PoE反向供电技术应用研究

庄湛海，陈健康

（1.中国电信股份有限公司广东研究院 广州510630；2.华信邮电咨询设计研究院有限公司 杭州310004）

1 引言

为落实“光网城市”战略的实施，光接入网的部署已经进入规模化阶段。由于已有管道的限制，老旧小区的最后100 m光缆入户存在较多困难，很多时候ONU设备只能在户外安装，即使ONU放置在入户弱电箱内，直接取电也存在用电安全以及强弱电干扰的隐患问题，ONU设备的取电问题很大程度上已经成为光接入网进一步规模发展的障碍。PoE（power over ethernet）反向供电技术利用五类线，从应用终端反向对ONU进行供电，是解决这一问题的有效办法。

2 PoE反向供电技术与应用研究

2.1 PoE反向供电原理

一个完整的PoE 反向供电系统包括供电端设备（power sourcing equipment，PSE）、受 电 端 设 备（powered device，PD）及其中间的传输线路。PSE为客户端设备提供电源，同时也是整个PoE反向供电过程的管理者；PD是接受供电的PSE负载；PSE和PD之间采用标准五类线完成信号传送[1]。光接入网中典型的PoE反向供电系统结构如图1所示。

图1中，ONU内置PD功能，放置在楼道，连接多个用户，PSE放置在用户家中，用户PC通过PSE用标准五类网线连接ONU。当用户上线时，PSE接通220 V电源，将用户PC发送的数据信号和电源信号耦合在一起后通过网线发送给ONU，具有PD功能的ONU将接收信号分流，一方面实现对ONU供电，另一方面将数据向上发送。

PoE反向供电采用标准的以太网传输电缆输送直流电定义的方法，即中间跨接法和末端跨接法。中间跨接法使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对（4/5，7/8）传输直流电，末端跨接法在数据线对（1/2，3/6）上同时传输数据信号和直流电信号。两种供电方式的接口模型如图2所示。

图1 光接入网中一个典型的PoE反向供电系统

图2（b）中，馈电传输方式利用数据线对1/2、3/6与电源信号耦合传输功率，从网口变压器中心抽头叠加-48 V直流馈电。直流电和数据信号采用不同的频率传送，互不干扰，在同一线对同时传输电流和数据，实现电流和数据的“复用”。

2.2 PoE反向供电应用研究

对光接入网供电而言，PoE反向供电技术是一个很好的补充解决方案，但在实际应用中还存在诸多问题需要解决，如布放线缆要求、供电距离限制、多用户平衡供电、供电对网络性能的影响、安全和保护等。

（1）布放线缆要求

PoE反向供电系统通过RJ45接口以五类线线缆传送电源信号，为了保证系统的安全性和可靠性，传输线缆必须符合IEEE 802.3af/at要求，采用非屏蔽双绞线对电缆或屏蔽双绞线对电缆。电缆的具体技术要求应符合GB/T 50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》和GB/T 50312-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》的规定，并支持TIA-568-B标准或者TIA-568-C标准。

（2）供电距离限制

PoE反向供电系统需考虑ONU到PSE间的线缆长度，防止线缆过长而影响电源信号和数据信号的传送。根据IEEE 802.3标准，集线设备和网卡端口的PHY芯片只保证驱动100 m以内的铜线，对更远的传输距离则不能保证，为了保证系统的正常运行并满足可靠性要求，ONU到PSE间的五类线线缆长度应控制在100 m以内。

（3）多用户供电研究

在PoE反向供电系统中，通常ONU为多个用户共享，当多个用户同时对ONU供电时，需实现：均衡供电，确保用户用电公平性；ONU设备必须具有一定的顽健性，当供电用户改变时，可以保证对系统供电和其他用户的业务无影响，保持系统的稳定性。

（4）对网络性能的影响

在PoE反向供电系统中，五类线同时传送数据信号和电源信号，而且由于用户使用的任意性，随时都有不同的用户在上下线，因此需要综合考虑以下两个因素对网络性能的影响：供电切换时，对数据功能的影响；用户频繁上下线的冲击对网络的影响。理论上，供电功能与数据功能互不影响，同时具备抗击电流频繁冲击的能力，即任何用户的频繁上下线都不应对设备供电和其余用户业务产生不良影响。

（5）安全和保护

PoE系统的布放环境极其复杂，为了最大限度地降低系统隐患故障，保证系统的安全性和可靠性，PoE反向供电系统运行中必须考虑安全和保护方面的问题，主要包括过功率保护和短路保护、欠压保护和过压保护、过热保护和误插入保护等。当系统出现以上故障时，应能实现自我保护，在故障清除后能重新正常工作。

