通信供电系统中电缆应用的验证和减小的负载电缆移除的制作方法

相关申请的说明

本申请要求于2018年3月9日提交的题为“通过通信电缆进行功率分配中的电缆应用的验证(verificationofcableapplicationinpowerdistributionovercommunicationscabling)”(代理人案卷号为ciscp1342+)的美国临时申请62/641,183的优先权。该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

本公开一般涉及通信网络，并且更具体地，涉及在通信供电系统中使用额定电缆系统和在线移除电缆。

背景技术：

以太网供电(poe)是一种用于在有线电信网络上通过链路段从供电设备(pse)向受电设备(pd)提供电力的技术。使用90w或更小的电源的常规poe系统旨在与使用普通连接器系统的电缆系统一起安全操作。在通信供电系统(powerovercommunicationssystem)超过100w的情况下，对于更高功率的poe应用，验证电缆的操作非常重要。

附图说明

图1示出了其中可以实现本文描述的实施例的系统的示例。

图2是示出根据一个实施例的用于验证通信供电系统中的电缆应用的过程的概况的流程图。

图3是根据一个实施例的用于电缆和连接器自动一致性验证的电路的框图。

图4是列出根据一个实施例的可以用于指示电缆功率兼容性的电阻器组合的示例的表格。

图5是示出根据一个实施例的用于从通信供电系统在线移除电缆的过程的概述的流程图。

图6a示出了根据一个实施例的用于提供电缆兼容性的状态指示的插口的示例。

图6b示出了根据一个实施例的具有在线移除按钮的图6a的插口。

图6c示出了根据一个实施例的包括附加状态指示器的插口。

图7描绘了用于实现本文描述的实施例的网络设备的示例。

在附图的若干视图中，相应附图标记表示相应的部分。

具体实施方式

概述

在独立权利要求中阐述了发明的方面，并且在从属权利要求中阐述了优选特征。一个方面的特征可以被单独应用于每个方面或者与其他方面进行组合。

在一个实施例中，一种方法，通常包括：识别插头在供电设备的端口处的插入，该供电设备用于通过以太网供电，该插头连接到电缆的一端，另一插头连接到电缆的另一端，检查插头中的每个插头处的电阻器，基于位于插头处的电阻器来确定电缆的额定功率，以及基于额定功率将端口供电至功率水平。

在另一实施例中，一种装置，通常包括：电缆，该电缆用于将超过100瓦的水平的功率和数据从供电设备传输到受电设备；以及插头，该插头在电缆的每一端处，插头中的每一个插头包括至少一个电阻器。基于电阻器在接收插头之一的端口处识别电缆的功率能力。

在又一实施例中，一种装置，通常包括：端口，该端口用于接收连接到电缆的一端的插头，另一插头连接到电缆的另一端，用于在以太网系统中传输超过100瓦的水平的功率；在线移除按钮，该在线移除按钮在端口的表面上，用于指示从端口移除插头的意图；以及在线移除模块，该在线移除模块用于检测在线移除按钮的激活并且将电缆上的功率减小到至少90瓦，以防止在移除电缆期间的损坏。优选地，功率被减小至小于90瓦。

通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本文描述的实施例的特征和优点的进一步理解。

示例实施例

呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够制造和使用实施例。特定实施例和应用的描述仅作为示例提供，并且各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在不脱离实施例的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他应用。因此，实施例不限于所示出的那些，而是应被赋予与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。为了清楚起见，没有详细描述与和实施例有关的技术领域中已知的技术材料有关的细节。

常规poe(以太网供电)(例如，90w及以下)旨在使用常规rj45连接器系统在22awg(美国导线规格)至26awg电缆系统上安全操作。标准化poe的最大功率传输能力为约90瓦(w)，但是许多类别的受电设备将从大于100w的功率传输中受益。常规poe系统不提供将验证高于90w应用的电缆的操作的电缆区别。对于超过100w的poe应用，需要验证电缆和连接器系统的兼容性。例如，在较高功率系统中，例如使用300wpoe电源设备的系统，需要不同的电缆和连接器系统以及用于测试电缆和连接器的兼容性的方法。

