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    电子论文

    PoE布线技术研究及5G应用初探

    时间:2020年04月08日 所属分类:电子论文 点击次数:

    摘要:本文简单介绍了 PoE技术的发展,并阐述了在5G室内覆盖的应用可能性,为小基站设 备提供足够的网络带宽的同时,解决了设备的取电问题,在即将到来的5G小基站海量部署时期会成 为主要的选择方式之一,应用前景广阔。同时本文研究了 PoE应用中电缆温度升

      摘要:本文简单介绍了 PoE技术的发展,并阐述了在5G室内覆盖的应用可能性,为小基站设 备提供足够的网络带宽的同时,解决了设备的取电问题,在即将到来的5G小基站海量部署时期会成 为主要的选择方式之一,应用前景广阔。同时本文研究了 PoE应用中电缆温度升高可能对系统的影响, 并对温升效应进行了分析与测试,为PoE布线施工给出了合理化的注意事项。

      关键词:以太网供电PoE; 5G;温升;Cat6A

    供电人员评职

      一、PoE概述

      PoE 全称为 Power over Ethernet, 又被称为基于局域网的供电系统(PoL, Power over LAN )或有源以太网 (Active Ethernet),也被简称为以太 网供电。这是利用现存标准,规范了 以太网传输电缆在传送数据的同时, 又满足供电的功率应用要求,并保持 了与现存以太网系统和用户的兼容性。 通过这种方式,可以为IP电话、IP摄 像头、无线AP、数据采集终端等设备 进行远程集中供电,而不再需要考虑 其电源系统布线的问题。

      随着WLAN、VoIP、网络视频监 控等新业务的飞速发展,大量的基于 IP的终端出现在人们的日常生活中。 这些设备通常数量众多、位置特殊、 布线复杂、设备取电困难,其实施部 署不仅消耗大量人力物力,增加建网 成本,而且延长了建设的时间。采用PoE,成为低风险、可靠,且具有成 本效益的应用,而且可使用与数据通 信中相同的数字通信电缆来完成输电, 又不影响信息的传送和数据通信,从 而提高了通信线缆的效用。 最初的PoE标准为IEEE 802.3af, 由IEEE PoE工作小组于2003年推出。 该标准将供电功率限制在12.95W以下,当前全新的IEEE P802.3bt标准 于2018年9月获批,将供电设备(PSE) 的最大功率提升三倍,从30W扩展至 90W,并将受电设备(PD)的功率水平 提升至71.3W (信道长度100米)。新 标准的推出,以及多样化的应用将进 一步促进PoE技术的应用。

      二、PoE技术在5G的应用

      统计表明,4G移动网络中有超过 80%的业务发生在室内。伴随着5G 业务种类的持续增加、行业边界的不 断扩展,业界预测未来更多的移动业 务将发生在室内。因此,5G时代的室 内移动网络至关重要,将成为运营商 的核心竞争力之一。5G应用的高清视 频、AR/VR、远程医疗、工业制造自 动化、现代物流管理等主要发生在建 筑物室内场景,需要更高的带宽来承 载。为了获取更多带宽,室内5G引入 了更高的频段(C-Band和毫米波), 意味着更大的传输及穿透损耗,以及 更加密集的组网,采用传统的4G建网 方式可能导致室内覆盖不足,高密度 的小基站建设将是5G室内场景建设的 必然。

      同时,5G时代海量的有源网络 设备,将会对运维和系统的能耗管理 带来新的挑战,而大量的小基站设备 的取电问题将是网络建设单位必须解 决的难题。 PoE技术采用一根网线同时满足 信号通信与设备供电,而无需再为小 基站供电,在5G高密度的小基站覆盖 情况下,是较为理想的布线方案,可 以满足5G室内覆盖的应用需求。BBU 为整栋楼或某个区域进行网络覆盖, Hub进行楼层覆盖,同时提供PoE供 电,Hub之间的垂直布线通过单模光 纤进行连接,而Hub与小基站之间的 水平布线通过网线进行连接,同时进 行PoE供电,小基站侧无需再次取电。

