ПИТАЕМЫЕ УСТРОЙСТВА В СЕТЕВОЙ СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ ПО ETHERNET И СПОСОБЫ ДЛЯ НЕГО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к питаемому устройству (выполненному с возможностью использования в сетевой системе питания по Ethernet (Power-over-Ethernet)), способу работы такого питаемого устройства и компьютерной программе для работы такого питаемого устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Power-over-Ethernet (PoE) описан в самом последнем стандарте, стандарте IEEE 802.3af-2003, часть 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, Amendment: Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI); Компьютерного Общества IEEE. Средствами PoE, электроэнергия поставляется отдельно расположенному оборудованию передачи данных и периферийным устройствам (таким как маршрутизаторы, коммутаторы, устройства буферизации печатающих устройств, и так далее) через то же самое проводное или сетевое соединение, которое используется, чтобы соединить их в Ethernet (сеть). Планируется использовать один и тот же стандарт для всех видов маломощных нагрузок, таких как, например, осветительное оборудование (датчики, переключатели, источники света и так далее) или развлекательные устройства, такие как активные громкоговорители, интернет-радиоприемники, проигрыватели DVD, телевизионные приставки и даже телевизоры. Стандартизация в стандарте IEEE 802.3 переходит к поддержке мощностей до 100 Вт на соединение категории 5/6.

По мере того как системы питания PoE для распределения электроэнергии внутри строений входят в центр внимания индустрии, некоторые особые аспекты использования этих сетей необходимо решить, для того, чтобы эти питаемые сети постоянного напряжения (так называемые "DC-сети") получили широкое применение. Исторически, когда стандарт PoE был введен для подачи электропитания к отдельно расположенным сетевым устройствам, таким как маршрутизаторы, коммутаторы, устройства буферизации печатающих устройств, и так далее, это было заменой для небольших источников питания типа, включаемого в розетку, поскольку первоначально предполагаемые нагрузки в большинстве случаев уже были оборудованы средствами связи и обработки.

Как указано выше, примером питаемых устройств могут быть источники света, а также датчики или исполнительные элементы. Как правило, предусмотрены два канала между питающим оборудованием (PSE) и питаемым устройством (PD). Канал подачи электропитания устанавливается после обнаружения и классификации. Вслед за этим, устанавливается канал данных для обычных данных Ethernet.

В деятельности по стандартизации PoE, один из аспектов, представляющий интерес, относится к распределению мощности. Стандарт 802.3af позволяет PSE проводить различие между несколькими классами мощности, а стандарт 802.3at добавляет поддержку дополнительного класса мощности, а так же непрерывную поддержку переговоров между PSE и PD. Способность PSE запрашивать PD для того, чтобы определить требуемую мощность этого PD называется классификацией. Функция опроса и классификации мощности предназначена, чтобы установить взаимную идентификацию, и предназначена для использования с расширенными функциями, такими как управление энергопотреблением. Существуют две формы классификации: классификация физического уровня и классификация канального уровня. Классификация физического уровня происходит прежде, чем PSE подает питание на PD, когда PSE подает напряжение на физический интерфейс и PD откликается током, представляющим ограниченное число классификаций мощности. При классификации канального уровня, PSE и PD осуществляют связь, используя протокол канального уровня, после того как канал передачи данных установлен. Классификация канального уровня имеет более тонкое разрешение мощности и способность для PSE и PD участвовать в динамическом распределении мощности, в котором мощность, выделенная PD, может изменяться один или более раз во время работы PD.

Улучшенные функции классификации в стандарте 802.3at могут быть использованы, в отличие от стандарта 802.3af, чтобы не давать PSE назначать слишком много мощности PD, то есть ограничивать мощность, которую PD никогда не будет использовать, из-за чего излишек резервируется без должной причины. Тем не менее, более расширенный подход к распределению мощности требуется для дальнейшей оптимизации распределения мощности.

Разрабатывается новый стандарт для PoE, стандарт 802.3bt, который представит новый механизм классификации: автоклассификацию (autoclass). Автоклассификация является механизмом классификации, который позволит PD сообщать его эффективную максимальную потребляемую мощность PSE. Это происходит так, что PSE сможет установить бюджет мощности равный эффективной максимальной мощности PD, включая эффективные потери канала (например, потери, происходящие через Ethernet-соединение между PSE и PD).