3 测试和分析

通过PoE反向供电设备的实验室测试数据，验证各厂商PoE反向供电设备的特性参数和网络性能，为现网应用提供参考。

图2 PoE反向供电接口模型

3.1 测试环境

测试组网环境如图3所示。PSE将用户PC发送的数据和电源耦合在一起，通过标准五类线连接至PD，PD为集成PD功能的ONU设备，同时实现供电和数据传送；调试串口连接的PC用于查询和下发各种网管命令[2]。

图3 PoE反向供电技术测试组网

3.2 测试结果和分析

（1）反向PoE供电距离及其输出电压精度测试

该测试验证两方面内容：在线缆极限距离下，反向PoE供电系统的工作情况；PSE在交流电压波动（90～264 V交流）时，输出电压是否满足PSE规格或反向PoE设备输入电压精度的要求。测试环境如图4所示。

图4 PSE电压输出精度测试组网

PSE在输入220 V稳定交流电的情况下，监控系统的可靠性与业务误码率情况见表1。

结果表明，各厂商设备在极限近距离（10 m以内）和极限远距离（100 m左右）时，PoE系统均能正常供电、正常工作，对业务无影响，误码率也满足数据传输要求。

在90～264 V交流电范围内改变PSE输入电压，测试PSE输出电压是否满足PoE系统电压精度要求，测试时PSE的受电设备以最大负载运行，不同线缆长度下的测试结果见表2。

从测试结果可以看出，尽管不同厂商设备、不同线缆长度对应的PSE的输出电压各不相同，但均满足PoE系统电压要求，即44～57 V直流电。

（2）反向PoE的多用户供电测试

该测试验证3个方面的内容：供电与数据是否相互影响；供电用户切换时，是否对系统供电和其他用户业务产生影响，多用户供电时用户的供电均衡情况；单一PSE能否满足ONU供电需求。测试时，有用户端口业务正常收发，系统稳定后，供电正常，流量发生仪的数据流量无分组丢失，系统功能稳定，这表明数据功能与供电功能相互不产生影响。反复插拔其中任一端口，没有引起设备重启现象，系统供电正常，另一端口的业务正常，无分组丢失现象。两个用户采用不同长度的线缆连接系统，并能正常发送和接收业务，测试结果见表3。

从表3可以看出，由于线缆存在阻抗，长的线缆输出的电压较低，而短的线缆输出的电压较高，在两个用户同时供电时，线缆距离短、电压高的PSE承载大部分功率，电压低的用户只承担极少甚至不承担功率，因此对目前的设备技术而言，当多个用户供电时，系统不具备公平性，主要由高电压用户为系统供电。根据表3的测试结果，在测试单一PSE能否满足系统供电需求时，选用IEEE 802.3规定的能保证业务质量的极限远距离100 m线缆进行测试，其余端口连接流量产生仪，测试结果见表4。

表1 反向PoE供电距离极限测试结果

表2 GPON模式下PSE电压输出精度测试结果

表3 PoE系统两个用户同时供电时的测试结果

表4 单一PSE供电情况测试结果

测试数据表明，即使在极限远距离的情况下，单一PSE仍能满足ONU供电要求，其功耗在ONU额定功率范围内。

（3）反向PoE多用户频繁上下线冲击测试

测试验证内容包括：多用户连接系统时，任意用户频繁上下线对系统供电的影响；单用户连接系统时，频繁上下线对系统供电的影响。测试时分别用1路PSE和多路PSE连接系统，反复插拔PSE线缆，测试ONU是否可以正常启动或工作，业务是否正常，多路PSE供电时监控是否有明显的电源倒换现象。测试结果见表5。

表5 反向PoE多用户频繁上下线冲击测试

结果表明，反向PoE多用户频繁上下线时，对ONU启动、供电和业务均不产生影响。

（4）PSE供电线过功率测试

测试验证供电接口供电线对短接以后的影响。测试时单板上电启动，在PSE电源输出端进行短路，验证PSE电源能否进行保护。测试结果见表6。

测试结果表明，各厂商设备均提供过功率保护，故障恢复后，设备均可恢复正常供电。

表6 PSE供电线过功率测试结果

4 结束语

PoE反向供电技术为光接入网中的设备供电提供了必要的补充，解决了ONU在特殊环境下取电难的问题，与本地供电方案形成互补，可为光接入网建设提供灵活的补充供电方案，加快网络建设，支撑快速业务部署。目前国内主流设备厂商已具备反向PoE产品，经实验室测试，产品功能与性能都基本满足现网应用的需求，可在光接入网建设中逐步推广应用。

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.接入网设备基于以太网接口的反向馈电技术要求,2011