摘要：2003年6月12日，IEEE802.3af-2003最终得到IEEE通过，该标准对以太网供电（Power Over Ethernet）进行了规范。本文介绍了以太网供电技术，着重对以太网供电在高速公路机电系统的应用进行了设想。
关键词：以太网供电 IEEE 802.3af 高速公路
1 以太网供电发展简介
早在1999年，通过以太网电缆提供电源就已经不是什么新理念。实际上，当时已经有许多公司提供了各自的专用解决方案，其中包括Intel、3Com、PowerDsine和Cisco等。但各公司产品之间的兼容性无法得到保障，只能在各自封闭的系统内运行，给以太网供电这一市场的发展造成极大的障碍。因此需要制定一项工业标准，以保证各种设备之间实现全面的互操作性。制定工业标准将有利于避免不同供应商的解决方案在连接时出现错误，以及由此可能造成的任何损害。同时，可以互操作的以太网电源标准还有望鼓励人们研发以太网的各种新应用，从而刺激以太网市场增长。
2003年6月12日，一项关于以太网供电的标准，即IEEE802.3af-2003在IEEE－SA标准委员会上获得最后批准通过，该标准对以太网供电及检测和控制事项进行了规范，以太网供电市场由此获得一针强心剂，标志着以太网供电设备的光明前景。
2 以太网供电技术简介
目前使用最广泛的以太网网络有两种形式：标准以太网（10Base―T）和快速以太网(100Base―T)。10Base―T使用三类非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP）作为网络介质，100Base―T使用五类非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线作为网络介质。在这四种双绞线中，每一类型的双绞线均由八根不同颜色的线分成四对绞合在一起。为了叙述方便，网络双绞线以下简称为网线。在10Base―T网络和100Base―T网络中，传输信号仅使用八根线中的四根，另外四根空闲没有使用，如图1所示。
在IEEE802.3af-2003标准中，规定了两种以太网供电的方法：
利用空闲线供电：如图2所示，网线的4、5编号的芯线连接电源的正极，网线的7、8编号的芯线连接电源的负极，这样网络终端设备就可以从网线获得所需的电源。（事实上，最后修改的标准允许电源极性的任意连接）
利用信号线供电:如图3所示，由于网线中的每一对信号线在两端均由隔离变压器连接，这样就可以在隔离变压器的中间抽头加上直流电源，而不影响信号的传输。这样既可以在信号线上传输数据，同时也可在信号线上向网络终端设备传输电源。
虽然IEEE802.3af-2003标准中规定了这两种以太网供电的形式，但标准中规定在向一个网络终端设备供电时，这两种形式不允许同时使用，而必须选择其中的一种形式。网络终端设备可以从两种形式中的任一种来获取电源。
一般情况下，以太网供电的线路电压为直流48V,交换机、集线器等设备的每一个以太网端口输出的功率最大为15.4W，网络终端设备最大可使用功率为12.95W，其余为线路损耗。直流转换电路将48V直流电转换成网络终端设备所需要的电压。
如何知道一个网络终端设备是否需要以太网供电，IEEE802.3af-2003标准中对此作了详细的规定。首先，带有以太网供电功能的交换机或集线器等中心设备，向网线上施加一个低电平且电流有限的电压，检测远端是否有一个25K欧姆的电阻。一旦检测到远端有25K欧姆的电阻，才会将直流48V施加到网线上。通过这种方法，避免损坏网络终端设备。网络终端设备也必须持续地从网线上吸取一定的电流，如果没有，例如设备被拔下，那么中心设备就会从网线上撤掉直流48V电源，并且重新开始监测远端是否有25K欧姆的电阻。
此外，IEEE802.3af-2003标准还对网络终端设备功率分级，电源短路和过载响应时间等进行了规范。
