．淺談 PoE 佈線技術研究及應用

What is PoE? Power over Ethernet Explained

雲端運算、大數據、人工智慧和物聯網等領域的快速發展，帶動了數據儲存、運算和網路流量需求的增加。技術創新驅動了 IDC 和雲端運算市場規模快速成長，因此 PoE 供電的發展趨勢，也越來越強勁。

憑借簡化用電設備的安裝與部署、節能，安全等一系列優勢，PoE 供電已成為無線覆蓋、安全監控、以及智慧電網等場景的新寵。

1、何為 PoE 技術？

PoE 全稱為 Power Over Ethernet，又被稱為基於局域網的供電系統(PoL, Power over LAN )或有源乙太網( Active Ethernet)，也被簡稱為乙太網供電，這是利用現存標準，規範了乙太網傳輸電纜在傳送數據的同時，又滿足供電的功率應用要求，並保持了與現存乙太網，系統和使用者的相容性。

透過這種方式，可以為 IP 電話、IP 攝影機、無線 AP、數據採集終端等設備，進行遠端集中供電，而不再需要考慮其電源系統佈線的問題。

隨著 WLAN、VoIP、網路影像監控等新業務的飛速發展，大量的基於 IP 的終端，出現在人們的日常生活中。這些設備通常數量眾多、位置特殊、佈線複雜、設備取電困難，其實施部署不僅消耗大量人力物力，增加建網成本，而且延長了建設的時間。

採用 PoE 供電技術，成為低風險、可靠，且具有成本效益的應用，而且可使用與數據通信中，相同的數為為通信電纜來完成輸電，又不影響資訊的傳送和數據通信，從而提高了通信線纜的效用。

　　圖 1： PoE 遠端供電的演變

最初的 PoE 標準為 IEEE 802.3af，由 IEEE PoE 工作小組於 2003 年推出。該標準將技術的供電功率限制在 12.95 瓦以下，當前全新的 IEEE P802.3bt 標準，於2018年9月獲批，將供電設備(PSE)的最大功率提升3倍，從30 W擴展至90 W，並將受電設備(PD)的功率水準，提升至71.3 W（信道長度100米）。

新標準的推出，以及多樣化的應用，將近一步促進 PoE 技術的應用。

這個給我們帶來很大的啓發，如果提出更多的標準，綜合佈線系統中承載的信號，將會更加多元化，推進網路化進程，將會使得綜合佈線系統實至名歸。

2、PoE 應用線纜溫升問題

在 PoE 供電中，電流在線對中傳輸，大部分的電能會傳送到受電設備（PD, Powered Device）中，但由於網路佈線的雙絞線電纜，本身存在一定的電阻，在傳輸 DC 電流時，將會產生一定的熱量，這些熱量將導致傳輸鏈路，以及 PD 終端的溫度升高。在一些嚴酷的條件下，溫度可能會超過規定的工作溫度，線纜在長期高溫環境工作，會加快線纜老化，並帶來安全隱憂，線纜工作溫度的控制不容忽視。

　　圖2：成束電纜溫升模型

電纜溫升的測試方法：取100米數據線樣品，電纜需要環繞和捆扎，盡量使電纜之間沒有空隙，可在密閉導管道條件下以獲取最壞情況下的電纜溫升情況。

測試中可取鏈路中不同監測點的最大值作為評估溫升的嚴重程度的依據（溫升最大值一般位於成束電纜的幾何中心，如圖2）。

　　圖 3：電纜溫升測試環境

需要說明的是，不同廠家的線纜產品，由於選材及工藝控制的差別，其溫升效應與標準的理論模型會稍有差異，如我們針對某品牌的 Cat 5e/Cat 6/Cat 6A 分別進行測試（測試環境如圖3）。

　　圖4：TIA標準溫升與某電纜溫升比較

　　圖5：不同線纜的溫升情況

測試結果顯示：

某品牌的電纜溫升效應，相較於 TIA TSB 184-A:2017 標準列出的數據偏小，以 Cat 6A 非屏蔽網線管道安裝為例，某品牌網線溫升測試數據，與 TIA 標準數據的對比（如圖4所示），從數據可以看出，某牌網線在綁扎 91 根的情況下，四線對同時供電 1000mA 電流，其溫升低於 15℃，低於標準要求的 17.93℃；

高等級的線纜，由於具有較粗銅導體，電阻值更小，可以有效減小線纜溫升（如圖5所示）每線對1000mA電流在管道安裝場景下，不同等級非屏蔽電纜的溫升情況，從數據可以看出，Cat 5e 線纜在 PoE 應用中有較大的風險，而 Cat 6A 明顯優於 Cat 5e 與 Cat 6。

在 PoE 應用中，線纜的溫升成為必須考慮的主題，該品牌積極進行線纜溫升的研究與試驗，與行業設備與布線廠家共同完成了《乙太網供電（PoE）技術與應用白皮書》編寫，針對PoE的應用，我們做了大量的測試實驗，基於大量實驗數據，我們建議：PoE 供電必須使用無氧銅材質的網線，即標準網線。同時，PoE 供電技術對線材的要求較高，為了有效避免風險，盡量採用 Cat 6A 及以上等級的線纜進行 PoE 應用。

完整創新銅產品系列，以滿足數據和電信應用的最苛刻行業要求。系統專為支持新興技術而設計，包括網路電話和千兆位乙太網，並超越最新行業標準以保證網路可靠性。銅插座模組、跳線、配線架、打線系統、線纜組件和預端接解決方案，透過確保可靠性和為今後網路發展提供基礎，從而提供最大價值。

6A 類布線系統支持新興技術，包括 IP 語音、HD 影像、乙太網供電 (PoE) 和桌面虛擬化。此系統擁有創新的 MaTriX 技術（專利申請中）和先進的連接器補償技術，以產生行業領先的通道性能。

3、PoE布線系統選用與安裝注意事項

PoE的終端設備（PD）目前有 IP 電話、網路攝影機、無線WiFi AP及掌上電腦（PDA）或行動電話充電器等，其中以網絡攝像機和 WiFi 使用的 AP 為主。這些終端設備一般安裝在走道、房間、公共區域、室外立桿等處，並用纜線（雙絞線）敷設到機房（數據中心、建築物主機房、樓層弱電間等），匯入 PoE交換機。

在 PoE 纜線敷設中，應重點考慮對散熱的影響，特別是在綁扎工藝下和美觀的平衡考慮。對於 PoE 布線系統選用與安裝，如下幾方面可綜合考慮，減少溫升：

PoE 布線系統選用與安裝

‧線纜的選擇方面，盡量採用高等級的線纜，減少熱量的產生（如 Cat 6A 優於 Cat 5e 和 Cat 6）；

‧屏蔽線纜溫升控制比非屏蔽線纜好；

‧現場安裝，盡量以散放的方式布放，如果需要綁扎，應盡量減小綁扎數量，並適當增加線束間距，獲取良好的散熱效果，在全封閉線槽中應更加重視；

‧橋架內散熱情況，與線纜鋪設高度有直接關係，盡量減少線纜高度有助於散熱；

‧採用開放式橋架比封閉的管槽散熱效果好，金屬線槽上的散熱孔有助於散熱；

‧PVC, PC/ABS等材質的線槽的散熱效果，要差於金屬線槽，故在考慮 PoE 應用時，也需要考慮線槽材質與溫升的關係；

‧機房、機櫃內的PoE雙絞線應確保，每個彎角處的線纜彎曲半徑符合規定（即彎曲半徑不小於線纜直徑的4倍）