Это позволит более эффективно использовать блок питания (PSU) PSE, поскольку только эффективно используемую мощность необходимо выделять. Автоклассификация выполняется как часть процесса классификации, в котором PSE определяет какой класс назначить подключенному PD. В режиме автоклассификации PD потребляет максимальную мощность за короткий период времени во время классификации, а PSE измеряет потребленную мощность. Затем, PSE выделит мощность этому PD, на основании этого измерения.

Презентация "Autoclass II vl60" в рамках "IEEE P802.3bt 4-Pair Power over Ethernet (4PPoE) -January 2015 Interim Meeting" от 14-16 января 2015 г., в Атланте, штат Джорджия, США, авторов Lennart Yseboodt и др., раскрывает введение частей вышеупомянутых принципов автоклассификации.

Презентация "IEEE P802.3bt Mutual Identification" в рамках "IEEE P802.3bt 4-Pair Power over Ethernet (4PPoE) -September 2014 Interim Meeting" от 10-12 сентября 2014 г. в Каната, штат Онтарио, Канада, автора David Abramson, раскрывает схему взаимной идентификации для того, чтобы как PD, так и PSE изучали возможности/требования друг друга.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Наряду с запуском на физическом уровне (то есть как часть процесса классификации), протокол обнаружения канального уровня (LLDP) может также быть использован, чтобы (пере-) запустить или остановить автоклассификацию. Запуск автоклассификации посредством LLDP является решением для PD, которые не соответствуют требованиям по времени запуска для автоклассификации на физическом уровне (например, PD, которые не могут потреблять максимальную мощность вскоре после включения). Автоклассификация может обеспечить более точное распределение мощности, чем классификация канального уровня, к примеру, поскольку он учитывает фактические кабельные потери. Тем не менее, когда PSE и PD поддерживают автоклассификацию, и PD передаёт классификацию канального уровня, эта классификация канального уровня будет отменять распределение мощности, определенное на основании автоклассификации. Это может привести к менее точному распределению мощности.

Задача настоящего изобретения состоит в создании улучшенного питаемого устройства и улучшенного способа работы питаемого устройства, и компьютерной программы для работы питаемого устройства.

В одном аспекте настоящего изобретения представлено питаемое устройство для приема мощности от питающего оборудования через канал связи (например, Ethernet-кабель или другой кабель, позволяющий распределение электроэнергии и передачу данных), при этом питаемое устройство содержит: модуль связи, выполненный с возможностью передачи запроса электропитания через канал связи; и управляющий модуль, выполненный с возможностью управления питаемым устройством в режиме максимального энергопотребления во время фазы классификации упомянутого питаемого устройства. Питаемое устройство (например, управляющий модуль) выполнено с возможностью определения информации о типе, относящейся к питающему оборудованию, а модуль связи дополнительно выполнен с возможностью передачи по выбору запроса электропитания, основанного на информации об определенном типе (например, управляющий модуль управляет модулем связи для передачи запроса электропитания на основании информации об определенном типе). Это является полезным, поскольку позволяет, к примеру, PD передавать запрос электропитания только когда это приведет к лучшему распределению мощности (например, более эффективному распределению энергии на стороне PSE), или передавать запрос электропитания только когда мощность, выделяемую этому PD необходимо определить посредством PD (например, если PD определит, что мощность, выделенная с использованием автоклассификации, является недостаточной, к примеру, по причине того, что максимальная мощность не доступна после фазы классификации). Поддерживает ли PSE автоклассификацию, может быть определено на основании любого из следующего: информации, выдаваемой PSE (например, посредством LLDP), определено на основании характеристик мощности электропитания, обеспечиваемого PSE для PD (например, на основании процесса классификации), определено на основании настроек, сохраненных как часть процедуры установки или ввода в эксплуатацию, определено на основании определения, основанного на правилах (например, если название производителя PSE равно «названию марки», то передать запрос электропитания), и так далее.

