TWM542299U - 乙太網路供電系統 - Google Patents

Description

乙太網路供電系統

本創作提供一種供電系統，特別是有關一種由乙太網路交換器對複數連接埠進行邏輯綁定的乙太網路供電系統。

乙太網路供電（Power Over Ethernet，簡稱PoE），是一種透過雙絞線來將電源整合到標準網路（LAN）基礎設備中的技術，此技術允許使用者免於架設電源線，即可為網路電話、網路攝影機、集線器、個人電腦、無線基地台等，傳輸電力及數據封包。

一般來說，乙太網路設備係依照國際標準IEEE 802.3af-2003、或IEEE 80.at-2009 PoE進行運作，兩者皆係通過局域網設施向乙太網設備進行遠端供電的全球性標準，該標準定義了通過標準乙太網線纜進行供電的規範，並規定了乙太網路供電設備及其終端的設計方法。具體來說，符合IEEE 802.3af標準的供電端（PSE）能提供44~57伏特、約350毫安的直流電，且每一埠經過100米CAT-3的電纜線到受電端（PD）時，至少能提供12.95W的功率；另一方面，符合IEEE 802.3at標準的PSE能提供50~57伏特、約600毫安的直流電，且每一埠經過100米CAT-5或CAT-5e的電纜線到PD時，至少能提供25.5W的功率。其中， CAT-3電纜線常用於乙太網路以傳輸資料且其速度可達100Mbps，而CAT-5或CAT-5e更可達到1000Mbps。

然而，受限於前述國際標準，一般PoE將無法滿足高瓦數、或使用高頻寬的受電裝置，諸如百貨公司的公播機設備、大尺寸且高解析度的廣告顯示面板，從而現行設備管理人員需於建置點架設電源插座以供給電力，並使用人力更新的方式來克服數據傳輸速度不足的缺點，例如以USB Flash逐台更新、或以解析度較差的檔案進行更新。

雖然符合未來的IEEE 802.3bt或更新的規範所設計的PoE可供給更高的電力，並使用現行普遍通用之CAT-5電纜線或傳輸頻率更佳、且能提供10Gbase-T的CAT-6或CAT-6a，藉此克服前述功率不足或頻寬不足之缺失。惟，相對的設施售價昂貴且維護成本將造成使用者的負擔，且現行無限基地台早已提供1000Mbps的速度，故隨著無線基地台的技術發展，未來將可能再度出現乙太網路供電器所無法滿足數據傳輸的窘境。

綜上所述，為克服現行乙太網路供電器無法滿足高功率或高頻寬之受電裝置，且避免隨著乙太網路供電設備不斷推陳出新，導致使用者或設備管理者須不斷耗費金錢人力來更新及管理， 本創作之發明人潛心研究，期望以現行常見之乙太網路設備及周邊電纜線，來克服前述缺失及可能發生的窘境。

本創作之目的在於，提供一種乙太網路供電系統，其係經由複數雙絞線並接以整合頻寬或功率輸出的乙太網路交換器與乙太網路分歧器，藉此滿足有高瓦數或高功率消耗需求的受電裝置。

為實現上述目的，本創作提供的乙太網路供電系統，主要包含有乙太網路交換器與乙太網路分歧器，並由複數條雙絞線相互並接在乙太網路交換器的複數個第一連接埠與乙太網路分歧器的複數個第二連接埠之間以傳輸電力與頻寬，乙太網路交換器內部設置有第一處理單元，可與乙太網路分歧器的第二處理單元進行協議，藉此第一處理單元方能完成設置電力傳輸路徑與數據傳輸路徑，前述路徑分別自乙太網路交換器內部的乙太網路供電單元與第一乙太網路交換處理單元，經由連接第一連接埠、雙絞線與第二連接埠，最後分別傳輸至乙太網路分歧器內部之乙太網路受電單元與第二乙太網路交換處理單元，藉此可整合多個功率與頻寬。

較佳的，乙太網路分歧器更包含有電源供應單元及輸出埠，電源供應單元電性連接乙太網路受電單元以取得穩定的輸出電源，輸出埠則連接電源供應單元與第二乙太網路處理單元，將整合後的輸出功率或頻寬傳輸至受電裝置。

較佳的，乙太網路交換器更包含有通訊模組，通訊模組連接第一處理單元及使用者裝置，提供使用者操作使用者裝置來對第一處理單元下達指令、或接收第一處理單元經由通訊模組傳送至使用者裝置的訊號，藉此可達到主動綁定多個虛擬埠，同時管理系統輸出的功率與頻寬數據。

