CN100369410C - 通过以太网向外部设备供电的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过以太网向外部设备供电的方法，包括：确定供电设备的工作模式；如果模式键状态处于供电状态，则检测供电设备处于未供电状态的各端口上连接的受电设备类型；根据受电设备的类型，以设定供电设备相应端口的供电线序。本发明还提供了一种通过以太网向外部设备供电的装置，包括供电单元、模式键检测单元、端口设备检测单元和模式切换单元。免除了用户的繁琐配置，避免传统适配器只支持信号线和空闲线供电的缺陷。

Description

通过以太网向外部设备供电的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种网络供电方法和装置，尤其涉及一种通过以太网向外部设备供电的方法及装置。

背景技术

以太网供电(POE，即Power over Ethernet)，就是通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等以太网网络向网络终端进行供电，即网络终端不需外接电源，只需要一根网线就可以实现电源供电。随着802.3af标准的推出和完善，POE技术得到了越来越广泛的应用，而且随着支持POE技术的IP电话、无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集器等设备的普及，POE交换机具有越来越广阔的应用前景。

图1a和图1b分别表示了两种以太网供电模式的示意图，供电设备支持两种以太网供电模式，分别命名为模式A和模式B。在以太网供电时，终端供电设备的下行链路采用模式A或模式B，也可针对不同的链路分别采用两种模式。以太网供电设备可以兼容于十兆、百兆，乃至千兆的以太网。图1a表示模式A供电设备的示意图，模式A采用以太网线缆中的1，2，3，6四根信号线(1，2线为发送信号线，3，6线为接收信号线)来传输电源。图1b表示模式A供电设备的示意图，模式B则采用以太网线缆中的4，5，7，8四根空闲线来传输电源。

目前的大多POE交换机设备，可以支持802.3af标准，但只能提供对信号线供电的支持(1、2，3、6)。但也一些POE设备，特别是一些早期的POE设备，并不支持802.3af标准，这些设备只能支持空闲线供电方式(4、5，7、8)。而对于在网络中连接的支持以太网供电的设备，可能是信号线供电设备，也可能是空闲线供电设备。因此需要同时支持两种模式的交换机设备。

现有技术中，若要实现支持信号线供电的交换机对空闲线受电设备的支持，只能通过增加专门的外接转换装置来实现，即通过外部转换装置将信号线上的电压转接到空闲线，从而实现对空闲线受电设备的供电。

现有技术中的外接转换装置是如图1c所示的外部转换器，该转换器包括一对RJ45的插头和插座。插头和插座按图示的引线关系连接，即将插头的1、2脚与插座的4、5脚连接，并且将插头的3、6脚与插座的7、8脚连接。将插头插到交换机的一个端口上，当端口在以太网供电模式下工作的时候，端口仍按信号线供电模式输出，但经过RJ45插头/插座的线对转接后，信号线1、2、3、6上的电压被转接到空闲线上，从而实现了对受电设备以空闲线供电模式进行供电。如果需要在哪个端口上连接空闲线供电设备，则需要在该端口上插接上述外部转换器，再将要连接的空闲线供电设备连接到外部转接器的RJ45插座上。

使用外接转换器的技术方案，不仅导致系统结构复杂、操作繁琐，而且由于增加外接转接器后，其插接点增多，从而降低了系统可靠性。

而且，如果该外部转换器被固定安装在某端口上时，当用户更换终端设备的时候(例如，用户把空闲线供电设备更换成信号线供电设备时的情况)，会出现无法供电的情况，影响用户的正常使用。

发明内容

针对现有技术中的可靠性低、结构复杂、且对外部受电设备的支持部灵活的缺点，本发明提供了一种运行可靠、结构简单，而且能够自动识别外部受电设备的以太网供电方法和以太网供电设备。

为解决上述问题，本发明提供了一种通过以太网向外部设备供电的方法，包括：确定供电设备的工作模式；如果模式键状态处于供电状态，则检测供电设备处于未供电状态的各端口上连接的受电设备类型；根据受电设备的类型，以设定供电设备相应端口的供电线序。

