本文將探討在戶外環境安裝受電裝置的挑戰以及不同的供電方式，也會介紹為無線應用與IP監控攝影機等戶外部署安裝乙太網路供電(PoE)的業界標準最佳實例。
戶外安裝慎選供電方式
通常，戶外裝置會包括網路安全攝影機、無線接取點(AP)這些須要透過標準交流電(AC)電源來供電，或採用PoE技術以標準Cat5或較佳的乙太網路纜線來供電。
乙太網路裝置雖然能在戶外透過AC電源來供電，但是須要採用由美國電氣用品生產者協會(NEMA)核定的特殊AC插座外殼(Enclosure)。此外，有些裝置還會有直流電(DC)輸入，因此需要AC/DC分配器(Splitter)。同時，安裝的工作需要由有執照的電氣技師來進行。
另外一個為數據終端設備供電的方式是，透過部署PoE來實現戶外環境的安裝。PoE解決方案安裝簡易、可靈活部署、可靠性高，同時還能帶來額外的成本節省效益。以下將詳細討論如何部署PoE解決方案，但必須先了解有哪些環境條件須要克服。
戶外PoE方案考量須周全
要在戶外安裝受電裝置時，必須考量以下幾個因素，包括所需的防塵與防水等級、NEMA定義的外殼防護等級、紫外線保護需求、難燃性(Flame Classification)、保護整個網路所需的閃電防護等級、裝置安裝環境的溫度範圍、應用所需的數據傳輸率、裝置所需的PoE等級及須要遵循的標準，以及實體安裝需求(如牆壁、電線桿等)。
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國際電工委員會(IEC)60529標準定義在戶外部署電氣設備的需求。其定義的防水防塵等級(或IP碼)，可對電氣裝置防護固體與水分入侵機械外殼的保護等級進行分類。IP碼中的第一個數字是指對固體的防護，第二個數字則是指防水。表1和表2列出第一與第二個數字的等級。舉例來說，IP66等級的產品能夠完全密閉防塵，而且能暴露在強力沖水中(亦即豪雨)，因為第一個6是最高的等級，而第二個6雖然不是最高等級，但還是能抵擋滂沱大雨。 |
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NEMA定義多種的外殼類型，其中有些適用於戶外應用。如表3所示的NEMA 250-2003比較戶外非危險應用的外殼類型。
如表3中所示，NEMA 4X等級定義了與IP66等級類似的防護。對典型的戶外應用來說，如果不考慮浸水情況，NEMA 4X外殼將是最佳選擇。 |
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IEC 60950-22標準定義戶外用外殼的非金屬元件，應具備抵擋紫外線輻射造成衰減的足夠防護能力。此標準定義在經過紫外線曝曬至70%保留期後，最低的特性保留限制。當選擇戶外裝置時，須確定此裝置符合60950-22認證，才能確保此裝置已通過戶外環境使用的測試與核可。 |
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UL 94中規定十二種難燃性等級，這是根據對不同材料進行小規模燃燒測試所得到的結果。這些等級可用來區分材料試件在經過實驗室條件控制下的火焰測試後，所具備的燃燒特性。PoE戶外裝置所需的難燃性等級為5VB，所以只須選擇通過5VB等級測試的裝置就可以。 |
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Telcordia的GR-1089可確保電信設備具備所需的電磁相容(EMC)與電氣安全條件，以便能安全、可靠地運作。GR-1089中包含戶外部署指南，特別是對於突波保護需求，以確保設備能免於受到閃電造成的電磁相容突波損壞。
在PoE來源中內建專用的突波保護設計，可確保當閃電打到乙太網路纜線或接近乙太網路纜線時，突波會被抑制，而且不會傳送到室內設備內，以免對與乙太網路纜線相連的昂貴網路設備造成損壞。
選用符合GR-1089-Core Criteria B中定義的突波保護規範之裝置，會是明智的作法。其規範包括±1,000V/100A@10/1,000[μS]波形、±2,500V/500A@2/10[μS]波形及±1,000V/25A@10/360[μS]波形。 |
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IP安全攝影機這類最常建置在戶外環境的應用，都需要高可用性和絕佳的可靠度。採用PoE解決方案，可透過在AC電源供應附近安裝不斷電系統(UPS)，以提供一種集中式備用電源的簡易方式。結合PoE與UPS，可確保無線區域網路(WLAN)接取器(AP)或IP攝影機即使在網路電源斷電時，還能持續地運作。 |
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將任何裝置安裝於戶外環境時，都必須確認這台裝置能夠在戶外安裝地點的溫度範圍內正常運作。最重要的是，如果裝置會在溫度非常低的環境內操作，就必須選擇能支援-40℃/-40℉最低溫運作的裝置。至於高溫部分，建議選用能支援131℃/+55℉，甚至支援+149℃/65℉的裝置。須注意的是，有些供應商會把室內用PoE裝置放在IP66外殼中，就將其視為戶外用PoE解決方案，但是這類解決方案通常無法符合溫度範圍的需求。 |
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雖然有些應用目前只需要10bit/s或100Mbit/s的資料傳輸率，但強烈建議應該選用可支援10bit/s、100bit/s或100Mbit/s的PoE解決方案。因為PoE裝置已成為基礎架構的一部分，必須能夠提供未來網路所需的速度，以免往後需要更高資料傳輸率時，還得更換整個裝置。 |