以超过100w的功率水平操作的较高功率poe系统的另一问题是在移除电缆期间连接器处的电流。poe插口可以例如以每个引脚安培容量操作，其可以从500ma到2000ma标称值。如果在负载下从插口上移除插头，则连接器可能会严重损坏。

本文描述的实施例提供了在功率水平(例如，大于90w)高于常规管理的poe应用中所使用的功率水平的应用中使用额定电缆系统。一个或多个实施例提供了一种用于识别正确的电缆/连接器组件被用于在poe端口上传输功率的装置、系统或方法。在一个或多个实施例中，如果端口无法识别电缆/连接器组件的最大工作参数，则可以将传输的功率调整到适合于电缆系统的较低水平。在另一实施例中，减小负载的电缆移除装置和方法提供了电流的终止，以允许从受电插口安全地移除电缆和插头。

现在参考附图，并且首先参考图1，示出了可以利用通信电缆上的功率(在本文中也称为增强的poe)来以较高功率水平(例如，≥100瓦)进行功率分配的模块化传输系统的示例。图1所示的模块化传输系统包括：双路由处理器(rp)卡机箱10，其为三个线卡机箱11提供控制和功率。双rp卡机箱可以是例如两个ru(机架单元)机箱。路由处理器卡机箱10包括两个路由处理器13(rp0、rp1)，每个路由处理器包括二十个下行链路端口14、双端口接地系统15以及两个组合电源单元(psu)和风扇托盘模块(fantraymodule)16(psu/ft0、psu/ft1)。可扩展传输系统可以支持例如多达二十个冗余线卡连接或十八个线卡连接和两个光纤连接。每个下行链路端口14可以支持例如与300w功率系统集成的1gb/s或10gb/s。下行链路端口14向每个线卡机箱11(或结构机箱)提供控制(数据)和功率。

在一个示例中，电源单元16提供双2kwac或dc(或其他功率水平)冗余功率模块(1+1)。每个线卡机箱11包括线卡12(lc0、lc1、lc2)，线卡12包括风扇托盘18(ft0、ft1、ft2)、接地系统19和双上行链路端口20。功率和数据从路由处理器13处的端口14经由电缆17传输到线卡12处的端口20。在该示例中，路由处理器13作为pse(供电设备)操作，而线卡12是poe分配系统中的pd(受电设备)。

在一个实施例中，端口14、20包括互连端口，该互连端口利用rj45(或类似的连接器)来组合数据和poe。例如，电缆和连接器系统可以包括rj45cat7型的四对通信电缆。端口(插口)14、20可以被标记以识别超过90w的功率的能力。在一个示例中，电缆和连接器系统可以支持每个引脚或每根导线安培容量到最小2000ma。例如，在cat7/cat5e电缆系统中，可以使用22awg导线来支持每根导线1500ma-2000ma。在一个示例中，该系统可以支持长达15米的电缆长度(基于cat7电缆的技术，在300w时为22awg)。在一个或多个实施例中，内部pse电源电压可以在56v至57v范围、57v至58v范围或56v至58v范围内操作。例如，pse处的输出电压可以为57v，pd处的输入电压为56v。对于15米长的电缆，pse处的56v电源可以传输约300w的功率。

本文所使用的术语高功率或较高功率模式或设置是指超过90瓦(例如，≥100w、150w、300w、450w)的功率，并且本文所使用的术语较低功率或低功率模式或设置是指≤90瓦的功率。

pse(例如，路由处理器13或任何路由设备(例如，用于路由、交换或转发数据的网络设备(路由器、交换机))可以经由电缆17与任何数量的pd(例如，线卡12、结构卡或其他光学卡)通信。pse13可以被配置为以一个或多个输出水平(例如，可编程poe)传输功率。

电缆17被配置为将功率和数据两者从pse13传输到pd12。电缆17可以由适于承载功率和数据两者的任何材料形成。电缆17可以包括例如catx电缆(例如，5类双绞线(例如，四对)以太网电缆)或任何其他类型的电缆。电缆17可以以任何配置来布置。电缆17可以针对一个或多个功率水平、最大功率水平、最大温度来定标，或者例如根据指示可接受功率水平使用的一个或多个类别来标识。在一个示例中，电缆17对应于标准化导线规格系统，例如awg(美国导线规格)。

