福祿克網絡對以太網供電系統PoE的測試方法
2016-04-25
理解對認證和測試過程的潛在影響
[摘要] 以太網供電（PoE）是一項具有創新意義的技術，并被越來越多的用來為網絡設備供電，包括IP 電話、無線LAN接入點、網絡攝像頭和其它網絡應用。已經部署了PoE 或正準備部署PoE 的網絡技術員，以及提供這一技術作為其服務部分的安裝者應該認識到PoE 對網絡測試過程的一些潛在影響。安裝某種類型的PoE 設備將需要重新認證現有的布線裝置。在測試過程中，網絡上現有的PoE 設備可能需要進行改動，以確保準確測試數據網絡。對新PoE 設備進行額外的測試將有助于驗證和證明其工作正常。本文將介紹PoE 對網絡測試過程的影響，并說明如何對測試過程和設備進行相對簡單的改動來保證測試的成功。
PoE 技術簡介
當前的PoE 技術已經通過IEEE 802af 標準的發布形成條文，它規定了以太網供電設備（PSE）和受電設備（PD）的操作。技術指標包括通過非屏蔽雙絞線電纜在標稱48 V 直流電壓下提供最大15 W 的功率。它和現有的線纜設備一起工作，包括CAT 5、5e 或6 類線纜，水平電纜或跳線、配線架、插座和連接硬件，無需改動。
所有的網絡設備都需要數據連通性和電源。PoE 的優勢在于它利用一組電纜即可完全滿足這些需求，減少了安裝時間和費用，節省空間。由于PoE 設備可以方便地插入到支持PoE 的網絡插座，因此可非常容易地進行移動。
供電設備的類型
有兩種基本類型的PSE：末端跨接法（End-Span）和中間跨接法（Mid-Span）。這些PSE 對網絡測試的影響具有明顯的不同。
End-Span 系統采用內置有電源的以太網交換機來提供電源和傳輸數據。IEEE 標準802.3af 允許End-Span 設備利用4對銅線中的1/2 和3/6 線對或4/5 和7/8 線對提供電源。End-Span PSE 可以和10BASE-T、100 BASE-TX 或1000BASE-T 數據傳輸兼容。
End-Span PoE 設備位于永久鏈路之外。End-Span 設備對永久鏈路的認證沒有影響。
Mid-Span PSE 位于舊式交換機或路由器和受電設備之間。Mid-Span PSE 可以是獨立使用的設備，也可以被集成到跳線中。在后一種情況下，電源插入配線架上的每個Mid-Span 端口均形成永久鏈路的一端。802.3af 兼容的Mid-Span 設備僅允許使用4/5 和7/8 線對提供電源，而4/5 和7/8 線對不通過Mid-Span PSE 傳輸數據流量。由于1000BASE-T 流量需要全部4對線來傳輸數據流量，因此，802.3af Mid-Span PSE 僅限于10/100BASE-T。Mid-Span PSE 可以支持1000BASE-T，但是這些技術與IEEE Std 802.3af 標準不兼容。
電源插入配線架和End-Span PSE 之間的一個重要區別就是電源插入配線架是永久鏈路的一部分，而End-Span 設備則不是。電源插入配線架的連接性能和端接質量對永久鏈路性能有很大影響，因此只要安裝了電源插入配線架，就需要重新認證永久鏈路。End-Span 設備不在永久鏈路之中，對網絡測試具有很小的影響。
在Mid-Span PoE 配置下，供電設備（PSE）被包含在跳線中，是永久鏈路的一部分。
在進行認證時應該關閉PSE，并且利用回損、插入損耗和NEXT 測試結果的推斷進行接線圖測試。
PoE 系統工作原理
為了防止損害不支持PoE 的現有以太網設備，PSE 采用了一個發現過程，它在向線路供電之前查找符合PoE 技術指標的設備。該發現過程向電纜中提供一個電流受限的小電壓并檢查遠程設備中的25 kΩ 電阻。該探測電壓一般小于10V，可以頻繁至每2 毫秒進行探測。
如果它發現電阻，PSE 就會施加PoE 標準規定的全48V 電壓，功率可高達13 W。只要設備存在，就會提供電源，并且可以吸收最大水平的電流。如果設備被關閉或移除，PSE 就會斷開電源并開始發現過程。
對網絡認證測試的影響
鏈路上的直流電壓和高頻數據信號是隔離的，但是它會影響測試儀器。幾乎所有的測試儀都采用直流信號進行基本的連通性測試，例如線圖和電阻測試。另外，許多測試儀都具有用于保護敏感測量電路免受其它有源通信設備（例如ISDN 和POST）損壞的功能，這些設備可能會在不同的線對上使用直流電壓，并且可能會被意外連接至測試儀。
