КАСКАДНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ЧЕРЕЗ ETHERNET
CASCADED POWER-OVER-INTERNET SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области систем питания через Ethernet и, в частности, к питанию устройств по технологии "питания через Ethernet".
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В заявке США 2005/0033997 содержится описание сетевого устройства, содержащего входной порт питания, выходной порт питания, внутреннюю схему и систему накопления мощности, соединенную с входным портом питания, выходным портом питания и внутренней схемой.
В патенте США 5841360 содержится описание сетевой топологии, допускающей распределенные измерение, управление и передачу. Сетевая топология содержит источник питания и множество последовательно включенных интеллектуальных ячеек с питанием от сети (PSIC), соединенных с источником питания и между собой посредством соответствующих каналов связи, каждая из которых допускает взаимно независимую связь в любом из двух или обоих направлениях и содержит по меньшей мере два электрических проводника. Сетевая топология дополнительно содержит средство адресации для однозначного обращения к каждой из PSIC и по меньшей мере один элемент полезной нагрузки, соединенный с одной из PSIC для работы в соответствии с алгоритмом управления, заложенным в или подаваемым в одну из PSIC.
Технология "питания через Ethernet" (PoE) является стандартом, допускающим питание устройств с умеренным потреблением энергии по стандартному кабелю Ethernet, например кабелю типа Cat5 или Cat5e. Как правило, в системах с питанием по технологии "питания через Ethernet" к по меньшей мере одному упомянутому кабелю подсоединено несколько устройств, и, таким образом, устройства получают питание по кабелю через переключатели PoE. Данный переключатель PoE (или, в общем, устройство PoE), как правило, применяется в качестве узла в сети с радиальной топологией и служит для направления сетевого трафика между разными ветвями сети Ethernet. Упомянутый переключатель PoE обеспечивает равным образом подачу электрической энергии в соответствии со стандартом PoE в подсоединенные устройства. Данные устройства могут включать в себя, например, осветительное оборудование для бытового или профессионального освещения или могут быть датчиками или подобными устройствами.
Упомянутая схема оказалась полезным способом подачи электрической энергии во множество подсоединенных устройств на расстояние до 100 м. Данная система оказалась пригодной в случае, если мощность подсоединенных устройств невелика или расстояние является небольшим и если предполагается, что получающие питание устройства должны работать в непрерывном режиме, например маршрутизаторы, модемы цифровых абонентских линий (DSL), другие переключатели и т.п.
В настоящее время становится очевидным, что другие устройства, помимо устройств, предназначенных для компьютерной и сетевой технологии, например источники света, также можно питать энергией по упомянутому способу в подходящих случаях. Упомянутая конфигурация может содержать, например, несколько отсоединенных устройств PoE или переключателей PoE, вследствие чего каждое устройство или переключатель подает питание в несколько устройств, например источников света, находящихся в непосредственной близости от него. Характеристикой данных устройств является сравнительно большая потребляемая мощность, работают данные устройства с перерывами и часто не нуждаются в постоянном подключении к сети.
Чтобы обеспечивать подачу питания в подсоединенные устройства и чтобы обеспечивать собственную потребность в питании (например, для питания блока управления, управляющего работой переключателя), переключатели PoE локально снабжают собственным источником питания по технологии PoE, например, соединением для питания от электрической сети. В общем, упомянутый переключатель PoE получает собственное питание из локального источника питания по технологии PoE независимо от того, работает или требует питания или нет устройство, которое подсоединено к переключателю. По существу, значительное потребление энергии (называемое также резервной мощностью) можно отметить, когда переключатель PoE не питает подсоединенное устройство. В связи с тем, что системы PoE, как правило, применяются для сравнительно маломощного или умеренно мощного оборудования, требования к резервной мощности обычно применяемых переключателей PoE могут отрицательно сказаться на общей эффективности системы PoE.
Резервную мощность предложено было снижать путем обеспечения специализированного маломощного источника питания для данной цели в переключателе PoE, обеспечения питания для собственных функций переключателей в случае, если никакие присоединенные устройства не требуют питания по технологии PoE; однако данное решение может иметь следствием заметное повышение стоимости системы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует потребность в создании системы PoE, которая допускает более эффективное питание устройства PoE, используемого в этой системе.
