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PoE反向供电方案破解城市光网FTTH取

2019/04/25 来源:汉中信息港

导读

通讯世界消息(CWW) 在“城市光”大发展的今天,如何发展用户、留住用户至关重要。PoE反向供电解决方案既能挽留FTTH用户,也能大大提高F

通讯世界消息(CWW) 在“城市光”大发展的今天,如何发展用户、留住用户至关重要。PoE反向供电解决方案既能挽留FTTH用户,也能大大提高FTTH范围部署的安装效力,值得业界推行。

作者:中国电信上海公司 朱俊 杜喆

“城市光”是中国电信上海公司(即上海电信)为摆脱铜缆接入技术的带宽瓶颈,在城市化地区实现商务楼光纤到楼层、住宅小区光纤进门洞,满足多业务高宽带承载要求“三融合”的宽带光络。为进一步推进“城市光”的宽带接入建设,支持高带宽应用发展,提升络运营能力,上海电信决定大规模建设FTTH。

上海电信在进行大规模“城市光”FTTH建设过程中发现,部份光纤入户的位置FTTH终端设备取电十分困难,造成大部分用户由于取电问题而无法安装,即便委曲安装也是装维人员布放了220V电源线,不仅造成了大部分用户流失,也带来了安全隐患及安装效率低下的问题。

为此上海电信对“城市光”现实际情况进行分析调研,提出了通过反向PoE技术解决FTTH终端设备供电的初步想法。通过深入研究,上海电信起草制定了技术规范、定制开发了PoE产品、制定了实验室测试方案、组织进行了多次实验室及现测试。通过理论分析和实践构成了一系列创新成果,终构成了一整套完备的合适上海电信“城市光”发展的FTTH反向PoE供电解决方案,有效解决了FTTH取电难问题,排除电信装维人员拉强电的安全隐患,同时提高了FTTH安装效率。

运用场景不同,方案不同

PoE的理念就是通过以太线传输电源,通过以太线两端的PSE、PD装备把220V的电源变压为48V低压直流电流,与以太数据信号共同在五类线内进行传输,到达以太线供电的目的。反向PoE指的是供电装备在受电装备的以太业务信号流方向下游,反过来向上游的终端设备供电。这样的反向供电模式非常适合城市光FTTH终端的实际应用场景。

上海电信光纤入户有多种方式,其中光纤到室外弱电井及光纤到室内家庭信息箱(多媒体智能终端盒)这两种运用场景,由于存在施工设计时未考虑供电,造成FTTH用户终端没法就近取电。针对上述两种FTTH用户终端取电困难的场景,我们相应制定了PoE反向供电的实施方案。

l 场景1:弱电井PoE应用方案

此方案中,光纤布放至室外弱电井,FTTH用户终端放置在弱电井内,弱电井至用户家中已有五类线,只需在用户家中安装LAN上行家庭关,从而完成“城市光”业务的接入。这类场景光纤的布放只需到达弱电井,依靠原有的五类线入户,解决了光纤入户打洞、穿墙布设等困难,比较容易得到用户的接受。

但是弱电井常常没有220V电源可供FTTH用户终端使用,因此可以借助于PoE设备。上海电信在用户家庭内部署PSE供电装备,将数据和电源通过PSE装备在5类线缆上同时传输;把PD受电设备放置在弱电井内,将数据和电源分离,分别传输到FTTH用户终端的数据端口和电源端口。弱电井PoE运用方案如图1所示。

图1 弱电井场景PoE运用模式示意图

l 场景2:家庭信息箱PoE运用方案

此方案中,光纤入户至室内家庭信息箱,FTTH用户终端放置在家庭信息箱里,而通过家庭信息箱内的入户五类线连接用户PC、IPTV机顶盒和话机,从而实现上、IPTV和VoIP等业务。

由于室内家庭信息箱附近可能没有电源可供FTTH用户终端使用,一样需要借助PoE装备。该方案在用户家庭内PC机或IPTV机顶盒的位置部署PSE供电装备,将数据和电源通过PSE设备在五类线缆上同时传输;而把PD受电装备放置在家庭信息箱内,又将数据和电源分离,分别传输到FTTH用户终端的数据端口和电源端口。家庭信息箱PoE运用方案如图2所示。

图2 室内家庭信息箱场景PoE运用模式示意图

结合802.3af标准保障安全性

为保证PoE装备在使用进程中,不会造成FTTH设备、用户设备的破坏,杜绝一切使用安全隐患,上海电信创新地将符合国际标准IEEE 802.3af的PoE检测机制加入到FTTH的PoE产品中。

原理是通过在PSE、PD上加入802.3af芯片进行安全检测,检测机制包括:侦测模式、供电模式、工作模式和侦测断开模式。具体检测流程为PSE供电装备通过检测电源输出线对之间的电阻或电容值来判断PD受电设备是否存在,或者PD受电设备是不是符合标准要求。当检测到PD阻抗在23.75kΩ~26.25kΩ之间或PD端并联的输入电容值小于0.12μF时,可以认为PD设备合法;当得到PD阻抗值小于12kΩ及大于45kΩ或电容值大于10μF时,应判定该PD设备不合法,不对其供电;另外当PD阻抗大于500kΩ时,可认为PD端开路。为保证丈量结果有效,PSE施加电压应当在2.7~10.1V之间,采取斜率技术进行特点阻抗计算,且少要进行2次以上的丈量以便可以得到良好的V-I曲线。屡次测量间的电压幅度差需要大于1V,丈量间隔应大于2ms。