В различных вариантах осуществления питаемого устройства в соответствии с настоящим изобретением, питаемое устройство выполнено с возможностью определения информации о типе, основанной на мощности, принятой от питающего оборудования через канал связи и/или на основании принятых данных указателя типа. Подобные данные указателя типа могут быть приняты, например, через беспроводной канал связи, могут быть приняты или извлечены из локального запоминающего устройства, и так далее. В предпочтительном варианте осуществления, данные указателя типа принимают через канал связи, к примеру, от устройства в сети, частью которой является PD, например, от питающего оборудования. Данные указателя типа могут содержать код производителя PSE, имя сети или сетевых устройств, и так далее, и эти данные могут быть приняты в одном или более форматах. В особенно выгодном варианте осуществления, данные указателя типа принимаются в виде сообщения протокола обнаружения канального уровня.

В дополнительном варианте осуществления питаемого устройства в соответствии с настоящим изобретением, определенная информация о типе указывает на поддержку питающим оборудованием автоклассификации. Когда PD может определить, поддерживается ли автоклассификация PSE, тогда модуль связи может быть выполнен с возможностью передачи запроса электропитания, когда определенный тип указывает на поддержку питающим оборудованием автоклассификации. Когда поддержка автоклассификации может быть однозначно определена, например, поскольку PSE передаёт сообщения LLDP, указывающие на его поддержку автоклассификацию, тогда легко может быть определено, следует ли передавать запрос электропитания (например, в виде сообщения LLDP). Когда поддержка PSE автоклассификация является неопределенной (например, если от PSE не получено никакого сообщения LLDP), например, если данные указателя типа указывают, что этот PSE может поддерживать, а может и не поддерживать автоклассификацию, определение, следует ли передавать запрос электропитания, может основываться на более сложной логике. Например, если PD требует для оптимальной работы 8 Вт мощности, то предпочтительно он распознается PSE как PD Класса 3, а используя автоклассификацию, менее чем максимальное количество электроэнергии для PD Класса 3 выделяется этому PD. Если это PSE поддерживает только PD до Класса 2 включительно, и это PD способно работать как PD Класса 2 (например, ограничивая свои функциональные способности, к примеру, ограничивая световой поток, если этот PD является осветительным прибором) то тогда может быть нежелательным ограничивать выделение мощности, чем-либо ниже максимальной мощности, выделяемой для PD Класса 2.

В следующем аспекте настоящего изобретения, предложен способ работы питаемого устройства для приема мощности от питающего оборудования через канал связи (например, Ethernet-кабель или другой кабель, обеспечивающий возможность распределения электроэнергии и передачи данных), причём способ содержит этапы, на которых: выдают классификационную информацию в канал связи, управляющий питаемым устройством в режиме максимальной мощности в течение заданного периода, определяют информацию о типе, относящуюся к питающему оборудованию, и передают по выбору запрос электропитания, на основании определенной информации о типе. В следующем примере, PD соединено с PSE через Ethernet-кабель и PSE идентифицирует PD на основании наличия резистора в 25 кОм (то есть обнаруживает характерное сопротивление между 19 и 26,5 кОм). Тогда PD может применить данный способ, выдав классификационную информацию в канал связи (например, выдав характерные признаки потребляемой мощности, поместив определенное сопротивление на одной или более парах в кабеле). Поскольку PSE, зная класс, в котором находится PD, обеспечивает питание по каналу связи PD, может произойти какой-то бросок тока. PD переходит в режим максимальной мощности, к примеру, после этого броска, а PSE, поддерживающее автоклассификацию, затем измерит мощность, используемую этим PD. Режим максимальной мощности может содержать включение PD на нагрузке, которая является его частью, или на которой оно работает (например, если нагрузка является осветительным прибором, источники света могут быть отрегулированы чтобы достичь максимального светового потока и максимального использования энергии), или, в ином случае, он может содержать включение PD выделенной схемы (например, использование максимальной мощности может быть имитировано, к примеру, посредством сопротивления, рассеивающего мощность, равную максимальной мощности для требуемой нагрузки). PD перейдет от режима максимальной мощности, например, к режиму нормальной (или рабочей) мощности после заданного периода времени (например, определенного стандартом PoE). В различных сценариях, PSE может затем передать информацию PD, PD может извлечь информацию (например, из запоминающего устройства), PD может запросить информацию (например, от PSE), и так далее, чтобы определить информацию о типе, относящуюся к этому питающему оборудованию. Определенная информация о типе используется, чтобы определить, следует ли передавать PSE запрос электропитания (например, в виде сообщения LLDP).

