CN110771096A - 光纤增强的PoE网络 - Google Patents

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CN110771096A CN201880041604.7A CN201880041604A CN110771096A CN 110771096 A CN110771096 A CN 110771096A CN 201880041604 A CN201880041604 A CN 201880041604A CN 110771096 A CN110771096 A CN 110771096A
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Abstract

本发明涉及一种以太网供电系统(100),其支持经由光纤的附加光通信。受电设备(d1,d2,d3)可以包括电路,该电路用于处理特别是在处于低功率状态之后触发受电设备(d1,d2,d3)的激活的光学信号。功率供应设备(s1‑s6)可以经由直接光学路径中继光学信号。网络中的光学路径可以改善应用的计时精度。特别是在系统主要用于数据通信的低活动情况期间,可以改善系统的总体功率消耗。附加的光通信路径可以提供冗余路径,并且因此可以增加网络的稳健性。

Description

光纤增强的PoE网络
技术领域
本发明涉及以太网供电(PoE)系统,在其中用于数据和控制信息的传输的线缆和设备。更具体地,本发明涉及能够实现光通信的PoE系统。
背景技术
可以沿PoE线或以其他方式输入、输送和输出各种功率选项的PoE系统用于许多应用网络,尤其是但不限于照明网络。PoE在IEEE802.3af/at标准中进行了描述,并且在IEEE工作组P802.3bt中目前正朝4对功率扩展。PoE旨在沿着用于控制和通信目的数据线从功率供给装备(PSE)向受电设备(PD)供应40 V至48 V的功率电压水平。PSE设备也称为PoE交换机。
在PoE照明系统中,PD可以是光源、用户接口设备和传感器。PSE通常由市电功率源供电,诸如根据IEC/TR 60083标准。
传统的PoE系统将通过网络及其端点、因此在PSE和PD之间输送数据和功率。当仅传输数据但不传输功率时,PoE系统具有低的能量效率。
在公用事业电力不可用的情况下,基于应急功率供应的PoE系统的应急操作是昂贵的,因为建筑物中的分布式PoE PSE需要复杂的电应急功率基础设施。
此外,在一些条件下,经由电线和通过多个中继设备提交数据信号可能太慢并且容易出错。
因此,本发明的一目的是提供支持提供有效和稳健的信号传输的光学和电信号传输以及功率供应的受电设备、功率供应设备、线缆连接器和网络系统。
US 2015/078740 A1公开了一种基于光纤的通信网络,包括:功率插入设备;混合光纤/功率线缆;和连接接口设备,其被配置为提供用于经由以太网供电(PoE)兼容连接而连接至终端设备的接口,并为从功率插入设备经由混合光纤/功率线缆和PoE兼容连接向终端设备传输的数据提供光学到电的媒介转换。
发明内容
该目的通过根据独立权利要求的受电设备、功率供应设备、线缆连接器和网络系统来解决。
为实现通过PoE网络基础设施的光通信而提供沿着以太网或PoE线缆共同定位的光纤和相应的PSE/PD电路允许在网络内进行高效的通信,而可能无需为一个或多个中间PSE供电(直接光学路径)。通过光纤的通信和同步可能独立于PoE通信,这在改善的计时性能和附加的通信路径之外还提供了能量、材料和安装成本的节省。
在本发明的第一方面中,提供了一种用于以太网供电系统的受电设备,包括:第一端口,用于经由电线接收传输;第二端口,用于接收光学信号;以及电路,用于处理与光学信号一起接收的命令。经由第一端口接收的传输可以是功率和/或数据传输。可以将第一端口和第二端口提供为分离的硬件端口,例如,分离的母连接器。这样的设计提供了以下优点:如果网络中没有可用的光纤增强线缆,则受电设备可以与常规信令一起使用。替代地,单个母连接器可以接收两种电传输,其中可以存在用于功率和/或数据传输的若干引脚以及用于光学信号的至少一个另外的引脚。
