包括以太网供电传输用的线对的信道间电缆不平衡诊断的制作方法

包括以太网供电传输用的线对的信道间电缆不平衡诊断的制作方法
【专利摘要】本发明涉及包括以太网供电传输用的线对的信道间电缆不平衡诊断。在一种实施方式中，进行测量包括在网络电缆内的四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性，以及测量包括在网络电缆内的四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性。随后，确定第一信道的所测量的一个或多个特性和第二信道的所测量的一个或多个特性是否表示第一信道与第二信道之间的不平衡。随后，可响应于所述确定进行调节，诸如隔离、报告或补偿。
【专利说明】包括以太网供电传输用的线对的信道间电缆不平衡诊断
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求于2012年8月3日提交的美国临时申请第61/679, 175号和于2013年5月9日提交的美国专利申请第13/890，596号的优先权，将其
整体结合于此供参考。
【技术领域】
[0002]本发明总体上涉及网络供电系统和方法，且更具体地，涉及在包括用于以太网供电传输的配线对的信道之间进行的电缆不平衡诊断。
【背景技术】
[0003]以太网供电(PoE)提供了一种用于通过以太网电缆将电力从电源设备(PSE)传输到电力装置(PD)的架构。存在各种类型的H)，包括IP语音(VoIP)电话、无线LAN接入点、蓝牙接入点、网络摄像机、计算装置等。
[0004]在诸如在IEEE802.3af和802.3at (现为IEEE802.3修订版及其修改的一部分)中所描述PoE应用中，PSE可通过在以太网电缆内的四个配线对中的两个将高达25.5W的功率传输给H)。

【发明内容】

[0005]本发明提供了一种方法，包括:测量包括网络电缆内的四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性、以及包括所述四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性，其中，所述四个双绞线对被用于将电力从电源设备传送到电力装置；由所述电源设备确定所述第一信道的所测量的一个或多个特性和所述第二信道的所测量的一个或多个特性是否表示所述第一信道与所述第二信道之间的不平衡；以及响应于所述确定，调节所述电源设备在将电力传送到所述电力装置时的操作。
[0006]上述方法中，所述测量包括测量所述第一信道和所述第二信道的阻抗。
[0007]上述方法中，所述确定包括确定所述第一信道与所述第二信道之间的阻抗的差。
[0008]上述方法中，所述不平衡是电感或电容不平衡。
[0009]上述方法还包括生成报告所确定的不平衡的消息。
[0010]上述方法中，所述调节包括补偿所述不平衡。
[0011]上述方法中，所述调节包括将所述电源设备的操作限定为通过两个配线对将电力传送到所述电力装置。
[0012]上述方法中，所述测量包括测量所述第一信道内的磁性元件的一个或多个特性。
[0013]上述方法中，所述测量包括测量所述第一信道内的连接器的一个或多个特性。
[0014]上述方法中，所述测量包括测量与所述网络电缆不同的插线电缆的一个或多个特性。
[0015]上述方法中，所述测量包括使用物理层装置进行测量。
[0016]上述方法中，所述测量包括使用电源设备进行测量。[0017]上述方法中，所述测量包括确定所述网络电缆的以太网电缆的分类类型。
[0018]本发明提供了一种电源设备，包括:端口，用于经由网络电缆内的四个双绞线对将电力传送到电力装置；以及控制器，被配置为接收基于包括网络电缆内的所述四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性以及包括所述四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性的测量的诊断信息，确定所接收的诊断信息是否表示所述第一信道与所述第二信道之间的不平衡，以及响应于所述确定，调节所述电源设备在将电力传送到所述电力装置时的操作。
[0019]上述电源设备中，所述测量是阻抗测量。
[0020]上述电源设备中，所述控制器被配置为生成报告所确定的不平衡的消息。
[0021 ] 上述电源设备中，所述控制器被配置为补偿所述不平衡。
[0022]上述电源设备中，所述控制器被配置为将所述电源设备的操作限定为通过两个配线对将电力传送到所述电力装置。
【专利附图】

【附图说明】
