利用設(shè)計用于評估電源性能的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備即可測試PSE。這些高端設(shè)備可被配置為評估PSE 的性能，無論是在發(fā)現(xiàn)模式下還是在供電模式下。問題是這些設(shè)備非常昂貴、體積大、使用復(fù)雜。其本意是供設(shè)備制造商使用的，而不是現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員。
- 利用基本由電阻、LED 和RJ-45 插頭組成的簡單設(shè)備，可提供一個更加簡單、更加便宜的方法。這些設(shè)備被插入到網(wǎng)絡(luò)插孔，并對PSE 表現(xiàn)為一個電阻。PSE 則會發(fā)送48V 的電源，從而點(diǎn)亮LED 指示燈。這些設(shè)備為測試PSE 提供了快捷、簡單的途徑，但是不能提供關(guān)于電壓水平和PSE 功率的任何信息。它們也不能提供證明PoE 電源可用性的方法?？梢詫⑦@些方法看作是快捷的合格/不合格判定解決方案。
最有效的方案將比簡單的合格/不合格判定方案提供更多的信息，并非常適合現(xiàn)場使用。福祿克網(wǎng)絡(luò)公司最近推出了供DTX CableAnalyzer 電纜認(rèn)證分析儀使用的DTX 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊。這款新模塊（DTX-NSM）插入到DTX CableAnalyzer 分析儀的背部，提供了更加深入的PoE 測試，作為認(rèn)證鏈路的一部分。該解決方案驗(yàn)證PoE 應(yīng)用電壓是否存在以及是否合適，驗(yàn)證PSE 提供的電源符合IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)中的A 或B。將PoE 測試集成到鏈路認(rèn)證的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以存檔PoE 測試的結(jié)果，并作為認(rèn)證測試過程的一部分。
新的標(biāo)準(zhǔn)和不兼容的PSE
在此之前，我們已經(jīng)介紹了如何在符合802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的PoE 鏈路上測試電源和數(shù)據(jù)。但是該標(biāo)準(zhǔn)不支持千兆以太網(wǎng)，千兆網(wǎng)使用全部4 對線傳輸數(shù)據(jù)。因此，大量的制造商已經(jīng)推出了千兆以太網(wǎng)PoE 設(shè)備，它們并不符合任何現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)。另外，有些PSE 可能提供的功率大于15W，以支持需要更大功率的設(shè)備。這些設(shè)備已經(jīng)占據(jù)了可觀的市場份額，并且已經(jīng)提請IEEE 成立一個任務(wù)組解決這些問題，對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新。這個802.3at 任務(wù)組負(fù)責(zé)擴(kuò)展802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的能力。
在草案和正式發(fā)布時，新的標(biāo)準(zhǔn)都有望提供至少30W 的功率，高數(shù)據(jù)速率接入點(diǎn)和馬達(dá)驅(qū)動的設(shè)備特別需要這么高的功率，例如帶搖攝、傾斜和縮放控制的攝像機(jī)。
測試新的PSE
當(dāng)全部4 對線都用來傳輸數(shù)據(jù)時，需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)是防止直流電壓被意外返回至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或路由器，那樣會產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。已經(jīng)推出了千兆Mid-Span 設(shè)備的制造商目前已經(jīng)通過加入能夠阻止直流電流流向交換機(jī)或路由器的變壓器或電容器克服了這一問題。
這就為網(wǎng)絡(luò)測試過程造成了更加復(fù)雜的局面。變壓器或電容器不會影響進(jìn)行插入損耗、近端串?dāng)_和回波損耗測量時所使用的高頻信號。但是，即使是關(guān)閉電源，這些設(shè)備對于采用直流電流來檢查連通性的網(wǎng)絡(luò)測試儀將表現(xiàn)為開路。因此，鏈路的認(rèn)證將失敗。為了克服這一問題，將測試儀配置為避免使用獨(dú)立的接線圖測量。其它參數(shù)，例如插入損耗、近端串?dāng)_和回波損耗，只有在線圖正確時才能通過。
結(jié)論
PoE 的快速普及意味著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)員需要理解它對認(rèn)證過程的影響。各種不同的PoE 設(shè)備具有不同的影響。通過對測試程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)員可以很容易地驗(yàn)證PoE 系統(tǒng)的性能。
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