为了支持在100w系统以上和以外操作的电缆系统，端口14和20处的rj45连接器(例如，经修改的rj45或类似连接器)与电阻器网络集成，该电阻器网络识别真闷为150w、300w、450w(或其他功率水平)和更大功率(包括从5米到约50米的长度(或其他合适的长度))设计的电缆系统，如适合于所定义的电缆系统。如图1中的端口14、20处的连接器的展开图所示，并且如下详细描述的，每个连接器可以包括与包括一个或多个电阻器的插头21配合的插口(端口)14、20。电缆系统包括电缆17，在其每一端处具有包括一个或多个电阻器的插头21。定义的电阻器设置可以用于识别电缆系统对于特定的功率水平是可接受的。在失配的情况下，禁止系统在90w(或其他低功率极限)以上操作。

如下面参考图3进一步描述的，一个或多个电阻器可以被集成到连接器的插头侧和位于连接器的插口侧的监测电路中。例如，电阻器可以是用于电缆侧的连接器的内置电阻器或电阻器帽，以用于自动检测。导线的可用安培数由插头中的电阻器设置确定，如下面参考图4所描述的。系统确保适当的电缆导线安培容量和插头组合被正确地确定尺寸以用于期望的功率应用。如果系统没有检测到电缆17的两端处的电阻器或者发现电阻器之间的失配，则pse13处的功率可以被调节到较低的功率设置，以防止对电缆/连接器系统的损坏。

在一个或多个实施例中，oir(在线插入和移除)按钮(也称为在线移除按钮)可以被集成到连接器系统(插口14、20)中，以防止在减小电流之前无意的电缆移除，以及防止在带电拔出期间在连接器系统上产生电弧放电。如下面参考图6a-图6c所描述的，oir系统提供在受电设备处的适当的软件关机以及禁止(或减小)导线上的电流流动以防止对连接器系统的电弧放电和其他形式的电气干扰的手段。

应当理解，图1所示的poe系统仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他布置(例如，其他数量的路由处理器13、psu16、线卡12或下行链路/上行链路端口14、20)。此外，本文所描述的连接器(插口、插头)、电缆、电缆长度和功率范围仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他类型的连接器、电缆长度、其他类型的电缆系统或功率水平。

图2是示出根据一个实施例的用于验证通信供电系统中的电缆应用的过程的概况的流程图。如前所述，电阻器被集成到连接器中附接到电缆的每端的插头部分中，并且监测电路位于连接器的插口侧，其中到导线的可用安培数由插头中的电阻器设置确定。在步骤22，监测电路识别出插头在pse的端口处的插入(例如，附接到电缆17的插头21在图1中的pse13的端口14处被插入在配合插口20中)。系统检查在电缆的每一端处的插头处是否存在电阻器(步骤23)。如果在任何对之间未发现电阻器，则假设连接器和电缆系统仅处理低功率操作(例如，最大90w)(步骤24和25)。系统仅在低功率操作中操作，并且高功率操作被阻止。

当在四对中的至少一对上的电缆的每一端处检测到匹配电阻器时，电缆系统可以被识别为被配置为处理较高功率操作(例如，≥100w)(步骤26和28)。如果仅检测到一对中的两个电阻器之一或者发生电阻器配对失配，则假定电缆系统只处理低功率操作(例如，最大90w)(步骤26和25)。

如下面参考图4所描述的，特定功率水平或用于特定长度电缆的特定功率水平可以由电阻器的数量或电阻器在插头(电缆的端部)内的位置来指示。例如，单个匹配的电阻器对可以基于电阻器所连接的导线对来指示不同的功率水平。在另一示例中，当跨四对检测到电缆的每一端中的两个或多个匹配电阻器时，假定电缆系统处理xxx瓦(其中xxx取决于电缆的导线规格)。例如，对于22awg电缆，xxx可以是600w并且电缆具有专用于该规格导线的电阻器网络设置，对于24awg电缆，xxx可以是300w并且电缆具有用于该规格导线的电阻器网络设置。这允许未来的电缆安培容量超过预期的300w。这还允许150w系统的中间功率传输，或另一最优功率水平。电阻器也可以跨不同的对连接以提供更多的设置变量。