Соответственно, в одном аспекте изобретения предлагается устройство питания через Ethernet, PoE, для применения в системе PoE, при этом устройство PoE содержит:
первый порт PoE для подсоединения устройства к устройству PoE в восходящем направлении или центральному блоку управления;
второй порт PoE для подсоединения устройства к устройству в нисходящем направлении или устройству PoE;
блок управления для управления обменом данными и/или питанием между первым и вторым портами PoE,
причем блок управления содержит первую входную клемму питания, соединенную с первым портом PoE, чтобы получать электропитание для питания блока управления; при этом устройство PoE дополнительно содержит:
источник питания, соединенный со вторым портом PoE для обеспечения подачи питания к устройству в нисходящем направлении и/или соединенный со второй входной клеммой питания блока управления для питания блока управления;
причем соединение источника питания со вторым портом PoE и/или соединение блока управления с первым портом PoE управляются блоком управления;
причем блок управления выполнен с возможностью включения в работу устройства в первом режиме, при котором блок управления снабжается питанием через первый порт PoE, и во втором режиме, при котором блок управления снабжается питанием от источника питания; и
причем блок управления отключает источник питания, когда устройство работает в первом режиме.
Устройство PoE в соответствии с изобретением можно применить, например, в каскадной системе PoE, вследствие чего устройство работает как узел, например, в сети с радиальной топологией. В одном варианте осуществления устройство PoE является переключателем PoE. Устройство PoE в соответствии с изобретением содержит первый и второй порты PoE, т.е. клемму для подсоединения кабеля Ethernet, например кабеля Cat5 или Cat5e. К данной клемме или данному порту можно подсоединять устройства или другие устройства PoE, что дает возможность передавать данные и/или мощность между соединенными компонентами. Система PoE, применяющая упомянутое устройство PoE, может содержать, например, центральный сервер, соединенный с первой клеммой или первым портом устройства PoE или множеством первых клемм Ethernet множества устройств PoE, вследствие чего вторую клемму или второй порт устройства или устройств используют для подсоединения устройства, например осветительного оборудования. В общем, первый порт PoE устройства PoE используют для подсоединения устройства PoE к компонентам в восходящем направлении относительно устройства, подлежащего питанию или управлению от устройства PoE.
В пределах смыслового содержания настоящего документа, восходящим соединением считают соединение от устройства, а нисходящим соединением считают соединение к устройству или, например, от центрального сервера.
В одном варианте осуществления устройство PoE в соответствии с изобретением снабжено множеством вторых клемм, допускающих подсоединение множества устройств к устройству PoE, например, в нисходящем направлении от центрального сервера, подсоединенного к первой клемме Ethernet устройства PoE.
Устройство PoE в соответствии с изобретением дополнительно содержит блок управления, который управляет работой устройства, т.е. обменом данными и/или питанием между первым и вторым портами PoE и/или между портами PoE и блоком управления. Упомянутый блок управления может содержать, например, микропроцессор или подобное устройство и обеспечивает, чтобы между компонентами в восходящем и нисходящем направлениях были выполнены соответствующие соединения, при необходимости.
В соответствии с настоящим изобретением, блок управления устройства PoE, при применении, дополнительно расположен с возможностью питания через первый порт PoE. Для реализации данной возможности входную клемму питания блока управления подсоединяют к первому порту PoE, чтобы получать электропитание для питания блока управления. По существу, устройство PoE в соответствии с настоящим изобретением не нуждается в обязательном применении отдельного источника питания для питания блока управления устройства, и потребляемую мощность для блока управления можно обеспечить с использованием электропитания через первый порт PoE. Электропитание можно обеспечить в виде отдельного сигнала, отдельного от любой передачи данных, или можно накладывать на сигнал данных, в зависимости от типа соединения Ethernet, которое применяется. По существу, электропитание или сигнал питания может обеспечиваться, например, центральным сервером или устройством PoE, расположенным с восходящей стороны. В случае если потребляемая мощность устройства, подлежащего питанию с нисходящей стороны от устройства, сравнительно невысока (например, что касается датчиков или подобных устройств), то питание упомянутого устройства можно, в равной степени, обеспечивать посредством сигнала питания. Поэтому, в одном варианте осуществления, первый порт PoE дополнительно соединен со вторым портом PoE для обеспечения подачи электропитания или сигнала питания во второй порт PoE, для питания устройства в нисходящем направлении или, например, дополнительного устройства PoE.