在一实施例中,受电设备在低功率状态下操作,并且与光学信号一起接收的命令是唤醒信号,并且电路被配置为在接收到唤醒信号之后改变受电设备的功率状态并提交功率请求以启动受电设备的功率协商。在低功率状态下,受电设备不需要保持用于经由电线的电信令的通信接口受电。它可以仅在经由光学信号触发时才激活相应的电路。因此,可以改善在受电设备的低功率模式期间的能量节省。
在一实施例中,受电设备还包括电池,电池用于在接收到唤醒信号之后以及在功率协商期间向受电设备提供功率。为了能够在经由光纤接收到触发信号之后提供立即反馈,受电设备可以经由电池、优选可充电电池而被供电,直到与服务的PSE的协商完成并且受电设备通过电线供电。这提供了改善的启动反应。例如,如果受电设备是照明设备,并且触发器指示接通灯,则即使功率协商尚未完成,照明设备也可以立即接通。
在本发明的另一方面中,提供了一种用于以太网供电系统的功率供应设备,包括:第一端口,用于经由电线接收传输;第二端口,用于经由电线发送传输;第三端口,用于接收光学信号;以及第四端口,用于传输光学信号,其中第三和第四端口直接彼此链接。通过在第三和第四端口之间提供直接光学路径,功率供应设备可以中继光学信号,而无需任何电力供电的电路。因此,可以减少功率供应设备的功率消耗。
在一实施例中,功率供应设备还包括电路,该电路用于分割经由第一光学端口接收的光学信号,并经由第二和第三光学端口传输该信号。这样,可以例如以广播的方式将光学信号高效地提供给多个终端节点。该电路可以经由电线或经由光学链路由经由数据通信连接的远程设备进行编程、控制或监视。
在一实施例中,功率供应设备还包括第三光学端口以及电路,第三光学端口用于接收光学信号,电路用于对经由第一端口和第三端口接收的光学信号进行组合并且经由第二光学端口传输所组合的信号。优选地,经由第一端口接收光学信号,其中该信号具有第一频率或第一模式。经由第二端口接收的光学信号可以具有第二频率或第二模式,其中第一和第二频率/模式可以相同或不同。可以经由第三端口以第三频率或第三模式组合并同时输出两个信号,其中第三频率或第三模式可以与第一和/或第二频率或模式相同或者可以是它们的任何组合。该电路可以经由电线或经由光学链路由经由数据通信连接的远程设备进行编程、控制或监视。
在本发明的另一方面,提供了一种支持光学和电信号传输的网络系统,包括根据本发明先前讨论的方面的功率供应设备和受电设备,其中功率供应设备被适配成将光学信号中继到受电设备。
在一实施例中,该系统包括包含上述受电设备的多个受电设备以及包含上述功率供应设备的多个功率供应设备,其中,多个受电设备和多个功率供应设备根据第一网络拓扑经由电连接来连接并且根据第二网络拓扑经由光学连接来连接。第二网络拓扑可以优选地不同于第一网络拓扑。通过在整个网络中提供冗余路径,可以改善网络的稳健性。例如,树状结构中的单个故障节点可能切断所有从属节点。通过使用用于光通信的第二网络拓扑,仍可以到达从属节点。
在一实施例中,该系统包括包含上述受电设备的多个受电设备,并且控制信息经由光纤同时被提供给多个受电设备。由于光通信比电信号通信遭受的损耗更少,因此可以在更长的距离上提供光学信号。此外,光纤不受电磁干扰的影响。因此,光学信号可以向散布在大面积上的多个受电设备(例如应当同时接通/切断的建筑物内的照明设备)提供更好的信号传输。
在本发明的另一方面中,提供了一种用于线缆的线缆连接器,该线缆包括用于功率和数据通信的电线以及用于数据通信的光纤,该线缆连接器包括可连接到电线的第一组引脚和连接到光纤的第二引脚,其中第二引脚由透明材料制成。
在一实施例中,第一组引脚和第二引脚包括在单个透明插头中。
在一实施例中,第一组引脚包括在符合RJ45格式的第一插头中,并且第二引脚包括在第二插头中。
应当理解,如权利要求1所述的受电设备,如权利要求4所述的功率供应设备,如权利要求8所述的网络系统和如权利要求13所述的线缆连接器,具有相似和/或相同的优选实施例,特别是如从属权利要求中所限定的。