应当理解，图2所示和以上所描述的过程仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以组合、添加、移除、重新排序或修改步骤。此外，应当理解，上面描述的电阻器配置和功率水平仅是示例。

图3示出了根据一个实施例的用于较高功率poe电缆/连接器自动一致性验证的电路的示例。如前所述，该电路对端口处的每对导线执行电阻器检测以确定电缆能力。为了简化，仅针对端口之一处的四对导线中的一对示出了电路。图3所示的电路还包括可选的故障检测组件，用于检查导线对不平衡或其他故障。图3所示的电路在电源31和端口处的连接器(插口32、插头33)之间操作。如前所述，电源31可以提供例如58vdc或其他适当的功率水平。连接器可以包括例如rj45(或类似)连接器，用于通过电缆向受电设备(例如，图1中的线卡12)提供功率和数据。

微控制器34(例如，pic(可编程接口控制器))可以用于比较所有四对，并且提供失衡状况或故障的指示，并且启动警报。功率检测模块35检查电缆的每一端处的电阻器，识别电缆系统的功率能力，并确定是否安装了正确的连接器。控制器34和功率检测器可以确定适当的功率输出水平(例如，90w、150w、300w或其他适当的功率水平)，并且基于电缆系统的能力来指导源31以适当的功率水平操作。功率检测模块35还可以执行下面参考图5、图6b和图6c描述的在线移除模块的一个或多个功能。

功率从源31传递通过电阻器36，电阻器36与差分放大器37通信。该电路包括场效应晶体管(fet)38，其接收来自源31(经由电阻器36)和控制器34的输入，并通过串联二极管40向电感器39提供输入。电感器39可以限定例如具有提供给两个电感器的单个输入的变压器。控制器34还接收来自接入以太网线路的上升和下降检测器42的输入。以太网电路包括以太网磁性元件43和dc块44。电缆(导线、导线对)的温度也可以经由检测器41提供给控制器34，用于附加的故障检测。可以计算每条导线、每对导线、四对电缆或任何组合中的温度。例如，如在于2017年5月24日提交的题为“电缆传输数据和功率的热调制(thermalmodulingforcablestransmittingdataandpower)”的美国专利申请15/604,344中所描述的，可以执行电缆的热建模以用于故障检测。

功率检测模块35(例如，电路、组件)或功率检测系统的一个或多个组件也可以位于插口32处。

为了避免使用大磁性元件来处理数据和功率两者，系统可以使用无源耦合而不是集成磁性元件来进行数据传输。例如，系统可以使用ac耦合而不是通过以太网磁性元件43传递。这避免了使用大磁性元件来处理数据和功率两者。电容器可以用于阻挡来自以太网磁性元件的dc功率，以防止短路。在一个示例中，串联使用电容器，并且使用电感器来与匹配的功率电感器一起传输功率。

应当理解，图3所示和上文所述的电路仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他组件或组件的布置来提供电缆能力检测、故障检测或功率管理。

图4是示出根据一个实施例的电缆/连接器自动一致性验证系统的示例的表。电阻器检测系统可以跨四对导线中的任何、一些或全部连接。为了在电阻器矩阵中产生更多的场，电阻器也可以交叉成对(例如，导线1和3，导线5和6等)。这允许在定制的电缆解决方案中考虑若干其他的变量。在图4的表所示的示例中，在电缆的每个连接器插头(电缆的两端)上的相同配对位置中使用1mohm电阻器。在一个示例中，网络可以跨不同对终止以指示可用功率分配。电阻器也可以位于多于一对中以指示附加电缆性能参数(例如，其他功率水平(tbd(待定))。可以在第一互连处使用脉冲串检测方法来确定电缆类型。

除了为特定应用提供插头和电缆的安培容量之外，可以以若干方式使用电缆的每一端处的插头中的电阻器系统。例如，额定温度、额定数据和长度可以并入到电阻器矩阵中，以向控制系统指示其他因素，用于确定何时发生错误。如果测量到的温度超过电缆的额定值，则可能产生错误。

