一种基于减少能耗的以太网节能供电解决方案

以太网供电(Power over Ethernet，PoE)技术逐渐成为用于简化网络部署，同时提升总体能源效率的重要工具。最新的技术进展带来了新的机会，可以进一步减少能耗和相关的能源成本。
 
PoE使得数据和电能通过单一的以太网电缆上传输。在现有的LAN设施上，该技术提供高达60W的安全的不间断电源，为用电设备(powered device，PD)供电，电压范围为50V至57V，支持最新的大功率IEEE802.3at-2009标准(见图1)。IEEE802.3at-2009标准后向兼容，并替代先前的IEEE802.3af-2003规范。

  

图1： 具有PoE功能的网络电源设施

PoE使得网络管理员能够在整个设施中的任何地方部署VoIP电话、WLAN接入点(AP)、IP安全摄像头、访问控制系统和其它用电设备，无需安装AC插座或派电工布线、更改建筑规划或获取安全认可。PoE技术也省去了单独的电线和电源插座，相比传统网络供电设施，可以提供多达50%的成本节省。
 
选择正确的供电设备：中跨的优势
 
要实现PoE，可以采用以下任一类型供电设备(power sourcing equipment，PSE)：通过PoE交换机，或者通过在现有的交换机和网络用电设备之间安装PoE中跨(midspan)。而中跨为快速部署大功率PoE提供了最简便的方法(见图2)。

图2：使用中跨技术部署PoE

不同于PoE交换机，使用中跨可以随时逐步增添PoE端口，而不用在初始安装期间立即装好。相比PoE交换机，它们通常还能够提高平均无故障时间(mean time between failure，MTBF)率，因为PoE交换机在单一箱体里集中了大功率耗散的PoE部分和高敏感度的数据部分。
 
另外，相比PoE交换机，中跨也是更具成本效益的可扩展解决方案，可让网络管理员更方便地升级电源设施，而不受其数据设施的限制。当现有的交换机仅使用了几年，和/或他们可能仅需要几个具有PoE功能的端口，网络管理员常常无法证明升级到新PoE交换机的成本是合理的。此外，中跨使管理员能够按需要升级他们的交换机，无需同时更改电源设施。最后，中跨使网络管理员能够远程管理PD，同时集中所有的电源管理和备用系统，进一步改进了能源效率和使用中的设施可靠性，减少了运营成本，并增强了安全性。因为在过载、短路或欠载状态等事件发生时，中跨可以检测并自动断开非PoE兼容(non-PoE-compliant)的PD设备。

额外的节能机会
 
使用中跨在网络中获取尽可能大的功效，有三个主要方法。第一个是尽用中跨通过所有四对结构化电缆电线来输送功率的能力。今天的中跨具有两个接口，每个可获取25.5W到同一个箱体中(一个接口在两对线缆上使用1、2、3和6线，另一个接口在两对线缆上使用4、5、7和8线)。连接两个接口可使标准输送功率加倍，达到51W，同时仍然完全符合802.3at-2009标准(见图3)。

图3：四对线供电

另一个方法是使用四对线供电来消减功率耗散。这一相同的四对线结构可以用来为具有30W功率的两对设备供电，替代通过CAT5电缆来提供51W，这会耗散了多达一半的功率，同时相比传统的两对线解决方案，功耗几乎减少了15%，每个端口节省超过2.5W。使用此方法，采用一个12端口中跨，功率耗散可减少将近30W，每年可节省约263度(kWh)电能(30W x 24 小时 x 365 天)。以每kWh电能0.10美元计算，每年每12个WLAN AP可以节省26美元。
 
为改进能效，下一步策略就是使用中跨的远程PD监控和配置能力。网络管理员可以监控每个PoE端口的功耗和总体功耗，并设置PD以实现即时和预设的端口开/关(ON/OFF)功能，以及UPS状态端口的开/关功能。例如一家采用12个WLAN AP的机构可以将运行时间从每天24小时降低至每天10小时(从周一至周五早上8点至下午6点)，将用电量从2,933KWh(12个AP x 27.9W x 24小时x365天) 减少至837KWh (12个APx27.9Wx10小时x250天)，每年可节省2,096KWh，以每kWh电能0.10美元计算，每年节约了210美元。
 
第三种改进功率效率的方法就是使闲置功耗的影响最小化。许多PoE中跨和交换机使用开关电源(switching power supply，SPS)，其在满载下可达到90%的效率，这意味着对于200W的PoE电源，消耗了多达220W的AC功率，或者对于400W的PoE电源，消耗功率高达440W。问题是SPS设备在闲置时具有高开关功率损耗—对于额定200W的设备，在0W负载时，功耗多达20W至40W，而对于额定400W的设备，在0W负载时，功耗多达40W至80W。
 
解决方案就是开发使用中跨的分布式电源架构(distributed power architecture)，其中PSE使用内部或默认电源，然后可以取决于客户的需求，按需要使用额外的电源来增加供电。使用此方法，可采用内置电源来配置中跨，为真实的需求供电，并仅在需要的时间和地点上，通过外部电源使每个端口提升至全功率。采用这一效率提升，有可能使用小型(450W)内部电源来处理所有实时需求，然后当需要时才采用外部450W至1kW的电源来增加供电。这样每年可节省394kWh(45W x 24小时x 365 天)，以每kWh电能0.10美元计算，对于每12个WLAN AP，相当于每年节省39美元。
 
通过采用这些方法，将节省机会累积起来，机构使可以使用最新的节能PoE中跨技术，显著降低成本。节省的机会包括：
 
. 四对线供电：每端口节省2W或每年节省53美元
 
. 电源管理：当无需使用时，通过将端口关闭，每年节省210美元。
 
. 较小的内部电源(需要时可采用外部电源来增加供电)：通过减少闲置功耗，每年节省39美元
 
PoE技术的部署和网络扩展非常简便，机构可以使用PoE技术来进一步提升网络可用性和能效，同时通过选择最新的大功率PoE中跨，减少设备支出和运营开支。这些系统实现了四对线供电并内置功率管理能力，同时通过使用较小的内部电源，最大限度地减小闲置功耗。