В еще одном аспекте настоящего изобретения предложен компьютерный программный продукт для работы питаемого устройства, для приема электропитания через канал связи, причём компьютерный программный продукт содержит программное кодовое средство, побуждающее питаемое устройство выполнять этапы способа работы питаемого устройства, когда эта компьютерная программа запущена на компьютере, управляющем этим питаемым устройством. Такой компьютерный программный продукт может быть сохранен в запоминающем устройстве PD, с тем, чтобы этот PD мог исполнять его. Как еще один пример, он может быть загружен PD как часть, к примеру, обновления прошивки.

В настоящем документе, термин «питающее оборудование» (PSE) может относиться, например, к DTE или промежуточному устройству которое обеспечивает электропитание одиночной секции линии связи (то есть, участку канала связи от PSE до этого PD). Термин «питаемое устройство» (PD) обычно относится к устройству, которое или получает электропитание или запрашивает электропитание от PSE. В простом примере, канал связи, в целях настоящего документа, может быть Ethernet-кабелем, соединяющим PSE и PD друг с другом.

Следует понимать, что данное питаемое устройство, способ работы питаемого устройства и компьютерная программа для работы питаемого устройства имеют схожие и/или идентичные варианты осуществления, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может также представлять собой любое сочетание зависимых пунктов формулы изобретения или вышеприведенных вариантов осуществления с соответствующими независимыми пунктами формулы изобретения.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидны из описанных ниже вариантов осуществления, и объяснены со ссылкой на них.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На прилагаемых чертежах:

Фиг. 1 показывает типовую планировку системы PoE, и

Фиг. 2 показывает схематически и примерно вариант осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает типовую планировку системы 100 PoE, содержащую питающее оборудование (PSE) 110 и PoE нагрузку 120, содержащую питаемое устройство (PD) 121. Соединение PoE может быть реализовано средствами, так называемого соединительного кабеля 150₁,..., 150_n между одним из множества выходных разъемов или портов 112₁,..., 112_n PSE 110 и входным разъемом или портом 122₁,..., 122_n PD 121. В системах PoE, обычно блок 113 электропитания PSE и блок 123 электропитания PD (для приема электропитания от PSE и снабжения его для нагрузки) а также блок 114 обработки данных PSE и блок 124 обработки данных PD, совместно используют одно и то же PoE соединение 150₁,..., 150_n. В системах с несколькими нагрузками, каждая нагрузка соединена к отдельному порту из множества выходных портов, содержащего порты PSE 110 с первого порта 112₁ по n-ный порт 112_n, в то время как управляющий блок 115 PSE выполнен с возможностью управления правильным снабжением электропитанием. Соответственно, каждая нагрузка, такая как PD 121, отдельно указывает на возможность приема электропитания через Ethernet-соединение и отдельно согласует доступность требуемой мощности с PSE 110. Это требует наличия управляющего блока 125 PD в каждом PD 121. На стороне PSE 110, управляющий блок 115 PSE руководит согласованием на всех портах.

В соответствии со стандартом IEEE 802.3af, который не поддерживает автоклассификацию, PD может быть классифицирован PSE на основании классификационной информации, выданной PD. Классифицируя PD, предполагается информировать PSE о максимальной мощности, требуемой PD во время работы. Класс 0 является принятым по умолчанию для PD. Классы с 1 по 3 могут быть использованы для альтернативных сценариев управления энергопотреблением в PSE. Классификация PD основывается на мощности. Классификация PD является максимальной мощностью, которую PD будет использовать на всех входных напряжениях и режимах работы. PD возвращает Класс от 0 до 3 в соответствии с максимальной потребляемой мощностью. В частности, этот стандарт требует, чтобы PD представлял одну, и только одну классификационную отличительную характеристику во время классификации. Вследствие этого, в оригинальной идее PoE, эти классификационные данные используют в целях планирования выделения мощности PSE.