在上述方法中，通过检测模式键的状态确定供电设备的工作模式。

如果供电设备处于供电模式，则在检测供电设备各端口上连接的受电设备类型的步骤之前检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态；如果确定端口处于供电状态，则记录该端口的供电线序。如果确定端口处于未供电状态，则检测该端口是否连接了受电设备。

如果受电设备是空闲线受电设备，则设定相应端口通过空闲线向受电设备供电；如果受电设备是信号线受电设备，则设定相应端口通过信号线向受电设备供电。

相应地，本发明提供了一种通过以太网向外部设备供电的装置，包括供电单元，还包括：模式键检测单元，用于检测模式键的状态以确定供电设备的工作模式；端口设备检测单元，用于当供电设备处于供电模式时，检测供电设备处于未供电状态的各端口上连接的受电设备类型；模式切换单元，用于根据受电设备的类型设定供电设备相应端口的供电线序。

所述端口设备检测单元用于检测端口是否连接了受电设备。

所述装置还包括：供电检测单元，检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态。所述供电检测单元包括线序存储单元，所述线序存储单元用于存储供电端口的供电线序信息。

所述装置还包括：指示单元，用于显示端口的供电状态或未供电状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可以免除用户的繁琐配置，避免传统外接适配器只支持空闲线供电的缺陷，通过简单操作，提供对非标准POE设备的支持，并支持对POE供电状态的显示。

附图说明

图1a、图1b是表示两种以太网供电模式的示意图。

图1c是现有技术中POE交换机外接转换器的示意图。

图2是本发明实施例的以太网供电方法的流程图。

图3是根据本发明实施例的以太网供电装置的结构示意图。

图4是根据本发明实施例的以太网供电装置硬件结构示意图。

具体实施方式

图2表示本发明实施例的通过以太网向外部设备供电方法的流程图。首先，在步骤201，检测交换机的模式键(Mode键)的状态，以确定交换机是否进入以太网供电模式，并且在步骤203判断模式键在预定时间内被按下的次数，在本实施例中，当模式键在被预定时间(例如，1s)内被按下两次后，则交换机进入以太网供电模式。

可替换地，也可以设置模式键在其他状态下进入以太网供电模式，例如，按下模式键的时间超过预定时间时进入以太网供电模式。或通过对交换机内部软件模块的修改进入以太网供电模式，例如，通过修改软件模块，定义模式键按下后即进入以太网供电模式，而取代现有技术中按下模式键而进入双工状态的模式。

在步骤205，检测交换机各端口的供电状态，如果端口处于供电状态，一般不对该端口的供电模式进行改变，以避免对端口所连接的受电设备造成损害。于是，在步骤217，记录端口的供电线序，并且在步骤204判断是否所有端口的供电状态都已经检测完毕，如果检查完毕，则返回，并且在步骤201继续监控模式键的状态；如果尚未检查完毕，则回到步骤205继续对下一个端口进行供电状态检测。

可替换地，在另一个实施例中，也可以对所述正在供电状态的端口进行重置，即停止所述供电端口的充电状态，从而可以更换端口连接的受电设备，并且如以下步骤：检测受电设备连接及类型、切换供电线序，以便改变其供电模式。

如果端口处于未供电状态，则在步骤209，检测该端口是否连接了受电设备。对受电设备的检测是通过在网络线缆上加载一个测试电压，通常在信号线和空闲线对上分别加一个小电压(该小电压必须根据受电设备保证在安全范围内，以免损毁硬件电路)，当端口上连接了网络设备时，相应的信号线或空闲线中就会有预定大小的电流流过。首先，判断是否在信号线中和空闲线中是否有电流流过，如果在两条线路中都没有电流流过，则认为没有受电设备连接到该端口或连接到该端口的是非以太网受电设备；当两条线路中均有电流流过的时候，则认为该端口或连接在该端口上的受电设备出现短路等异常情况。这是由于一个端口只能工作在一种供电模式下，因此如果出现在信号线和空闲线中都有电流流过的情况，则认为该端口出现故障。

