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POE技術在物聯網中的應用與發展趨勢
2015/1/8

      隨著技術和應用的發展,物聯網內涵不斷擴展,讓我們逐漸認清,物聯網是通信網和互聯網的拓展應用與網絡延伸,它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知 識別,通過網絡傳輸互聯,進行計算、處理和知識挖掘,實現人與物、物與物信息交互和無縫連接,達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。因此網 絡將不再是被動地滿足用戶的需求,而是要主動感知用戶場景的變化,并進行信息交互,為用戶提供個性化的服務。TG-NET開發的POE技術正是基于這種需 求產生的,下面我們就來談談POE技術在物聯網中的主要應用場景:

     1、POE無線AP在物聯網中的應用

無線網絡技術給人們帶來的影響已是無可爭議,無線局域網的應用范圍越來越廣范,在大型辦公 室、智能倉庫、大學校園、商場、機場、會展中心、酒店、飛機場、醫院、酒吧、咖啡屋等實現人們隨時隨地上網的需要。部署無線網絡的過程中,最重要的工作是 無線AP(AccessPoint)的合理有效的安裝。TG云平臺可以集中合理有效的給出整套的管理,在較大型的無線網絡覆蓋的項目中,無線AP的數量多 且分布在建筑屋的各個部位,AP一般都需要網線連接交換機,并要外接DC電源。就地解決電源和管理都會很大的增加施工和維護的成本。TG-NET供電交換 機通過網線供電(POE)來解決無線AP的集中供電問題,可以極大的解決項目施工中遇到的就地取電和以后AP的管理問題。避免了局部停電的時候,個別AP 無法正常。在此解決方案中,需要采用AP設備具有支持802.3af/802.3af協議功能的設備才可達到網線供電的功能。如果AP不支持 802.3af/802.3af協議功能可以采取直接加裝數據與POE合成器來完成此供電功能。

     2、POE遠程監控在物聯網中的應用

近年來,由于社會經濟和信息化技術的飛速發展,國家各行業對視頻監控產生了前所未有的需求。 應用領域越來越廣,除了金融、政府、交通等特殊行業外,社區、酒店公共場所、工廠和商場都已應用或正在實施數字監控。規模和輻射區域越來越大。典型的例子 是“平安中國”項目,其項目范圍涉及到了整個城市,攝像頭達到上萬個。而視頻監控產品也從本地的DVR方式向IP Camera網絡發展。

但是,網絡視頻監控設備的安裝卻受到環境的制約,嚴重影響了網絡視頻監控的發展。網絡視頻監控所用網絡攝像頭除了需要通過網線來傳輸視頻信號外,還必須 全天候為其提供足夠的電力。在實施過程中,經常會出現因為無法提供穩定的電源,而不得不重新設計攝像頭的安裝地點的情況,而重新設計安裝地點可能會導致出 現監控死角,使安防監控失去意義。

通常情況下,正常工作的網絡攝像機需要外接兩根線,一根網線,一根電線。而以下情況會導致網絡監控鏡頭無法安裝:

1、攝像頭安裝位置無電源。

2、攝像頭安裝的位置有電源,但卻是照明電源,無法提供全天候供電。

以上導致網絡攝像機無法安裝的情況,均發生在網絡攝像機的供電問題上。要想使網絡攝像機在預計地點正確安裝,就必須解決網絡攝像機的供電問題。既然不能 正常提供電力,就應該考慮使用網線來給攝像機供電,畢竟部署一條網線比部署一條強電線要容易的多,而且如果使用網線供電,只要數據交換機端的電力不中斷, 網絡攝像機就可以正常工作。使用網線給網絡攝像機供電,可以歸納為以下兩種情況:

1、網絡攝像機支持802.3af/802.3af協議,可以直接使用POE供電設備通過網線給網絡攝像機供電。

2、網絡攝像機不支持802.3af/802.3af協議,不能直接使用POE設備供電。這時需要用到另外一種配套設備——分離器。分離器的作用可以將集成有電力的網線分離成純數據網線和電源線。這樣就可完成數據與電源分離,達到一根網線即傳輸了數據又提供電源。

POE在物聯網中的發展趨勢
  
1、IEEE802.3af標準是目前的主要應用

該標準規定可以通過RJ45接口向受電設備提供功率高達13W、48V的電源,這就允許設備使用與傳輸數據一致的電纜提供或吸收功率。標準中規定了兩個 可選電源實體的功能及電氣特性:即受電設備(PowerDevice,orPD)和供電設備 (PowerSourcingEquipment,orPSE),該標準可向下兼容。較早的POE設備不會與802.3af標準相沖突,有效功率級還將有 望面向未來的應用。

IEEE802.3afPOE標準允許設計師通過以太網電纜為用電設備(PD)提供高達12.95W的電力, 同時符合安全特低電壓(SELV)要求。根據IEEE802.3af標準,PD可按所需功率分為四個不同的級別。Class1設備需要的工作功率為 0.44~3.84W,Class2設備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間,Class3設備的功率范圍則介于6.5~12.95W之間。設 計師可以根據功率要求將他們的設備指定為特定的級別。低成本解決方案可以使用一般的默認級別指定(Class0),表示PD需要的工作功率介于 0.44~12.95W的工作功率。

