CN107409053A - 有源以太网供电方法和*** - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种方法、***和装置包括电源装置(PSE)设备被配置为向受电设备(PD)提供以太网供电(PoE)，该PSE设备被配置为接收来自PD的针对PoE功率量的请求，PoE功率量包括将要由PSE提供作为用于冗余的功率的功率量；接收来自PD的消息，该消息包括唯一标识符；分配所请求的PoE功率量，分配所请求的PoE功率量包括进行分配以从多个PSE之一提供所请求的PoE功率量；并且向PD提供所请求的PoE功率量。相关方法、***和装置被描述。

Description

有源以太网供电方法和***
技术领域
本公开一般涉及以太网供电(Power-over-Ethernet)。
背景技术
以太网供电(PoE)***包括电源装置(PSE)以通过以太网电缆将PoE电压提供给受电设备(PD)以为PD供电。传统地，PSE在有限PoE电压范围内提供PoE电压，例如IEEE 802.3标准中定义的44～57伏特(V)。提供的PoE电压通常被设置为比PD中的供电电路实际需要的电压高，以便减少将PSE连接到PD的以太网电缆中的功率传输损耗。PD通常包括直流-直流(DC-DC)电压转换器，用于将较高电压下变频转换为可用于PD中的电路的较低电压，例如5V或12V。DC-DC电压下变频会引起PD中的DC-DC供电效率转换损耗。PoE可藉以提供功率的一般电缆长达数百米。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中将更全面地理解和了解本发明，其中：
图1是根据示例性实施例构造和操作的示例性以太网供电(PoE)***的框图，其中多个电源装置(PSE)设备管理针对至受电设备(PD)的冗余链路的分配；
图2是根据实施例针对图1的***中的PSE之一和PD的详细框图；
图3是在图1的***中管理PSE间对PD请求的功率的分配的示例性方法的流程图；以及
图4是在图1的***中管理PSE间对PD请求的功率的分配的示例性方法的第二流程图。
具体实施方式
概述
方法、***和装置被描述。一种方法、***和装置包括电源装置(PSE)设备被配置为向受电设备(PD)提供以太网供电(PoE)，该PSE设备被配置为接收来自PD的针对PoE功率量的请求，PoE功率量包括将要由PSE提供作为用于冗余的功率的功率量；接收来自PD的消息，该消息包括唯一标识符；分配所请求的PoE功率量，分配所请求的PoE功率量包括进行分配以从多个PSE之一提供所请求的PoE功率量；并且向PD提供所请求的PoE功率量。相关方法、***和装置被描述。
示例实施例的具体描述
现在参考图1，图1是示例性以太网供电(PoE)***100的框图，其中多个电源装置(PSE)110A、110B设备管理针对至受电设备(PD)140的冗余链路的功率分配。该***根据示例性实施例构造和操作。因为PD 140通过一个以上连接被连接到多个PSE 110A、110B，如果其中一个连接故障，则其他连接中的至少一个继续向PD 140供电。因此，在向PD140供电时提供了冗余。
多个PSE 110A、110B通常可以是网络交换机或路由器(即，终端跨接)。受电设备(PD)140通常可以是物联网(IOT)设备(例如，但不限于前述的概述，无线接入点、IP电话设备或IP相机)。根据采用的IEEE 802.11ac标准，PD 140具有通过至少一个PoE以太网电缆170至多个PSE 110A、110B中的一个的至少一个连接。PD 140可以连接到多个PSE 110A、110B中的不止一个。将PD 140连接到多个PSE 110A、110B之一的PoE以太网电缆170在网络设备端口150和PSE端口120A和120B之一之间被连接。第二PoE以太网电缆170可以将PD 140连接到多个PSE 110A、110B中的另一个。第二PoE以太网电缆170在网络设备端口160和PSE端口120A和120B中对应的一个PSE端口之间被连接。
应当理解，虽然PSE端口120A和120B在图1中示出为在两个不同的PSE 110A、110B中，在一些实施例中，两个PSE端口120A和120B可以被包括在相同的PSE 110A中。因此，在虚线中，图1还描绘了PSE之一110A中的第二端口120B′。
PSE 110A、110B和PD 140通过以太网电缆170彼此交换双向以太网数据。此外，PSE110A、110B充当电源装置，以通过以太网电缆170向PD 140提供PoE(即，电压和电流)，如本领域已知的。PSE 110A、110B可以大体上根据IEEE 802.3规范/标准向PD 140提供PoE，除非在本文中提出的技术扩展和/或修改该标准，如下所述。在典型的实现方式中，以太网电缆170至少是类别5电缆，但是在一些实现方式中，以太网电缆170可以是类别3电缆，用于较低功率量。如本领域已知的，电缆类别在ANSI TIA/EIA-568中被分类。