例如，在本发明的通过以太网向外部设备供电的装置中，当信号线或空闲线中有不小于50ma的电流流过时，认为端口相应地连接了信号线或空闲线受电设备。当在信号线和空闲线中都没有大于50ma的电流流过时，则认为该端口没有连接受电设备或受电设备关闭；当信号线和空闲线都有超过250ma的电流流过时，则认为该端口或端口设备处于短路等异常状态。

如果判断该端口或受电设备出现异常，则在步骤223，交换机向外部发出报警信号，例如通过交换机面板上的指示灯向外部发出闪烁信号或通过其他声、光方式进行指示，或者通过以太网向网络上的其他节点发送报警信息，并且同时切断向所连接的受电设备的供电。

实现以太网供电，连接设备必须相应地给予支持。如果终端设备不支持相应的以太网供电方式，供电设备对其强行供电的话，很可能会出现导致受电设备损坏的情况。所以供电设备必须对受电设备进行检测。

因此，在步骤211，如果确定在端口连接了受电设备且设备和端口工作正常，则需要进一步检测该设备是支持信号线供电模式的受电设备或支持空闲线供电模式的受电设备。检测受电设备类型也是通过对空闲线或信号线施加预定大小的电压(该电压应保证在对受电设备安全的电压值范围内)来进行的，优选地，可以通过与步骤209中检测受电设备连接时所加载的相同的电压来检测。例如，目前支持信号线供电模式的受电设备连接到端口后会将一个在预定阻值范围的电阻串联在线路中，因此，当所述电压加载到信号线上时，会产生一个在预定大小范围内的电流。如果在信号线上加载所述电压后，从输出回路中测量出有预定大小的电流(例如50ma-150ma)输出，则认为交换机所连接的设备是信号线供电类型的受电设备；同样，如果在空闲线上加载上述电压后，从空闲线的输出回路中测量出有预定大小的电流输出，则认为该连接设备是空闲线供电类型的受电设备。

在步骤213，如果外接设备是支持空闲线供电的受电设备，则将该端口的供电线路切换到空闲线，使电压从空闲线输出。如果外接设备是支持信号线供电的受电设备，则在步骤215将端口的供电线路切换到信号线。之后可以对受电设备进行加电。

下面以一个具体实例来说明该供电设备检测的具体步骤，所述检测包括：

向各条下行链路馈送2.8V至10V的电压，并实时检测线路的电流。当有受电设备连接到以太网链路后，受电设备中一个阻值在23.75至26.25千欧之间的检测电阻会串连到链路中，致使整条链路的电流发生变化，相当于受电设备向供电设备发送了一个申请电源信号。于是供电设备确认有受电设备已经连接到以太网链路上并正在申请供电。通过对电流的测量，可以测算出检测电阻的阻值。其中，如果检测电阻在12至23.75千欧之间或在26.25至45千欧之间，供电设备将会正确检测到受电设备，但并不认为受电设备在申请电源，也不会向受电设备输送电源。而如果相应的电阻值小于12千欧或者大于45千欧，供电设备将不会正确识别受电设备，此时将发出一个报警信号。

由于受电设备种类众多，需要的电源功率也存在很大差别，所以，优选地，供电设备需要对受电设备进行选择性的功率分级操作，以便确定给受电设备分配多大功率的电源。在确定受电设备的电源级别后，供电设备将馈送电压升高至设定电压(例如48伏)，并开始向受电设备的电源送电。

图3表示根据本发明实施例的通过以太网向外部设备供电的装置的结构示意图。所述装置包括供电单元，还包括模式键状态检测单元、供电检测单元、端口设备检测单元、模式切换单元。

