CN100508460C - 电源设备中的电源优先级划分 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于根据用户定义的电源分配策略自动地挂起从基于IEEE 802.3af的PSE(电源设备)交换机对一个或多个PD(用电设备)的供电的系统和方法。该PSE交换机包括将每个交换机端口与一个电源分配策略相关联并分配可应用的电源优先级级别的分类器。该PSE交换机还包括例如在停电期间根据这些策略在PD之间选择性地分配电源的电源管理器。如果该交换机不能向每个PD提供电能，则在挂起到优先级较高的端口的电源之前挂起到与相对较低的电源优先级相关联的端口的电源。可以将这些策略自动地分发给整个网络上的多个设备并由这些设备来实现这些策略，而不需要管理员基于对连接到各端口的终端节点的特定类型或它们的优先级的了解来手动地设置这些优先级。

Description

电源设备中的电源优先级划分
技术领域
本发明涉及一种能够执行以太网供电(PoE)的数据通信交换机。特别地，本发明涉及一种用于根据用户所定义的电源分配策略来对输入数据包进行分类并基于这些分类来选择性地向交换机的关联端口分配电源的系统。
背景技术
以太网供电是指一种用于通过目前用来传送以太网数据的标准5/5e类双绞线来向以太网设备分配电源的系统。提供电能的以太网设备称为电源设备(PSE)并且接收电源的以太网设备称为用电设备(PD)。根据在此引用以供参考的IEEE(电气和电子工程师协会)标准参考802.3af，PSE首先确定或查明所连接的设备是否为与PoE兼容的PD。如果该设备是与PoE兼容的PD，则PSE将最大电流为350毫安的48伏直流电源发送给该PD。作为对该查明过程的可选延伸，PD还可以指定对来自PSE的功率值的要求。PoE可以用于为包括例如基于IP的语音(VoIP)电话、无线接入点(WAP)和安全监视相机之类的耗电低的以太网设备提供可靠的电源。
IEEE标准参考802.3af规定了包括端跨(endspan)和中跨(midspan)的PSE类型。端跨PSE在网络交换机内结合了电源功能性并经由数据信道来传输电能。也就是说，将DC(直流)电源与在以太网电缆的管脚对3和6以及管脚对1和2上发送的数据信号相结合。例如，中跨PSE是可操作地连接在PD与常规的以太网交换机之间的独立设备。中跨PSE经由未使用的电缆管脚对4和5以及管脚对7和8传输电能。PD一般适合于接收来自端跨PSE或中跨PSE的电源。
当部署在网络中时，PSE交换机可以具有与PoE兼容的PD和各种其他的非兼容设备的组合，这些非兼容设备例如包括台式计算机、服务器和打印机，其一般需要比PSE所能提供的更强大的电源。在正常的运行条件下，PSE可以向所连接的每个PD供电。然而，例如，当公共电网发生故障并且对PSE交换机的供电中断时，由PSE向多个PD提供的电源有可能受到由不间断电源(UPS)供给到PSE交换机的电源的限制。如果PSE交换机不能维持所有PD的功率需求，则该PSE交换机有可能不得不根据用户所定义的配置在PD中选择给哪些PD继续供电以及给哪些PD断开供电。同时，端跨PSE的实现需要操作者手动地配置每个端口的电源优先级。同样，例如，操作者必然需要提前知道是否要将一个端口连接到优先级更高的VoIP电话还是优先级更低的数据设备。这一配置步骤是比较烦琐的，并且只要PD改变位置且端口连接发生改变，就需要操作者介入。因此，需要一种自动地识别端口电源优先级并且当设备在网络中移动时可以以最少的操作者介入的方式方便地改变电源优先级的方法。
发明内容
本发明的特征在于一种用于根据用户所定义的用来对经由交换设备的端口发送的数据包流进行分类的电源分配策略来自动地挂起从一个PSE交换设备到一个或多个PD的电源的系统和方法。在优选实施例中，PSE交换设备适合于根据IEEE 802.3af标准向多个PD供电。PSE交换机包括多个PoE端口、一个分类器以及一个电源管理器。分类器检查通过端口传送的数据包并将这些端口与为连接到端口的PD指定电源优先级的电源分配策略相关联。电源管理器根据与其相关联的策略来选择性地将电源分配给多个端口中的每个端口。