根据本文提出的技术，PSE 110A、110B和PD 140彼此协商以选择PSE 110A、110B中的“优选”PoE功率来向PD 140供电，以便相对于其他可能的PoE功率提高***100的总供电效率。通常，协商的优选PoE功率包括PSE 110A、110B向PD 140提供的用于冗余的附加功率。例如，如果PD 140需要总共12W，则PD可以协商从PSE 110A、110B接收总共24W的信号。也就是说，PD 140将进行协商以使PSE提供额外的12W的功率以提供冗余。以这种方式，如果PSE110A、110B之一不能够提供PD 140所需的12W功率，则PSE 110A、110B中的第二个将继续向PD 140提供12W。因此，在PSE 110A、110B中的单个发生故障的情况下，PD 140仍然能够操作。
两个PSE 110A、110B中的每一个也连接到公共电源130。由于PSE 110A、110B由公共电源130供电，所以PSE 110A、110B两者的可用功率总量受限于由公共电源130提供的功率量。因此，对于两个PSE 110A、110B分别提供PD 140请求的总共24W是浪费的。也就是说，作为示例，如果PD 140需要12W并且正从两个不同的PSE 110A、110B中的每一个请求24W，则实际上，PD 140正在请求48W，而仅12W是所需的，额外的12W需要用来提供冗余，如下所述。
现在另外参考图2，图2是PSE 210和PD 240的详细框图。PSE 210通常对应于图1的PSE 110A和110B。类似地，PD 240一般对应于图1的PD 140。根据实施例，PSE 210包括PSERJ45端口202(对应于图1的端口120A、120B和120B′)，以耦合来自和去往以太网电缆170的双向以太网数据205以及向以太网电缆170注入PoE功率215。PSE 210还包括电源218，用于为PSE 210的电路供电以及通过PSE RJ45端口202为PD 240(下面描述)的电路供电。PSE210还包括低级PSE控制器220、高级PSE控制器222和可编程电压发生器225。低级PSE控制器220和高级PSE控制器222统称为PSE控制模块228。
PSE RJ45端口202包括抽头变压器(未示出)，用于将PoE功率215与要被发送到PD240的以太网数据205组合，并将组合的PoE功率215和数据注入到以太网电缆170中。PSERJ45端口202接收从PD 240通过以太网电缆170发送的数据，并将接收的数据205提供给高级PSE控制器222，如下所述。
可编程电压发生器225响应于控制/选择信号230，经由低级PSE控制器220向PSERJ45端口202提供选定的PoE电压215，以便以所需的PoE功率通过以太网电缆170为PD 240供电。应当理解，通过经由可编程电压发生器225和低级PSE控制器220改变电压，PSE 210向PD 240提供的PoE功率215的量也是可变的。在实施例中，电压发生器225包括多个电压源，源1～源n，用于并行地产生电压V1～Vn中的相应电压并输出给电压发生器225的电压复用器232。响应于控制信号230，电压复用器232选择电压V1～Vn之一，并将所选择的一个电压作为PoE电压(即，PoE功率)215输出到PSE RJ45端口202。
低级PSE控制器220执行PSE 210上电操作(包括但不限于PoE-PD检测，可选的对由PSE 210向PD 240提供的功率范围的分类(即，要由PSE 210提供给PD 240的电流量)，启动操作)和断开，这些操作可以根据IEEE 802.3规范/标准执行。
高级PSE/网络设备控制器222提供对PSE 210的总体控制，并且还实施在此呈现的PSE侧PoE电压协商技术。因此，高级PSE控制器222在本文中也可以被称为PSE 210的“智囊和通信中心”。高级控制器222还产生信号231，其被发送到低级控制器220以便控制电压复用器232。高级控制器222包括中央处理单元(CPU)234(也简称为“处理器”234，实践中可以包括多个处理器234)和存储器235。处理器234例如是微处理器或微控制器，其执行存储在存储器235中的软件指令，以执行PSE 210的控制，包括产生信号231，如上所述。
存储器235可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备以及电、光或其他物理/有形的存储器存储装置设备。因此，通常，存储器235可以包括编码有包括计算机可执行指令的软件的一个或多个有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储设备)。当软件被执行(由处理器234执行)时，软件可操作以控制PSE210并执行本文所描述的技术(从PSE的角度)。例如，存储器235存储或编码有供PSE控制逻辑236执行用于执行PoE功率协商和可编程电压发生器225的控制的操作的指令。此外，存储器235存储当执行控制逻辑236时由处理器234使用和生成的数据238。