Для обеспечения умеренной или сравнительно высокой потребляемой мощности устройство PoE содержит источник питания. Поэтому устройство PoE в соответствии с изобретением дополнительно содержит источник питания, соединенный со вторым портом PoE для обеспечения подачи питания к устройству в нисходящем направлении и/или соединенный с дополнительной входной клеммой питания блока управления для питания блока управления. В данном варианте осуществления существуют различные варианты или режимы работы для питания устройства в нисходящем направлении и/или блока управления устройства. Режим работы можно сделать, например, зависящим от мгновенной потребляемой мощности устройства в нисходящем направлении. По существу, устройство PoE может работать в первом режиме, при котором блок управления (и, по желанию, устройство в нисходящем направлении) снабжается электропитанием, полученным через первый порт PoE, или может работать во втором режиме, в котором блок управления (и, по желанию, устройство в нисходящем направлении) получает питание от источника питания. В результате, устройство PoE в соответствии с вариантом осуществления может легко адаптироваться к изменению потребляемой мощности устройства, подлежащего питанию. Упомянутая адаптация позволяет повысить общую эффективность системы, в частности, когда устройства работают только с перерывами. В качестве примера данных устройств можно упомянуть осветительное оборудование. Когда упомянутое оборудование выключено (или работает в режиме низкой интенсивности), устройство PoE может работать, например, в первом режиме, в котором блок управления и осветительное оборудование снабжаются питанием посредством сигнала питания, получаемого через первый порт PoE. Во время работы в первом режиме источник питания может быть отсоединен, что снижает потери при работе в холостом режиме, имеющие место в данном источнике питания во время работы при сравнительно низких уровнях мощности. Следует отметить, что обычно применяемые источники питания содержат соединение с электрической сетью и преобразователь мощности (например, содержащий (электронный) трансформатор и выпрямитель) для преобразования питания от электрической сети до напряжения подходящего уровня для питания блока управления. Как только осветительное оборудование включают, то питание осветительного оборудования от источника питания будет эффективнее, чем через первый порт PoE, вследствие снижения потерь, возникающих в кабеле Ethernet, подсоединенном к первому порту PoE.
Как изложено выше, в устройстве PoE в соответствии с изобретением можно применить различные соединения (например, соединяющие первый и второй порты PoE или соединяющие первый порт PoE и блок управления, …) для питания либо блока управления, либо устройства в нисходящем направлении, подсоединенного ко второму порту PoE. Данные соединения могут включаться в работу (либо размыкаться, либо замыкаться) селективно и поэтому должны считаться не жесткими фиксированными соединения, а управляемыми соединениями, например работающими с управлением от блока управления или центрального блока управления. Соединение, которое должно размыкаться или замыкаться, может быть определено, например, по мгновенной потребляемой мощности устройства или устройств, подлежащих питанию. По существу, блок управления устройства или центральный блок управления может определять режим работы устройства и, соответственно, управлять различными соединениями.
В одном варианте осуществления устройство PoE в соответствии с изобретением снабжено по меньшей мере одним делителем мощности для разделения входного сигнала (например, получаемого первым портом PoE) на сигнал данных и сигнал питания или для объединения сигнала данных и сигнала питания в выходной сигнал для второго порта PoE.
Устройство PoE в соответствии с изобретением можно применять, например, в системе PoE в соответствии с изобретением, при этом система PoE содержит центральный блок управления и по меньшей мере одно устройство PoE в соответствии с изобретением, причем центральный блок управления содержит по меньшей мере один выходной порт PoE, соединенный с по меньшей мере одним первым портом PoE устройств PoE в соответствии с изобретением. В данной системе центральный блок управления (например, центральный сервер или устройство PoE) может определять, например, как следует осуществлять питание устройств PoE. Например, центральный блок управления может получать входной сигнал, представляющий потребляемые мощности устройств, присоединенных с нисходящей стороны от устройства или устройств PoE системы, и на основании сигнала определять, как следует осуществлять питание устройств PoE. Если потребляемые мощности устройств равны нулю, то центральный сервер может даже обеспечивать полное отсоединение устройств PoE.
Систему PoE в соответствии с изобретением можно применить, например, в осветительном оборудовании, вследствие чего по меньшей мере один осветительный блок (например, светодиодный (СД) осветительный блок) подсоединяют к соответствующему по меньшей мере одному второму порту PoE по меньшей мере одного устройства PoE системы PoE.
