什么是PoE协商？
以太网供电（PoE）技术于 2003 年首次推出，经过不断发展，现已能够为各种基于 IP 的网络设备提供高达 90 瓦（W） 的直流（DC）电力，涵盖时钟、电话、监控摄像头、无线接入点、销售终端设备等。在电源设备（PSE）（如 PoE 网络交换机）向受电设备（PD）输送任何 PoE 电力之前，必须经过一个协商过程。下面我们来深入了解 PoE 协商过程是如何进行的，以及在测试 PoE 系统时需要了解哪些要点。
PoE 协商是如何工作的？
PoE 协商由 IEEE 802.3 PoE 标准定义，也称为“握手”，用于确保设备符合 PoE 规范，并且只接收其运行所需的电量。这可以最大限度地提高效率，并防止将有害电力施加到非 PoE 设备上。
PoE协商分为三个连续阶段：
1. 检测：供电设备（PSE）判断是否连接了PoE兼容的PD，以及它是单签名还是双签名设备。
2. 分级：供电设备（PSE）判断是否需要提供 PoE 电力，以及必须提供哪一等级的 PoE 电力。
3. 运行：供电设备（PSE）提供足够的电力，使受电设备（PD）能够完全正常运作。PD只有在发现和分级阶段成功完成后才能运作。
协商的第一阶段：检测（Discovery）
当没有设备连接时，PSE 端口保持不供电状态。一旦 PSE 检测到有设备插入，检测阶段随即开始。检测过程耗时不到半秒，在此期间，PSE 施加少量电压以验证 PD 中是否存在电阻。对于 802.3af/at，PSE 通过两对线发送检测电压；对于 802.3bt，则通过四对线发送。PSE 会在不同电压水平（至少相差 1V）下进行多次测量，以可靠地检测 PD。
IEEE 标准要求符合 PoE 规范的设备必须在每个线对上呈现 23.75 kΩ 至 26.25 kΩ 之间的电阻，才能被视为有效的 PD。如果 PSE 检测到的电阻值不符合规定，它会立即停止供电。需要注意的是，检测阶段施加的电压范围为 2.7V 至 10.1V，电流不得超过 5 mA（0.005W），这一功率足够低，可以防止对非 PoE 设备造成任何损坏。
在检测阶段，IEEE 802.3bt Type 3 和 Type 4 的 PSE 还会检测 PD 是单签名还是双签名设备。单签名 PD 在两个线对组（线对 1,2 和 3,6 以及线对 4,5 和 7,8）上保持相同的功率签名。双签名设备可以在每个线对组上拥有独立的功率签名，最高可达 35.5W。虽然出于成本考虑，大多数 PD 是单签名设备，但双签名设备可以将不同的功率等级分配给内部组件，例如一台摄像机，其摄像头运行需要一个功率等级，而云台/俯仰/变焦功能需要另一个功率等级。如果在检测阶段检测到双签名 PD，PSE 会对两组线对分别执行分级。双签名设备可以在线对组 1,2 和 3,6 上拥有独立的功率签名
下一阶段：PoE 分级
一旦 PSE 检测到有效的 PD，它必须确定需要输送多少电力。IEEE 802.3 PoE 标准为 PoE 系统分配了等级（Class），范围从 0（最低） 到 8（最高）。为了使 PoE 正常工作，PSE 的等级必须等于或高于 PD 的等级。
等级（Class）的划分基于 PSE 的输出功率和 PD 端可用功率，因为部分能量会在链路上损耗。Type 1 和 Type 2 PoE 涵盖 Class 0 至 Class 4，Type 3 包含 Class 5 和 Class 6，Type 4 包含 Class 7 和 Class 8。
在协商的分级阶段，PSE 通过一个或多个事件来确定 PD 的等级，具体取决于 PoE 类型：
- Type 1 PSE（单事件分级）：发送单次电压脉冲并测量 PD 的电流消耗，以确定其为 Class 0、Class 1、Class 2 或 Class 3。
- Type 2 PSE（双事件分级）：如果 PD 的电流消耗表明其属于 Class 4，则发送第二次电压脉冲，以验证其对更高功率的需求。
- Type 3 和 Type 4 PSE（五事件分级）：额外发送三次脉冲，以确定设备属于 Class 5、Class 6、Class 7 还是 Class 8。
对于使用多次分级事件的 Type 2 及更高等级的 PoE，第一次事件发生在硬件层面，而后续事件可以发生在硬件或软件层面。IEEE 标准要求 Type 2 及更高等级的 PD 必须同时支持硬件和软件层面的第二次事件分级。虽然 PSE 可以支持硬件或软件分级中的任意一种，但大多数支持 PoE 的交换机两者都支持。
- 对于硬件分级，PSE 在物理层读取 PD 的电流值。
- 对于软件分级，PSE 和 PD 使用链路层发现协议（LLDP） 来协商功率需求。LLDP 是一种以太网协议，网络设备用它来通告自身的能力。
协商过程中的第一次事件始终发生在硬件层面。如果在第一次事件中，PSE 判定 PD 为 Class 4 或更高等级，它只会先提供 Class 3 的电力。对于第二次事件，PSE 随后使用 LLDP 与 PD 协商功率需求。软件协商的一个关键优势在于，PD 可以请求一个低于其等级标称值的特定功率。这使 PSE 能够将剩余电力分配给其他设备，从而实现更高效的功率预算管理。
IEEE 802.3bt 标准（针对 Type 3 和 Type 4 PoE）还引入了可选的自动分级（Auto-classification） 功能，允许 PSE 确定 PD 的最大功耗。PSE 通过持续测量 PD 的功耗，来确定并设置最大输出功率。Type 3 和 Type 4 的 PSE 在检测阶段识别具备自动分级功能的 PD。
最后阶段：运行（Operation）
一旦 PSE 确认已连接符合 PoE 规范的 PD 并确定了所需功率，它便进入运行模式，向 PD 输送足够的电力。在运行期间，PD 会生成维持功率签名（MPS） 信号，以确保其持续正常工作。PSE 会持续监测 PD 是否发出该 MPS 信号，一旦信号丢失便立即切断供电。这可以确保设备被拔除时不浪费电力，同时避免您触碰已拔下的线缆时可能遭遇的不愉快意外。随后，PSE 会重新启动协商流程。
合适的PoE测试仪很重要！
在测试 PoE 时，应选择一款能够考虑所有 IEEE 802.3 标准 PoE 协商过程的测试仪。例如，Fluke Networks LinkIQ Cable+Wi-Fi+Network Tester 可以显示四对线网络线缆中哪几对线在供电，并指示交换机能否协商单签名或双签名供电。这些信息对故障排查非常有用。例如，如果一台 802.3bt 的 PD 无法正常工作，可能是因为它是双签名设备，而您的交换机仅支持单签名设备。在这种情况下，您可能需要升级交换机，或将设备连接到另一台支持双签名设备的交换机上。
交换机端口的PoE测试结果显示所使用的线对、可用功率与等级，以及带负载条件下的PoE测试结果。
LinkIQ 测试仪还会显示在硬件和软件层面协商确定的功率等级（Class 0–8），以确保设备能够连接到网络并实现 PoE 交换机的动态功率分配。为测试 PoE，测试仪会在带负载的情况下从线路上抽取协商确定的功率。如果电压降至 PD 所需的最低值以下（这可能由线缆问题或 PSE 过载引起），则表明电力实际不可用，测试失败。