CN1262089C - 局域网远程供电的实现方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种局域网远程供电的实现方法及设备，可使多媒体小型网络终端设备能象电话机一样，在获得数据传输信号的同时还获得设备供电。包括：利用网络综合布线系统建立局域网远程供电系统，在双绞传输线对一端连接电源集线器，另一端连接终端适配器；电源集线器至少包括一个电源与数据的复合输出模块，将来自用户网络交换机的数据信号，与对网络终端设备的供电电源进行复合，通过双绞传输线对实现数据与电源的共缆传输；终端适配器至少包括一个数据与电源的复合输入接口，对复合信号进行分离，分离出电源与数据，并由数据输出接口和电源输出接口分别提供数据信号和供电电源；远程管理服务器通过网络对电源集线器进行实时监测及远程供电管理。

Description

局域网远程供电的实现方法和设备

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别是一种采用双绞线为传输介质，与网络数据共缆传输的局域网远程供电的实现方法和设备，设备包括电源集线器及终端适配器。

背景技术

众所周知，传统电话机的耗电量很小，约为2W左右，由电信局在远端通过电话线供电，比用户端直接用市电供电更为可靠和方便。

目前，设置在墙壁或桌面上的网络接口仅提供数据信息，并没有电力供应。这种情况在台式PC机时代也许不会成为问题，但对于当前普遍使用耗电量很小的网络终端设备来说，无疑是一种遗憾，而对于IP电话和实时性要求较高的IP会议服务来说则可能是不能容忍的。如当用户端停电时，用户网络交换机虽然可对用户提供数据，但却不能对用户提供服务，那么提供数据本身也就失去意义。因此改善这类网络终端的供电条件已成为一种需要。

在传统的网络中，用户网络交换机放置在水平子系统的设备之间，一般配有UPS电源，使用户网络交换机供电级别比用户端的网络终端设备高，这就为提高用户端的供电级别提供了可能。

传统的综合布线系统采用IEEE802.3局域网标准，以CAT5铜缆双绞线(UTP)作为网络连接的最基本的物理传输介质。在通过综合布线系统构造网络时，一般采用4对UTP中的两对线作为数据传输介质，其余两对线没有使用，这为实现局域网远程供电提供了传输介质。

由于网络终端设备的小型化，其耗电量有不断减轻的趋势，如IP电话机，其耗电量不大于3W；同时，对网络终端设备的使用可靠性通常要求较高，如与网络连接的远程监控摄像机、IP电话机、传真机、语音信箱等设备。若能采用局域网远程供电，那么用户只需通过一根网线就可将网络终端设备连接到墙壁或桌面的网络接口上，不再使用外接电源，则使用方便灵活，和不必担心因用户端停电对设备工作带来影响。

国际局域网标准委员会于1998年成立了简称为IEEE802.3af工作组的局域网供电研究小组，旨在加强局域网供电技术的研究工作和相关的标准制定，但至今也没有正式公布相应的标准。在目前的标准研究中，虽然对供电端与用户端的功率限制、数据终端设备电源指标限制和用户前端电路的形式提出了建议，但对具体的实现方法并未作详细的描述。如，对用户端的功率限制为14W，但却没有提出功率扩展的方法；对数据终端设备的电源指标限制为最大50至300mA，却没有提出分级控制的方法，也没有提出当用户需要大于300mA电流时的解决办法；对用户前端电路没有电源极性识别功能；没有提到系统出现故障后的自恢复问题和供电系统的远程监控问题；没有提出适用于不同网络的电源传输线对选择方案。

根据IEEE802.3局域网标准，在综合布线系统中，采用CAT5双绞线(UTP)构造网络时，一般采用4对UTP中的两对线作为数据传输介质。对于10 Base TEthernet以太网、100 BaseTX、100 Base VG，采用序号为1，2，3，6的四根线，而对于Token Ring网络则采用序号为3，6，4，5的四根线，在FDDI/TP-PMD、ATM网使用序号为1，2，7，8的四根线，在100 Base T4及某些100 Base VG网中则使用全部四对电缆。可见，在不同形式的网络中，无法选择相同标号的空闲线对来作电源线。