[0023]为描述可获得本发明的上述和其他优势和特征的方式，将参照在附图中示出的其【具体实施方式】来给出如上简要描述的本发明的更具体的描述。应理解这些附图仅描述了本发明的典型实施方式且并不因此被视为限制其范围，通过使用附图将更具体和详细地描述和说明本发明，其中:
[0024]图1示出了在电源设备与电力装置之间的链路的一个实例；
[0025]图2示出了经由四个配线对将电力从电源设备传输到电力装置的第一实例；
[0026]图3示出了经由四个配线对将电力从电源设备传输到电力装置的一个实例性电路；
[0027]图4示出了经由四个配线对将电力从电源设备传输到电力装置的第二实例；
[0028]图5示出了根据本发明的实例性处理的流程图；
[0029]图6示出了根据本发明的被配置为进行诊断的PHY的一种实施方式的一个实例。【具体实施方式】
[0030]以下详细讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体实现方式，但应理解，这样做仅是为了进行说明的目的。相关领域技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可使用其他元件和配置。
[0031]以太网供电(PoE)可被用于经由双绞线对以太网电缆将电力从电源设备(PSE)传输到电力装置(PD)。在四对PoE系统中，可能在两个不同的配线对之间发生不平衡。由这种不平衡造成的一个问题在于，用于经由一组平行的配线对传输电力的路径的有效电阻增大。由于现在更大一部分的功率预算由电缆本身的损耗造成，所以用于传输电力的路径的有效电阻的这种增大可能造成电力传输无效率。在本发明中，认为基于电缆本身、连接性(例如，跳线、配线架、连接器等，用于结构性布线)、磁性元件、印刷电路板(PCB)迹线、或作为用于经由网络传输电力的信道的一部分的任何其他部件的特性，可能造成失配。
[0032]在一种实施方式中，执行测量包括在网络电缆内的四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性，同时测量包括在网络电缆内的四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性。随后，可确定第一信道的所测量的一个或多个特性和第二信道的所测量的一个或多个特性是否表示在第一信道和第二信道之间的不平衡。随后，可响应于所述确定进行调节，诸如隔离、报告或补偿。如上所述，所测量的信道的特定特性可包括网络电缆、连接器、跳线、磁性元件、PCB迹线等的一个或多个特性。
[0033]本发明的原理不限于线对之间的不平衡。在其他实施方式中，在单个配线对内可测量这些不平衡。通常，本发明的原理针对在用于将电力传输给ro的信道内可能产生的任何不平衡。
[0034]图?示出了用于经由网络将电力提供给ro的链路的一个实例。在该所示出的实例中，本发明的原理提供了一种处理,该处理可被并入PSE110和ro 120中的一个或多个内，以识别和响应信道不平衡。在一种实施方式中，PSElio为中跨PSE。
[0035]在各种环境下，可能出现信道不平衡，在这些环境下，网络供电的理论框架被应用于实际网络应用中，在这些应用中，遇到不太理想的元件和安装。虽然具有这些网络缺陷，但通过适当的诊断和正确的测量，依然可实现网络电力的有效传输。在未实现适当的诊断和正确的测量的情况下，网络性能将不必要地受损，从而提高了管理网络的总成本。
[0036]如图1中所示，PSEllO可经由包括多个链路分段的链路被连接至TO120。这些多个链路分段包括一个或多个插线电缆(patch cable) 140以及网络电缆130。通常，额外的链路分段将决定使用额外的连接器和/或磁性元件。
[0037]在各种实施方式中，可使用插线电缆140来有助于经由交叉连接系统、壁装电源插座等有组织地传输电力和进行通信。插线电缆140和网络电缆130也沿着链路的长度耦接至各种连接器。尽管增 加了多个插线电缆和连接器以用于提供网络服务的结构性部署，但在信道内的部件的数量增大用于为要发生的信道不平衡制造了额外的机会。在本发明中，认为应利用增加的诊断来满足提高的结构性电缆系统的复杂度，以根除增加的网络缺陷的实例。
[0038]在图1的PoE安装中，PD 120可包括PoE模块122，该PoE模块122包括电子设备，这些电子设备将能使roi20根据PoE规范(诸如IEEE802.3af、802.3at)、传统PoE传输或任何其他类型的PoE传输来与PSEllO进行通信。PD120也包括控制器124 (例如，脉宽调制DC:DC控制器)，该控制器控制功率晶体管126，该晶体管反过来为负载提供恒定功率。另一方面，PSEllO包括一个或多个电源(未示出)和控制器114，该控制器114有利于TO120进行检测、分类、供电、断开等以及对信道不平衡进行诊断和相应的响应。
