PoE反向供电方案破解“城市光网”FTTH取电难题

中国电信上海公司│朱俊 杜喆

PoE反向供电方案破解“城市光网”FTTH取电难题

中国电信上海公司│朱俊 杜喆

在“城市光网”大发展的今天，如何发展用户、留住用户至关重要。PoE反向供电解决方案既能挽留FTTH用户，也能大大提高FTTH规模部署的安装效率，值得业界推广。

“城市光网”是中国电信上海公司（即上海电信）为摆脱铜缆接入技术的带宽瓶颈，在城市化地区实现商务楼光纤到楼层、住宅小区光纤进门洞，满足多业务高宽带承载要求“三网融合”的宽带光网络。为进一步推进“城市光网”的宽带接入网建设，支撑高带宽应用发展，提升网络运营能力，上海电信决定大规模建设FTTH。

上海电信在进行大规模“城市光网”FTTH建设过程中发现，部分光纤入户的位置FTTH终端设备取电十分困难，造成大部分用户因为取电问题而无法安装，即使勉强安装也是装维人员布放了220V电源线，不仅造成了大部分用户流失，也带来了安全隐患及安装效率低下的问题。

为此上海电信对“城市光网”现网实际情况进行分析调研，提出了通过反向PoE技术解决FTTH终端设备供电的初步想法。通过深入研究，上海电信起草制定了技术规范、定制开发了PoE产品、制定了实验室测试方案、组织进行了多次实验室及现网测试。通过理论分析和实践形成了一系列创新成果，最终形成了一整套完备的适合上海电信“城市光网”发展的F T TH反向PoE供电解决方案，有效解决了FTTH取电难问题，排除了电信装维人员拉强电的安全隐患，同时提高了FTTH安装效率。

图1 弱电井场景PoE应用模式示意图

应用场景不同，方案不同

PoE的理念就是通过以太网线传输电源，通过以太网线两端的PSE、PD设备把220V的电源变压为48V低压直流电流，与以太网数据信号共同在五类线内进行传输，达到以太网线供电的目的。反向PoE指的是供电设备在受电设备的以太网业务信号流方向下游，反过来向上游的终端设备供电。这样的反向供电模式非常适合城市光网FTTH终端的实际应用场景。

上海电信光纤入户有多种方式，其中光纤到室外弱电井及光纤到室内家庭信息箱(多媒体智能终端盒)这两种应用场景，由于存在施工设计时未考虑供电，造成FTTH用户终端无法就近取电。针对上述两种FTTH用户终端取电困难的场景，我们相应制定了PoE反向供电的实施方案。

● 场景一：弱电井PoE应用方案

此方案中，光纤布放至室外弱电井，FTTH用户终端放置在弱电井内，弱电井至用户家中已有五类线，只需在用户家中安装LAN上行家庭网关，从而完成“城市光网”业务的接入。这种场景光纤的布放只需到达弱电井，依靠原有的五类线入户，解决了光纤入户打洞、穿墙布设等难题，比较容易得到用户的接受。

但是弱电井往往没有220V电源可供FTTH用户终端使用，因此可以借助于PoE设备。上海电信在用户家庭内部署PSE供电设备，将数据和电源通过PSE设备在五类线缆上同时传输；把PD受电设备放置在弱电井内，将数据和电源分离，分别传输到FTTH用户终端的数据端口和电源端口。弱电井PoE应用方案如图1所示。

图2 室内家庭信息箱场景PoE应用模式示意图

● 场景二：家庭信息箱PoE应用方案

此方案中，光纤入户至室内家庭信息箱，FTTH用户终端放置在家庭信息箱里，而通过家庭信息箱内的入户五类线连接用户PC、IPTV机顶盒和话机，从而实现上网、IPTV和VoIP等业务。

由于室内家庭信息箱附近可能没有电源可供FTTH用户终端使用，同样需要借助PoE设备。该方案在用户家庭内PC机或IPTV机顶盒的位置部署PSE供电设备，将数据和电源通过PSE设备在五类线缆上同时传输；而把PD受电设备放置在家庭信息箱内，又将数据和电源分离，分别传输到FTTH用户终端的数据端口和电源端口。家庭信息箱PoE应用方案如图2所示。

结合802.3af标准保障安全性

为保证PoE设备在使用过程中，不造成FTTH设备、用户设备的损坏，杜绝一切使用安全隐患，上海电信创新地将符合国际标准IEEE 802.3af的PoE检测机制加入到FTTH的PoE产品中。

原理是通过在PSE、PD上加入802.3af芯片进行安全检测，检测机制包括：侦测模式、供电模式、工作模式和侦测断开模式。具体检测流程为PSE供电设备通过检测电源输出线对之间的电阻或电容值来判断PD受电设备是否存在，或者PD受电设备是否符合标准要求。当检测到PD阻抗在23.75kΩ～26.25kΩ之间或PD端并联的输入电容值小于0.12μF时，可以认为PD设备合法；当得到PD阻抗值小于12kΩ及大于45kΩ或者电容值大于10μF时，应判定该PD设备不合法，不对其供电；另外当PD阻抗大于500kΩ时，可认为PD端开路。为保证测量结果有效，PSE施加电压应该在2.7～10.1V之间，采用斜率技术进行特征阻抗计算，且至少要进行2次以上的测量以便可以得到良好的V-I曲线。多次测量间的电压幅度差需要大于1V，测量间隔应大于2ms。