藉由上述架構，本創作提供之乙太網路供電系統可以透過多條雙絞線進行功率與頻寬的整合，以滿足有高瓦或高頻寬需求的受電裝置能順利運作，此外亦能提供使用者於裝置上進行管理。

本創作提供的乙太網路供電系統，主要係藉由多條雙絞線並接乙太網路交換器及乙太網路分歧器以整合頻寬及功率，使用者根據受電裝置之運作需求，僅需就多條雙絞線50連接之實體及虛擬埠進行設置，即可提供受電裝置足夠的頻寬或功率，且能管理乙太網路供電系統運作時的有關電力及頻寬的輸出資訊。

為說明本創作之乙太網路供電系統之結構及其運作過程，請參照第一圖，第一圖係繪示本創作之乙太網路供電系統的方塊圖。

本創作之乙太網路供電系統包含乙太網路交換器10及乙太網路分歧器20，乙太網路交換器10與乙太網路分歧器20主要是透過至少一條雙絞線50來進行資料傳輸與電力傳輸，其中，雙絞線50主要可分為遮蔽雙絞線50（Shielded Twisted Pair，STP）與非遮蔽雙絞線50（Unshielded Twisted Pair，UTP），且雙絞線係通用網路連接埠的插頭RJ-45（又稱8 Position 8 Contact，8P8C）。

首先，說明乙太網路交換器10的架構，內部設有第一處理單元110，其訊號連接複數個第一連接埠100、第一乙太網路交換處理單元130、乙太網路供電單元120、記憶單元140及通訊模組160，透過資料的傳輸或指令的接收及下達，來達成邏輯綁定或驗證其他乙太網路裝置的協議，電源供應單元150轉換市電以電性連接乙太網路供電單元120，第一連接埠100皆訊號連接第一乙太網路交換處理單元130且電性連接乙太網路供電單元120，以傳輸資料封包及電力。

第一連接埠100的數量，係決定於乙太網路供電單元120所提供的功率，如果乙太網路供電單元120供電總供率達到370瓦則依不同的IEEE 802.3標準，第一連接埠100的數量可以有12或24個，各個第一連接埠100作為與其他乙太網路設備（如乙太網路分歧器20或受電裝置30）連接的管道，現行一般係採用RJ45規格，並透過末端設置有RJ45的雙絞線50與其他乙太網路設備連接，以提供100~1000Mbps頻寬及符合IEEE 802.3at等規格的功率。

接著，說明乙太網路分歧器20的架構，內部設有第二處理單元210，其訊號連接複數個第二連接埠200、第二乙太網路交換處理單元230、乙太網路受電單元220及記憶單元240，藉此進行傳輸資料或指令以達成邏輯綁定或驗證協議，複數個第二連接埠200皆訊號連接第二乙太網路交換處理單元230且電性連接乙太網路受電單元220，以傳輸資料封包及電力，電源供應單元250電性連接乙太網路受電單元220，以整合乙太網路受電單元220經由複數第二連接埠200取得之電力為穩定的輸出電源，並傳輸至輸出埠260，第二乙太網路交換處理單元230訊號連接輸出埠260，以提供資料傳輸，最後，輸出埠260輸出電源或頻寬至有高瓦數或高頻寬需求的受電裝置30。

當複數個第一連接埠100經由對應數量的雙絞線50連接於乙太網路分歧器20之對應數量的第二連接埠200，則第一處理單元110將透過這些第一連接埠100與乙太網路分歧器20的第二處理單元210交互協議以辨別裝置的身分，同時第一處理單元110經由通訊模組160來提供使用者進行管理，通訊模組160可為通用序列匯流排連接埠，或無線傳輸模組，以有線或無線的方式連接至使用者裝置40，使用者裝置40為具遠端資料傳輸功能之裝置例如個人電腦或智慧型手機。接著第一處理單元110根據通訊模組160接收使用者裝置40的指令，驅動第一乙太網路交換處理單元130與乙太網路供電單元120，分別傳輸資料封包與電源經由第一連接埠100至乙太網路分歧器20。

為更瞭解本創作之乙太網路供電系統，接下來說明使用者操作乙太網路供電系統時，內部的運作過程，請同步參考第一圖、第二圖及第三圖，第二圖為本創作之乙太網路供電系統的運作範例的流程圖，第三圖則是使用本創作之乙太網路供電系統時，顯示於使用者裝置的示意圖，本範例於乙太網路交換器10與乙太網路分歧器20之間，僅使用兩條雙絞線50進行邏輯綁定，惟，因應實際上的需求，如受電裝置需消耗70瓦或更高瓦特時，亦可使用三條或更多雙絞線50來間接地驅動受電裝置30。

