使用以太網(wǎng)供電減少網(wǎng)絡(luò)能耗

概述

以太網(wǎng)供電(Power over Ethernet，PoE)技術(shù)逐漸成為用于簡化網(wǎng)絡(luò)部署，同時(shí)提升總體能源效率的重要工具。最新的技術(shù)進(jìn)展帶來了新的機(jī)會(huì)，可以進(jìn)一步減少能耗和相關(guān)的能源成本。

PoE使得數(shù)據(jù)和電能通過單一的以太網(wǎng)電纜上傳輸。在現(xiàn)有的LAN設(shè)施上，該技術(shù)提供高達(dá)60W的安全的不間斷電源，為用電設(shè)備(powered device，PD)供電，電壓范圍為50V至57V，支持最新的大功率IEEE802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)(見圖1)。IEEE802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)后向兼容，并替代先前的IEEE802.3af-2003規(guī)范。

圖1. 具有PoE功能的網(wǎng)絡(luò)電源設(shè)施

PoE使得網(wǎng)絡(luò)管理員能夠在整個(gè)設(shè)施中的任何地方部署VoIP電話、WLAN接入點(diǎn)(AP)、IP安全攝像頭、訪問控制系統(tǒng)和其它用電設(shè)備，無需安裝AC插座或派電工布線、更改建筑規(guī)劃或獲取安全認(rèn)可。PoE技術(shù)也省去了單獨(dú)的電線和電源插座，相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)供電設(shè)施，可以提供多達(dá)50%的成本節(jié)省。

選擇正確的供電設(shè)備：中跨的優(yōu)勢

要實(shí)現(xiàn)PoE，可以采用以下任一類型供電設(shè)備(power sourcing equipment，PSE)：通過PoE交換機(jī)，或者通過在現(xiàn)有的交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)用電設(shè)備之間安裝PoE中跨(midspan)。而中跨為快速部署大功率PoE提供了最簡便的方法(見圖2)。

圖2：使用中跨技術(shù)部署PoE

不同于PoE交換機(jī)，使用中跨可以隨時(shí)逐步增添PoE端口，而不用在初始安裝期間立即裝好。相比PoE交換機(jī)，它們通常還能夠提高平均無故障時(shí)間(mean time between failure，MTBF)率，因?yàn)镻oE交換機(jī)在單一箱體里集中了大功率耗散的PoE部分和高敏感度的數(shù)據(jù)部分。

另外，相比PoE交換機(jī)，中跨也是更具成本效益的可擴(kuò)展解決方案，可讓網(wǎng)絡(luò)管理員更方便地升級(jí)電源設(shè)施，而不受其數(shù)據(jù)設(shè)施的限制。當(dāng)現(xiàn)有的交換機(jī)僅使用了幾年，和/或他們可能僅需要幾個(gè)具有PoE功能的端口，網(wǎng)絡(luò)管理員常常無法證明升級(jí)到新PoE交換機(jī)的成本是合理的。此外，中跨使管理員能夠按需要升級(jí)他們的交換機(jī)，無需同時(shí)更改電源設(shè)施。最后，中跨使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠遠(yuǎn)程管理PD，同時(shí)集中所有的電源管理和備用系統(tǒng)，進(jìn)一步改進(jìn)了能源效率和使用中的設(shè)施可靠性，減少了運(yùn)營成本，并增強(qiáng)了安全性。因?yàn)樵谶^載、短路或欠載狀態(tài)等事件發(fā)生時(shí)，中跨可以檢測并自動(dòng)斷開非PoE兼容(non-PoE-compliant)的PD設(shè)備。

額外的節(jié)能機(jī)會(huì)

使用中跨在網(wǎng)絡(luò)中獲取盡可能大的功效，有三個(gè)主要方法。第一個(gè)是盡用中跨通過所有四對(duì)結(jié)構(gòu)化電纜電線來輸送功率的能力。今天的中跨具有兩個(gè)接口，每個(gè)可獲取25.5W到同一個(gè)箱體中(一個(gè)接口在兩對(duì)線纜上使用1、2、3和6線，另一個(gè)接口在兩對(duì)線纜上使用4、5、7和8線)。連接兩個(gè)接口可使標(biāo)準(zhǔn)輸送功率加倍，達(dá)到51W，同時(shí)仍然完全符合802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)(見圖3)。