电源分配策略指定了PD的分类以及与每个这种分类相关联的电源优先级级别，其中根据PDU特性来定义PD分类，并且其中电源优先级是确定在出现供电危机时用来为相关联的端口分配电源的首选项的分级排序；其中分类器接收入口PDU并检查该PDU的一个或多个字段，将该多个端口与至少一个电源分配策略相关联并将可应用的电源优先级级别分配给从中接收PDU的端口。在优选实施例中，由PSE交换设备所维护的电源分配策略将定义数据包流的一个或多个PDU(协议数据单元)特性与多个电源优先级级别中的一个电源优先级级别相关联。如果交换设备不能向多个PD中的每个PD提供电能，则电源管理器就在挂起到优先级较高的端口的电源之前挂起到与相对较低的电源优先级相关联的端口的电源。
在优选实施例中，利用PSE交换设备来向多个PD分配电源的方法包括步骤：从多个PoE端口接收一个或多个数据包；基于在这些端口上接收到的PDU而将一个电源优先级级别与每个端口相关联；以及根据该相关联的至少一个电源优先级级别选择性地向每个端口分配电源。由电源分配策略指定PD的分类以及与每个这种分类相关联的电源优先级级别，其中根据PDU特性来定义PD分类，并且其中电源优先级是确定在出现供电危机时用来为相关联的端口分配电源的首选项的分级排序；其中由分类器接收入口PDU并检查该PDU的一个或多个字段，将该多个端口与至少一个电源分配策略相关联并将可应用的电源优先级级别分配给从中接收PDU的端口。如有必要，就在挂起到与相对较高的电源优先级级别相关联的端口的电源之前，挂起到具有相对较低的电源优先级级别的端口的电源。在此所提出的系统和方法使得网络管理器能够在用户介入得最少的情况下基于连接到一个或多个交换设备的所有端口的实际PD自动地配置这些端口的电源优先级。
附图说明
本发明是通过示例进行说明的并且不限于附图的图形，并且其中：
图1是根据本发明的优选实施例的包括基于分类的PoE交换设备的数据通信网络拓扑的功能框图；
图2是根据本发明的优选实施例的基于分类的PoE交换设备的功能框图；
图3是根据本发明的优选实施例的示例性电源控制模块的功能框图；以及
图4是示出端口的电源优先级分配的示例性表格。
具体实施方式
图1中示出的是包括多个网络设备的数据通信网络拓扑，其说明了从中可以实现电源优先级划分的环境。该优选实施例中的拓扑包括数据通信网络102和公共电网104。例如，数据通信网络102可以包括或可操作地连接到局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、IP(网际协议)网络、因特网或这些网络的组合。网络102可操作地连接到一个用于执行基于分类的PoE(CBP)的交换设备100、多个客户端120-123以及一个网络管理器108。这些客户端包括或可操作地连接到VoIP电话120、台式个人计算机(PC)121、安全监视相机122以及无线接入点(AP)123，其中个人数字助理(PDA)124或其他移动设备可以通过所述无线接入点(AP)123访问网络102的。例如，电网104或其他发电机优选地经由不间断电源(UPS)106向交换设备100提供120伏的交流(AC)电源，UPS 106设计为当例如在断电或局部缺电期间电网不能供电时提供一定功率量以维持CBP交换设备100。
图2中示出的是适合于在基于CBP的交换机中执行自动电源优先级划分的多层交换机的功能框图。例如，本优选实施例的CBP交换机100包括一个或多个网络接口模块(NIM)204、一个或多个交换控制器206、一个管理模块220以及一个电源控制模块250，所有这些组件进行协作，以经由外部数据/电源端口202接收入口数据业务并发送出口数据业务并在例如出现供电危机时选择性地向客户端120-123传输电能。出于本实施例的目的，从另一网络节点流入交换机100的数据在此称为入口数据，其包括入口协议数据单元(PDU)。相反，从内部传输到外部端口202用于发送到另一网络节点的数据称为出口数据，其包括出口PDU。多个外部端口202中的每个外部端口都是适合于接收入口数据和发送出口数据的双工端口。