      此种方案具备如下优势: 1.成熟的标准规范 :PoE是一 种成熟的技术,以太网标准IEEE802.3af/at/bt进行了规范,各厂家可 以按照标准进行安装布放; 2. 布线系统解决设备供电问题: 5G网络覆盖相对4G而言,基站密度 大幅提升,基站的取电问题突出,而 通过PoE供电,无需为小基站设备提 供电源供应,解决了网络建设的取电 难题; 3. 供电功率可满足应用要求: 2018年最新发布的IEEE 802.3bt标 准将PoE应用等级进一步提升,可为 受电设备(即此方案的小基站)提供 高达71.3W的供电功率,可以满足主 流设备厂家的小基站供电需求;

      4. 带宽能满足5G室内覆盖需 求:根据最新发布的标准,ISO/IEC 11801(2017 版)及 ANSI/TIA 568.2-D ( 2018 版),Cat 6A 布线系 统可提供高达10Gbit/s的有效带宽, 能满足5G室内覆盖的应用需求; 5. 施工便利:相对光缆而言,铜 缆施工更为简便,线缆不易损坏,无 需光纤熔接或现场组装光纤连接器、 简单的网线端接工具即可完成现场端 接头的制作; 6. 平滑升级到5G :支持5G NR和LTE,并可利旧4G的网络基础设 施和安装位置,做到“线不动,点不增”, 实现由4G向5G平滑演进; 7.产业链成熟:主流设备厂家都 具备室内覆盖的小基站产品,且都具 备网线接口,运营商有充足稳定的产 品选型资源。 可以预见,基于Cat 6A的PoE 供电技术在5G室内覆盖将会迎来更大 的机遇。

      三、PoE应用线缆温升问题

      在PoE供电中,电流在线对中传 输,大部分的电能会传送到受电设备 (PD, Powered Device)中,但由于 网络布线的对绞电缆本身存在一定的 电阻,在传输DC电流时将会产生一 定的热量,这些热量将导致传输链路 以及PD终端的温度升高。温度升高 对数据传输的性能指标具有非常大的 影响,使得通道的衰减/插入损耗加 大。同时在我们综合布线系统中,电 缆经常成捆布放,会进一步加剧温升, 一般而言,捆扎数越大,温升越明显, 在一些严酷的条件下,温度可能会超 过规定的工作温度,线缆在长期高温环 境工作会加快线缆老化,并带来安全隐 患、,线缆工作温度的控制不容忽视。

      标准双绞线定义的工作和储藏温 度为60°C,而研究表明机柜内的环境 温度可能因IT设备的散热达到45°CO 因此,ISO/IEC TS 29125:2017 与 TIA TSB 184-A : 2017中将线缆温升的安 全范围定义为15°C,即假设机柜内环 境温度为459的情况下,PoE引起的 15七温升大幅减小了线缆性能,存在 潜在安全问题的隐患。下表列出了在 不同类别的布线系统中,电缆的不同 数量,在不同的安装方式下,温度的上 升情况(数据基于TIA TSB 184-A : 2017W )。安装条件导致温 度上升大于15七时,建议不被采用。 电缆温升的测试方法:取100米 数据线样品,电缆需要环绕和捆扎, 尽量使电缆之间没有空隙,可在密闭 导管道条件下以获取最坏情况下的电 缆温升情况。为了确定特定线缆结构 和特定安装方式的温升影响,可通过 对成束通电线缆监测温升程度,并取 链路中不同监测点的最大值作为评估温升的严重程度的依据□典型的安装方式为37根线缆成束、 以及多个成束并排摆放。