如果在负载下从插口移除插头，则较高功率poe系统可以在可能导致损坏(例如，点蚀、高温、表面变化)的电流水平下操作。在poe插口上功率超过100w时，每个引脚安培容量可以从500ma标称值变化到2000ma标称值，2000ma标称值是要断开的最大电流量。如果在满负载下从插口移除插头，则在连接器处可能发生显著的损坏，并且在负载下每次移除时发生更多的损坏。这可能导致插头/插口连接器系统在例如十次断开之后被破坏。

例如，如果在10ms回路内操作的安全监测系统监测每条导线的完整性，则到所有连接器引脚的电流将通过安全回路中的11ms点扫描通过所有8条导线而被断开。在移除连接器系统期间，一旦检测到一条导线被移除，所有电流就被设置为断开。在该方法中，依赖于安全功能来终止连接器系统中的电流，连接器系统中的引脚具有基本保护，但是可能无法保证免受损坏。如下所述，在线移除按钮(例如，机械柱塞、交换机、触摸按钮)可以用于提供无负载(或减小的负载)电缆移除。

图5是示出根据一个实施例的用于减小的负载电缆移除的过程的概况的流程图。在一个或多个实施例中，oir瞬时按钮位于rj45连接器系统中(如以下图6b所示)。当用户想要移除电缆，并且在网络设备(例如，图1中的路由处理器13)处的oir模块(在线移除模块)处接收到oir激活的指示时，按压按钮(步骤50)。软件和/或硬件监测按钮的激活，并且经由电缆上的以太网分组来警告受电设备适当地关闭(步骤52)。当pse中的电流监测器检测到所有的对具有基本水平功率(例如，≤90w、低功率设置、减小的电流)时，移除电缆是安全的(步骤54和56)。pse处的相应端口可以被关闭。此外，在oir按钮被按压之后的时间期间闪烁或固定的led(下面描述)可以移动到关闭状态以指示移除电缆是安全的。然后，维护人员可以在不对连接器造成任何损坏的情况下移除电缆。可以在电缆的任一端(例如，pse端口处的插口或pd端口处的插口)处按压oir按钮。

应当理解，图5所示和上面所述的流程图仅是示例，并且可以在不脱离实施例的范围的情况下修改或添加步骤。

图6a、图6b和图6c示出了根据一个或多个实施例的提供电缆功率兼容性和/或减小的负载电缆移除的指示的oir系统的示例。图6a示出了rj45型插口60，其包括用于接收连接到电缆的插头的开口61。插口60包括三个led(发光二极管)指示器62a、62b和62c(例如，红色、绿色、黄色)。当电缆系统无法支持最大的每条导线安培容量时，红色led点亮。例如，如果将电缆系统插入到插口60中，并且基于其电阻器(例如，失配、一个插头处缺少电阻器、没有电阻器)，电缆系统无法传输更高功率的poe(例如，功率水平超过90w)，系统点亮红色led62a。

图6b示出了rj45型插口63，其包括附加oir(在线插入和移除)瞬时下压按钮(开关)64以及端口的面67上的指示器灯62a。在线移除按钮64允许用户向系统软件指示用户移除电缆的意图。如以上参考图5的流程图所描述的，在激活按钮64时，通知受电设备移除功率的意图。在一个示例中，led62a开始闪烁并且受电设备适当地关闭。根据电流监测器显示所有对都具有基本水平功率(例如，90w或更小)，然后断开功率。然后，led指示器62a关闭以指示安全地移除电缆(电缆/插头组件)。

在线移除按钮64可以包括可以被按压或以其他方式致动的任何类型的机械按钮或开关、提供对电开关的激活的触敏按钮、或者用户可以选择以发起向在线移除模块发送信号的任何其他类型的设备，其中该在线移除模块用于减小pse端口处的功率。

图6c示出了被配置有附加空间以允许测试和led指示器66a、66b、66c的插口65。在一个示例中，一个led点亮以指示90w或更少的能力，另一led指示150w或更少的能力、并且另一led指示300w或更少的能力。对于300w以上的瓦数要求，可以添加更多的led。此外，led的不同组合可以指示其他功率水平。插口65的附加尺寸允许改进的连接器引脚组件在例如90℃的温度下将安培容量耗散到每个引脚3安培容量。