為使一個高功率或高頻寬需求的受電裝置30順序運作，例如搭載上下左右擺動及鏡頭縮放功能的攝影機，其功率消耗可達五十瓦，故於本範例中準備兩條雙絞線50，任意接在兩個第一連接埠100及第二連接埠200之間，以完成實體線路的連接，接著如步驟S100所示，透過具遠端連線功能之使用者裝置40如個人電腦，訊號連接通訊模組160以下達指令至第一處理單元110，並同時儲存於記憶單元140中，具體來說，使用者係藉由呈現於使用者裝置40上的管理介面，來根據前述第一連接埠100所對應的虛擬埠進行邏輯設定。除此之外，如第三圖所示，使用者亦可根據使用上的需求就其他功能進行設定，例如：就數據模式設定拓張樹（Spanning Tree Protocol）或頻寬聚集（Link Aggregation Control Protocol，LACP）；設定供電模式為自動偵測或Legacy；以及供電上限或供電排程等。詳細來說，拓張樹可防止封包產生迴圈，當其中一條雙絞線50無法順利傳輸資料時，即可迅速地透過其他雙絞線50傳輸封包。LACP則是用來擴增頻寬，藉由兩條雙絞線50來提升資料傳輸的頻寬，以滿足高頻寬需求的受電裝置30。Legacy是用來強制乙太網路供電單元120傳輸電力給乙太網路受電單元220，自動偵測則是第一處理單元110及第二處理單元210經協議偵測後才傳輸電力。

使用者於使用者裝置40上完成設定後，接下來進入步驟S102，第一處理單元110根據使用者於前段所設定的邏輯設定、數據模式及供電模式等，透過第一連接埠100經由雙絞線50至第二連接埠200，以傳輸至第二處理單元210及記憶單元240來完成操作設定。這時如步驟S104所示，第一處理單元110驅動乙太網路供電單元120及第一乙太網路交換處理單元130，依序經由設定邏輯埠完成的第一連接埠100、第二連接埠200，分別傳輸電力及資料封包至乙太網路受電單元220及第二乙太網路交換處理單元230。於步驟S106中，當乙太網路受電單元220收到電力，根據第二處理單元210接收的供電模式、供電上限及供電排程，驅動電源供應單元250經由輸出埠260至受電裝置30，相同的，步驟S106中的第二乙太網路交換處理單元230亦根據第二處理單元210接收的數據模式，傳輸資料經由輸出埠260至受電裝置30。

值得注意的是，在步驟S108及S110中，就第二乙太網路處理單元230的數據傳輸歷程及乙太網路受電單元220的電源傳輸歷程，第二處理單元210可記錄於記憶單元240中或傳輸依序經由第二連接埠200、第一連接埠100至第一處理單元110，接著第一處理單元110就前述電源傳輸歷程與數據傳輸歷程，紀錄於記憶單元140中或經由通訊模組160傳輸至使用者裝置40上的使用者介面，電源傳輸歷程可參考第四圖，第四圖繪示使用本創作之乙太網路供電系統時，顯示於使用者裝置的介面示意圖。

第五圖所示，第五圖是本創作之乙太網路交換器單獨驅動受電裝置的方塊圖，當第一連接埠100連接的是受電裝置30而不是乙太網路分歧器20，此時第一連接埠100可做為一般乙太網路供電器或乙太網路供電交換器的輸出埠來提供瓦數及頻寬，受電裝置可為無線基地台、網路攝影機或符合VoIP規範之網路電話等，應注意的是，第五圖所描繪的受電裝置30，並非消耗高瓦數或高頻寬，即超出現行IEEE 802.3標準限制之100~1000Mbps或功率25.5瓦所無法滿足的受電裝置30。

最後請參考第六圖，第六圖繪示結合受電裝置至本創作之乙太網路分歧器的架構圖，如圖所示，因應不同需求，製造商亦可結合受電裝置30於於乙太網路分歧器20的內部。

由上述說明可知，透過本創作提供之乙太網路供電系統，使用者或設備管理員僅需根據受電裝置30的功率或頻寬需求，於乙太網路交換器10及乙太網路分歧器20之間並接複數條雙絞線50，並經由使用者裝置40設定虛擬埠及實體埠的邏輯綁定，即可整合多條雙絞線50的功率及頻寬，讓高功率、或高頻寬的受電裝置30順利運作，此外，更可在使用者裝置40上進行電源與流量的控管。故本創作有效地克服現行乙太網路供電設備無法滿足高瓦或高頻之受電裝置的窘境，且使用者或設備管理者亦省去添購新型乙太網路供電設備的開銷。

