新的IEEE 802.3bt标准如何为5G部署中的设备供电提供优势

下一代5G技术通过提供多种物联网（IoT）和大数据应用程序，以更快的速度提供先进的移动互联网连接，创造了新的商机。新兴的应用推动了有源设备（PD）连接到以太网的需求，这些设备包括IP监控摄像头，802.11ac和802.11ax接入点，LED照明器，5G小型蜂窝以及其他IoT设备。以太网供电（PoE）技术为在5G部署中为这些设备供电提供了众多优势，最新的IEEE 802.3bt标准通过推动供电设备（PSE）更大功率来实现这一目标，将分别达到90 W和71.3W。

目前最新一代POE面临的挑战是如何部署以便它们能够与现有的IEEE 802.3bt之前的两对和四对PD一起兼容工作，这些PD对支持更早的标准通用PoE（UPOE）和HDBaseT供电（PoH）。业界现在已经弥合了这种互操作性鸿沟，从而确保标准前和新的符合IEEE 802.3bt标准的产品可以共享相同的以太网基础架构，而无需更改现有的交换机或电缆。

IEEE 802.3bt之路

自2003年第一个PoE标准批准以来，PoE的使用已急剧增加，并已进入新的应用程序。PoE在简化安装，节省资本支出和运营成本以及为全球使用提供统一和安全的电源标准方面提供了巨大的好处。

在新应用中影响PoE使用的主要限制因素是可用功率。虽然15.4 W的电源足以满足大多数IP电话和802.11a/b/g接入点的要求，但不足以支持IP视频电话，802.11n和全景云台（PTZ）IP摄像机。因此，（IEEE）在2009年发布了IEEE 802.3at，在PoE电源上指定了30W。

如今，要求更高的功率来支持连接到以太网网络的其他设备，例如PTZ安全摄像机，信息亭，POS终端，瘦客户端，802.11ac和802.11ax接入点，小型蜂窝以及连接的LED照明，所有这些都可以从PoE中受益。为了满足这一需求，新的IEEE 802.3bt标准主要通过利用所有四对结构化布线来增加可用的最大PoE功率。IEEE 802.3bt扩展了初始交换功率分类信息，以提供更多的功率管理功能，支持多个PoE类，同时还向后兼容。这些增强功能解决了更高功率和更高效的PoE交付系统的挑战。

IEEE 802.3bt征集权益（CFI）活动于2013年初开始，并于2018年9月批准了该标准。新标准满足了现有的市场需求，并被视为PoE市场增长的主要催化剂，因为它促进了PoE市场的发展。通过将PSE和PD的功率限制分别推至90 W和71.3 W来扩展PoE的应用范围。

但是，在此IEEE 802.3bt倡议之前，曾有过其他方法来增加向PD的功率传输。它始于IEEE 802.3af-2003 PoE标准，该标准通过两对5e类（Cat5e）电缆为每个设备提供高达15.4 W的输出功率。IEEE 802.3at-2009标准（也称为PoE +）引入了“ Type 2” PSE/PD，能够支持30W输出功率和25.5W负载功率。后者主要是对第一标准的扩展。HDBaseT联盟也对HDBaseT协议进行了标准化，该协议允许通过Cat5e或更好的电缆将HDMI链接扩展到100 m。2011年，HDBaseT联盟创建了PoH标准，该标准将四对电缆的最大输出功率扩展到95W。

表1总结了IEEE 802.3bt之前的标准。

表1：扩展的功率功能可使PD输入功率达到95W。

IEEE 802.3bt增加了许多功能。除了引入类型3和类型4 PSE/PD并在四对上工作之外，它还支持单签名和双签名PD结构，并在改进的相互识别过程中添加了5至8类。只要知道通道长度，就可以添加自动类功能，并且可以扩展电源功能。最后，它包括低待机功耗支持，并支持带有PoE的10G-BASE-T。表2显示了IEEE 802.3bt标准可用的PoE功能。

表2：扩展的功率功能允许PD输入功率对于类型3高达60 W，对于类型4高达90 W（如果已知通道长度）。

IEEE 802.3bt标准的目标之一是符合ISO / IEC 60950中定义的受限电源和安全超低电压（SELV）要求。合规性意味着每个端口的功率不能超过100 W。尽管有此功率上限，但100 W已经足以支撑此前IEEE标准下无法满足的应用，从而扩大了PoE部署的潜在规模。

确保互操作性

IEEE 802.3bt规范可确保IEEE 802.3bt系统将自动与旧式1型和2型设备一起使用，只要PSE有能力（就功率而言）支持PD，并且两者均符合标准。如果PD需要更高的功率（IEEE 802.3bt PD）而PSE无法支持它（IEEE 802.3af / at PSE），则PD将保持关闭状态，或者将打开并仅消耗PSE可用的功率。

提供这种互操作性的解决方案的第一个例子是Microchip的PSE芯片组，它使标准交换机能够支持IEEE 802.3bt-2018的产品互操作。该芯片组是Microchip早期的PSE芯片组的基础，用于实施广泛采用的针对95W PD的PoH四对电源标准，并且是IEEE 802.3bt-2018兼容PoE注入器和中跨产品的核心，可通过桥接解决互操作性用户的差距。

PD和现有交换机之间安装了符合IEEE 802.3bt-2018标准的PoE注入器和中跨设备，使用户能够为预标准和IEEE 802.3bt-2018兼容的PD的任意组合供电。单端口和多端口选件的可用性使符合IEEE 802.3bt的新交换机能够为预标准PD供电。

对于系统开发人员而言，IEEE 802.3af/at/bt PoE芯片组提供了可扩展性，可将支持预标准和IEEE 802.3bt-2018兼容PoE所需的两对和四对系统整合到单板设计中。这些芯片组必须能够平衡整个系统的散热，并应具备构建PSE设备所需的所有管理器和控制器功能，这些设备可以为每个端口提供90 W至99.9 W的功率，同时最多支持48个IEEE 802.3bt Type 3端口（1–6类）和4类（7–8类）应用程序。另一个需要考虑的因素是，基于这些芯片组的系统可以通过软件更新从较早的标准升级到IEEE 802.3bt，而无需更改硬件。

开发人员需要考虑的最后一个问题是，他们是否可以保护PD免受反极性连接的影响，并减少电源空间以及提供IEEE 802.3bt Type 4 Class 8电源的成本。通过提供用于PoE连接的供电侧的全桥整流器设备，最新的IEEE 802.3bt解决方案也解决了这一问题。

新的IEEE 802.3bt标准可通过四对以上Cat5e电缆提供90 W的功率。预计该PoE级别是已定义的最大级别，因为更高的级别对于当今基础架构中部署的现有电缆和连接器可能并不安全。该标准将取代目前提供60 W / 75 W / 95 W的所有现有标准解决方案，例如UPOE或4PPoE。PoE系统和设备供应商正在提供实施这些新标准的路线图，同时还支持早期的标准前实施，包括那些支持UPOE和POH规范的实施。正确实施的，符合标准的，符合IEEE 802.3bt-2018标准的新PD可以共享相同的以太网基础架构，而无需更改现有的交换机或电缆。

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