      需要说明的是,不同厂家的线缆 产品,由于选材及工艺控制的差别, 其温升效应与标准的理论模型会稍有 差异,如我们针对SHIP*品牌的Cat 5e/Cat 6/Cat 6A分别进行测试(包括 不同电流:600mA/720mA/1000mA, 不同安装方式:敞开/导管,不同捆扎 数:7/19/37/61/91),测试环境, 测试结果表明: 1.SHIP*品牌的电缆温升效应相 较于 TIA TSB 184-A:2017 标准列 出的数据偏小,以Cat 6A非屏蔽网线 管道安装为例,从数据可以看出,SHIP*网线在 绑扎91根的情况下,四线对同时供电1000mA电流,其温升低于15°C,低于 标准要求的17.93°C ; 2.高等级的线缆 ,由于具有较粗铜 导体,电阻值更小,可以有效减小线缆 温升,不同等级非屏蔽 电缆的温升情况,从数据可以看出,Cat 5e线缆在PoE应用中有较大的风险,而 Cat 6A明显优于Cat 5e与Cat 6O 一舟股份积极进行线缆温升的研究 与试验,与行业设备与布线厂家共同完 成了《以太网供电(PoE)技术与应用 白皮书》编写,针对PoE的应用,我们 做了大量的测试实验,根据测试结果, 我们建议:为了有效避免风险,PoE应 用中尽量采用Cat 6A及以上等级的线缆 进行PoE应用。

      四、PoE布线系统选用与安装注意 事项

      PoE的终端设备(PD)目前有IP 电话、网络摄像机、无线WiFi AP及 掌上电脑(PDA)或移动电话充电器等, 其中以网络摄像机和WiFi使用的AP为 主。这些终端设备一般安装在走道、房间、 公共区域、室外立杆等处,并用缆线(双 绞线)敷设到机房(数据中心、建筑物主 机房、楼层弱电间等),汇入PoE交换机。 在PoE缆线敷设中,应重点考虑对 散热的影响,特别是在绑扎工艺下和美观 的平衡考虑。对于PoE布线系统选用与 安装,如下几方面可综合考虑,减少温升: 1. 线缆的选择方面,尽量采用高等 级的线缆,减少热量的产生(如Cat 6A 优于 Cat 5e 和 Cat 6 ); 2. 屏蔽线缆温升控制比非屏蔽线缆 好; 3. 现场安装,尽量以散放的方式布 放,如果需要绑扎,应尽量减小绑扎数量, 并适当增加线束间距,获取良好的散热效 果,在全封闭线槽中应更加重视;4. 桥架内散热情况与线缆 敷设高度有直接关系,尽量减 少线缆高度有助于散热; 5. 采用开放式桥架比封闭 的管槽散热效果好,金属线槽 上的散热孔有助于散热; 6.PVC.PC/ABS等材质的 线槽的散热效果要差于金属线 槽,故在考虑PoE应用时,也 需要考虑线槽材质与温升的关 系; 7. 机房、机柜内的PoE 双绞线应确保每个弯角处的线 缆弯曲半径符合规定(即弯曲 半径不小于线缆直径的4倍)。

      五、总结

      0 过去十年间,以太网供电(PoE)已成 为一项重要的供电策略。基于此技术,网络 管理员、安装人员和集成商能够使用结构化 布线为网络设备提供电力和数据。在5G网 络建设时期,室内网络覆盖需要大量小基站 形成密集组网,而基于数字通信电缆的PoE 技术能为5G网络提供足够带宽的同时,为 小基站供电,将会成为5G室内组网的主流 技术之一。在PoE应用中,线缆温升成为 必须考虑的主题,基于大量实验数据,我 们建议:为了有效避免风险,尽量采用Cat 6A及以上等级的线缆进行PoE应用,为将 来大功率设备的应用做好准备。

      供电局人员评职知识:供电局职工论文发表期刊

      电力建设(月刊)创刊于1958年,由中国电力科学研究院;中国电力工程顾问集团公司主办。本刊立足于我国的电力建设,包括国家宏观政策、规范以及投资方向,规划设计,工程管理,科研技术,产品优化等。所设栏目:重点理论研究、规划设计、输配电技术、发电技术、运行与管理、设备与材料 、施工技术、专栏,是非常适合供电局职工发表论文的。

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