综上所述，实现局域网远程供电是有利于网络终端用户的，但目前还处于无相应实现方法和设备的状态。

发明内容

本发明的目的是设计一种局域网远程供电的实现方法和设备，针对背景技术中所列举的不足，利用现有网络综合布线系统的资源，为多媒体小型网络终端设备在提供数据信息的同时还提供电力，更为可靠方便地为用户服务。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于包括：

A.利用网络综合布线系统建立局域网远程供电系统，在网络综合布线系统的双绞传输线对一端连接电源集线器，另一端连接终端适配器；

B.电源集线器将输入端口引入的来自用户网络交换机数据端口的数据信号，与对网络终端设备的供电电源进行复合，通过双绞传输线对实现数据与电源的共缆传输；

C.终端适配器分离出电源与数据，并由数据输出接口和电源输出接口分别提供数据信号和供电电源；

D.将远程管理服务器通过网络连接在电源集线器上，对局域网远程供电系统进行远程供电管理。

实现本发明目的的技术方案还是这样的：一种局域网远程供电的设备，其特征在于：

包括电源集线器和终端适配器，电源集线器的输入端口连接用户网络交换机的数据端口，电源集线器的复合输出端口连接网络综合布线系统的双绞传输线对，终端适配器的复合输入端口连接网络综合布线系统的双绞传输线对，终端适配器的输出端口包括电源输出接口和数据输出接口；

所述的电源集线器至少包括一个电源数据复合输出模块，对来自用户网络交换机数据端口的数据和对网络终端设备的供电电源进行复合，实现复合信号在双绞传输线对上的共缆传输；

所述的终端适配器，至少包括一个数据与电源的复合输入接口，对复合信号进行分离，分离出的电源和数据分别送对应的电源输出接口和数据输出接口。

利用本发明方法实现的局域网远程供电系统，电源集线器和终端适配器通过一根5类线(4对双绞线)连接，电源集线器的输入端口向上连接用户网络交换机的数据端口，数据和电源在电源集线器内复合后送复合输出端口，复合输出端口向下连接用户网络布线系统的工作区子系统。终端适配器的复合输入端口向上连接用户网络布线系统的工作区子系统，完成数据和电源的分离，提供标准的数据输出接口和电源输出接口，供网络终端设备使用。

电源集线器内部具有网络通讯功能。

在不满足远程供电协议的传统网络终端设备的应用中，通过终端适配器可以较好地解决与供电型局域网的兼容性问题。

远程管理服务器是通过网络和电源集线器连接的任一台计算机，通过运行电源管理软件，实现对供电系统的远程管理。

电源集线器复合输出端口中的每一路电源输出都有保护监测功能，当供电电源电压过高，或当用户环路负载过重，或传输双绞线短路电流超过时间限制时，远程管理服务器对电源集线器的电源输出回路执行断电控制，当传输或用户电路故障排除后，控制自动恢复供电。

电源集线器的复合输出端口满足局域网接口的机械与电气特性、接口辐射和干扰特性、接口数据传输速率和安全特性等一系列的标准要求，并具有安装简单、维护方便的特点，同时兼容传统接口形式的DTE设备。

本发明采用数据和电源共缆传输方式，采用直流电源并限制供电电流，从而避免和减小了传输信号之间可能产生的干扰问题；采用电容和电感隔离方式实现数据和电源同一线对传输，传输的线对选择余地较大。若采用数据和电源不同线对传输方式，电路简单方便。

