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POE技术在物联网中的应用与发展趋势
2015/1/8

      随着技术和应用的发展,物联网内涵不断扩展,让我们逐渐认清,物联网是通信网和互联网的拓展应用与网络延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知 识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝连接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。因此网 络将不再是被动地满足用户的需求,而是要主动感知用户场景的变化,并进行信息交互,为用户提供个性化的服务。TG-NET开发的POE技术正是基于这种需 求产生的,下面我们就来谈谈POE技术在物联网中的主要应用场景:

     1、POE无线AP在物联网中的应用

无线网络技术给人们带来的影响已是无可争议,无线局域网的应用范围越来越广范,在大型办公 室、智能仓库、大学校园、商场、机场、会展中心、酒店、飞机场、医院、酒吧、咖啡屋等实现人们随时随地上网的需要。部署无线网络的过程中,最重要的工作是 无线AP(AccessPoint)的合理有效的安装。TG云平台可以集中合理有效的给出整套的管理,在较大型的无线网络覆盖的项目中,无线AP的数量多 且分布在建筑屋的各个部位,AP一般都需要网线连接交换机,并要外接DC电源。就地解决电源和管理都会很大的增加施工和维护的成本。TG-NET供电交换 机通过网线供电(POE)来解决无线AP的集中供电问题,可以极大的解决项目施工中遇到的就地取电和以后AP的管理问题。避免了局部停电的时候,个别AP 无法正常。在此解决方案中,需要采用AP设备具有支持802.3af/802.3af协议功能的设备才可达到网线供电的功能。如果AP不支持 802.3af/802.3af协议功能可以采取直接加装数据与POE合成器来完成此供电功能。

     2、POE远程监控在物联网中的应用

近年来,由于社会经济和信息化技术的飞速发展,国家各行业对视频监控产生了前所未有的需求。 应用领域越来越广,除了金融、政府、交通等特殊行业外,社区、酒店公共场所、工厂和商场都已应用或正在实施数字监控。规模和辐射区域越来越大。典型的例子 是“平安中国”项目,其项目范围涉及到了整个城市,摄像头达到上万个。而视频监控产品也从本地的DVR方式向IP Camera网络发展。

但是,网络视频监控设备的安装却受到环境的制约,严重影响了网络视频监控的发展。网络视频监控所用网络摄像头除了需要通过网线来传输视频信号外,还必须 全天候为其提供足够的电力。在实施过程中,经常会出现因为无法提供稳定的电源,而不得不重新设计摄像头的安装地点的情况,而重新设计安装地点可能会导致出 现监控死角,使安防监控失去意义。

通常情况下,正常工作的网络摄像机需要外接两根线,一根网线,一根电线。而以下情况会导致网络监控镜头无法安装:

1、摄像头安装位置无电源。

2、摄像头安装的位置有电源,但却是照明电源,无法提供全天候供电。

以上导致网络摄像机无法安装的情况,均发生在网络摄像机的供电问题上。要想使网络摄像机在预计地点正确安装,就必须解决网络摄像机的供电问题。既然不能 正常提供电力,就应该考虑使用网线来给摄像机供电,毕竟部署一条网线比部署一条强电线要容易的多,而且如果使用网线供电,只要数据交换机端的电力不中断, 网络摄像机就可以正常工作。使用网线给网络摄像机供电,可以归纳为以下两种情况:

1、网络摄像机支持802.3af/802.3af协议,可以直接使用POE供电设备通过网线给网络摄像机供电。

2、网络摄像机不支持802.3af/802.3af协议,不能直接使用POE设备供电。这时需要用到另外一种配套设备——分离器。分离器的作用可以将集成有电力的网线分离成纯数据网线和电源线。这样就可完成数据与电源分离,达到一根网线即传输了数据又提供电源。

POE在物联网中的发展趋势
  
1、IEEE802.3af标准是目前的主要应用

该标准规定可以通过RJ45接口向受电设备提供功率高达13W、48V的电源,这就允许设备使用与传输数据一致的电缆提供或吸收功率。标准中规定了两个 可选电源实体的功能及电气特性:即受电设备(PowerDevice,orPD)和供电设备 (PowerSourcingEquipment,orPSE),该标准可向下兼容。较早的POE设备不会与802.3af标准相冲突,有效功率级还将有 望面向未来的应用。

IEEE802.3afPOE标准允许设计师通过以太网电缆为用电设备(PD)提供高达12.95W的电力, 同时符合安全特低电压(SELV)要求。根据IEEE802.3af标准,PD可按所需功率分为四个不同的级别。Class1设备需要的工作功率为 0.44~3.84W,Class2设备需要的工作功率介于3.85W和6.49W之间,Class3设备的功率范围则介于6.5~12.95W之间。设 计师可以根据功率要求将他们的设备指定为特定的级别。低成本解决方案可以使用一般的默认级别指定(Class0),表示PD需要的工作功率介于 0.44~12.95W的工作功率。