首先，对交换机的模式键作简单介绍：模式键(Mode)是一个开关，可实现交换机端口状态模式的循环切换。用户可以通过模式键，改变交换机的运行模式。对于现有技术中的交换机，模式键所对应的运行状态通常包括A/L(Active/Link)状态和D/S(Duplex/Speed)状态。其中，Active状态为ON时，表示端口有流量通过；Active状态为OFF时，表示端口无流量通过；Link状态为ON时，表示连接正确；Link状态为OFF时，表示连接不正确；Duplex状态为ON时，表示双工通信；Duplex状态为OFF时，表示非双工通信；Speed状态为ON时，表示端口速率100Mbps；Speed状态为OFF时，表示端口速率10Mbps。在交换机工作时，在模式键未按下时，表示A/L模式(该模式也称为初始状态)，即交换机输出Active和Link状态参数，例如在模式键为未按下时，通过交换机面板的两个指示灯来表示Active和Link状态(如绿灯亮表示Active状态为ON，黄灯亮表示Link状态为ON)。同样，在模式键按下时，表示D/S模式。

而在本发明中，在现有技术的基础上，设置了以太网供电状态模式(Powered)，所述供电模式可以通过对现有模式进行替换(例如将双工模式替换为以太网供电模式)或增加模式来实现。

供电单元包括安装在交换机中的直流电源、变压器以及相应的输出端子构成，为受电设备提供电源。结合图1a、1b，例如，如果是空闲线供电方式，则将电源通过空闲线直接发送到受电设备的空闲线端子，从而提供为受电设备提供了电源；如果是信号线供电方式，则将电源通过变压器发送到受电设备的变压器输入端。

所述模式键状态检测单元用于检测交换机的模式键状态。模式键状态检测单元通过检测Mode键被按下后按键电路所产生的低电平(或高电平)信号来对模式键的按下状态进行识别。在本实施例中，通过对预定时间内，Mode键按下的次数，对按键的状态进行判断，例如，当在1秒钟内Mode键被按下两次时，模式键状态检测单元在1秒的时间间隔内检测到两个由于按键按下而产生的低电平，从而模式键状态检测单元检测到模式键在预定时间内按下两次。在模式键状态检测单元检测到模式键按下两次后，向模式切换单元发出供电模式信号，以便对供电线序进行切换，可以对所述外部设备进行以太网供电。优选地，模式键状态检测单元还向供电检测单元发出供电检测信号，以检测供电检测单元检测端口的供电情况。在对模式键现有模式的替换的实施例中，当模式键按下后，供电装置就进入了以太网供电模式。模式键状态检测单元以较高的频率对模式键进行检测，例如，每隔20ms对模式键的状态扫描一次，以便在用户对模式切换时，能够及时捕捉到模式键状态的改变。

供电检测单元用于对端口的供电状态进行检测，如果判断供电设备进入供电模式，则供电检测单元依次检测交换机的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态。对于处于未供电状态的端口，则继续检测该端口是否连接了外接设备以及外接设备的供电类型。对于处于供电状态的端口，则记录端口的线序，并且不改变其供电状态，以保证外部连接的网络设备保持正常的工作。

可选择地，在另外的实施例中，对于处于供电状态的端口，也可以中断供电端口与相应端口连接的受电设备供电，进而检测所述受电设备的类型以便改变其供电模式或维持原供电模式。

在供电检测单元中，包括线序存储单元，所述线序存储单元用于存储供电端口的供电线序信息。线序存储单元通过各种存储器实现，例如SDRAM、DDRAM、FLASH、EPROM、E²PROM、硬盘等存储介质。

端口设备检测单元用于检测在交换机各端口上连接的受电设备类型。所述端口设备检测单元通过对受电设备加载预定大小的电压来检测判断端口设备类型。首先端口设备检测单元判断在信号线和空闲线中是否有电流流过，如果只有在信号线中有电流流过，则认为信号线受电设备连接到该端口，如果只有在空闲线中有电流流过，则认为空闲线受电设备连接到该端口；如果在两条线路中都没有电流流过，则认为没有受电设备连接到该端口；当两条线路中均有电流流过的时候，则认为该端口或连接在该端口上的受电设备出现短路等异常情况。所述端口设备检测单元包括电流检测装置，例如霍尔元件等各种电流传感器。其中，短路、过流等信息也可以通过常用的POE芯片进行检测。

