福禄克网络对以太网供电系统PoE的测试方法
2016-04-25
理解对认证和测试过程的潜在影响
[摘要] 以太网供电（PoE）是一项具有创新意义的技术，并被越来越多的用来为网络设备供电，包括IP 电话、无线LAN接入点、网络摄像头和其它网络应用。已经部署了PoE 或正准备部署PoE 的网络技术员，以及提供这一技术作为其服务部分的安装者应该认识到PoE 对网络测试过程的一些潜在影响。安装某种类型的PoE 设备将需要重新认证现有的布线装置。在测试过程中，网络上现有的PoE 设备可能需要进行改动，以确保准确测试数据网络。对新PoE 设备进行额外的测试将有助于验证和证明其工作正常。本文将介绍PoE 对网络测试过程的影响，并说明如何对测试过程和设备进行相对简单的改动来保证测试的成功。
PoE 技术简介
当前的PoE 技术已经通过IEEE 802af 标准的发布形成条文，它规定了以太网供电设备（PSE）和受电设备（PD）的操作。技术指标包括通过非屏蔽双绞线电缆在标称48 V 直流电压下提供最大15 W 的功率。它和现有的线缆设备一起工作，包括CAT 5、5e 或6 类线缆，水平电缆或跳线、配线架、插座和连接硬件，无需改动。
所有的网络设备都需要数据连通性和电源。PoE 的优势在于它利用一组电缆即可完全满足这些需求，减少了安装时间和费用，节省空间。由于PoE 设备可以方便地插入到支持PoE 的网络插座，因此可非常容易地进行移动。
供电设备的类型
有两种基本类型的PSE：末端跨接法（End-Span）和中间跨接法（Mid-Span）。这些PSE 对网络测试的影响具有明显的不同。
End-Span 系统采用内置有电源的以太网交换机来提供电源和传输数据。IEEE 标准802.3af 允许End-Span 设备利用4对铜线中的1/2 和3/6 线对或4/5 和7/8 线对提供电源。End-Span PSE 可以和10BASE-T、100 BASE-TX 或1000BASE-T 数据传输兼容。
End-Span PoE 设备位于永久链路之外。End-Span 设备对永久链路的认证没有影响。
Mid-Span PSE 位于旧式交换机或路由器和受电设备之间。Mid-Span PSE 可以是独立使用的设备，也可以被集成到跳线中。在后一种情况下，电源插入配线架上的每个Mid-Span 端口均形成永久链路的一端。802.3af 兼容的Mid-Span 设备仅允许使用4/5 和7/8 线对提供电源，而4/5 和7/8 线对不通过Mid-Span PSE 传输数据流量。由于1000BASE-T 流量需要全部4对线来传输数据流量，因此，802.3af Mid-Span PSE 仅限于10/100BASE-T。Mid-Span PSE 可以支持1000BASE-T，但是这些技术与IEEE Std 802.3af 标准不兼容。
电源插入配线架和End-Span PSE 之间的一个重要区别就是电源插入配线架是永久链路的一部分，而End-Span 设备则不是。电源插入配线架的连接性能和端接质量对永久链路性能有很大影响，因此只要安装了电源插入配线架，就需要重新认证永久链路。End-Span 设备不在永久链路之中，对网络测试具有很小的影响。
在Mid-Span PoE 配置下，供电设备（PSE）被包含在跳线中，是永久链路的一部分。
在进行认证时应该关闭PSE，并且利用回损、插入损耗和NEXT 测试结果的推断进行接线图测试。
PoE 系统工作原理
为了防止损害不支持PoE 的现有以太网设备，PSE 采用了一个发现过程，它在向线路供电之前查找符合PoE 技术指标的设备。该发现过程向电缆中提供一个电流受限的小电压并检查远程设备中的25 kΩ 电阻。该探测电压一般小于10V，可以频繁至每2 毫秒进行探测。
如果它发现电阻，PSE 就会施加PoE 标准规定的全48V 电压，功率可高达13 W。只要设备存在，就会提供电源，并且可以吸收最大水平的电流。如果设备被关闭或移除，PSE 就会断开电源并开始发现过程。
对网络认证测试的影响