应当理解,本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与各个相应独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面根据下文描述的实施例将是显而易见的并将参考下文描述的实施例而得到阐明。
附图说明
在以下附图中:
图1示例性且示意性示出了根据本发明实施例的照明系统的应用部件;
图2示例性且示意性示出了根据本发明实施例的光纤增强的线缆连接器;以及
图3示例性且示意性示出了根据本发明实施例的网络系统。
具体实施方式
图1示例性且示意性示出了根据本发明的实施例的照明系统的应用部件。功率供应设备2,在本文下文中也称为功率供给装备PSE,通常经由线缆29由市电功率源供电。经由线缆6连接到其的是多个受电设备PD 31-34,诸如光源31-32、用户接口设备33(诸如但不限于用于激活和调光的控制面板)以及传感器34(诸如但不限于被动红外传感器)。传统的PoE系统将通过线缆6将数据和功率输送到各个端点。因此,它们被限制为借助于电信号传输数据。在本发明的该实施例中,线缆沿以太网线缆设有附加的光纤,以利用光学信号传输来进行控制、同步和数据通信。
图2示例性且示意性示出了用于通过支持用于数据通信的光传输的至少一根光纤增强的以太网线缆的线缆连接器。用于支持经由光纤进行光通信的网络的PSE和/或PD上的所有或一些端口配备有可以促进PSE中高级交换行为的电路。
图2示出了两个增强的线缆端头。假设光纤与线缆护套40内的以太网线对齐。透明的RJ45插头41用于将光学信号传送到透明的PSE或PD端口。在该实施例中,插头的透明壳体用作光学链路。另外,可以使用以太网连接器41旁边的另一光学连接器42,而以太网连接器40和端口的设计保持未修改。然而,将需要分离的光学连接器42。通常,在线缆中只有单根光纤的情况下,图2所示的两种连接器类型中的仅一种将存在。
连接到这种光学增强线缆的PSE包括用于处理光学数据和/或在其端口上中继这种数据的电路。这样,光可以通过多个链路从源到目的地通过网络行进,而也无由PSE进行的中间处理。可能的是,将光多播到网络上的不同目的地,或将来自网络中不同源的光组合到一个目的地。
光可以通过光纤和支持设备(例如中继PSE和/或PD)在两个方向上行进。可以同时使用不同波长或信号水平的光。光可以通过单根光纤或通过线缆内的多根光纤行进。
图3示例性且示意性示出了根据本发明实施例的网络系统100:s1-s7是PSE设备(交换机),d1-d4是PD,ei是连接的以太网/PoE部分,并且fj是连接的光学部分,其中选择图3中的e和i的索引,以使得PSE之间的连接标记有它们连接的设备的相应索引号,例如s3和s5之间的概念标记为e35/e53或f35/f53。PSE和PD之间的连接在PSE侧标记有由0分开的连接的设备的索引,而在PD侧仅标记有PD的索引,例如PSE s1和PD d1之间的连接在PSE侧标记为e/f101,而在PD侧标记为e/f1。
PSE s1-s6设置有附加的光学电路,s7是常规的PoE交换机。PD d1-3设置有附加的光学电路,d4是常规的PoE PD。
PSE s2示出了根据本发明实施例的功率供应设备的第一示例性实施例。PSE s2包括两个端口f21和f24,它们在光学上彼此直接链接,而无需PSE中的其他电路。通常,多个端口可以(成对)内部链接到彼此。其他端口将提供常规的PoE功能,而不被光学链接。这允许光学数据通过网络传递,而不对中间PSE s2供电。数据还将以高性能传递,从而能够实现比通过PoE电路可实现的精度更高的实时应用。
PSE s3示出了根据本发明实施例的功率供应设备的第一示例性实施例。PSE s3包括彼此光学链接的一个或多个端口(f31,f35,f36)。PSE s3还包括光学和/或电气装置(未示出),以提供光学信号的结合或分割(光放大、谱映射等)。交换装置(未示出)可以允许或阻止光学信号从一个端口分配到另一个端口。PSE s3可以可选地进一步包括内部控制器和/或软件编程装置,其控制光学信号的高级使用、处理或调度。PSE s3还可以允许具有高性能属性的光学数据通过网络传递而不被供电,特别是在配置过程之后。