作為通過以太網電纜輸電的IEEE工業標準,以太網供電(POE)技術的發展勢頭十分強勁。 這一新興技術通過傳輸以太網數據的CAT-5電纜進行供電,可以簡化用電設備(PD)的安裝和部署。這些設備包括無線接入點、監控攝像機、智能終端、智能 傳感器和VoIP電話等。

由于802.3af標準的功率都在13W以下,但是實際應用過程中需要用到更大功率的終端,例如含有全 方位TG云平臺、變焦鏡頭的攝像機、大功率的高速球型攝像機、辦公自動化設備如打印機、傳真機、網絡智能終端、小型計算機、筆記本等它們的功率大都30W 以上,所以為將進一步提高信道的供電能力,將功率由現在的12.95W提高到30W以上,這也將擴大POE在安防領域、辦公自動化方面以及智能終端和工業 化智能監控等方面的應用范圍有了更高擴展。

2、IEEE802.3at標準成為未來的趨勢

目前POE業 界所采用的標準為IEEE802.3af,只能向功率在13W以下的受電設備供電。雖然能夠滿足傳統的IP電話以及網絡攝像頭的需求,但隨著無線局域網雙 波段接入、視頻電話、PTZ視頻監控系統(可變焦帶云臺的攝像機)、智能終端、遠處辦公設備等高功率應用的出現,原有的802.3af標準13W的供電功 率顯然不能滿足需求,為此,IEEE在2005年開始開發新的POE標準02.3at(POEPlus)以提升POE可傳送的電力。

新標準于2009年正式發布,稱為Power-over-EthernetPlus(POEP)IEEE802.3at,它將功率要求高于12.95W 的設備定義為Class4(該級別在IEEE802.3af中有描述,但留作將來使用),可將功率水平擴展到25W或更高。目前,市面上最高的POE供電 設備是TG-NET的POE供電設備,可以達到300W左右,由于能夠支持更高的功率水平,這一新標準會將POE應用很容易擴展到新的領域,例如 WLAN(無線局域網)、銷售點終端設備、交換機以及傾斜式/變焦式/云臺式監控攝像機。

802.3at(POEP)標準中最引 人注目的一個新變化將是,它能夠以比現有標準更詳盡的細節來控制功率分布。兼容802.3af標準的PSE識別PD的級別后,只需提供級別定義所允許的最 大功率即可。802.3at系統通電后,符合標準的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個PD進行通信,以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許 設計師根據功率預算來設計POE兼容系統,并使系統總功率能力更接近于系統負載要求。峰值負載功率和高電流持續時間之間還可以建立通信(例如,攝像機推拉 電機具有較高的短時電流要求)。不過,新標準尚未對這種Level-2通信進行完整定義。

由于新標準是向下兼容802.3af標 準的,因此面臨的一個主要問題是,PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD(以及PD如何對PSE做出類似的判 斷)。為了解決此問題,802.3at標準將使用與802.3af中相同的特征來指示POE兼容PD,但這樣會在分級階段增加第二次電壓脈沖,以便指示 PSE的802.3at兼容狀態。802.3at兼容PD將檢測到第二次電壓脈沖,并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級周期持續時間符 合802.3af時間限制,因此與當前802.3af標準兼容的PD會將第二次脈沖僅視為初始查詢和響應的一部分。

       3、POE技術的機遇與挑戰:

POE目前尚面臨一些挑戰,如POE技術可讓受電設備從每個端口獲得30W以上的功率,但不是每個 端口的受電設備都需要30W的功率,因此,如何準確的感測每個受電設備的需要是一個很重要的問題,否則可能對受電設備造成損壞或對網絡基礎設施形成不安全 因素。此外,由于電纜通常被匝成電纜束,并置于配線柜中,因此線纜束的散熱問題則需要考慮。而成本問題則是POE面臨的又一挑戰,特別是對PD制造商而 言,在產品中加入POE技術就意味著增加成本。

另外標準的五類網線有四對雙絞線,但是在l0MBASE-T和100MBASE- T中只用到其中的兩對。IEEE802.3af允許兩種用法,應用空閑腳供電時,4、5腳連接為正極,7、8腳連接為負極。應用數據腳供電時,將DC電源 加在傳輸變壓器的中點,不影響數據的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。目前的標準不允許同時應用以上兩種情況。電源提供設備 PSE只能提供一種用法,而電源應用設備PD必須能夠同時適應多種情況。隨著物聯網設備向大功率供電發展的趨勢,在不久的將來需要四對雙絞線全部支持供 電,通過提高電源的載流量來增加供電功率,以解決設備對大功率供電的需求。

總的來說,POE的應用雖有阻力,但機遇大于挑戰。在 技術方面日漸完善與深入,應用范圍也越來越寬廣。每一次技術的變革都會給行業帶來巨大的變化,變化就意味著商機。雖然面臨著諸多挑戰,但由于市場潛力巨 大,存在的種種問題正不斷被廠商改善。TG-NET智能供電交換機引領著行業的革命,相信隨著物聯網時代的來臨,POE技術將向支持更大功率的設備發展。

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