一旦对端的PD受电设备不存在或为非法设备，PSE供电设备将不会输出工作电流，而只有检测到合法PD受电设备后才会进入到下一个工作模式——分级模式。由于PSE设备的供电资源有限，不能向用电设备提供任意大小的电能，所以在成功侦测到合法PD设备之后，PSE可选通过检测电源输出电流确定PD功率等级，从而可以确定出是否可以提供该设备所需要的能量。如果PD设备需要的电能超过PSE设备设定的输出最大值范围，PSE设备将不向其供电。如果在PSE设备的剩余可供电能不足时，停止继续接受其他PD设备的接入。分级阶段端口输出电压大小14.5V～20.5V。电压极性与+48V输出一致，之后检测回路中的电流的峰值大小（不得大于100mA，以免对设备造成损害）。PSE设备根据该电流值进行判定相应的PD设备属于的功耗等级，本规范建议采用系统默认的分级模式0，PD设备功率范围0.44W～12.95W。

当侦测到端口下挂设备属于合法的PD设备时，并且PSE设备完成对此PD设备的功率分级，PoE系统进入供电模式，PSE设备开始对该设备进行供电，输出48V的电压。而且在随后的工作模式中实时进行监控和电源管理，包括：监视PD设备的“维持功率”特征、侦测PD设备是否已断线、MPS信号的消失、检测电流是否超过过载电流达到75ms，以及电流值达到短路电流在75ms等情况。一旦检测到以上故障现象，PSE供电设备将关闭端口输出电压，端口状态重新返回到侦测模式，正常情况下PSE会快速断开停止供电前必须等到300～400ms，以便设备做出相应处理。其中，针对PSE设备侦测PD设备是否已断线，PoE系统将采用对PD进行交流阻抗侦测，即通过一个小幅度的共模交流电压与数据信号和48V直流被同时送到以太网线缆上，然后测量交流电流并算出端口阻抗，如果PD设备还没有被断开，这个值应该低于26.25kΩ，交流电压的频率应该在1MHZ到100MHZ之间。另外，还有一种情况就是MPS信号的消失：在供电期间，PD设备应放出的MPS（maintian power signature）信号，该信号两个有效判断依据是直流电流不得小于10mA以及500Hz以内的所有频率对应的交流阻抗不得低于33kΩ。PSE根据这两个依据判断MPS信号，从而进行断电处理。具体的工作流程如图3所示。

加入了802.3af安全机制后，可以确保只有在真正需要供电的时候，以太网线内才会有48V电压的电流输出，在错接、断线、短路等非正常情况下是不会供电的，因此确保了供电的安全。

PoE产品测试与规范制定

在实验室测试中，上海电信结合现网部署的操作细节、物理环境、安全问题等因素创新地提出多个测试项目。首先针对现网使用环境中存在的复杂布网情况，分别测试了3米、30米、80米网线情况下的PoE供电能力，并且长网线采用网线延长转接头拼接而成，尽可能模拟出最复杂的网线连接情况。在功能测试部分验证了PoE设备启动电流、电压是否满足FTTH用户终端的实时开启，是否满足网关全业务使用情况下对于稳定功率的要求；性能测试部分验证了PoE供电的最大传输距离和最小安全传输距离；通过反复上电/断电模拟用户实际的操作行为，检验PoE设备的可靠性。

同时，上海电信对Po E设备进行了48小时的长时间稳定性测试，通过SMARTBITS打流，检查PoE供电的网关设备在48小时内的丢包率为多少，以此来检测PoE设备供电的稳定性。针对现网部署PoE设备最关键的安全性，我们设计了反线序供电、线缆短路、线缆带电连接用户终端等多项安全性测试项目，排除一切可能造成用户设备损坏等安全性问题。另外，对于五类线上传输电流造成的五类线发热老化问题，我们进行了长时间测试并计算网线发热功率，保证48V电流在五类线上传输的安全。为了保证PoE设备环境及电气特性满足室内/室外部署的需求，我们通过专业实验室对PoE设备进行了防雷、防静电及高低温等电器特性的测试。

经过实验室测试后，我们还到现网环境中进行多次验证和试用。在得到大量的一手测试数据后，结合现网应用需求以及PoE技术特点，上海电信制定了《中国电信上海公司基于FTTH的PoE产品技术规范》，详细地制定了适用于上海电信的PoE设备的各项技术指标和性能要求，用于指导设备厂商的定制开发和生产；同时，还制定了《中国电信上海公司POE设备应用技术规范V1.0》，定义了上海电信PoE设备的使用场景、布线方式、安装方法，用来指导电信装维人员的规范操作，并组织开展了城市光网培训基地内的培训操作。

6大测试

上海电信定制开发出FTTH的PoE产品后起草了详细的测试方案，测试方案包括功能测试、性能测试、稳定性测试、安全性测试、环境及电气特性测试等部分。

图3 PoE系统工作流程图

PoE供电方案助力“城市光网”快速发展

在“城市光网”大发展的今天，如何发展用户，留住用户至关重要。反向PoE方案在解决FTTH终端供电难问题的同时，挽回了大量由于无法供电而不得不退单的用户。由于PoE设备小巧灵活，不影响用户家庭美观，因此赢得了相当一部分潜在FTTH用户。

在挽回FTTH用户的同时，通过PoE供电解决方案也大大提高了“城市光网”FTTH规模部署的安装效率。据统计，采用引电方案2名装维人员每天只能完成2户FTTH用户的安装部署，而通过PoE供电解决方案后，每天可以完成6户FTTH用户的安装部署，安装效率得到了成倍的提高。

2000年后建成的房屋是FTTH的主力军，这批房屋楼内设有弱电井并且五类线入户的情况较为普遍，因此如若这部分用户光纤入户存在困难的情况下，PoE供电方案不失为一种较好的补充技术手段，可以助力“城市光网”FTTH高速发展。

编辑｜刁兴玲 diaoxingling@bjxintong.com.cn