10‧‧‧乙太網路交換器
100‧‧‧第一連接埠
110‧‧‧第一處理單元
120‧‧‧乙太網路供電單元
130‧‧‧第一乙太網路交換處理單元
140‧‧‧記憶單元
150‧‧‧電源供應單元
160‧‧‧通訊模組
20‧‧‧乙太網路分歧器
200‧‧‧第二連接埠
210‧‧‧第二處理單元
220‧‧‧乙太網路受電單元
230‧‧‧第二乙太網路交換處理單元
240‧‧‧記憶單元
250‧‧‧電源供應單元
260‧‧‧輸出埠
30‧‧‧受電裝置
40‧‧‧使用者裝置
50‧‧‧雙絞線

第一圖是本創作之乙太網路供電系統的方塊圖。

第二圖是本創作之乙太網路供電系統的運作範例流程圖。

第三圖是使用本創作之乙太網路供電系統時，顯示於使用者裝置的介面示意圖。

第四圖是使用本創作之乙太網路供電系統時，顯示於使用者裝置的介面示意圖。

第五圖是本創作之乙太網路交換器單獨驅動受電裝置的方塊圖。

第六圖是受電裝置結合於本創作之乙太網路分歧器的架構圖。

10‧‧‧乙太網路交換器

100‧‧‧第一連接埠

110‧‧‧第一處理單元

120‧‧‧乙太網路供電單元

130‧‧‧第一乙太網路交換處理單元

140‧‧‧記憶單元

150‧‧‧電源供應單元

160‧‧‧通訊模組

20‧‧‧乙太網路分歧器

200‧‧‧第二連接埠

210‧‧‧第二處理單元

220‧‧‧乙太網路受電單元

230‧‧‧第二乙太網路交換處理單元

240‧‧‧記憶單元

250‧‧‧電源供應單元

260‧‧‧輸出埠

30‧‧‧受電裝置

40‧‧‧使用者裝置

50‧‧‧雙絞線

Claims (9)

1. 一種乙太網路供電系統，包含有： 一乙太網路交換器，其包含複數第一連接埠，一乙太網路供電單元，其連接該些第一連接埠以傳輸電力，一第一處理單元，其連接該些第一連接埠及該乙太網路供電單元以交換訊號；以及 一乙太網路分歧器，其包含複數第二連接埠，一乙太網路受電單元，其連接該些第二連接埠以接受電力，一第二處理單元，連接該些第二連接埠及該乙太網路受電單元以交換訊號； 其中，當有複數雙絞線連接該第一連接埠及該第二連接埠時，該第一處理單元訊號控制該第二處理單元，以完成經由該乙太網路供電單元至該乙太網路受電單元之間的電力傳輸路徑。
2. 如請求項1所述之乙太網路供電系統，其中該乙太網路交換器更包含有一第一乙太網路交換處理單元，其係連接該第一處理單元及該些第一連接埠以交換訊號，該乙太網路分歧器更包含有一第二乙太網路交換處理單元，其係連接該第二處理單元及該些第二連接埠以接換訊號，當有複數雙絞線連接該第一連接埠及該第二連接埠時，該第一處理單元傳輸一訊號至該第二處理單元，以完成經由該第一乙太網路交換處理單元至該第二乙太網路交換處理單元之間的數據傳輸路徑。
3. 如請求項2所述之乙太網路供電系統，其中該訊號係用於執行頻寬聚集或拓張樹。
4. 如請求項2所述之乙太網路供電系統，其中該乙太網路分歧器更包含有一電源供應單元，電性連接該乙太網路受電單元以輸出穩定電源。
5. 如請求項4所述之乙太網路供電系統，其中該乙太網路分歧器更包含有一輸出埠，連接該電源供應單元及該第二乙太網路處理單元，以傳輸電力或頻寬至一受電裝置。
6. 如請求項5所述之乙太網路供電系統，其中該受電裝置可設置於該乙太網路分歧器之內部或外接該乙太網路分歧器。
7. 如請求項5所述之乙太網路供電系統，其中該受電裝置為無線基地台、網路攝影機或網路電話。
8. 如請求項1所述之乙太網路供電系統，其中該些第一連接埠及該些第二連接埠為網路連接埠。
9. 如請求項1所述之乙太網路供電系統，其中該乙太網路交換器更包含有一通訊模組，連接該第一處理單元及一使用者裝置，以供該第一處理單元及該使用者裝置交換訊號。