NIM 204优选地包括适合于经由网络通信链路130交换例如以太网帧之类的PDU的一个或多个物理层接口和媒体访问控制(MAC)接口。通过一个或多个入口数据总线205A将入口PDU从多个NIM204传送到交换控制器206。与此类似，经由一个或多个出口数据总线205B将出口PDU从交换控制器206传送到多个NIM 204。NIM 204还适合于根据IEEE 802.3af标准将从电源控制模块250接收的电能266发送到所连接的PD。
管理模块220一般包括用于保存和实现规定处理和转发入口PDU的位置和方式的业务策略的策略管理器224。优选地，由策略管理器224所实现的策略部分地基于根据源学习操作得到的开放系统互连(OSI)参考模型的层2-层7的PDU特性，从其他路由设备接收到的路由信息，以及由网络管理器(administrator)经由配置管理器222使用例如简单网络管理协议(SNMP)消息226来上传的过滤规则。使得从源学习(source learning)、其他网络节点和管理器中得到的业务策略可以由路由引擎230获得并且由转发表或查找表254共同地表示。
除业务策略之外，策略管理器224还保存了指定PD的分类以及与每个这种分类相关联的电源优先级级别的PoE电源分配策略。以下将更详细地描述，例如，一般根据包括数据包的协议和地址信息的PDU特性来定义分类。相关联的电源优先级是确定在出现供电危机时用来为相关联的端口分配电源的首选项的分级排序。可以基于在多个端口202中的每个外部端口上接收到的PDU的特性以及在某些情况下发送到该端口的PDU的特性，将该端口分配在一个或多个这种分类下。管理模块220将PoE电源分配策略上传给高速查找表254，其使得在入口数据包分类操作期间交换控制器206可以获得这些策略。
在某些实施例中，以例如Perl脚本之类的一个或多个脚本的形式将PoE电源分配策略从管理器108同时分发给多个CBP交换机。将带有策略的Perl脚本转发给整个网络102中的一个或多个路由器，然后这些路由器将这些Perl脚本分发给将任意路由器标识为其默认路由器的那些CBP交换机。在接收到Perl脚本之后，CBP交换机自动地提取PoE电源分配策略并更新其各自的策略管理器224。
交换机100优选地包括能够进行但不限于进行开放系统互连(OSI)参考模型所定义的层2(数据链路层)和层3(网络层)的交换操作的至少一个交换控制器206。用于可操作地将外部端口202连接到有线通信链路和/或无线通信链路的可能的层2协议集包括IEEE(电气和电子工程师协会)802.3标准和IEEE 802.11标准，而可能的层3协议集包括IETF(因特网工程任务组)的RFC(草案)791中所定义的IP协议(网际协议)第4版以及IETF RFC 1883中所定义的IP第6版。
交换控制器206优选地包括路由引擎230和队列管理器240。路由引擎230包括分类器232，其从数据总线205A接收入口PDU，检查PDU的一个或多个字段，使用内容可寻址存储器233将PDU划分为多个流之一，并从保存在高速存储器中的转发表254中检索转发信息。例如，从转发表254检索到的转发信息优选地包括但不限于用于指定对于准备作为出口PDU的特定PDU来说必需的那些转发操作的流标识符。根据本发明，分类器232还适合于将一个或多个端口202与至少一个PoE电源分配策略相关联并将可应用的电源优先级分配给从中接收PDU的端口。交换控制器206将电源优先级级别分配下载到电源控制模块250。
转发处理器234接收具有相关联的转发信息的入口PDU并在将其发送给适当的入口端口之前执行一个或多个转发操作。例如，转发操作优选地包括但不限于用于重新封装数据的首部变换，用于向一个PDU附加一个或多个VLAN(虚拟局域网)标记的VLAN标记推送，用于从一个PDU中移除一个或多个VLAN标记的VLAN标记弹出，用于保留网络资源的服务质量(QoS)，用于监控客户业务的计费和记账，多协议标签交换(MPLS)管理，用于选择性地过滤PDU的认证，接入控制，包括地址解析协议(ARP)控制的高层学习，用于重新产生和重新定向PDU以便进行业务分析的端口监控，源学习，用于确定用来为PDU分配交换资源的相对优先级的服务等级(CoS)，以及用于策略制定和业务成形的颜色标记。
在转发处理器234之后，将PDU传送给队列管理器240并在有带宽可用于将这些PDU发送给适当的出口端口之前将这些PDU存储在队列管理器240中。特别地，在由调度器244经由输出数据总线205B将这些出口PDU发送给外部端口202之前，将出口PDU缓存在缓冲器242中的多个优先级队列中的一个或多个优先级队列中。