模式切换单元用于设定交换机相应端口的供电模式。当模式键被按下，模式键状态检测单元向模式切换单元发出供电模式信号，模式切换单元接收到供电模式信号后，再根据端口设备检测单元的信号，向供电设备输出模式切换信号，从而切换相应端口的供电线序，使得外部设备能够通过以太网端口接收到电源输入。在本实施例中，所述模式切换单元对线序的切换是通过安装在交换机端口的继电器等开关器件实现的。

指示单元用于显示端口的供电状态和未供电状态或供电状态是否正常。在本实施例中，采用交换机面板的状态模式指示灯作为显示单元。每一时刻只有被切换到的状态模式指示灯被点亮。状态模式指示灯的提供方便了用户根据自己的需要查询并确认端口的当前状态，比如，用户希望了解某端口的连接状态，可通过模式键，将状态模式指示灯切换到A/L状态，此时再观察该端口绿色指示灯的状态，如果绿灯亮，表示连接正确；如果绿灯熄灭，则表示连接错误。当供电状态不正常时候，供电状态指示灯则闪烁，以提示用户系统供电异常。通过指示灯的灭、亮、闪烁等具体状态，确认该端口的当前状态。

在本实施例中，当对交换机加电、并且初始化后，端口状态模式指示灯为A/L状态(初始状态)。按动模式键(Mode)就可以对端口状态进行切换，45秒钟后端口状态会自动恢复初始状态(A/L状态)。当指示灯为A/L状态时，交换机通过以太网双绞线中的数据线对远端受电设备进行检测。当指示灯切换到P(Power)状态时，交换机通过以太网双绞线中的信号线或空闲线对受电设备进行检测、供电。

根据本发明的另一种实施例，供电设备还可以安装在中间跨接设备上。

具有网络供电能力的供电设备可以直接通过下行以太网线缆为受电设备提供电源。而对于传统交换机，不具备网络供电能力，因此，需要在传统交换机和受电设备之间安装中间跨接设备以提供供电能力，传统交换机下行的以太网线是不提供电源的，但以太网线缆通过中间跨接设备后就具备了向受电设备输送电源的能力，用户可以在保留现有传统交换机的情况下通过以太网为受电设备提供电源。

而对于中间跨接设备而言，一般只采用以太网线缆中的4，5，7，8四根空闲线来传输电源，即只能工作在模式B。

所述安装在中间跨接设备上的通过以太网对外部设备供电的装置包括供电单元，还包括模式键状态检测单元、端口设备检测单元、模式切换单元，另外还包括供电检测单元。

供电单元包括安装在中间跨接设备中的直流电源、变压器以及相应的输出端子构成，为受电设备提供电源。结合图1a、1b，例如，中间跨接设备采用空闲线供电方式，即电源通过中间跨接设备的空闲线直接发送到受电设备的空闲线端子，从而为受电设备提供了电源。

所述模式键检测单元用于检测交换机的模式键状态。模式键状态检测单元通过检测模式键被按下后按键电路所产生的低电平(或高电平)信号来对模式键的按下状态进行识别。

供电检测单元用于对端口的供电状态进行检测，如果判断处于供电模式，则供电检测单元依次检测交换机的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态。对处于未供电状态的端口，则继续检测该端口是否连接了外接设备以及外接设备的供电类型。对处于供电状态的端口，则记录端口的线序，并且不改变其供电状态，以保证外部连接的网络设备保持正常的工作。

端口设备检测单元用于检测在中间跨接设备各端口上连接的受电设备类型。所述端口设备检测单元通过对受电设备加载预定大小的电压来检测判断端口设备类型。首先端口设备检测单元判断空闲线中是否有电流流过，如果没有电流流过，则认为没有受电设备连接到该端口；所述端口设备检测单元包括电流检测装置，例如霍尔元件等各种电流传感器。

模式切换单元用于设定中间跨接设备相应端口的供电模式。当模式键处于供电模式时，模式键状态检测单元向模式切换单元发出供电模式信号，模式切换单元接收到供电模式信号后，再根据端口设备检测单元的信号，向供电设备输出模式切换信号，从而将相应端口的供电线序从未供电状态切换为空闲线供电状态，使得外部设备能够通过以太网端口的空闲线接收到电源输入。在本实施例中，所述模式切换单元对线序的切换是通过安装在中间跨接设备端口的继电器等开关器件实现的。

