使采用 PoE 中跨产品的千兆位 WLAN AP 的优势最大化

由于自带设备办公 (BYOD) 移动化部署现象等关键趋势的原因,企业中的无线设备加速增加。这一情况和 IEEE 802.11n 与 IEEE 802.11ac 等新的千兆和多千兆位 Wi-Fi 标准一道,正在加大与快速增加的 WLAN 接入点和各种范围及性能相关的挑战难度。解决方案是在需要采取以太网供电 (PoE) 标准时利用 IEEE 802.3 的高功率传输,并且使用中跨技术在加强基础架构可扩展性以及提供重要的全网电源管理功能的同时实现更灵活的 WLAN AP 定位。

新兴 Wi-Fi 技术

由于 IEEE 802.11n WLAN 标准的范围和带宽均经过提升,且和较早的解决方案相比视频传输的质量大幅提升这一关键特性,该标准已成为行业的主流 Wi-Fi 技术。根据 Infonetics Research 2012 年 6 月的报告,WLAN AP 出货量在过去的五年中已翻了一番,而且所有部件中超过四分之三以 802.11n 技术为基础。如今,新的 IEEE 802.11ac 多千兆位无线标准

有望取代 802.11n,最多
达到三倍速。与此同时,IEEE 802.11ad 工作组连同无线千兆联盟 (WiGig),正在开发 60GHz 的无线技术,该技术可在相对较短的距离中以更高的数据速率传输。

显而易见,WLAN AP 的技术选项已达到前所未有的数量,这可能对尝试部署和控制相应的 PoE 供电基础架构的网络管理造成挑战。上述各种 Wi-Fi 技术的功耗在性能功耗比方面可能大不相同,很难了解其功率效率能随时间变化提升到何种程度。举例来说,最早的 IEEE 802.11n 解决方案的功耗超出 IEEE 802.3af 的限额,但在最新的产品中,尽管性能有所增加,但功耗却降低了。不过,与此同时,IEEE 802.11n 解决方案使用超过一个无线模块——或在每个无线模块中使用多个传输天线——以扩大范围和提高性能,消耗更多功率,向相反方向发送要求。

举例来说,IEEE 802.3af 供电设备 (PSE) 对带有两个发送无线链路和两个接收无线链路的 802.11n 2x2 多输入多输出 (MIMO) 双频 AP 来说是足够的,

但 12.5 瓦特 (W) 的功率输出能力对于具有四个发送无线模块和四个接收无线模块的 4x4 MIMO AP 来说不一定足够。部分多无线模块 AP 可能需要差不多 20 W 的功率,促使其达到 30 W 的 IEEE 802.11at 的传输性能。不同供应商之间的功耗有所不同,相同供应商的模块之间也不尽相同。

由于较快的技术和相关的无线电能耗增加的原因,802.11ac AP 有可能需要 802.3at 的功率。802.11ac AP 的信道频宽超越了 802.11n 的 20 MHz 和 40 MHz,提升至 80 MHz,目的是以较少的射频链路提供相同的数据速率。不过,单天线通常不足以提供需要稳定可靠的数据传输的视频传输等服务。据预计,802.11ac 将使用达到 8x8 MIMO 的天线配置,这些额外的无线模块当然会提高供电要求。

一些供应商力求通过使用可使用 IEEE 802.3af 的以太网双端口提高 IEEE 802.3af 基础架构应用的电力输送,但这也意味着必须使用双绞线传输。也可以禁用一个或多个 802.11n 发射器来节省电力,但这样做的同时会降低 WLAN AP 系统的性能和能力。

最佳解决方案是升级供电基础架构以符合高功率的 IEEE 802.3at 标准,而最好的做法并不是升级交换机,而是安装具备千兆位接口和其他特性的 PoE 中跨产品。中跨产品易于部署,能简单地安装在现有的交换机和网络受电设备 (PD) 之间,而且不需要更改交换机或采用五类 (CAT5) 及五类以上的电缆基础设施。中跨产品能支持 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at AP 混用的情况,能用于为 100 米外的 AP 供电(超过 100 米的距离通过加入 PoE 网络延伸器进行级联),并且具备云端远程管理能力,使其明显更易于监控和管理 AP以及利用基于时间段的 PoE 在计划不使用的时段中断电源,优化能源效率。

中跨产品使 WLAN AP 能安置在需要的位置

和具有 PoE 功能的交换机不同,中跨产品能根据需要一次添加一个 PoE 端口,不需要在安装时就对端口密度做出长期决定。这对于安装下一代 Wi-Fi AP 的组织来说尤为重要——管理员可能不清楚

他们最终可能具体需要多少端口,这些 AP 是否能使用 802.11af 供电,或是是否需要使用 802.11at 技术以及这些 AP 需要放在什么位置。相反,管理员在部署供电基础架构之后可能想升级交换机。由于中跨产品能分离电源和数据基础架构,可以在不会再次产生 PoE 成本的基础上对数据基础架构进行升级。

原有的低功率 IEEE 802.3af PoE 标准使用两对五类导线,可在 100 米内传输 15.4 W。较新的 IEEE 802.3at 标准双电源传输可通过两对线传输 30 W,需要两事件分级支持才能实现 PSE 和高功率千兆 AP 和其他 PD 之间的通信。IEEE 802.3at 标准还可以采用全部四对以太网电缆部署完全兼容的行业标准 PoE 功能,实现采用单根以太网电缆实现对当今高功率的千兆位 WLAN AP 和其他 PD 的直流电电源 60W 安全传输。