电源控制模块250包括电源251和电源管理器252。电源251包括经由UPS 106将120伏AC电源转换为提供给PD的48伏DC电能的电路。经由多个电源导线266和NIM 204，电源管理器252选择性地将DC电源从电源251分发到客户端120-123中的一个或多个PD。作为端跨PSE的CBP交换设备100在以太网电缆107上的管脚对3和6以及管脚对1和2上的数据信号加入NIM 204处的DC电能。可以从办公室位于纽约的法明达尔(Farmingdale)的PowerDsine，Inc.公司获得能够适合于本发明的某些实施例的电源控制模块250。
图3中示出的是用于在PSE交换机中实现电源优先级的示例性电源控制模块250。电源251优选地包括用于生成PoE DC电源的电源调节电路。本优选实施例中的电源调节电路包括将输入线路260的电压逐步降低(step down)到预定电平的变压器310，将AC输入信号转换为脉动DC电压的整流器300，将脉动DC电压转换为基本均衡的DC信号的滤波器330，以及在负载电流发生改变或输入线路260的信号发生波动时将电源260的输出维持在相对恒定的电平上的稳压器340。
本优选实施例中的电源管理器252适合于在所接收的UPS电源不足以满足PD时基于端口的电源优先级级别262智能地选择要为多个端口202中的哪个端口分配电源。电源管理器252包括电源优先级调度表350、电源监控器360和电源交换模块370。电源优先级调度表350包括如上所述由分类器232通过将PDU特性与电源分配策略相关联而分配的电源优先级262的列表。
电源管理器252还从由电源监控器360监控的稳压器340接收DC电源信号。忽略由交换设备100本身所消耗的电能，电源监控器360将所接收的电源电平与PD所带的负载相比较。尽管所接收的电源通常是足够的，但在电网104部分地或完全地停电时UPS 106却有可能不足以向PD供电。在未停电时，经由电源交换模块370，将稳压器340的输出分发给在本例中包括VoIP电话120、安全监视相机122以及接入点123的一个或多个客户端中存在的PD。然而，如果必然会发生停电并且必需挂起到一个或多个PD的电源，则电源管理器252查询电源优先级调度表350以确定哪些端口将禁用以及以何种顺序禁用。交换模块370基于端口的相对电源优先级来禁用这些端口。
图4中示出的是示例性电源优先级调度表350。该调度表350包括每个端口202和与该端口相关联的电源优先级级别420的列表。尽管根据该实现，可以采用多个优先级级别，但在本优选实施例中，有三个与PD相关联的优先级级别。根据IEEE 802.3af标准，不向与非PD相关联的端口供电，并且因此这些端口不具有相关联的优先级级别。例如，根据电源分配规则为对应于VoIP电话120的第一端口分配一个中等级别的优先级，以使用户在紧急情况下可以进行呼出。已经分配有低优先级级别的与安全监视相机122相关联的端口3将会是在停电时被挂起的第一个端口。为在与本例中为安全管理器PDA 124提供服务的无线接入点123相关联的端口4分配最高的优先级，并且只有在所有端口都禁用之后才会禁用该端口。本领域的普通技术人员应当意识到，可以为多个端口分配同样的优先级级别，在这种情况下，可以采用任意方案来规定终止端口电源的顺序。
如上所述，分类器232基于电源分配策略来确定端口202的电源优先级级别。特别地，电源分配策略将一个或多个PDU特性，即发往PD或来自PD的数据包流与特定的优先级级别相关联。例如，该规则可以规定为可操作地连接到VoIP电话的所有端口分配中等优先级级别，以确保在部分停电期间可以维持该电源，同时为可从中到达安全管理者的PDA 124的端口分配最高的优先级，以确保在部分停电或整个地区停电期间可访问该安全办公室。与此类似，电源分配策略还可以设计为基于一个或多个用户定义的标准来自动地禁用端口。例如，一个规则可以指定在供电危机期间，如果分类器232检测到发起了HTTP(超文本传输协议)请求，就终止到某个端口的电源。