Приведенные и другие аспекты изобретения станут более понятными после изучения подробного описания, приведенного в дальнейшем в связи с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые части.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 схематически изображает систему PoE в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 схематически изображает вариант осуществления устройства PoE в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображена система PoE в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления показано, что центральный блок управления (например, сервер или устройство PoE, снабженное источником питания) содержит три выходных порта (101, 102 и 103) PoE, подсоединенных к устройствам 111, 112 и 113 PoE через соединения 120 Ethernet. Устройства 111, 112 и 113 PoE могут располагаться, например, в различных местах в здании. Устройства 111, 112 и 113 PoE являются устройствами PoE в соответствии с настоящим изобретением, которые подробно поясняются ниже. В частности, устройства PoE могут быть переключателями PoE. Переключатели PoE (в общем, устройства PoE) можно применять, например, для питания одного или более устройств 130, подсоединенных с нисходящей стороны от переключателей PoE. Данные устройства могут быть, например, другими устройствами или переключателями PoE или могут быть датчиками, элементами управления или оборудованием другого типа. Питание устройств 111, 112 и 113 PoE и устройств 130, подсоединенных к устройствам, можно реализовать различными способами благодаря топологии устройств. Например, устройства, в частности блок управления устройств, либо можно снабжать питанием с помощью сигнала питания, получаемого через соединение 120 Ethernet, либо можно снабжать питанием от локального источника питания (не показанного) устройств. Данный блок управления (который может, например, содержать микропроцессор или подобное устройство) может быть также выполнен с возможностью управления последовательностями включения питания и выключения питания устройства. Данная функция может быть реализована, например, в программном модуле, являющемся частью системного программного обеспечения устройств PoE. Фактически, функцией питания устройств PoE могут управлять либо (локальные) блоки управления устройств PoE, либо центральный блок управления. В последнем случае питание устройств PoE и, потенциально, даже содержащихся промежуточных переключателей можно полностью выключать, когда от устройств 130, подсоединенных к переключателям, не требуется питания и функционирования. По существу, в одном варианте осуществления последовательности включения питания и выключения питания устройств PoE могут исполняться с управлением от центрального блока управления. В данной системе PoE может происходить следующая последовательность операций: после обнаружения, что требуется подсоединение к устройству PoE, первое данное устройство вводится в действие включением функции PoE соответствующей ветви (т.е. соответствующего соединения 120 Ethernet) центральным блоком управления. После того как устройство PoE вошло в нормальный рабочий режим, в устройство PoE могут доставляться любые релевантные данные, которые относятся к требуемому соединению (например, в виде сетевых пакетов) и которые могут быть при этом буферизированы (например, в центральном блоке управления). На основании полученных данных, в устройстве PoE может приниматься решение, следует ли включать питание устройства PoE. Если следует, то питание переключателя PoE включается. Следует отметить, что, в зависимости от потребляемой мощности, возможно также принятие решения питать устройство через соединение Ethernet, а не от источника питания. В случае потребности в умеренной или высокой мощности, возможно, будет принято решение питать устройство от (локального) источника питания. По желанию, потребляемая мощность управляющей части устройства PoE (т.е. блока управления, не показанного) также может отбираться из локального источника питания, что сокращает возможные потери мощности в кабеле 120 Ethernet между центральным блоком 100 управления и устройством PoE.
Если впоследствии устройство отключается, а включенным на данный момент было только одно упомянутое устройство, то локальный источник питания по технологии PoE устройства PoE может быть снова отключен, и источник питания может быть переведен в центральный блок управления. Если обнаруживается (например, по сигналу, введенному пользователем, поданному в центральный блок управления), что устройство PoE больше не нуждается в соединении с сетью, то тогда все устройство PoE, содержащее блок управления устройства, может быть отключено от питания и с кабеля 120 может быть снято питание по технологии PoE. В соответствии с настоящим изобретением можно уменьшить потребление энергии установками, выполненными на основе технологии PoE и работающими с перерывами. Настоящее изобретение полезно, в частности, для реализации эффективных систем распределения мощности, выполненных на базе стандарта PoE, для устройств, которые не являются типичными устройствами компьютерных сетей. Таким образом, настоящее изобретение полезно, в частности, для реализации эффективной осветительной аппаратуры всего здания на базе стандарта PoE.