PSE s3的光学部件可以通过PoE链路或光学链路而交替地被远程编程、控制或监视,例如经由网络内的集中控制单元或多个分散控制单元。
PD d2是根据本发明的实施例的受电设备的示例性实施例。PD d2可以经由连接器f2接收光学信号,以触发某个动作,诸如激活PD。由于PoE电路不必监听唤醒信号,因此这可以允许在待机期间PD的低功率消耗,和/或允许功能独立于PoE电路进行操作。
与必须激活PSE和/或PD以便实现相同效果的解决方案相比,PSE和PD中的附加光纤连接以及相应的通信电路可以节省能量,但是它们还可以实现超出PoE的功能。
如图3所示的网络系统可以利用经由PD/PSE到一个或多个连接的PD d1-d3的光通信,以便管理准确的计时和/或执行特殊的操作,诸如设置独立于PoE使用的操作模式。网络内的特定PD/PSE设备应该包括一些控制电路。该PD/PSE设备可以是PD d1-d3和PSE s1-s6中的任一个,并且在本文下文中将被称为控制PD/PSE。可能的用例是:
-控制PD/PSE通过光学信令将连接的PD/PSE从待机唤醒。相应地,PD/PSE可以在待机期间以较低功率模式操作,因为它们可以使其PoE通信端口和相关电路掉电。在接收到光学信号之后,PD/PSE可以开始功率协商。在功率协商期间,PD/PSE可以由本地电池供电,以提供快速启动行为并能够实现立即响应。
-控制PD/PSE还可以在连接的PD中激活维护或自我诊断模式。在支持照明应用的网络系统中,可以通过光信号协议来实现紧急或特殊状态的概念。独立于PoE通信,这种协议可以指示临近新感测周期、软件更新或维护的截止时间。这样的协议可以使用增加或减少光脉冲、光水平或色移。例如,当脉冲序列的频率增加到正在释放连续光的点时,可以指示经过的截止时间。即使PD断开或处于待机,用户或操作员也可以直接看到这种光模式。即使由于软件崩溃或未知状态导致PoE电路不再工作,控制PD/PSE甚至也可以通过光学信令重置连接的PD。光学电路可以独立于以太网通信进行操作,并模拟手动操作。作为一特殊情况,可以通过在基于PoE的网络系统中引起实时测试条件来创建验证设置。在不影响被测系统中的以太网操作和其他过程的情况下,光学路径可以模拟一PD或一组PD的错误或环境条件。PD本身可以处理这种情况(例如,通过光纤感测测试灯),或者光学控制附加的PD测试设备来模拟PD的环境。
因此,自主光通信还可以提供附加的安全性和/或维护功能,并且因此增强网络稳健性。
-控制PD/PSE朝向所有连接的PD d1-d3发射实时控制命令或通知。直接的光学路径将确保精确同步的端点行为。连接的PD d1-d3可以具有相同或不同的功能。PD d1-d3可能是不同位置的传感器,其在接收到经由光纤接收的对应命令后开始/停止分布式传感器读取会话。如果网络系统支持照明应用,则可以在大面积或具有许多光点的大建筑物上实现精确的分布式照明行为。如由用户所感知到的,作为PD连接的所有光源都可以同时接通、切断或修改(调光水平,场景颜色)。为此,在长距离上操作或必须通过许多PSE链路到达的PSE通过直接光学路径连接到光控制器附近的PSE。本地(更近的)PSE连接仍可以在PoE路径上操作,如果这不引起反应时间的明显延迟的话。PD不一定需要被增强,并且可以通过常规PoE链路操作。
-控制PD/PSE记录来自连接的PD d1-d3的实时信息。通过许多PSE链路从连接的PD到控制PD的直接光学路径允许准确的、带时间戳的、分布式的感测或事件检测。属于此类事件的附加数据可以通过PoE路径传递,并通过ID或源地址绑定到事件或日志。
-控制PD/PSE通过光学计时信号防止本地时钟在连接的PD上的漂移。作为一示例,传感器具有本地电池,并且每几分钟使自身接通一次,以报告带有添加的时间戳的测量结果(通过电线)。计时信号可以简单地是光强度(例如,在4AM和6AM之间为10%,在6AM和8AM之间为20%)或位模式。(传感器电池可以通过PoE链路充电)。