[0039]在一个实例中，四对PoE电源被用于将更高的功率电平(例如，大于15.4W)从PSE传输到ro。在该实例中，网络电缆以及任何插线电缆内的这四个配线对中的每一个被用于将电力从PSE传输到ro。图2示出了经由包括在四个信道内的四个配线对将电力从PSE210传输到TO220的第一实例。如图所示，单个PSE210经由信道1-4将电力传输给TO220。通过在耦接至信道I和2的数据变压器和耦接至信道3和4的数据变压器的中心抽头上施加电压来提供由PSE210传输给PD220的电力。在网络链路的另一端，由PD220通过数据变压器的中心抽头接收电力。在本文中，应注意，每个信道旨在表示端对端链路，并将包括分别在PSE和H)处的电力插入和提取点之间的所有元件(例如，网络电缆、插线电缆、连接器、磁性元件等)。
[0040]在图3中示出了将电力从PSE210传输到PD220的这种场景的有效电路，其中，R1表示包括配线对I的第一信道的电阻，R2表示包括配线对2的第二信道的电阻，R3表示包括配线对3的第三信道的电阻，以及R4表示包括配线对4的第四信道的电阻。更一般地，本发明的原理可被应用于具有电容和电感不平衡的链路。这里，等效电感和电容不平衡可能由信道造成，如所限定的端对端或任何相关寄生效应。在一个实例中，由于变压器的绕组的差异，可能造成不平衡。
[0041]在该背景下，再次认为，在包括网络电缆的不同配线对的信道之间的任何不平衡均可能在电力传输中导致低效率。在下一代PoE系统中考虑传输更高的功率电平时，尤其如此。具体地，四对PoE系统受到在包括配线对的不同信道之间的不平衡的影响，这是因为这些系统被设计为用于传输明显高于两对PoE系统的功率电平。
[0042]在图3的背景下，可以看出，包括配线对的信道的电阻的不平衡可能造成低效的电力传输。在一个简单的实例中，考虑以下场景:电阻RJPR2大致等于10 Ω (B卩，大致100米的第三类电缆)。与R2并联的R1的有效电阻将因此为(10Ω*10Ω)/(10Ω+10Ω)=5Ω。若札和R2不平衡，使得R1=15 Ω和R2=IO Ω，则与R2并联的R1的有效电阻将因此为(15 Ω *10 Ω ) /(15Ω+10Ω)=6Ω。由于这个差值可乘以2来表示图3的整个电路，所以有效不平衡将为10 Ω对12Ω。将理解，由不平衡产生的电阻增大20%在传输电力时，可能产生明显的低效率。
[0043]例如，考虑通过网络电缆传输700mA的电力。在该实例中，由于信道不平衡造成的额外2 Ω的电阻引起的功率损耗将是功率损耗(PL) =i2R= (700mA) 2*2 Ω =0.98W。在本质上且自然地，由信道不平衡引起的额外0.98W的功率损耗可能看似不明显。对于20W的H)，由信道不平衡可引起的功率损耗表示由H)所消耗的功率的5%。对于电缆本身，与信道的4.9W的理想功率损耗相比，由不平衡产生的电阻的另外增大的20%在该信道内产生5.9W的功率损耗。在本发明中，认为在大量PSE端口的百分比之间相乘时，信道平衡低效率的影响变得更加明显。
[0044]尽管由在不平衡的信道内的额外功率损耗造成低效率，但在一个信道上增大的电阻也可造成该信道上的热量增加。仅在当前电平增大时，在信道内的热量将增大。在电缆接近或超过温度额定值时，信道热量的不必要的增加也可能影响数据通信。在企业安装中的一束电缆上，这种温度影响也将在这组电缆上累积。更具体地，在一束电缆中增加的热量可转化成减少可供电的端口的总体子组和/或减少保持热量较低的所有端口的最大操作电流(即，功能性降低)。不能低估信道不平衡的影响。
[0045]图4示出了经由四个配线对将电力从PSE传输到H)的另一个实例。如图所示，两个PSE410A、410B经由包括配线对1_4的四个信道将电力传输给Η)420。在一个实例中，两个PSE为单个ro供电，其中，在ro处发生电流共享。在另一个实例中，这两个PSE可表示为一个ro供电的一个逻辑PSE的实现方式，其中，在ro处和/或在PSE处发生电流共享。在又一实例中，可存在“结合端口”，其中，两个PSE为两个ro供电，其中，两个ro包括在单个装置内。在一种情况下，这两个PSE可位于一个逻辑PHY端口或两个端口的一部分上(例如，在每个1000BASE-T信道上具有两对)。
[0046]通常，这些和其他变化的影响在于，由于具有不平衡，与信道的一个支路相比，可穿过信道的另一支路推动更多的电力。除了电流限制，其他效应还包括电力传输的效率更低、额外生成热量、在增加额外复杂性的ro和/或PSE处需要更复杂的电流共享电路、电压降受到信道内有效电阻的影响时在ro处的电压的影响、在元件(例如，磁性元件、FET和/或供电电路)内额外生成热量等。这些不同效应的影响使设备和信道随时间加速退化。