本发明的终端适配器适用于局域网远程供电的用户端，完成数据和电源的分离和电源电压变换，为用户网络终端设备提供非远程供电协议的数据接口和额定电压输出。

本发明的终端适配器，可以是单独的一个外置设备，也可以放置在网络终端设备内部，将不满足远程供电标准的用户端口改造为符合远程供电协议的用户端口。

本发明的终端适配器设计有极性识别电路，从而保证电源输入引线的无极性接入，为使用带来方便。

本发明的终端适配器通过设置电源指示电路，可具有远程供电有无的显示功能。

本发明最突出的实质性特点在于：采用电源集线器和终端适配器组成局域网远程供电系统，适用于以双绞线为传输介质的不同形式的局域网，具有过压保护、短路保护、故障排除后供电自恢复和远程实时监控功能。同时，根据不同用户网络设备的要求可提供各种不同功率和电流级别的设备，充分利用现有的网络资源，在不改变用户网络结构的情况下，为各类网络用户提供类似传统电话机的更为可靠、方便易用的远程供电服务。

附图说明

图1是本发明的局域网远程供电系统的原理性结构框图；

图2是图1中电源集线器的电气原理结构框图；

图3是实现本发明电源集线器的电路原理图；

图4是图1中终端适配器的电气原理结构框图。

具体实施方式

参见图1所示的局域网远程供电的实现系统及设备。

局域网远程供电系统由三大部分组成：电源集线器11、终端适配器12和远程管理服务器13(电源集线器的远程管理计算机)。电源集线器11与终端适配器12间的传输线对是利用网络综合布线系统的双绞线对14进行连接，电源集线器11侧通过数据端口连接用户网络交换机15，获得传输数据，和通过电源端口连接交直流电源，直流电源可以由蓄电池16供电。终端适配器12设有数据输出接口和电源输出接口，分别为用户终端设备提供远程供电和传送数据。

电源集线器11是局域网远程供电系统的核心部分，位于网络综合布线系统中水平子系统的前端，向上连接干线子系统，向下连接水平子系统。

终端适配器12的输入端，向上连接水平子系统，输出通过数据输出接口和电源输出接口连接用户终端设备，同时解决局域网远程供电网络与传统网络的兼容问题。

远程管理服务器13是运行在局域网上的任一台计算机，通过运行电源管理软件，可对局域网远程供电系统进行控制，包括通过以太接口对电源集线器进行数据端口的设置，数据端口状态的查询、电源的开关、蓄电池的切换等管理操作。远程管理服务器13对局域网远程供电系统实施供电管理功能，可通过网络对供电电源进行实时远程管理。

图中实施例，传输线对14选择5类双绞线(4对UTP)。

根据IEEE802.3局域网标准，在利用由CAT5双绞线(UTP)的综合布线系统构造网络时，一般采用4对UTP中的两对线作为数据传输介质。如背景技术中所述，在不同形式的网络中，由于所使用的线缆标号是不一样的，因此无法选择相同标号的空闲线对作电源线。

因而对于不同的网络，一种可通用的方法就是采用电源和信号的共线传输，使选择传输线对有较大的余地。电源集线器11对电源与数据进行复合后传输，再由终端适配器12分离成电源与数据，由不同端口输出。

对于常用的两种局域网(10 Base T和Ethernet Token Ring)结构，可选用空闲的7，8线对作为电源传输线，7(棕白)接电源正极，8(棕)接电源负极。

因为传输线路上允许流过的最大持续电流与线路允许的温升有关，线路损耗的功率越大，电压上升时间越长，线路温升越高。因此单对传输线可传输的功率是有限的，如果采用多对线同时为一个用户端口供电，可提高供电电流，进行功率扩展。

参见图2、图3，电源集线器原理如附图2所示，实现电路原理如附图3所示。

电源集线器主要包括电源变换模块1、蓄电池16、开关模块3、电源输出模块4、电源数据复合输出模块5，电源状态检测指示模块6、以太网接口7、CPU 8、控制接口模块9、存储器10和数据端口11。

电源变换模块1(图3中的M1)，完成220V交流市电到-48V或-64V(图中示出-48V)网络通讯直流电源的转换，同时为蓄电池16提供充电电源，和完成由电源变换模块1或由蓄电池16输出直流电源的切换。