圖3：四對(duì)線供電

另一個(gè)方法是使用四對(duì)線供電來消減功率耗散。這一相同的四對(duì)線結(jié)構(gòu)可以用來為具有30W功率的兩對(duì)設(shè)備供電，替代通過CAT5電纜來提供51W，這會(huì)耗散了多達(dá)一半的功率，同時(shí)相比傳統(tǒng)的兩對(duì)線解決方案，功耗幾乎減少了15%，每個(gè)端口節(jié)省超過2.5W。使用此方法，采用一個(gè)12端口中跨，功率耗散可減少將近30W，每年可節(jié)省約263度(kWh)電能(30W x 24 小時(shí) x 365 天)。以每kWh電能0.10美元計(jì)算，每年每12個(gè)WLAN AP可以節(jié)省26美元。

為改進(jìn)能效，下一步策略就是使用中跨的遠(yuǎn)程PD監(jiān)控和配置能力。網(wǎng)絡(luò)管理員可以監(jiān)控每個(gè)PoE端口的功耗和總體功耗，并設(shè)置PD以實(shí)現(xiàn)即時(shí)和預(yù)設(shè)的端口開/關(guān)(ON/OFF)功能，以及UPS狀態(tài)端口的開/關(guān)功能。例如一家采用12個(gè)WLAN AP的機(jī)構(gòu)可以將運(yùn)行時(shí)間從每天24小時(shí)降低至每天10小時(shí)(從周一至周五早上8點(diǎn)至下午6點(diǎn))，將用電量從2,933KWh(12個(gè)AP x 27.9W x 24小時(shí)x365天) 減少至837KWh (12個(gè)APx27.9Wx10小時(shí)x250天)，每年可節(jié)省2,096KWh，以每kWh電能0.10美元計(jì)算，每年節(jié)約了210美元。

第三種改進(jìn)功率效率的方法就是使閑置功耗的影響最小化。許多PoE中跨和交換機(jī)使用開關(guān)電源(switching power supply，SPS)，其在滿載下可達(dá)到90%的效率，這意味著對(duì)于200W的PoE電源，消耗了多達(dá)220W的AC功率，或者對(duì)于400W的PoE電源，消耗功率高達(dá)440W。問題是SPS設(shè)備在閑置時(shí)具有高開關(guān)功率損耗—對(duì)于額定200W的設(shè)備，在0W負(fù)載時(shí)，功耗多達(dá)20W至40W，而對(duì)于額定400W的設(shè)備，在0W負(fù)載時(shí)，功耗多達(dá)40W至80W。

解決方案就是開發(fā)使用中跨的分布式電源架構(gòu)(distributed power architecture)，其中PSE使用內(nèi)部或默認(rèn)電源，然后可以取決于客戶的需求，按需要使用額外的電源來增加供電。使用此方法，可采用內(nèi)置電源來配置中跨，為真實(shí)的需求供電，并僅在需要的時(shí)間和地點(diǎn)上，通過外部電源使每個(gè)端口提升至全功率。采用這一效率提升，有可能使用小型(450W)內(nèi)部電源來處理所有實(shí)時(shí)需求，然后當(dāng)需要時(shí)才采用外部450W至1kW的電源來增加供電。這樣每年可節(jié)省394kWh(45W x 24小時(shí)x 365 天)，以每kWh電能0.10美元計(jì)算，對(duì)于每12個(gè)WLAN AP，相當(dāng)于每年節(jié)省39美元。

通過采用這些方法，將節(jié)省機(jī)會(huì)累積起來，機(jī)構(gòu)使可以使用最新的節(jié)能PoE中跨技術(shù)，顯著降低成本。節(jié)省的機(jī)會(huì)包括：

. 四對(duì)線供電：每端口節(jié)省2W或每年節(jié)省53美元

. 電源管理：當(dāng)無需使用時(shí)，通過將端口關(guān)閉，每年節(jié)省210美元。

. 較小的內(nèi)部電源(需要時(shí)可采用外部電源來增加供電)：通過減少閑置功耗，每年節(jié)省39美元

PoE技術(shù)的部署和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展非常簡便，機(jī)構(gòu)可以使用PoE技術(shù)來進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)可用性和能效，同時(shí)通過選擇最新的大功率PoE中跨，減少設(shè)備支出和運(yùn)營開支。這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四對(duì)線供電并內(nèi)置功率管理能力，同時(shí)通過使用較小的內(nèi)部電源，最大限度地減小閑置功耗。