[0047]通过在与信道I和4耦接的数据变压器的中心抽头上施加电压来提供由PSE410A传输给HM20的电力，同时通过在与信道2和3耦接的数据变压器的中心抽头上施加电压来提供由PSE410B传输给TO420的电力。此外，应注意，每个信道旨在表示端对端链路，且将分别在PSE和TO处的电力插入和提取点之间包括所有元件(例如，网络电缆、插线电缆、连接器、磁性元件等)。在该实例中，在这两个PSE之间的仅几欧姆的系统电阻失配可影响由这两个PSE提供的电流。这里，由这两个PSE造成的电流偏移可将一个PSE置于电流限制内，这可能在该端口上造成关闭。
[0048]通常，在考虑为多个ro供电的累积效应时，在PSE之间产生的不平衡将影响操作不同电源的效率。理想地，每个电源以几乎峰值容量运行，以能使电源有效地进行操作。基于具有缺陷的供应假设，在由单独的电源传输的功率量存在显著改变时，由这组电源进行功率传输的效率将相应地下降，从而造成管理成本增大。
[0049]如上所述，在包括网络电缆的配线对、插线电缆的配线对、连接器、磁性元件、PCB迹线等的信道内由失配造成的不平衡可通过各种方式影响PoE系统的性能。因此，本发明的一个特征在于，可提供在用于进行以太网供电传输的信道之间的电缆不平衡诊断，以识别和潜在地校正这种不平衡。
[0050]为示出本发明的各种特征，参照图5的流程图，该图示出了本发明的处理。如图所示，该处理在步骤502处开始，其中，测量包括第一配线对的第一信道和包括第二配线对的第二信道的一个或多个特性。在一种实施方式中，可由在物理层装置(PHY)内的诊断模块进行测量(例如，时域反射仪、插入损耗、串扰等)。通常，可将这些测量值映射到信道的一个或多个特性中。
[0051]图6示出了根据本发明的被配置为进行诊断的PHY的一种实施方式的一个实例。如图所示，在PHY610内的收发器612经由一组数据变压器耦接至配线对I和配线对2。PSE620被示出为耦接至这组数据变压器的中心抽头，以经由配线对I和配线对2将电力传输给H)。这组配置与在图2的四对供电场景中所示的配置相似。可理解，PHY610将耦接至与在根据通信标准(诸如 10GBASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、10GBASE_T、40GBASE_T)和任何将来的速度(诸如100G、400G等)的链路伙伴内的PHY进行通信的四个配线对。为简单起见，PHY610被示出为仅耦接至配线对I和配线对2。在操作时，在控制器616的控制下，诊断模块614可被配置为分别在包括配线对I和配线对2的信道之间进行相对诊断。通常，测量可以是单端测量或双端测量。更多测量点的存在产生更精确的结果。也可在端口之间共享一些基线测量。
[0052]在一种实施方式中，诊断模块614可被设计为测量能实现确定第一信道的阻抗的一个或多个特性。例如，诊断模块614可被设计为在不同的信道内测量表示电缆类型、电缆长度、温度、连接器的数量等的一个或多个特性。
[0053]在另一实施方式中，可由PoE系统(S卩，PSE和/或H))测量一个或多个特性。例如，PoE系统可在PoE处理(例如，检测前、检测后、供电前、供电后等)的各个点处进行电流-电压(1-V)测量，以开发不同信道的特性。在另一实例中，在经由协议(诸如链路层发现协议(LLDP))在链路上传送测量数据时，PSE和可在该处理中协作。[0054]基于所述一个或多个特性的测量值，随后，PoE系统可在步骤504处确定不同信道之间是否存在不平衡。在一种实施方式中，该一个或多个测量值被用于计算或者确定不同信道的阻抗。因此，不同信道阻抗的比较可提供失配或不平衡的等级的表示。在一种实施方式中，参照列表数据，可使用一个或多个测量值来推断出失配或不平衡的存在。例如，直接测量值或在测量值之间的差值可与列表参考数据相比，以确定是否已超过阈值差值。在另一实施方式中，一个或多个测量值可被应用于算法参考数据中，以推断出存在失配。例如，通过定义的不平衡公式，可处理直接测量值或测量值之间的差值，以确定是否已超过阈值差值。将理解，特定确定机制将取决于所测量的一个或多个特性。在一种实施方式中，也可在PoE子系统的外部确定发生不平衡的地点(例如，对测量值进行计算)。例如，可在处理器和/或PHY和/或耦接至PHY的开关系统内做出决定。
[0055]最后，在步骤506处，基于在步骤504中进行的确定，可调节PoE系统的电力传输的操作。可响应于在步骤504中进行的确定，进行各种类型的调节。在一个实例中，可生成消息，该消息警告IT人员不平衡。由于作为自动化处理的一部分可生成警报，所以该警报消息是识别表示效率风险的功率传输安装的系统处理的一部分。在对这种警报做出响应时，通过在受影响的信道内修理或更换一个或多个元件，IT人员可校正该问题。