在測試電纜時，在線路上沒有受電設備，因此PSE 處于發現模式。發現過程發送的直流電壓不會對數據傳輸測試產生影響，例如回波損耗、插入損耗和近端串擾。它們會干擾絕大多數網絡測試儀在認證過程中用來測量鏈路阻抗和生成線圖所進行的直流測量。PSE 在發現過程中產生的直流電壓會意外觸發網絡測試設備的保護功能。
因此，當在測試任何線路時，直流電源都應該被關閉。最簡單的方式就是從PSE 設備斷開電源。但是斷開所有鏈路而不僅僅是被測鏈路的電源往往會產生不希望的影響。幸運的是，多數PSE 具有軟件配置工具，可以單獨打開或關閉某些端口。當被測端口被關閉電源后，就可以像測試傳統鏈路一樣測試支持PoE 功能的鏈路的數據傳輸特性。
測試PSE
接下來的問題是如何測試PSE。有幾種可能的方法：從復雜和非常準確的方法到簡單的合格/不合格測試，以及介于中間的有些方法。
- 利用設計用于評估電源性能的實驗室設備即可測試PSE。這些高端設備可被配置為評估PSE 的性能，無論是在發現模式下還是在供電模式下。問題是這些設備非常昂貴、體積大、使用復雜。其本意是供設備制造商使用的，而不是現場的網絡技術人員。
- 利用基本由電阻、LED 和RJ-45 插頭組成的簡單設備，可提供一個更加簡單、更加便宜的方法。這些設備被插入到網絡插孔，并對PSE 表現為一個電阻。PSE 則會發送48V 的電源，從而點亮LED 指示燈。這些設備為測試PSE 提供了快捷、簡單的途徑，但是不能提供關于電壓水平和PSE 功率的任何信息。它們也不能提供證明PoE 電源可用性的方法。可以將這些方法看作是快捷的合格/不合格判定解決方案。
最有效的方案將比簡單的合格/不合格判定方案提供更多的信息，并非常適合現場使用。福祿克網絡公司最近推出了供DTX CableAnalyzer 電纜認證分析儀使用的DTX 網絡服務模塊。這款新模塊（DTX-NSM）插入到DTX CableAnalyzer 分析儀的背部，提供了更加深入的PoE 測試，作為認證鏈路的一部分。該解決方案驗證PoE 應用電壓是否存在以及是否合適，驗證PSE 提供的電源符合IEEE 802.3af 標準中的A 或B。將PoE 測試集成到鏈路認證的另一個優點是可以存檔PoE 測試的結果，并作為認證測試過程的一部分。
新的標準和不兼容的PSE
在此之前，我們已經介紹了如何在符合802.3af 標準的PoE 鏈路上測試電源和數據。但是該標準不支持千兆以太網，千兆網使用全部4 對線傳輸數據。因此，大量的制造商已經推出了千兆以太網PoE 設備，它們并不符合任何現有的標準。另外，有些PSE 可能提供的功率大于15W，以支持需要更大功率的設備。這些設備已經占據了可觀的市場份額，并且已經提請IEEE 成立一個任務組解決這些問題，對標準進行更新。這個802.3at 任務組負責擴展802.3af 標準的能力。
在草案和正式發布時，新的標準都有望提供至少30W 的功率，高數據速率接入點和馬達驅動的設備特別需要這么高的功率，例如帶搖攝、傾斜和縮放控制的攝像機。
測試新的PSE
當全部4 對線都用來傳輸數據時，需要應對的挑戰是防止直流電壓被意外返回至網絡交換機或路由器，那樣會產生嚴重的破壞。已經推出了千兆Mid-Span 設備的制造商目前已經通過加入能夠阻止直流電流流向交換機或路由器的變壓器或電容器克服了這一問題。
這就為網絡測試過程造成了更加復雜的局面。變壓器或電容器不會影響進行插入損耗、近端串擾和回波損耗測量時所使用的高頻信號。但是，即使是關閉電源，這些設備對于采用直流電流來檢查連通性的網絡測試儀將表現為開路。因此，鏈路的認證將失敗。為了克服這一問題，將測試儀配置為避免使用獨立的接線圖測量。其它參數，例如插入損耗、近端串擾和回波損耗，只有在線圖正確時才能通過。
結論
PoE 的快速普及意味著網絡技術員需要理解它對認證過程的影響。各種不同的PoE 設備具有不同的影響。通過對測試程序進行相應的調整，網絡技術員可以很容易地驗證PoE 系統的性能。
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