作为通过以太网电缆输电的IEEE工业标准,以太网供电(POE)技术的发展势头十分强劲。 这一新兴技术通过传输以太网数据的CAT-5电缆进行供电,可以简化用电设备(PD)的安装和部署。这些设备包括无线接入点、监控摄像机、智能终端、智能 传感器和VoIP电话等。

由于802.3af标准的功率都在13W以下,但是实际应用过程中需要用到更大功率的终端,例如含有全 方位TG云平台、变焦镜头的摄像机、大功率的高速球型摄像机、办公自动化设备如打印机、传真机、网络智能终端、小型计算机、笔记本等它们的功率大都30W 以上,所以为将进一步提高信道的供电能力,将功率由现在的12.95W提高到30W以上,这也将扩大POE在安防领域、办公自动化方面以及智能终端和工业 化智能监控等方面的应用范围有了更高扩展。

2、IEEE802.3at标准成为未来的趋势

目前POE业 界所采用的标准为IEEE802.3af,只能向功率在13W以下的受电设备供电。虽然能够满足传统的IP电话以及网络摄像头的需求,但随着无线局域网双 波段接入、视频电话、PTZ视频监控系统(可变焦带云台的摄像机)、智能终端、远处办公设备等高功率应用的出现,原有的802.3af标准13W的供电功 率显然不能满足需求,为此,IEEE在2005年开始开发新的POE标准02.3at(POEPlus)以提升POE可传送的电力。

新标准于2009年正式发布,称为Power-over-EthernetPlus(POEP)IEEE802.3at,它将功率要求高于12.95W 的设备定义为Class4(该级别在IEEE802.3af中有描述,但留作将来使用),可将功率水平扩展到25W或更高。目前,市面上最高的POE供电 设备是TG-NET的POE供电设备,可以达到300W左右,由于能够支持更高的功率水平,这一新标准会将POE应用很容易扩展到新的领域,例如 WLAN(无线局域网)、销售点终端设备、交换机以及倾斜式/变焦式/云台式监控摄像机。

802.3at(POEP)标准中最引 人注目的一个新变化将是,它能够以比现有标准更详尽的细节来控制功率分布。兼容802.3af标准的PSE识别PD的级别后,只需提供级别定义所允许的最 大功率即可。802.3at系统通电后,符合标准的PSE将能够使用Level-2软件与每个PD进行通信,以确定峰值和平均功率要求。这一新功能将允许 设计师根据功率预算来设计POE兼容系统,并使系统总功率能力更接近于系统负载要求。峰值负载功率和高电流持续时间之间还可以建立通信(例如,摄像机推拉 电机具有较高的短时电流要求)。不过,新标准尚未对这种Level-2通信进行完整定义。

由于新标准是向下兼容802.3af标 准的,因此面临的一个主要问题是,PSE如何判断与之相连的是802.3af兼容PD还是新的802.3at兼容PD(以及PD如何对PSE做出类似的判 断)。为了解决此问题,802.3at标准将使用与802.3af中相同的特征来指示POE兼容PD,但这样会在分级阶段增加第二次电压脉冲,以便指示 PSE的802.3at兼容状态。802.3at兼容PD将检测到第二次电压脉冲,并判断它们已连接至802.3at兼容PSE。由于分级周期持续时间符 合802.3af时间限制,因此与当前802.3af标准兼容的PD会将第二次脉冲仅视为初始查询和响应的一部分。

       3、POE技术的机遇与挑战:

POE目前尚面临一些挑战,如POE技术可让受电设备从每个端口获得30W以上的功率,但不是每个 端口的受电设备都需要30W的功率,因此,如何准确的感测每个受电设备的需要是一个很重要的问题,否则可能对受电设备造成损坏或对网络基础设施形成不安全 因素。此外,由于电缆通常被匝成电缆束,并置于配线柜中,因此线缆束的散热问题则需要考虑。而成本问题则是POE面临的又一挑战,特别是对PD制造商而 言,在产品中加入POE技术就意味着增加成本。

另外标准的五类网线有四对双绞线,但是在l0MBASE-T和100MBASE- T中只用到其中的两对。IEEE802.3af允许两种用法,应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极,7、8脚连接为负极。应用数据脚供电时,将DC电源 加在传输变压器的中点,不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。目前的标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备 PSE只能提供一种用法,而电源应用设备PD必须能够同时适应多种情况。随着物联网设备向大功率供电发展的趋势,在不久的将来需要四对双绞线全部支持供 电,通过提高电源的载流量来增加供电功率,以解决设备对大功率供电的需求。

总的来说,POE的应用虽有阻力,但机遇大于挑战。在 技术方面日渐完善与深入,应用范围也越来越宽广。每一次技术的变革都会给行业带来巨大的变化,变化就意味着商机。虽然面临着诸多挑战,但由于市场潜力巨 大,存在的种种问题正不断被厂商改善。TG-NET智能供电交换机引领着行业的革命,相信随着物联网时代的来临,POE技术将向支持更大功率的设备发展。

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