一般来说，可以根据很多的PDU特性来制定电源分配策略，这些PDU特性包括源MAC地址、目的地MAC地址、源IP地址、目的地IP地址，包括例如IP和IPX、与IPv6相对的IPv4之类的协议类型，包括例如802.1Q标记和802.1p优先级之类的虚拟局域网(VLAN)标记特性，服务质量(QoS)指示符，服务等级(CoS)指示符，端口号，业务级别，即例如在前一秒中发送的数据包数目，以及IP地址的类型，即例如数据包具有的是根据动态主机配置协议(DHCP)的动态地址还是固定的IP地址。在某些实施例中，还可以根据认证状态来分配电源优先级级别，也就是说，可以在客户端已经通过认证并且正式在网络上之前为端口分配相对较低的优先级。
尽管以上说明包含了很多具体描述，但这些具体描述不应解读为限制本发明的范围而应解读为仅提供对某些本发明的当前优选的实施例的阐释。
因此，已经通过示例但非限制性地公开了本发明，并且应当参考以下权利要求以确定本发明的范围。

Claims (8)

1.一种适合于连接到多个用电设备PD的电源设备PSE，所述电源设备包括：
多个以太网供电PoE端口，其中每个所述端口都适合于接收一个或多个协议数据单元PDU；
一个分类器，适合于基于在各端口上接收到的一个或多个协议数据单元来将多个电源分配策略中的至少一个策略与所述多个端口中的每个端口相关联，所述电源分配策略包括电源优先级级别；以及
一个电源管理器，适合于根据所述相关联的至少一个策略来选择性地将电源分配给所述多个端口中的每个端口，
所述电源设备的特征在于：
所述电源分配策略指定了PD的分类以及与每个这种分类相关联的电源优先级级别，其中根据PDU特性来定义PD分类，并且其中所述电源优先级是确定在出现供电危机时用来为相关联的端口分配电源的首选项的分级排序；
其中所述分类器接收入口PDU并检查该PDU的一个或多个字段，将所述多个端口与至少一个电源分配策略相关联并将可应用的电源优先级级别分配给从中接收PDU的端口。
2.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述电源设备选自路由器、交换机、多层交换机和网桥。
3.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述一个或多个协议数据单元特性包括MAC地址。
4.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述一个或多个协议数据单元特性包括协议数据单元协议类型。
5.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述电源管理器还适合于监控每个所述用电设备所带的电源负载。
6.根据权利要求1所述的电源设备，其中将所述多个电源分配策略分发给一个或多个默认路由器，并且分发给与所述一个或多个默认路由器相关联的多个CBP交换机，其中CBP交换机是基于分类的PoE交换机。
7.一种利用PSE交换设备来向多个用电设备PD分配电源的方法，所述方法包括步骤：
从多个以太网供电PoE端口接收一个或多个协议数据单元PDU；
基于在所述各端口上接收到的一个或多个协议数据单元将多个电源优先级级别中的至少一个电源优先级级别与所述多个端口中的每个端口相关联；以及
根据所述相关联的至少一个电源优先级级别向所述多个端口中的每个端口分配电源，
所述方法的特征在于：
由电源分配策略指定用电设备PD的分类以及与每个这种分类相关联的电源优先级级别，其中根据PDU特性来定义PD分类，并且其中所述电源优先级是确定在出现供电危机时用来为相关联的端口分配电源的首选项的分级排序；
其中由分类器接收入口PDU并检查该PDU的一个或多个字段，将所述多个端口与至少一个电源分配策略相关联并将可应用的电源优先级级别分配给从中接收PDU的端口。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括步骤：在挂起到与较高的电源优先级级别相关联的端口的电源之前，自动地挂起到与较低的电源优先级级别相关联的所述多个端口中的一个或多个端口的电源。
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