应该理解，图6a-图6c所示的插口配置仅是示例，在不脱离实施例的范围的情况下可以使用其他配置。例如，插口可以包括具有在线移除按钮64的任意数量的指示器灯，或者仅包括不具有指示器灯的在线移除按钮。

在一个或多个实施例中，按钮(开关)64可以被设计为使得一旦被按下，其就保持被按压直到电缆被移除，并且然后另一根电缆或相同的电缆被重新插入。然后，按钮64可以自动移动到其伸出位置，等待电缆的下一oir。按钮64可以用作锁定机构，其将保持rj45插头并防止其被移除。在一个示例中，在负载条件下并且在没有适当地关闭端口和受电设备的软件/硬件功能的情况下，不允许移除电缆。

应当理解，本文所述的连接器、电缆和功率范围仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他类型的连接器、插头、插口、电缆、电缆系统或功率水平。

本文所述的实施例在包括多个网络设备的数据通信网络的上下文中操作。该网络可以包括经由任何数量的节点(例如，路由器、交换机、网关、控制器、接入点或其他网络设备)通信的任何数量的网络设备，该节点有助于网络内的数据通过。网络设备可以通过一个或多个网络(例如，局域网(lan)、城域网(man)、广域网(wan)、虚拟专用网(vpn)(例如，以太网虚拟专用网(evpn)、第2层虚拟专用网(l2vpn))、虚拟局域网(vlan)、无线网、企业网、公司网、数据中心、物联网(iot)、互联网、内联网或任何其他网络)通信或与一个或多个网络通信。

图7示出了可以用于实现本文所述的实施例的网络设备70(例如，图1中的pse、pd、传输系统、路由处理器卡机箱)的示例。在一个实施例中，网络设备70是可编程机器，其可以以硬件、软件或前述的任何组合来实现。网络设备70包括一个或多个处理器72、存储器74、接口76和电阻器检测/oir模块(在线移除模块)78。

存储器74可以是易失性存储器或非易失性存储器，其存储各种应用、操作系统、模块和数据以供处理器72执行和使用。例如，电阻器检测/oir模块78的组件(例如，代码、逻辑或固件等)可以存储在存储器74中。网络设备70可以包括任何数量的存储器组件。

网络设备70可以包括任何数量的处理器72(例如，单处理器或多处理器计算设备或系统)，其可以与用于处理分组或分组报头的转发引擎或分组转发器通信。处理器72可以从软件应用或模块接收指令，该指令使得处理器执行本文描述的一个或多个实施例的功能。

逻辑可以被编码在一种或多种有形介质中以供处理器72执行。例如，处理器72可以执行存储在计算机可读介质(例如，存储器74)中的代码。计算机可读介质可以是例如电子(例如，ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器))、磁性、光学(例如，cd、dvd)、电磁、半导体技术或任何其他合适的介质。在一个示例中，计算机可读介质包括非暂态计算机可读介质。逻辑可以用于执行以上参考图2和图5的流程图描述的一个或多个功能，或其他功能，例如本文描述的功率水平协商(powerlevelnegotiation)或安全子系统。网络设备70可以包括任何数量的处理器72。

接口76可以包括用于接收数据或功率或向其他设备传输数据或功率的任何数量的接口或网络接口(线卡、端口、连接器)。网络接口可以被配置为使用各种不同的通信协议来发送或接收数据，并且可以包括机械、电气和信令电路，用于通过耦合到网络或无线接口的物理链路来传送数据。例如，线卡可以包括端口处理器和端口处理器控制器。接口76可以被配置用于poe、增强型poe、poe+、upoe或类似的操作。

应当理解，图7所示和以上描述的网络设备70仅是示例，并且可以使用网络设备的不同配置。例如，网络设备70可以进一步包括可用于促进本文描述的能力的硬件、软件、算法、处理器、设备、组件或元件的任何合适的组合。

尽管根据所示的实施例描述了方法和装置，但是本领域的普通技术人员将容易认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施例进行改变。因此，包含在上述说明中和在附图中示出的所有内容都应当被解释为说明性的而非限制性的。