链路上的直流电压和高频数据信号是隔离的，但是它会影响测试仪器。几乎所有的测试仪都采用直流信号进行基本的连通性测试，例如线图和电阻测试。另外，许多测试仪都具有用于保护敏感测量电路免受其它有源通信设备（例如ISDN 和POST）损坏的功能，这些设备可能会在不同的线对上使用直流电压，并且可能会被意外连接至测试仪。
在测试电缆时，在线路上没有受电设备，因此PSE 处于发现模式。发现过程发送的直流电压不会对数据传输测试产生影响，例如回波损耗、插入损耗和近端串扰。它们会干扰绝大多数网络测试仪在认证过程中用来测量链路阻抗和生成线图所进行的直流测量。PSE 在发现过程中产生的直流电压会意外触发网络测试设备的保护功能。
因此，当在测试任何线路时，直流电源都应该被关闭。最简单的方式就是从PSE 设备断开电源。但是断开所有链路而不仅仅是被测链路的电源往往会产生不希望的影响。幸运的是，多数PSE 具有软件配置工具，可以单独打开或关闭某些端口。当被测端口被关闭电源后，就可以像测试传统链路一样测试支持PoE 功能的链路的数据传输特性。
测试PSE
接下来的问题是如何测试PSE。有几种可能的方法：从复杂和非常准确的方法到简单的合格/不合格测试，以及介于中间的有些方法。
- 利用设计用于评估电源性能的实验室设备即可测试PSE。这些高端设备可被配置为评估PSE 的性能，无论是在发现模式下还是在供电模式下。问题是这些设备非常昂贵、体积大、使用复杂。其本意是供设备制造商使用的，而不是现场的网络技术人员。
- 利用基本由电阻、LED 和RJ-45 插头组成的简单设备，可提供一个更加简单、更加便宜的方法。这些设备被插入到网络插孔，并对PSE 表现为一个电阻。PSE 则会发送48V 的电源，从而点亮LED 指示灯。这些设备为测试PSE 提供了快捷、简单的途径，但是不能提供关于电压水平和PSE 功率的任何信息。它们也不能提供证明PoE 电源可用性的方法。可以将这些方法看作是快捷的合格/不合格判定解决方案。
最有效的方案将比简单的合格/不合格判定方案提供更多的信息，并非常适合现场使用。福禄克网络公司最近推出了供DTX CableAnalyzer 电缆认证分析仪使用的DTX 网络服务模块。这款新模块（DTX-NSM）插入到DTX CableAnalyzer 分析仪的背部，提供了更加深入的PoE 测试，作为认证链路的一部分。该解决方案验证PoE 应用电压是否存在以及是否合适，验证PSE 提供的电源符合IEEE 802.3af 标准中的A 或B。将PoE 测试集成到链路认证的另一个优点是可以存档PoE 测试的结果，并作为认证测试过程的一部分。
新的标准和不兼容的PSE
在此之前，z6尊龙凯时已经介绍了如何在符合802.3af 标准的PoE 链路上测试电源和数据。但是该标准不支持千兆以太网，千兆网使用全部4 对线传输数据。因此，大量的制造商已经推出了千兆以太网PoE 设备，它们并不符合任何现有的标准。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设备。这些设备已经占据了可观的市场份额，并且已经提请IEEE 成立一个任务组解决这些问题，对标准进行更新。这个802.3at 任务组负责扩展802.3af 标准的能力。
在草案和正式发布时，新的标准都有望提供至少30W 的功率，高数据速率接入点和马达驱动的设备特别需要这么高的功率，例如带摇摄、倾斜和缩放控制的摄像机。
测试新的PSE
当全部4 对线都用来传输数据时，需要应对的挑战是防止直流电压被意外返回至网络交换机或路由器，那样会产生严重的破坏。已经推出了千兆Mid-Span 设备的制造商目前已经通过加入能够阻止直流电流流向交换机或路由器的变压器或电容器克服了这一问题。
这就为网络测试过程造成了更加复杂的局面。变压器或电容器不会影响进行插入损耗、近端串扰和回波损耗测量时所使用的高频信号。但是，即使是关闭电源，这些设备对于采用直流电流来检查连通性的网络测试仪将表现为开路。因此，链路的认证将失败。为了克服这一问题，将测试仪配置为避免使用独立的接线图测量。其它参数，例如插入损耗、近端串扰和回波损耗，只有在线图正确时才能通过。
结论
PoE 的快速普及意味着网络技术员需要理解它对认证过程的影响。各种不同的PoE 设备具有不同的影响。通过对测试程序进行相应的调整，网络技术员可以很容易地验证PoE 系统的性能。