3 以太网供电在高速公路机电系统的应用设想
从1988年10月我国建成了第一条高速公路――上海沪嘉高速公路开始，截止到2003年底，全国高速公路通车总里程近3万公里。随着高速公路的发展，高速公路机电系统，包括安全、监控、通信、收费四大系统，也在不断的前进。在目前的新形势下，为了进一步提升高速公路运营服务水平，充分发挥高速公路安全、快速、经济、舒适的效益，如何加强高速公路机电系统的技术含量，使其更加可靠、经济、适用，也是一个值得探讨的问题，以太网供电对提高技术含量应起一定作用。
先以收费系统中的车辆检测器为例，设想以太网供电在高速公路机电系统的应用。
传统的车辆检测器一般是由单片机（MCU）为核心组成的设备，供电方式为AC220V，功耗不大于10W，车辆检测信号为开关量信号，面板设有灵敏度调节装置，若需要中心调节灵敏度，则需要中心与车辆检测器再连接一条控制信号线（RS232或RS485等形式）。据上所述，车辆检测器与中心设备至少有三条连接线：电源线、车辆检测信号线和控制信号线。一旦车辆检测器发生死机等故障现象时，中心工作人员无法在中心内对故障进行处理，只能在现场处理，如人工手动复位等。
以太网接口且采用以太网供电方式的车辆检测器则具有传统的车辆检测器无可比拟的优点。采用以太网网线传输控制信号、车辆检测信号及电源，这样车辆检测器与中心设备之间，只需要一条网线即可。用一条网线代替了电源线、车辆检测信。
号线和控制信号线三条连接线，最大幅度地减少设备之间的连接线，且节省了安装所需要的空间，降低了安装成本和时间。由于设备间不需要布置AC220V电源线，减小了强电信号干扰弱电信号的几率，使车辆检测器工作更可靠。此外，通过以太网接口，中心还可以实时监控车辆检测器的工作状态。一旦发生死机等故障现象，中心工作人员无需到现场进行处理，在中心通过软件即可完成对设备的重新上电等工作。
高速公路机电系统中的收费系统在收费站处一般设有收费亭摄像机、车道摄像机和广场摄像机。目前这些摄像机大多是传统的模拟制式的摄像机，摄像机的图像信号通过光端机或视频电缆输入到中心。若控制云台等部件，还需一条控制线。此外还需要为摄像机供电的电源线。
若以以太网供电的网络摄像机代替传统的模拟制式的摄像机，则同于上述的以太网供电的车辆检测器，从施工安装到最后的运行维护，存在比较大的优势。
为了适应市场的需求，SONY公司已于2003年10月向市场正式推出了一款符合IEEE802.3af-2003标准的以太网供电的网络摄像机：SNC-Z20N。
在高速公路机电系统中，除了车辆检测器和摄像机外，其他许多设备也可采用以太网供电形式：如IC卡读写器，费额显示器，内部对讲机等。
图4为一个使用以太网供电为主要技术的高速公路收费站的部分系统示意图。
图中所示的设备：如收费亭摄像机、车道摄像机、广场摄像机、车辆检测器、对讲机等，均是采用以太网供电的设备，且数据传输也是通过以太网。
4 以太网供电的优势与不足
传统设备采用以太网供电技术，至少有以下的优势：
4.1 只需要一条连结线连接设备，简化了安装程序，节省了安装空间。
4.2 无须考虑强电信号线对弱电信号线的干扰，也无须对强电的安全保护支付较高的费用，节约了投资。
4.3 更加安全，无需铺设许多AC220V电源线。
4.4 设备可以远程管理上电和断电，提高了对设备的控制能力。
4.5 由于设备通过以太网来传输数据，可以用SNMP协议来管理设备，简化了对设备的管理。
当然，以太网供电也有其不足之处，如传输距离不能超过100米，传输的电源功率不能超过15.4W等。随着技术的不断发展，尤其是电子技术和集成电路技术的飞速前进，设备需要的功率越来越低，高速公路机电系统中会有更多的设备在功率消耗方面符合以太网供电的要求，加入到以太网供电这个大家庭中。