На фиг.2 схематично изображен вариант осуществления устройства PoE, в частности переключателя PoE, в соответствии с настоящим изобретением. Переключатель 200 PoE содержит первый порт 210 PoE, который можно использовать, например, для подсоединения (по кабелю Ethernet, не показанному) переключателя PoE к центральному блоку управления в восходящем направлении или другому переключателю PoE. Переключатель PoE дополнительно содержит три вторых порта 220 PoE, которые можно использовать для соединения с устройствами в нисходящем направлении, которые нуждаются в питании и/или управлении. Упомянутые устройства могут быть, например, датчиками, маршрутизаторами, переключателями, осветительным оборудованием и т.п. Как показано, каждый порт PoE снабжен делителем 230 мощности. Данный делитель мощности можно использовать для разделения входного сигнала (например, получаемого первым портом 210 PoE) на сигнал данных и сигнал питания или для объединения сигнала 335 данных и сигнала 320 питания в выходной сигнал для второго порта 220 PoE. Сигнал питания может подаваться, например, на входную клемму 305 питания блока управления и служить для питания блока управления. Переключатель 200 PoE дополнительно содержит блок 240 управления для управления обменом данными и мощностью между первым и вторым портами PoE и локальным источником 250 питания переключателя PoE. В представленном варианте осуществления локальный источник 250 питания может служить для подачи питания (обозначенного позицией 310) во вторые порты 220 PoE и/или подачи питания (обозначенного позицией 300) в блок управления на входную клемму 315 питания блока управления. Локальный источник 250 питания может содержать, например, соединение с сетевой клеммой 255 электрической сети. В случае, когда питание от локального источника питания не требуется, блок 240 управления может отключать источник питания соответствующим управляющим сигналом 400. В соответствии с настоящим изобретением, блок 240 управления можно также снабжать питанием посредством сигнала питания (обозначенного позицией 320), получаемого через первый порт PoE и через входную клемму 305 питания блока управления. В представленном варианте осуществления сигнал 340, получаемый через первый порт PoE, делится на сигнал 330 данных и сигнал 320 питания, который можно использовать для питания блока управления переключателя 200 PoE. В альтернативном варианте или дополнительно, сигнал 320 питания может служить также для питания любых устройств, подсоединенных ко вторым портам 220 PoE, при обеспечении подачи сигнала питания в устройства через делители мощности, соединенные со вторыми портами PoE. Данная схема допускает гибкий способ питания как блока 240 управления, так и устройств, подсоединенных ко вторым портам PoE. В одном варианте осуществления блок управления осуществляет управление через соединения, через которые блок управления или устройства получают питание, например, на основании мгновенной потребляемой мощности. Данное решение дает возможность переключателю PoE работать эффективным образом, даже при устройствах, которые включаются в работу с перерывами, например осветительном оборудовании. По мере необходимости, в настоящей заявке приведены подробные описания вариантов осуществления настоящего изобретения, однако следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления являются всего лишь примерами изобретения, которое может быть осуществлено в различных формах. Поэтому конкретные конструктивные и функциональные детали, изложенные в настоящем описании, не подлежат интерпретации в смысле ограничения, а служат только основой для формулы изобретения и репрезентативной основой при изложении принципов, чтобы специалисты в данной области техники применяли настоящее изобретение различным образом фактически в любой подходящей конструкции. Кроме того, термины и формулировки, примененные в настоящем описании, предполагают не ограничение, а представление понятного описания изобретения.
В контексте настоящего описания, употребление признаков в единственном числе не исключает их множества. Термин множество, в контексте настоящего описания, определяется как два или более чем два. Термин другой, в контексте настоящего описания, определяется как по меньшей мере второй или больший. Термины содержащий и/или имеющий, в контексте настоящего описания, определяются как содержащие (т.е. не замкнутые, не исключающие других элементов или этапов). Никакие позиции в формуле изобретения не подлежат истолкованию как ограничивающие объем притязаний формулы изобретения или объем изобретения.
Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что в подходящих случаях нельзя использовать сочетание упомянутых признаков.
Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения.
Термины программа, программное приложение и т.п., в контексте настоящего описания, определяются как последовательность команд, предназначенная для исполнения в компьютерной системе. Программа, компьютерная программа или программное приложение может содержать подпрограмму, функцию, процедуру, конечный способ, конечное исполнение, исполняемое приложение, апплет, сервлет, исходный код, объектную программу, совместно используемую библиотеку/динамически загружаемую библиотеку и/или другую последовательность команд, предназначенных для исполнения в компьютерной системе.