转向PD 240，PD 240包括与本领域已知的电路(未示出)相关联的PD RJ45端口260，以向PSE 240提供响应于PSE 240操作(例如检测、分类等等)的有效检测和分类签名。PD RJ45端口260耦合去往和来自以太网电缆170的双向数据263，并且包括抽头变压器(未示出)以将接收到的PoE功率265与数据263分离，并将接收到的PoE电压功率265提供给直流-直流(DC-DC)电压转换器268。
DC-DC转换器268接收PoE功率265并产生可在PD 240内使用的转换后功率(具有电压)270，即，电压转换器将来自以太网电缆170的PoE电压/功率的电压电平转换为不同的电压电平(即转换后电压270)。DC-DC电压转换器268提供转换后电压270以为PD 240的其它电路(包括PD控制器275以及PD 240本地的其它电路278)供电。
PD控制器275提供对PD 240的总体控制，并且还实施下面描述的PD侧PoE电压协商技术。PD控制器275在本文中也称为PD 240的“智囊和通信中心”，并且执行与PSE 210的“网络设备控制器”222互补的操作。PD控制器275包括中央处理单元(CPU)280(也简称为“处理器”280，并且其可以包括不止一个处理器)和存储器285。处理器280例如是微处理器或微控制器，其执行存储在存储器285中的软件指令来执行对PD 240的控制。存储器285可以被配置为类似于PSE 210中的存储器235。因此，通常，存储器285可以包括编码有包括计算机可执行指令的软件的一个或多个有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当软件(由处理器280)执行时，软件可操作以执行下述技术。例如，存储器285存储或编码有供PD控制逻辑288从PD 240的角度执行PoE电压协商的操作的指令。此外，存储器285存储当执行PD控制逻辑288时由处理器280使用和生成的数据290。
PD 140当请求主要用于冗余目的的功率时，将向PSE 110A、110B发送消息。该消息将来自PD 140的请求标识为针对冗余功率的请求。该消息可以是Cisco(思科)发现协议(CDP)消息。例如，CDP消息可以是TLV_Type(TVL类型)＝POWER_REDUNDANCY_TLV(功率冗余TVL)，TLV长度＝6。该消息将保持有***ID(MAC地址或序列号)。然而，应当理解，该CDP消息是通过示例的方式提供的，而不是限制性的。替代地，该消息可以是本领域已知的LLDP TLV(链路层发现协议类型长度值)消息。
该消息中的字段之一包括PD 140的***ID。该***ID在所有接口中唯一标识PD140。作为示例，PD 140可以是唯一分配给PD 140的MAC地址或一些其他设备序列号。当存在上述类型的LLDP或CDP消息时，PSE 110A、110B将管理所有链路的功率分配，如同它们是单个请求一样。也就是说，如果PD 140从多个PSE，即PSE 110A和110B，请求24W(设备操作需要12W，另外12W是为冗余请求的)，则所有组合的PSE 110A和110B将仅为PD 140提供总共24W。下面描述多个PSE(即PSE 110A和110B)的一个示例性***，其中，PSE 110A和110B以这里描述的方式在它们之间分配功率请求。因此，PSE 110A、110B将管理针对来自PD 140的最大请求的功率分配，而不考虑哪个链路用于汲取功率。从PD 140汲取的总功率将不会超过最大请求中所请求的功率量。
因此，PSE 110A、110B在功率分配上有节省，因此可以重新分配所节省的功率(即否则将被分配给PD 140的功率)以向从PSE 110A和110B请求功率的第二PD 140供电。
在另一实施例中，PSE 110A、110B还可以向PD 140做出响应，即PSE 110A、110B已经在PSE 110A、110B功率分配逻辑中考虑了POWER_REDUNDANCY_TLV消息。
如上文在图1的讨论中所指出的，PSE 110A、110B可以是交换机。PoE监管保护交换机不受故障的内联受电设备(例如PD 140)危害，这些设备可能汲取比PSE 110A、110B(即交换机)原本设计提供的电流更多的电流。当诸如PD 140端口150、160的设备端口连接到诸如PSE端口120A、120B(或120B′)的PSE端口时，驻留在每个PSE 110A、110B中的线路卡印刷电路板检测在PoE上电期间连接的设备类型，并基于检测的设备类型来分配功率量。PSE110A、110B将PoE监管阈值设置为通常比分配的功率大5％的值。如果PD 140消耗的功率大于监管阈值指定的功率超过1秒或某个其他可配置的时间量(例如大于基于设备类型分配的功率量+额外的5％超过1秒)，所连接的PSE端口120A、120B关闭。根据可配置的监管动作，PD端口150、160于是可能被禁用，消息可能被记录到控制台并且端口重新启动，或者可能采取这些动作的某些组合。