Следующая таблица перечисляет некоторые классификации мощности 802.3at и классификационные отличительные характеристики (то есть, классификационные токи), измеренные на входном разъеме PD:

Автоклассификации, которая будет представлена в грядущем стандарте IEEE 802.3bt, позволяет PD указывать PSE, что оно поддерживает автоклассификацию. Если PSE также поддерживает автоклассификацию, оно заметит, что PD указало поддержку автоклассификации. Тогда PSE может назначить предварительный бюджет мощности (например, на основании класса, к которому относится PD), и измерить потребление энергии PD, во время нахождения его в режиме максимальной мощности. Мощность, используемая PD в режиме максимальной мощности, при необходимости c запасом безопасности, затем назначается в качестве бюджета мощности для PD. Тем не менее, если PSE не поддерживает автоклассификацию, тогда PSE просто выделяет мощность на основании класса, к которому относится это PD. Ожидается, что PD не может провести различие на этом этапе между PSE, поддерживающим автоклассификацию, и PSE, не поддерживающим автоклассификацию. Если PD определяет информацию о типе, относящуюся к этому PSE, то тогда PD может использовать это, чтобы определить, должен ли запрос электропитания быть передан PSE. Если PSE поддерживает автоклассификацию и запрос электропитания передан, то тогда этот запрос электропитания будет аннулировать выделение мощности, основанное на автоклассификации. По этой причине, преимущества распределения мощности, основанные на автоклассификации, будут сведены к нулю. Если PSE не поддерживает автоклассификацию, то тогда этот запрос электропитания будет аннулировать выделение мощности, основанное на классификации (то есть основанное на классе, к которому относится этот PD). Таким образом, распределение мощности может быть более точным.

На Фиг. 2 показан вариант осуществления способа работы питаемого устройства в соответствии с настоящим изобретением. Способ 200 содержит: проводят классификацию 210, переключают в режим 220 максимальной мощности, определяют информацию о типе PSE 230 и, по выбору, передают запрос 240 электропитания или не передают запрос 250 электропитания.

Как часть процесса классификации 210, PD представляет классификационную отличительную характеристику, которая позволяет PSE определить, к какому классу относится это PD, и/или что это PD поддерживает автоклассификацию. Затем, PSE выделяет количество электроэнергии, соответствующее этому классу (в соответствии со стандартом PoE) этому PD. PD, поддерживающее автоклассификацию, временно переключается в режим максимальной мощности, в котором оно указывает посредством потребления мощности, какой максимальный объем электроэнергии будет нужен во время работы. Поддерживающее автоклассификацию PSE измерит количество электроэнергии, используемую PD во время нахождения в режиме максимальной мощности, и обновит свое распределение мощности, на основании этого измерения (например, выделит измеренную используемую максимальную мощность, плюс необязательный фиксированный или относительный запас безопасности). Когда PSE не поддерживает автоклассификацию, выделение мощности остается на основании класса, к которому относится PD, по определению PSE. На этом этапе, PD не знает, поддерживает ли PSE автоклассификацию. Посредством определения информации о типе PSE, например, определив, поддерживает ли это PSE автоклассификацию, PD может определить, следует ли ему передавать запрос электропитания. Как пример, PD принимает сообщение LLDP от PSE, содержащее поле, которое сигнализирует, что PSE поддерживает автоклассификацию. Если PD, таким образом, определяет, что PSE поддерживает автоклассификацию, то тогда PD может воздержаться от передачи сообщения LLDP, содержащего запрос электропитания. Если, однако, PD определяет, что PSE не поддерживает автоклассификацию, то тогда PD может передать сообщение LLDP, содержащее запрос электропитания.

Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при применении заявленного изобретения после изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множество.

Один модуль или устройство может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые средства перечислены в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что сочетание этих средств не может быть использовано с достижением преимущества.

Компьютерная программа может быть сохранена/распространена на подходящем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемым вместе с другим аппаратным обеспечением или как его часть, но может также быть распространена в других видах, например, через сеть Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Термин «компьютерная программа» может также относиться к встроенному программному обеспечению.

Любые условные обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.