蓄电池16，为系统的二次电源。

开关模块3(图3中的M2)，完成多路(图3中示出四路)电源输出的开关控制。

电源输出模块4(图3中的IC1)，实现每一路(图3中示出二路)电源输出的控制，同时对每一路电源输出进行过压保护、防雷电击保护等。

电源数据复合输出模块5(图3中的M4)，完成数据和电源的复用，实现数据与电源的共缆传输。该复合输出模块保证电源和数据共线传输时数据端口11安全工作而不受干扰。图4中，S1、D1、S2、D2均为RJ45接口，S1、S2为复合输出端口，连接综合布线系统，D1、D2为数据端口，连接网络交换机的数据端口。S1与D1、S2与D2的未进行数据与电源复合的同标号端子可复接，并可同时连接待传输的三对数据信号。图中示出由S1、S2空闲的第7、8两个端子实现输出数据和电源的复合传输，同理，只要如图所示增加电感器L1、L2(提高交流阻抗)和隔直电容器C1、C2(隔断交流成份，保证D1、D2输入/出数据时的安全性)，就可实现S1、S2八个端子上四对数据和电源的复合传输。因此。上述结构，实现了在不同形式网络中，可使用任意的线缆标号进行局域网远程供电。S1、S2的RJ45插座上，于其输入端口和输出端口上可设置电源指示灯。电源集线器采用多端口输入输出结构，每一对输入输出端口对应一个网络终端端口应用。输入为普通的数据端口，输出为数据电源复合端口。

输出复合端口电源可以选用1-2、3-6、4-5、7-8中的任一个线对。

电源状态检测指示电路6(图3中的M3及其外围连接的发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4)，对电源输出模块4的输出进行电流限制、过流保护，和对电源状态进行检测和指示，为电源管理提供必要的依据。图3中，当线路电流在正常工作范围内时，系统供电正常输出，第1路和第2路的工作指示灯LED2和LED4显示绿色，短路保护指示LED1和LED3不亮；当线路短路或负载超过系统设定的最大电流值时，供电输出切断，系统进入保护状态，工作指示灯LED2和LED4熄灭，LED1和LED3显示红色。当线路和负载恢复正常后，系统自动退出保护状态，恢复供电输出。线路电流检测、最大电流值设定及其保护采用自恢复器件实现，同时线路的状态信息经控制接口模块9(图3中IC5)送单片机CPU(图3中IC4 8051)处理后，再经以太网接口7(图3中IC2)传给远程管理服务器(13)。如果某一路输出长时间处于保护状态，此时远程管理服务器(13)会通过网络发出切断该路供电的数据，经单片机IC4 8051处理后，通过接口控制模块9(图3中IC5)驱动开关模块3(图3中的M2)，控制切断该路电源输出。上述的实时监测功能，在网络用户电路出现故障时，控制供电断开，当用户电路故障排除时，控制供电自动恢复。

通过设置电源状态检测指示电路6，使每一复合输出端口都有独立的电源开路和短路检测电路和开路和短路状态显示，每一复合输出端口都有自恢复保护电路，每一复合输出端口的输出电流等级可预先设置，每一复合输出端口若同时选取多个线对可实现大电流供电。

以太网接口7(图3中IC2，RTL8019)，包含一个网络接收与发送装置，以便通过网络进行远程监视和管理。监视的内容包括以太网接口上各端口的工作状态、电流大小等级等。

CPU 8(图3中IC4 8051)为控制集线器的单片机，处理电源状态检测指示模块6的信息和网络管理数据，控制电源变换模块1和开关模块2。

控制接口模块9(图3中IC5)，连接CPU 8，实现CPU 8对电源变换模块1和开关模块2的控制驱动。

存储器10，用于存储数据和程序。

数据端口11(图3中的D1、D2)，用于接入待传输的数据，与用户网络交换机的数据端口连接。

电源集线器将传统的网络数据接口和电源接口复合为传统网络接口形式的复合端口，满足综合布线系统的传输要求。

图3中框5中示出的是采用电感L、电容C隔离的电源和数据的复合电路，若采用单独线对的方式，即单独的电源线和数据信号线，则无L、C隔离电路，符合简单实用的原则，而且可最大地控制电源对数据的干扰。