如本文所述，功率监管还考虑了设备行为(device behavior)，其中，功率由PSE110A、110B通过考虑PD 140从所有PSE 110A、110B间请求的最大功率量来分配。在一些情况下，PD 140可以仅从一个链路(例如仅从PSE 110A)汲取其所需的所有功率。在其他情况下，PD 140可以跨所有链路分布功率汲取(例如，从PSE 110A和PSE 110B两者)。在任一种情况下，PoE监管考虑来自PSE 110A、110B的总功率汲取。
在一些实施例中，可能需要在目前可用的硬件支持的物理端口监管之上的另一层监管。例如但不限制前述概述，在一些情况下，两个PSE端口可以位于不同的交换机中，例如如所描绘的端口120A、120B，并因此受制于在物理端口监管之上的一层监管。虽然PSE 110A和PSE 110B中的每一个可以监管其各自的本地端口120A、120B(即PSE 110A可以监管端口120A并且PSE 110B可以监管端口120B)，以便确保本地端口120A、120B不超过其最大值功率汲取，但两个PSE 110A、110B需要相互协调以监管PD 140的总功率汲取。PSE 110A、110B的聚合提供的组合监管将涉及PSE 110A、110B之间的一些消息传递，以便两个PSE110A、110B中的每个个体PSE周期性地发送其各自的功率汲取值，使得总功率汲取值得以计算。
现在另外参考图3，图3是管理在图1的***中的PSE 110A、110B间分配PD 140所请求的功率的一种示例性方法的流程图300。图3的方法在PSE 110A、110B处执行，PSE 110A、110B被配置为通过电缆170向PD 140提供PoE电压。PD 140被配置为通过电缆170接收PoE。在步骤310，PD 140向PD 140所联网的PSE 110A、110B中的任何一个发送诸如上述LLDP TLV消息(或上述CDP消息)的消息。PSE 110A、110B进而接收该消息。如上所述，该消息包括唯一地标识请求PD 140的标识符。通过提取包含在LLDP TLV(或CDP消息)的字段中的PD 140的标识符，如上所述，PSE 110A、110B识别请求PD 140。在步骤330，PSE 110A、110B在它们之间分配功率以便为PD 140分配正确的功率量。
PSE 110A、110B通常位于相同的设备中或在相同的功率栈中。相同功率栈中的PSE110A、110B能够在它们之间交换消息。PSE 110A、110B之间的附加功率分配信息将被包括在PSE 110A、110B之间传递的消息中。某些市售的交换机(例如，可从加利福尼亚圣何塞170西塔斯曼湾(170W.Tasman Drive)的思科技术公司(Cisco Technologies，Inc.)获得的CiscoCatalyst 3750-X系列交换机)被设计为创建由功率栈中的所有交换机组成的分担公共负载的功率池，类似于PSE 110A、110B，在步骤330，在它们之间分配功率，以便为PD 140分配正确的功率量。Cisco Catalyst 3750-X系列交换机适用于上述新的LLDP和/或CDP消息。
现在参考图4，图4是在图1的***中用于PD 140请求由PSE 110A、110B以管理的方式分配的功率的一种示例性方法的第二流程图400。图4的方法在PD 140处执行。在步骤410，PD 140从PSE 110A、110B请求PoE，所请求的PoE包括要由PSE 110A、110B提供给PD 140的冗余功率量。在步骤420，PD 140将诸如上述CDP或LLDP消息的消息发送到PSE 110A、110B。所发送的消息包括对PD 140唯一的标识符。在步骤430，PD 140从至少一个PSE 110A、110B接收所请求的包括为了冗余目的请求的电压量的电压。
应当理解，如果需要，本发明的软件组件可以以ROM(只读存储器)形式实现。通常，如果需要，软件组件可以使用常规技术在硬件中实现。还应当理解，软件组件可以被实例化，例如：实例化为计算机程序产品或实例化在有形介质上。在一些情况下，可以将软件组件实例化为可由适当的计算机解释的信号，尽管在本发明的某些实施例中可以排除这种实例化。
应当理解，为了清楚起见而在分开的实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以分开提供或以任何合适的子组合提供。