四对线供电还能通过降低电流的方式提高效率,这样做能减少电缆的损耗,使用标准电缆将其转化至延伸的供电范围。使用 PoE 网络延伸器技术可以将范围进一步延伸——增加 100 米或更长。表 1 显示的是达到的基线延伸距离。网络延伸器还能通过级联达到更长的供电距离。这使得网络管理员在典型的企业环境中能明显更灵活地在需要的位置以最大程度地减少不可避免的信号损害和静区的方式部署 WLAN AP。

要理解以太网标准会将交换机(通常位于通信机房)和任何连接至以太网的设备(例如,802.11n AP)的数据传输限制在 100 米内,这一点很重要。超过这个距离就无法保证数据完整性。有几种方法可以扩大范围,其中一种就是使用网络延伸器技术。Microsemi 的网络延伸器技术采用四对电缆供电,可在 200 米内传输 60 W,超出 200 米的距离可传输 25.5 W——这是最新的 Wi-Fi AP 的核心要求。另一个选择是——在 PSE 和 PD 之间采用 xDSL 或光纤电缆

仅对数据传输进行延长,而不调整供电。尽管在 PSE 和 PD 之间结合部署光纤和铜线可以实现在较长距离中传输电力和数据的期望目标,但这比使用 PoE 网络延伸器技术明显要价更高。

结合使用四对电缆供电的 PoE 网络延伸器能确保电力可以在相同的 200 米范围内以较高效率的 60 W IEEE802.3at 标准传输,并且在超出这个范围时以 25.5W 传输,同时支持为实现 802.11n WLAN AP 和其他 PD 所需的千兆位全速。PoE 网络延伸技术能扩大千兆位 WLAN AP 从数据和供电源头开始的部署距离,同时仍保持较高的功率效率和数据完整性。换句话说,WLAN AP 可以在最利于使用的位置进行部署,而不用在最靠近电源输出口的位置部署。

中跨产品不仅丰富了在需要的位置对 AP 进行部署的选择,还减少了高功率千兆和多千兆位 AP 的部署成本。原因在于,基本上只有高端交换机会支持高功率的 IEEE 802.3at。仅为了使用高功率的 PoE 功能就购买高端交换机一般来说并不具有经济意义。此外,中跨产品能提供 PoE 交换机所不具备的各种远程管理功能,使用户能看到大幅提升的功率效率和相关的成本节约。

提升 WLAN AP 的管理和功率效率

随着越来越多的千兆位 WLAN AP 和其他高功率 PD 得到部署,对其使用进行管理、维护和功耗从个体和整体角度来说都愈加重要。通过将分布式电源架构、功率的动态分配以及远程监控与管理 WLAN AP 和其他 PD,中跨产品可以实现这个想法。

大多数高功率的 IEEE 802.3at 的应用不需要在单端点上发挥全功率;另外,许多 IEEE 802.3at PSE 须为较低功率的 PD 和高功率的 IEEE 802.11a/b/g 和 IEEE 802.11n AP 供电,进而使供电管理和分配情况更加复杂。除了以较低的成本更灵活地供电之外,PoE 中跨产品还通过降低空闲时的功耗影响,改善了整体能源效率。举例来说,许多 PoE 中跨产品和交换机使用开关电源 (SPS),在满负荷运行的情况下只能发挥 90% 的效率。这意味着为 200W 的 PoE 供电要消耗 220 W 的交流电,或者说为 400 W 的 PoE 供电要消耗差不多 440 W。

这种解决方案利用了 PoE 的分布式电源架构,使中跨产品能采用体积较小、更加经济的内部默认电源,并且根据需要通过外部电源增加额外的电力进行强化,以此代替体积较大的电源。通过动态地衡量功耗和管理电力,中跨产品只对每个端口输送必需的电力,而在需要额外电力时能接入外部电源。举例来说,网络管理员在开始时使用 450 W 内部电源处理所有实时需要,仅在需要时使用 Microsemi 的 PowerDsine RPS1000 这样的 450 W 到 900 W 外部电源将每个端口升至全功率。

这样的分布式架构所带来的另一个好处是,当中跨产品互联时,可以用于相互备份。具有按优先次序对每个端口进行备份的电力对于支持千兆位 WLAN AP 的网络管理员来说是一个重要特性。使用集中式电力架构可以支持所有设备,并且实现全部备份。如果受控的 PoE 中跨产品和受控的 UPS 一同使用,设备可以通信,并且用户可以事先确定在停止供电时应该继续运行的最高优先级设备。例如,用户可以确定在 UPS 电池电量低于 50% 时,PoE 中跨产品将停止向选定的 AP 和其他 PD 供电,而继续对其他项目供电。

中跨产品的远程电力管理能力还使网络管理员能在流量低时预先决定开关 AP 以优化全网能源效率。这可以减少 70% 的能源消耗。可以衡量出每个设备的能源消耗,并且能积极减少平均能源消耗。例如,有 12 个 WLAN AP 全天候运作的组织可以将这些 AP 的使用时间降为每周 10 小时,节省相关的年度能源成本。

最后,远程电源管理还能启用网络监控功能用于维护的目的。发生故障的现场 WLAN AP 可以远程重启,省掉了昂贵的服务呼叫。当中跨产品和 UPS 系统整合时,远程电源开关功能还能在停止供电时切断低优先级 AP 的连接。

结论

考虑到下一代 Wi-Fi 技术所包含的特性和需要,最谨慎的办法是使建立的供电基础架构可轻易扩展至高功率传输、更多 WLAN AP 和不同类型的 WLAN AP 技术的,并且能尽可能灵活地将 AP 安置在最需要和信号损害最小的地点。同时, 

AP 增设得越密集,全网电源管理能力就越重要,这种能力包括可选择根据需要对 AP 进行供电或停止供电,以及执行远程维护操作。中跨产品能在提升可扩展性和面向未来的网络基础架构投入的同时提供所有这些优势。


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