参见图4，终端适配器主要包括复合输入接口21、极性识别电路22、直流/直流变换电路23、电源输出接口24、数据输出接口25和电源指示电路26。

复合输入接口21可连接在由局域网供电的复合输出端口上，该端口可设置在桌面或墙面上，复合输入接口21完成数据和电源的分离后(其分离是公知公用的技术，其分离方法或结构不再赘述)，数据部分送数据输出接口25，电源部分则经极性识别电路22后送直流/直流变换电路，转换成标准的电压后由电源输出接口24输出，供用户利用这两个接口24、25连接终端，同时，该电源部分还经取样后驱动电源指示电路26，方便用户了解电源情况。

设置极性识别电路22可为用户的使用带来方便，避免识别电源极性带来的麻烦和可能引起的接线错误。

由于综合布线系统中水平子布线的距离随端点位置的变化而变化，如100米以内的变化，所引起的环路电阻变化可达20欧姆，当网络终端设备所使用的电流不同时，都将引起终端电压的变化，采用直流/直流变换电路23就可将来自局域网的电源变成符合网络终端设备使用要求的直流电源，因此，要求直流/直流变换电路23对输入电压有较宽的变化范围，以适应不同长度传输线路使用的要求。DC-DC变换电路23采用高效率的开关电路，以尽量减少电能的无用消耗。通过设置终端适配器，对于不满足远程供电协议的传统网络终端设备，可使用桌面或墙面插座解决兼容性要求。电源和数据分离后，数据从数据接口输出，电源经极性自动识别电路识别，再经直流/直流变换电路处理后，从电源接口输出的是符合用户要求的额定电压。

终端适配器完成电源和数据的分离，同时实现电压的变换，为不支持远程供电协议的网络设备提供标准的数据接口和电源接口，满足其数据和电源的同时应用或单独应用。

终端适配器可设计成包含一个复合输入端口、一个数据接口和一个电源接口的结构。三种接口分别符合各自的接口标准。复合输入接口可有远程供电有无的显示功能。

本发明采用电源集线器及终端适配器组成局域网远程供电系统，供电电源线可以是4对双绞线中的非数据线对，也可以和其中的一对数据线复用，让电源和数据共缆传输。本发明的技术方案适用于以CAT5双绞线(UTP)的综合布线系统构造的10 Base T Ethernet以太网、100 BaseTX网、100 Base VG网、Token Ring网、FDDI/TP-PMD网、ATM网和100 Base T4网。

本发明的技术方案，通过设计电源集线器和终端适配器，和利用现有网络综合布线系统的资源，实现了局域网远程供电，在向多媒体小型网络终端设备提供数据信号传输的同时还提供了设备供电，方便了用户。

Claims (17)

1.一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于包括：

A.利用网络综合布线系统建立局域网远程供电系统，在网络综合布线系统的双绞传输线对一端连接电源集线器，另一端连接终端适配器；

B.电源集线器将输入端口引入的来自用户网络交换机数据端口的数据信号，与对网络终端设备的供电电源进行复合，通过双绞传输线对实现数据与电源的共缆传输；

C.终端适配器分离出电源与数据，并由数据输出接口和电源输出接口分别提供数据信号和供电电源；

D.将远程管理服务器通过网络连接在电源集线器上，对局域网远程供电系统进行远程供电管理。

2.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤A中，所述电源集线器的复合输出端口通过双绞传输线对向下连接网络综合布线系统的工作区子系统，所述终端适配器的复合输入端口通过双绞传输线对向上连接网络综合布线系统的工作区子系统。

3.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤B中的供电电源是由电源集线器对交流市电进行交直流变换或由蓄电池供电获得的。

4.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤B中，还包括对复合前的电源输出状态进行检测与指示，并传达给所述的远程管理服务器。

5.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤B中，所述数据与电源的共缆传输，是通过采用电感与电容的隔离方式实现的。

6.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤B中，所述复合后的数据与电源，在所述双绞线对的数据线对或非数据线对上共缆传输。

7.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于：所述步骤C中，分离出的电源还经过电源极性识别和直流/直流变换，处理成满足网络终端用户设备要求的额定电压后从所述的电源输出接口输出。