所述指示单元用于显示模式键状态。在本实施例中，采用中间跨接设备面板的状态模式指示灯作为显示单元。每一时刻只有被切换到的状态模式指示灯被点亮。

图4是根据本发明的实施例的以太网向外部设备供电装置的硬件结构示意图。其中，通过以太网向外部设备供电的装置控制的继电器可以控制交换机的供电线序。如图所示，在本实施例的供电装置中，包括RJ45的插头侧。所述RJ45插头侧连接供电设备，而在受电设备中包括RJ45插座侧。在供电装置中，包括电源管理模块、继电器和相应的以太网线缆端子，所述电源管理模块通过运行在其中的软件和硬件控制逻辑对继电器进行控制，以实现以太网供电。所述继电器的控制线圈可以集成在电源管理模块中，电源管理模块通过对继电器线圈施加电压实现对继电器的控制。

在默认的信号线供电状态下，继电器10触点对中的固定一端与电源正极连接，而另一端处于11触点；继电器20的触点对中的固定一端与电源负极连接，而另一端处于21触点。此时，供电线序为：1、2和3、6，供电装置处于信号线供电线序；当在供电装置的电源管理模块的控制下切换供电线序后，两继电器动作，继电器10的一端连接到12触点、继电器20的的一端连接到22触点，此时，供电线序为：4、5和7、8，供电装置处于空闲线供电线序。

在本发明的优选实施例中，是以交换机作为以太网供电设备，实际上，其他支持以太网供电方式的网络交换设备也可以用来作为以太网供电设备，例如提供以太网供电的路由器等等。

需要指出，对于本发明的实施并不局限于上述实施例，若有其他形式的修改，只要不脱离本发明的精神实质，也属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种通过以太网向外部设备供电的方法，其特征在于，包括：

a.确定供电设备的工作模式；

b.如果供电设备处于供电模式，则检测供电设备处于未供电状态的各

端口上连接的受电设备类型；

c.根据受电设备的类型，设定供电设备相应端口的供电线序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过检测模式键的状态确定供电设备的工作模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b，如果处于供电模式，则在检测供电设备各端口上连接的受电设备类型的步骤之前：

检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态，如果确定端口处于供电状态，则记录该端口的供电线序。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b，如果处于供电模式，则在检测供电设备各端口上连接的受电设备类型的步骤之前：

检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态，如果确定端口处于未供电状态，则检测该端口是否连接了受电设备。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c，如果受电设备是空闲线受电设备，则设定相应端口通过空闲线向受电设备供电；如果受电设备是信号线受电设备，则设定相应端口通过信号线向受电设备供电。

6.一种通过以太网向外部设备供电的装置，包括供电单元，其特征在于，还包括：

模式键检测单元，用于检测模式键的状态以确定供电设备的工作模式；端口设备检测单元，用于当供电设备处于供电模式时，检测供电设备处于未供电状态的各端口上连接的受电设备类型；

模式切换单元，用于根据受电设备的类型设定供电设备相应端口的供电线序。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述端口设备检测单元用于检测端口是否连接了受电设备。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

供电检测单元，检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述供电检测单元包括线序存储单元，所述线序存储单元用于存储供电端口的供电线序信息。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

指示单元，用于显示端口的供电状态或未供电状态。

11.一种通过以太网向外部设备供电的装置，包括供电单元，其特征在于，所述装置安装在中间跨接设备上，所述装置还包括：

模式键检测单元，用于检测模式键的状态以确定供电设备的工作模式；

端口设备检测单元，用于当供电设备处于供电模式时，检测供电设备处于未供电状态的各端口上连接的受电设备类型；

模式切换单元，用于根据受电设备的类型设定供电设备相应端口的供电线序。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述端口设备检测单元用于检测端口是否连接了受电设备。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

供电检测单元，检测供电设备的所有端口，以确定各端口是否处于供电状态。

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