在图3所示的示例性网络系统中,可以在网络中创建冗余路径,其中否则将不允许环形路径。在PSE/PD之间的通信应该比针对网络的典型情况更稳健的情况下,这可以是有用的。通过使用与在常规和/或增强线缆中的PoE链路分开的在增强线缆中的光学链路,可以在否则为树拓扑的网络中(对于网络的一部分)创建混合拓扑。可以配置增强PSE,以使得一些端口仅支持光学逻辑,并可能地支持PoE功率输送部分,从而防止否则由于网络中的环形路径将导致的以太网协议冲突。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明,但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的;本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求,本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中,词语“包括”不排除其他元件或步骤,并且不定冠词“一(a或an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种供以太网供电系统使用的受电设备,包括:
第一端口,用于经由电线接收传输,其中经由所述第一端口接收的所述传输是功率和/或数据传输,
第二端口,用于接收光学信号,以及
电路,用于处理与一光学信号一起接收的命令,
其中,所述受电设备在低功率状态下操作,并且与所述一光学信号一起接收的所述命令是唤醒信号,并且所述电路被配置为在接收到所述唤醒信号之后改变所述受电设备的功率状态并提交功率请求以启动所述受电设备的功率协商。
2.根据权利要求1所述的受电设备,还包括电池,所述电池用于在接收到所述唤醒信号之后以及在功率协商期间向所述受电设备提供功率。
3.一种支持光学和电信号传输的网络系统,包括用于以太网供电系统的功率供应设备,其中所述功率供应设备包括:
第一端口,用于经由所述电线接收传输,其中经由所述第一端口接收的所述传输是功率和/或数据传输;
第二端口,用于经由所述电线发送传输,
第三端口,用于接收光学信号,以及
第四端口,用于传输光学信号,
其中所述第三端口和所述第四端口直接彼此链接;并且所述网络系统还包括根据权利要求1所述的受电设备,其中所述功率供应设备被适配成将所述光学信号中继到所述受电设备。
4.根据权利要求3所述的网络系统,其中,所述功率供应设备还包括电路,所述电路用于分割经由所述第三端口接收的光学信号,并经由所述第四端口和第五端口传输所述信号。
5.根据权利要求3所述的网络系统,其中,所述功率供应设备还包括第五光学端口以及电路,所述第五光学端口用于接收一光学信号,所述电路用于对经由所述第三端口和所述第五端口接收的光学信号进行组合并且经由所述第四端口传输所组合的信号。
6.根据权利要求3或5所述的网络系统,其中,所述电路经由电线或经由光学链路由经由数据通信连接的远程设备进行编程、控制或监视。
7.根据权利要求3所述的网络系统,其中,所述受电设备被适配成经由所述光学信号以低功率模式接收所述控制信息,其中,所述控制信息包括唤醒信号,并且所述受电设备包括电路,所述电路用于处理所述唤醒信号并启动与所述功率供应设备的功率协商。
8.根据权利要求7所述的网络系统,还包括本地电池,所述本地电池用于在功率协商期间向所述受电设备提供功率。
9.根据权利要求3所述的网络系统,其中,所述系统包括包含所述受电设备的多个受电设备以及包含所述功率供应设备的多个功率供应设备,其中,所述多个受电设备和所述多个功率供应设备根据第一网络拓扑经由电连接来连接并且根据第二网络拓扑经由光学连接来连接。
10.根据权利要求3所述的网络系统,其中,所述系统包括包含所述受电设备的多个受电设备,并且其中所述控制信息经由所述光学连接同时被提供给所述多个受电设备。
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