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如「PoE簡介」中所解釋的，IEEE 802.3at-2009是最新的PoE標準，遵循此標準能確保戶外PoE裝置間的互通性、安全與可靠的安裝，並可免於受到受電裝置(PD)以及連接到PoE單元的非PoE裝置故障之影響。但須注意，選用不符合標準的PoE解決方案，可能會造成筆記型電腦這類非PoE裝置的損壞，因為它們會連接到非標準PoE單元的輸出RJ45接頭。所以，應選用IEEE 802.3at-2009 PSE PoE解決方案，以確保安全性及未來的可用性。 |
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戶外安裝的一個關鍵重點是所需的機械安裝類型，這可能安裝在牆上或是在電線桿上。應確定PoE單元須配備安裝套件，以支援所需的安裝條件，最好避免PoE解決方案與安裝套件來自不同供應商。選用來自單一供應商的完整解決方案，可確保在極端天氣環境下的最佳安裝與安全性，特別是在強風條件下。 |
PoE新標準優勢盡顯
PoE是可透過Cat 5或更好的纜線傳輸資料與電源的一種技術。最新的IEEE 802.3at-2009標準中定義最高能提供25.5瓦(W)功率至受電裝置的規範，同時，若全部都採用Cat 5纜線時，最高可傳輸51瓦的功率。
IEEE 802.3at-2009標準中定義兩種裝置類型，一個是提供電源的供電設備(Power Sourcing Equipment, PSE)，另一個是接收電源的受電裝置(Powered Device, PD)。PSE可以嵌入乙太網路交換器中，使其成為一台PoE交換器，或是獨立於乙太網路交換器，這種情況就稱為中跨設備(Midspan)。
Midspan可將PoE功能加到網路中，而毋須取代既有的乙太網路交換器。不管選用哪種方式，都能夠安全地將PoE電源傳送到受電裝置，但是使用PoE交換器會須要增加一個專用的閃電保護單元。
了解PoE部署環境定義
IEEE 802.3at-2009在33.4.1章節中定義了兩種部署環境，以下分別以環境A和環境B加以說明。
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當PSE和PD都放置在室內，而且是同一棟大樓。在此環境下，PSE中的PoE電路與數據電路間必須有電氣絕緣設計。多埠PSE能全部共用相同的接地絕緣。因此，環境A也就是室內PSE-室內PD環境(亦即室內/室內)。 |
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當PSE和PD沒有位於相同的大樓內。在此環境下，PoE與資料，以及PoE與多埠PSE的每個埠之間，都要有電氣絕緣設計。埠與埠之間的絕緣設計，通常是指每一個埠的電源供應都要能完全隔開，這會讓多埠PSE的戶外PD部署變得不切實際。因此，環境B也就是指，室內PSE-戶外PD(室內/戶外)，或戶外PSE-戶外PD(戶外/戶外)環境。 |
綜合以上所述，這意味著當PD部署在戶外時，通常只會採用單埠PSE。總之，PD-PSE環境有PoE來源是室內而PD是室內、PoE來源是室內而PD是戶外、PoE來源是戶外而PD是戶外等三種可能性。
以下將討論第三種情況的需求，因為PD和PSE都是安裝在戶外，環境的挑戰性最高。
PoE戶外安裝簡單安全
PoE戶外安裝具有部署簡易、具成本效益、靈活性、安全等效益，以下分別加以說明：
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PoE能免除耗時的AC插座安裝，特別是在戶外環境中。PoE能透過一條乙太網路纜線同時為戶外裝置提供電源與資料，可縮短安裝時間，而且不需要請專業電氣技工來安裝AC插座。 |
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PoE可節省在戶外安裝AC插座所需的成本。此外，使用戶外等級的PoE Midspan能從遠端控制傳送到裝置的電源，讓電源使用得到更佳的控制。 |
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WLAN AP或IP攝影機的安裝位置，通常會受到現場條件以及如何發揮最佳效益的考量所限制。在大部分的情況下，這些位置都不會有AC插座，而且也無法在這些位置安裝AC插座，但是，PoE提供了可在任何位置安裝WLAN AP或IP攝影機的靈活性，只須透過標準的乙太網路纜線，就可以與資料和電源供應連結。 |
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PoE可提供安全的50伏特(V)DC電源。此DC電源只會在與有效的PoE裝置相連時提供，而且會在短路或過載的情況下自動斷線。 |
依安裝環境條件選擇適當方案
在戶外安裝受電裝置時，會遭遇許多不同的挑戰，例如必須能防塵、防水，以及抵抗濕度、結冰、突波、電磁干擾等，使用者必須充分了解在戶外安裝PoE設備時須遵循哪些標準。
能夠了解不同等級所代表的意義，將產生截然不同的結果。有的戶外設備安裝能夠經用數十年，而有的只能堪用短暫的時間，或甚至當暴露於戶外環境時，就會完全損壞不能使用。
使用者要為安裝於戶外環境的受電裝置選用供電解決方案之前，應該充分研究和了解有哪些可用的技術方案，並謹慎做出選擇。
(本文作者為美高森美PowerDsine資深行銷經理)