本领域技术人员将理解，本发明不受上文特别示出和描述的内容的限制。而是，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在被配置为向被配置为接收以太网供电(PoE)的受电设备(PD)提供PoE的电源装置(PSE)设备处：
接收来自PD的针对PoE功率量的请求，所述PoE功率量包括将要由PSE提供作为用于冗余的功率的功率量；
接收来自所述PD的消息，所述消息包括唯一标识符；
从多个PSE之一分配所请求的PoE功率量；并且
向所述PD提供所请求的PoE功率量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述消息是链路层数据协议(LLDP)类型长度值(TLV)消息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述LLDP TLV消息包括功率冗余TLV消息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述消息是思科发现协议(CDP)消息。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述CDP消息包括功率冗余TLV消息。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述唯一标识符包括MAC地址。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述唯一标识符包括PD序列号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述PSE向所述PD发送第二消息，该第二消息确认所请求的PoE功率量已被分配给所述PD。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括：由所述多个PSE之一执行功率监管，以确保所述PD正在接收所请求的PoE功率量。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，由所述多个PSE之一为了确保所述PD正在接收所请求的PoE功率量而进行的功率监管考虑了所述多个PSE分配功率的设备行为，该功率监管确保所述PD从所述多个PSE的各PSE间请求最大功率量。
11.一种方法，包括：
在被配置为通过以太网电缆从被配置为通过所述以太网电缆提供以太网供电(PoE)的电源装置(PSE)接收PoE的受电设备(PD)处：
从所述PSE请求PoE，针对所述PoE的请求包括请求用于提供冗余的额外功率量；并且
向所述PSE发送消息，所述消息通过在所述消息中包括唯一标识符来唯一地标识所述PD。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述消息是链路层数据协议(LLDP)类型长度值(TLV)消息。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述LLDP TLV消息包括功率冗余TLV消息。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述消息是思科发现协议(CDP)消息。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述CDP消息包括功率冗余TLV消息。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，还包括所述PD接收所请求的PoE。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述唯一标识符包括MAC地址。
18.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述唯一标识符包括PD序列号。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中，所述PD从所述PSE接收第二消息，该第二消息确认所请求的PoE已被分配给所述PD。
20.一种受电设备(PD)，包括：
供电电路；
处理器；
包括指令的计算机可读存储器，所述指令当由所述处理器执行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：
从PSE请求PoE，针对所述PoE的请求包括请求用于提供冗余的额外功率量；以及
向所述PSE发送消息，所述消息通过在所述消息中包括唯一标识符来唯一地标识所述PD。
CN201580074796.8A 2015-05-18 2015-07-23 有源以太网供电方法和*** Active CN107409053B (zh)

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