一旦对端的PD受电设备不存在或为非法设备,PSE供电设备将不会输出工作电流,而只有检测到合法PD受电设备后才会进入到下一个工作模式——分级模式。由于PSE装备的供电资源有限,不能向用电设备提供任意大小的电能,所以在成功侦测到合法PD装备以后,PSE可选通过检测电源输出电流肯定PD功率等级,从而可以肯定出是不是可以提供该设备所需要的能量。如果PD装备需要的电能超过PSE装备设定的输出值范围,PSE设备将不向其供电。如果在PSE设备的剩余可供电能不足时,停止继续接受其他PD设备的接入。分级阶段端口输出电压大小14.5V~20.5V。电压极性与+48V输出一致,之后检测回路中的电流的峰值大小(不得大于100mA,以免对装备造成伤害)。PSE装备根据该电流值进行判定相应的PD设备属于的功耗等级,本规范建议采取系统默许的分级模式0,PD设备功率范围0.44W~12.95W。

当侦测到端口下挂装备属于合法的PD设备时,并且PSE设备完成对此PD设备的功率分级,PoE系统进入供电模式,PSE装备开始对该设备进行供电,输出48V的电压。而且在随后的工作模式中实时进行监控和电源管理,包括:监视PD设备的“保持功率”特点、侦测PD装备是不是已断线、MPS信号的消失、检测电流是否超过过载电流达到75ms,以及电流值到达短路电流在75ms等情况。一旦检测到以上故障现象,PSE供电设备将关闭端口输出电压,端口状态重新返回到侦测模式,正常情况下PSE会快速断开停止供电前必须等到300~400ms,以便设备做出相应处理。其中,针对PSE设备侦测PD装备是不是已断线,PoE系统将采取对PD进行交换阻抗侦测,即通过一个小幅度的共模交流电压与数据信号和48V直流被同时送到以太线缆上,然后丈量交流电流并算出端口阻抗,如果PD装备还没有被断开,这个值应当低于26.25kΩ,交换电压的频率应当在1MHZ到100MHZ之间。另外,还有一种情况就是MPS信号的消失:在供电期间,PD设备应放出的MPS(maintian power signature)信号,该信号两个有效判断根据是直流电流不得小于10mA以及500Hz以内的所有频率对应的交流阻抗不得低于33kΩ。PSE根据这两个依据判断MPS信号,从而进行断电处理。具体的工作流程如图3所示。

图3 PoE系统工作流程图

加入了802.3af安全机制后,可以确保只有在真正需要供电的时候,以太线内才会有48V电压的电流输出,在错接、断线、短路等非正常情况下是不会供电的,因此确保了供电的安全。

PoE产品测试与规范制定

上海电信定制开发出FTTH的PoE产品后起草了详细的测试方案,测试方案包括功能测试、性能测试、稳定性测试、安全性测试、环境及电气特性测试等部分。

在实验室测试中,上海电信结合现部署的操作细节、物理环境、安全问题等因素创新地提出多个测试项目。首先针对现使用环境中存在的复杂布情况,分别测试了3米、30米、80米线情况下的PoE供电能力,并且长线采取线延长转接头拼接而成,尽量摹拟出复杂的线连接情况。在功能测试部份验证了PoE装备启动电流、电压是否是满足FTTH用户终端的实时开启,是否满足关全业务使用情况下对于稳定功率的要求;性能测试部分验证了PoE供电的传输距离和小安全传输距离;通过反复上电/断电摹拟用户实际的操作行动,检验PoE设备的可靠性。

同时,上海电信对PoE装备进行了48小时的长时间稳定性测试,通过SMARTBITS打流,检查PoE供电的关装备在48小时内的丢包率为多少,以此来检测PoE设备供电的稳定性。针对现部署PoE设备关键的安全性,我们设计了反线序供电、线缆短路、线缆带电连接用户终端等多项安全性测试项目,排除一切可能造成用户设备损坏等安全性问题。另外,对5类线上传输电流造成的五类线发热老化问题,我们进行了长时间测试并计算线发热功率,保证48V电流在5类线上传输的安全。为了保证PoE装备环境及电气特性满足室内/室外部署的需求,我们通过专业实验室对PoE设备进行了防雷、防静电及高低温等电器特性的测试。

经过实验室测试后,我们还到现环境中进行屡次验证和试用。在得到大量的一手测试数据后,结合现运用需求以及PoE技术特点,上海电信制定了《中国电信上海公司基于FTTH的PoE产品技术规范》,详细地制定了适用于上海电信的PoE设备的各项技术指标和性能要求,用于指点装备厂商的定制开发和生产;同时,还制定了《中国电信上海公司POE装备运用技术规范V1.0》,定义了上海电信PoE设备的使用场景、布线方式、安装方法,用来指导电信装维人员的规范操作,并组织展开了城市光培训基地内的培训操作。

PoE供电方案助力“城市光”快速发展

在“城市光”大发展的今天,如何发展用户,留住用户至关重要。反向PoE方案在解决FTTH终端供电难问题的同时,挽回了大量由于无法供电而不能不退单的用户。由于PoE装备小巧灵活,不影响用户家庭美观,因此赢得了相当一部分潜在FTTH用户。

在挽回FTTH用户的同时,通过PoE供电解决方案也大大提高了“城市光”FTTH范围部署的安装效力。据统计,采取引电方案2名装维人员每天只能完成2户FTTH用户的安装部署,而通过PoE供电解决方案后,每天可以完成6户FTTH用户的安装部署,安装效力得到了成倍的提高。

2000年后建成的房屋是FTTH的主力军,这批房屋楼内设有弱电井并且五类线入户的情况较为普遍,因此如若这部份用户光纤入户存在困难的情况下,PoE供电方案不失为一种较好的补充技术手段,可以助力“城市光”FTTH高速发展。

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