8.根据权利要求1所述的一种局域网远程供电的实现方法，其特征在于所述步骤D中的远程供电管理，进一步包括：由远程管理服务器通过以太网接口对电源集线器进行端口设置及查询，包括线路状态、过流保护的最大值和短路时间；远程管理服务器对电源集线器进行供电实时监控，接收电源集线器上传的复合前的电源输出状态，在出现过压或过流或用户环路负载过重或双绞传输线对短路超时时，控制电源集线器断开供电。

9.一种局域网远程供电的设备，其特征在于：

包括电源集线器和终端适配器，电源集线器的输入端口连接用户网络交换机的数据端口，电源集线器的复合输出端口连接网络综合布线系统的双绞传输线对，终端适配器的复合输入端口连接网络综合布线系统的双绞传输线对，终端适配器的输出端口包括电源输出接口和数据输出接口；

所述的电源集线器至少包括一个电源数据复合输出模块，对来自用户网络交换机数据端口的数据和对网络终端设备的供电电源进行复合，实现复合信号在双绞传输线对上的共缆传输；

所述的终端适配器，至少包括一个数据与电源的复合输入接口，对复合信号进行分离，分离出的电源和数据分别送对应的电源输出接口和数据输出接口。

10.根据权利要求9所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的电源集线器还包括有电源变换模块、电源输出模块、电源状态检测指示模块、以太网接口、CPU和控制接口模块；电源变换模块，将交流市电转换成网络通讯直流电源送所述的电源输出模块，电源输出模块实现每路电源的包括电流限制、过压保护、过流保护、防雷电击保护的输出控制，电源输出模块输出的每路电源送所述的电源数据复合输出模块，电源状态检测指示模块对电源输出模块输出的每路电源的状态进行检测与指示，并将检测结果通过控制接口模块送CPU，以太网接口对外连接远程管理服务器，对内连接CPU，CPU通过控制接口模块对电源变换模块进行控制。

11.根据权利要求10所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的电源集线器还包括有蓄电池，与所述的电源变换模块连接，由电源变换模块为蓄电池提供充电电源，和在CPU控制下通过所述的控制接口模块实现由电源变换模块或由蓄电池输出直流电源的切换，或中断电源变换模块的电源输出。

12.根据权利要求10或11所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的电源集线器还包括有开关模块，设置在所述电源变换模块与所述的电源输出模块之间，在CPU控制下通过所述的控制接口模块实现多路电源输出的开关控制。

13.根据权利要求9所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的电源数据复合输出模块由第一电感器、第二电感器、第一电容器、第二电容器、数据端口和复合输出端口组成；数据端口连接所述用户网络交换机的数据端口，复合输出端口连接所述的双绞传输线对，电源输出模块输出的一路电源的正极连接第一电感器一端，第一电感器另一端连接复合输出端口和连接第一电容器一端，第一电容器另一端连接数据端口，电源的负极连接第二电感器一端，第二电感器另一端连接复合输出端口和连接第二电容器一端，第二电容器另一端连接数据端口，复合输出端口上未与电源输出模块连接的端子与数据端口上的端子对应复接。

14.根据权利要求13所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的数据端口和复合输出端口是RJ45接口，复合输出端口连接四对双绞传输线。

15.根据权利要求9所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的复合输出端口应用单对双绞传输线对应一个网络终端设备端口供电；或应用多对双绞传输线对应一个网络终端设备端口供电，实现大电流供电。

16.根据权利要求9所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的终端适配器还包括有极性识别电路和直流/直流变换电路，极性识别电路的输入端连接所述复合输入接口的电源输出端，极性识别电路的输出端连接直流/直流变换电路，直流/直流变换电路的输出端连接所述的电源输出接口，所述复合输入接口的数据输出端连接所述的数据输出接口。

17.根据权利要求16所述的一种局域网远程供电的设备，其特征在于：所述的终端适配器还包括一电源指示电路，与所述复合输入接口的电源输出端连接。

Images