迈向远方 如何通过光纤重新定义以太网供电(PoE)能力

                       

从其定义上说,以太网供电(PoE)是一种通过电缆实现电力输送和数据传输的系统。传统意义上,这是通过双绞线铜缆系统完成的,最长距离为90米。对许多企业而言,这一距离已经足够。

赋予力量

然而,当PoE需要覆盖更大面积的企业空间并将更多光纤引入水平方向时,可能会出现挑战。我们的设备距离中间配线柜或电信机房的距离并不总在90米范围内。有时我们可能需要为户外设备供电,那就需要超过数百米长的电缆。

接下来,我们来探讨近年来PoE标准的演变、技术水平的提升和发展趋势以及如何用光纤增强传统PoE。

更大的功率

自从我们在房屋建筑及园区中引入网络设备以后,如何为网络设备供电,使其发挥出应有的效用,一直是一个令业界头疼的问题。例如,2003年PoE标准——IEEE 802.3af标准仅提供15W的功率,这仅适合于通过RJ-45插头连接单一混合网络/电力电缆进行供电的小型设备。遗憾的是,该标准只适用于VoIP电话和IP摄像头等基本设备——所有其他高耗电设备和/或与PoE交换机的距离超过90米的设备仍然需要依靠附近的交流插座供电。

随着信号强度和设备功能的增强,需要更高功率来支持这些需求。大约在2009年,PoE+标准——IEEE 802.3at标准将功率限制推高到25W以上,使得Wi-Fi接入点和平移/倾斜/缩放摄像头等对供电要求更高的设备能够从单点连接进行供电。尽管取得了一定进步,但我们仍然受限于90米以太网距离。25W的功率水平仍然太低,无法将硬件大规模转移至PoE供电。

更高的需求

那么,随之出现了哪些变化呢?2018年,全新的PoE标准 — 4PPoE或PoE++(IEEE 802.3bt)标准获得批准,该标准支持最高50W和90-100W传输,为实现许多其他应用提供了可能。如今,下一代多波段Wi-Fi、蜂窝式小基站和LED建筑照明系统都可以使用PoE++标准进行设计。

人类向更高功率迈进,辅以物联网(IoT)推动下技术呈爆炸式增长,我们的楼宇内需要供电的设备数量大幅增加。上述设备本就对PoE系统提出了更高的要求,除此以外,安保、电信、生命安全和楼宇自动化系统加入了传统的企业网络基础设施。无论是从距离、带宽、路径空间还是灵活性等方面都对专用双绞线铜缆基础设施带来了挑战。

双绞线铜缆和自然延伸的PoE已经显示出局限性。除了距离方面的挑战外,许多设备所需的功率超过IEEE 802.3at标准所规定的功率上限,甚至超过了IEEE 802.3bt标准所规定的功率。

前景光明

智能供电系统可嵌入无源光网络架构中。电源装置位于中间配线架的配线间内,并通过复合电缆连接至远程接入装置等设备。

“如今,通过将光纤布线的带宽和距离优势与通过复合布线实现的智能电源解决方案相结合,传统的PoE可得到增强。”

对于那些需要在设施内提供蜂窝和/或公共安全系统的厂家,许多电气制造商仍然依赖单模光纤,通过基于光纤网络的模拟射频传输技术(RFoG)进行信号传输。很多这样的设备需要数百到数千瓦的功率。在许多情况下,由于集中式电源备份要求,该供电系统必须通过数百米长的电缆与主配线架的供电室或前端连接以形成回路。

这些设备和先前提到的其他大功率设备(如电视、照明系统和分布式PoE交换机)甚至无法依赖目前最优质的铜缆或PoE系统设计架构。考虑到PoE设备的增加可能带来的路径拥塞以及距离限制,即便是最新的解决方案也受限于90米长度和100W功率。幸运的是,新兴技术的兴起以及现有技术的发展可能有望弥补这一差距。

利用优势

如今,通过将光纤布线的带宽和距离优势与通过复合布线实现的智能电源解决方案相结合,传统的PoE可得到增强。通过智能供电技术与更小的“微区”相结合,采用单根小直径复合光铜混合缆、以及连接到微区和从微区引出的短配线缆相结合的方式,可为多个25W的PoE设备供电。

复合缆是在外护套内用绞合铜缆和光纤制成,光纤用于数据传输,铜缆用于远程供电。如此,实现了单模光纤的距离和带宽优势与绞合铜导线的功率承载优势的有效结合。

这样一来就解决了许多问题。随着对单用途基础设施的多层级网络需求地增加,其中最重要的是上文所提到的距离限制以及路径拥塞的问题。与水平电缆通常需要的铜量相比,复合电缆占用的空间更小,在为未来升级扩容提供便利的同时,也降低了维护成本。

实施

对于长距离PoE应用,最常见的是安全监控摄像网络、分布式天线系统(DAS)、无源光网络(PON)以及所有的远程低电压供电应用。例如,如今IP摄像头和安全设备在室内外都很常见,但可能并非靠近现有的电信机房或基于PoE的交换机。

以LED电视为例——如今它们既需要电源又需要网络连接,如果有100W或以上的大功率复合缆连接,就不再需要传统的电源线。我们可以将交换机拆开,将电源和数据分配装置放在设备附近,而不是强行将所有对供电和数据传输要求很高的设备通过长距离线缆通通连接至电信机房的PoE交换机上。这样做还有一个好处,那就是减少了水平方向上的线缆负荷。

时不我待

对于网络设计人员来说,这是一个激动人心的时刻,长久以来我们不得不遵守的顶层带宽/距离/功率的限制已被打破。尽管铜缆仍然是最终实现设备的点对点连接的重要介质,但光纤提供了无与伦比的带宽和距离优势,无疑将成为未来网络中的关键组件。通过复合缆将光纤与大功率解决方案相结合,为传统PoE系统提供了稳健的扩展可能性,使我们能够安全、便捷地为设备提供面向未来的带宽和电源。也许更令人兴奋的是,光纤的布线是一劳永逸的,可大大简化未来的升级流程,并降低整个网络生命周期的运维成本。

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