浅析安防POE产品模块化设计

    一、 POE的概念

    POE(Power Over Ethernet)技术指的是在现有的以太网双绞线布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。

    POE标准为使用以太网的传输电缆输送直流电到POE兼容的设备定义了两种方法：一种称作“中间跨接法”( Mid -Span ),使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电,相应的Endpoint PSE支持POE功能的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络交换设备。另一种方法是“末端跨接法”(End-Span),是在传输数据所用的芯线上同时传输直流电,其输电采用与以太网数据信号不同的频率。Mid-span PSE是一个专门的电源管理设备,通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机,另一个连接远端设备。可以预见,End-Span会迅速得到推广,这是由于以太网数据与输电采用公用线对,因而省去了需要设置独立输电的专用线,这对于仅有8芯的电缆和相配套的标准RJ-45插座意义特别重大。

    二、 POE供电的工作过程

    当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示：

    检测：一开始,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备。

    PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

    开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

    供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过 15.4W的功率消耗。

    断电：若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

    一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端。

    三、POE的传输模式

    标准的五类网线进行数据传输时有四对双绞线,但是普通的网络摄像机在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE802.3af允许两种用法,应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极,7、8脚连接为负极。应用数据脚供电时,将DC电源加在传输变压器的中点,不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。802.3af标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE只能提供一种用法,但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD设备提供48V

    到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压。

    四、模块化设计概念

    为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产品施以单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同产品，以解决产品品种、规格、制造周期、成本之间的矛盾，这就是模块化设计的含义。

    模块化设计与产品标准化设计、系列化设计密切相关，即所谓的“三化”。“三化”互相影响、互相制约，通常合在一起作为评定产品质量优劣的重要指标。到本世纪50年代，欧美一些国家正式提出“模块化设计”概念，把模块化设计提到理论高度来研究。目前，模块化设计的思想已渗透到许多领域，例如计算机、安防、化工、家电等等。产品的模块化设计使其在安装维护和扩容方面表现极为突出。

    模块：一组具有同一功能和接合要素，但性能、规格或结构不同却能互换的单元。

    模块化设计：在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品。这种设计方法称为模块化设计。

    模块化设计的主要方式有：

    1）横系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式易实现，应用最广。常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变形品种。

    2）纵系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。主参数不同，导致结构形式和尺寸不同，因此较横系列模块化设计复杂。

    3）横系列和跨系列模块化设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品，便属于横系列和跨系列模块化设计了。

    4）全系列模块化设计。包括纵系列和横系列。

    5）全系列和跨系列模块化设计。主要是在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计上。

    安防产品主要会用到横系列模块化设计、横系列和跨系列模块化设计。其它几种模块化设计方式应用较少。

    五、POE模块化产品

    前面提到一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。所以POE模块主要由POE供电端及POE受电端构成。

    POE供电模块即PSE供电端设备在以太网RJ45端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备，根据受电设备输出相应的电压。当多块POE供电模块集成到一个供电模组箱内，就构成POE供电箱，POE交换机（集成了多个PSE供电端设备）也具备POE供电箱的功能。

    POE受电模块是将以太网络供电(POE)的受电装置(PD)所需的侦测接口回路(IEEE 802.3af interface)及DC/DC Converter整合至单一包装模块，支持功率识别电路(classification，Ag8000/8100)，让局端供电装置递送适当的功率需求, 提升整体系统的功率消耗效能。作为POE受电模块，其可为普通安防产品提供不高于13W的功率。同样，POE受电模块可集成到普通安防产品（如网络摄像机），形成一个独立的产品POE网络摄像机。

    POE网络摄像机就是利用POE模块（包括POE受电模块、POE供模块）来实现以太网供电的，它拥有POE受电模块的功能，利用供电端设备（PSE）提供的直流电,通过双绞线传输至POE网络摄像机。

    根据视频监控现场环境，我们可以灵活选择网络摄像机的供电方式：当取电方便、成本合理时直接铺设电源线供电。反之，我们可通过POE模块通过以太网双绞线给前端网络摄像机供电。POE受电模块可独立出来，也可集成到网络摄像构成POE网络摄像机；同样POE供电模块可单独给前端设备供电，当前端需供电设备较多时也可插入模块箱形成POE供电箱来通过以太网双绞线集中供电。整个应用体现出POE模块化的优势。

    POE模块化产品优势：除了从以太网电缆为连接设备提供通用供电支持外，POE模块降低了投资开支，从而降低了在统一IP基础设施中整合入上电设备的总部署成本。POE模块免除了为终端设备安装墙壁电源连接的需要，因而降低了与支持终端设备相关的电源插座成本。它还可在部署本地交流电源较为困难的场所安装网络连接设备，从而提供了更大的灵活性。因为POE受电模块具有支持功率识别电路的功能，在我们使用UPS供电的时候，节能的优点体现的更加明显。

    六、POE模块化产品的工程应用特点

    七、POE模块化产品带来的影响

    POE模块化产品的出现，使得POE技术得到迅速推广，应用领域不断扩大，人们的用电安全意识也有所改变。POE模块化产品给工程商带来更为方便灵活、更贴于用户需求的系统解决方案。

    八、POE模块化产品在国外的应用

    POE（(POWER OVER Ethernet)技术最早是由IEEE（国际电气电子工程师协会）提出。其实在1999年IEEE就开始起草该标准，最早参与的厂商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel,Cisco和National Semiconductor等厂商。

    正因为在国外诸多大型厂商的努力推动下，IEEE 802.3af标准才能更广泛的应用于市场。基于PoE技术的POE模块化网络监控设备也已经越来越被用户所接受并且得到了快速的发展。 一项调查结果显示，从2003年到2008年的5年间，基于POE模块的网络摄像机复合年增长率达到33%。2008年全球采用基于POE模块的网络摄像机市场年复合增长率高达38%。

    九、POE模块化产品在国内的应用

    目前网络视频监控系统以其组网方便、监控覆盖区域广等明显优势初步取代传统模拟视频监控系统，POE模块化产品又是应该趋势而诞生，目前该类产品多应用于教育、医疗、政府机构等行业。

    教育机构的分级管理适合用网络视频监控系统进行联网监控，学校前端摄像机相对比较集中，基本以交换机为中心星型分部到教学楼或教职工宿舍各个监控点，适合采用POE供电，节约成本，简化施工。医疗、政府机构和教育行业的特点相似。例如成功应用：联特微POE网络摄像机成功中标广西来宾电视台等

    十、POE 模块化产品在中国市场的未来发展

    目前802.3af标准只支持最高13 W的功率和48 V电压，能够满足现在普通的网络枪式摄像机功率需求。新一代标准“IEEE 802.3at（PoE Plus）”的调查委员会（task force）在完成草案“IEEE P802.3at/Draft 3.0”后，向IEEE P802.3的工作组（英文发布资料）提交了草案，预计今年发布该标准，将进一步提高信道的供电能力，将功率由现在的12.95W提高到30W，这将会支持更多的设备，如含有全方位云台、变焦镜头的摄像机、大功率的高速球型摄像机。

    为顺应市场需求我公司已经赶在IEEE 802.3at标准发布之前开发出大功率的POE供受电模块，满足网络视频监控所有前端设备的供电需求。随着供电、受电能力的加强，POE模块化产品的应用将越来越普遍。