[0056]在另一实例中，通过隔离可解决不平衡。这里，通过对电力传输进行限制，可解决所识别的失配。例如，PSE可被配置为将端口限于两对功率，在具有不平衡的端口上限制输出功率等。在又一实例中，通过补偿，可解决不平衡。这里，硬件和/或软件补偿机制可被用于抵消不平衡。例如，补偿机制可被用于平衡失配的信道之间的电流。该平衡机制可确保在特定的配线对内不会产生不期望的过多热效应。在其他实例中，可激活电流共享电路，可在ro和/或PSE处调节电压，可在一组对与另一组对(例如，一对可相对于另一对具有其更大的电压，使得若ro具有隔离抽头，则其上所产生的电压降相同，其中，这些隔离抽头未绑定在RX处，而是进一步往下)上调节电压，可调节H)功耗，可调节一个或多个PSE电流限制(如果在每个支路上分离开)等。
[0057]如上所述，用于识别和解决信道不平衡的系统机制的结合用于在通过有效的方式将电力提供给多个ro时，增加企业网络的效率。信道不平衡可能产生非预期的后果，诸如过多的热量，采用标准的供电模型未对这进行解释。尽管以上描述集中于通过以太网双绞线对电缆分配电力，但本发明的原理也可应用于数字用户线路(DSL)技术、数据线供电(PoDL)技术、以太网自动供电等。
[0058]本发明的另一实施方式可提供一种机器和/或计算机可读储存器和/或介质，在其上储存有机器码和/或计算机程序，该程序具有可由机器和/或计算机执行的至少一个代码段，从而促使机器和/或计算机执行在本文中所描述的步骤。
[0059]对于本领域技术人员，通过回顾前述详细描述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。尽管上文已描述了本发明的多个显著特征，但本发明能具有其他实施方式且能够通过多种方式实践和执行，对于本领域一般技术人员，在阅读所公开的本发明之后，这些方式将是显而易见的，因此，以上描述不应被视为排除这些其他实施方式。另外，应理解，在本文中所使用的措辞和术语是用于描述的目的且不应被视为限定。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 测量包括网络电缆内的四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性、以及包括所述四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性，其中，所述四个双绞线对被用于将电力从电源设备传送到电力装置； 由所述电源设备确定所述第一信道的所测量的一个或多个特性和所述第二信道的所测量的一个或多个特性是否表示所述第一信道与所述第二信道之间的不平衡；以及 响应于所述确定，调节所述电源设备在将电力传送到所述电力装置时的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不平衡是电感或电容不平衡。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调节包括将所述电源设备的操作限定为通过两个配线对将电力传送到所述电力装置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括测量所述第一信道内的磁性元件的一个或多个特性。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括测量所述第一信道内的连接器的一个或多个特性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括测量与所述网络电缆不同的插线电缆的一个或多个特性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括确定所述网络电缆的以太网电缆的分类类型。
8.—种电源设备,包括: 端口，用于经由网络电缆内的四个双绞线对将电力传送到电力装置；以及 控制器，被配置为接收基于包括网络电缆内的所述四个双绞线对中的第一个的第一信道的一个或多个特性以及包括所述四个双绞线对中的第二个的第二信道的一个或多个特性的测量的诊断信息，确定所接收的诊断信息是否表示所述第一信道与所述第二信道之间的不平衡，以及响应于所述确定，调节所述电源设备在将电力传送到所述电力装置时的操作。
9.根据权利要求8所述的电源设备，其中，所述控制器被配置为补偿所述不平衡。
10.根据权利要求8所述的电源设备，其中，所述控制器被配置为将所述电源设备的操作限定为通过两个配线对将电力传送到所述电力装置。
【文档编号】H04L12/10GK103595544SQ201310337423
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】瓦埃勒·威廉·迪亚卜 申请人:美国博通公司