芯耀
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什么是PoE及其重要性
以太网供电（PoE）是一项重要的网络标准，它通过单根以太网电缆同时传输电力和数据，简化了安装过程。使用PoE，无需同时布置网络电缆和单独的电源适配器，而是将两者合并为一个标准化连接。PoE最初是为企业网络设备（如IP电话和接入点）设计的，现已逐渐成为嵌入式系统和物联网设备的重要技术。
对于需要持续运行的硬件，PoE可同时解决多个实际问题。它简化了布线，减少了故障点数量，并支持通过网络交换机进行集中电源管理——正如这篇强调网络供电设计考虑因素的树莓派集群指南博客中所讨论的。在需要设备持续可靠运行的环境中（如监控系统、网关或自动化控制器），PoE提供了比单个墙插适配器更整洁、更专业的供电模式。
通过以太网为树莓派供电的优势
通过以太网供电的树莓派具有一系列超越便利性的优势，尤其适用于固定且持续运行的部署场景。
• 单线缆设置
单根以太网电缆即可同时提供电力和网络连接，简化了树莓派的网络供电设置和安装过程。这在设备安装在墙壁、天花板或机柜内部时尤为实用。
• 集中电源控制
当树莓派设备由PoE交换机供电时，可通过循环切换交换机端口来远程重启设备。这对于物理访问受限或不可行的无头系统非常有用。
• 可靠性
PoE交换机通常为企业级设计，提供稳定、受控的电力供应——这也是我们的树莓派集群设置教程中强调的关键特性。与低成本USB电源适配器相比，PoE设置在全天候运行中往往更加稳定。
树莓派PoE的典型应用场景
树莓派PoE非常适合设备联网、持续运行且无人值守的场景。
• 家庭自动化：使用PoE的树莓派家庭自动化系统更加稳定，可支持Home Assistant或Node-RED等中央枢纽的可靠运行。以太网同时提供电力和网络连接，确保系统稳定且易于维护。
• 安全和监控节点：配备摄像头或传感器的树莓派设备可安装在固定位置，并通过网络完全供电，无需本地电源。
• 信息亭和数字标牌：PoE简化了面向公众的安装过程。显示屏、控制器或信息终端可通过中央网络机架供电和管理。
• 天花板或墙壁安装部署：如环境传感器或门禁控制器，是PoE大显身手的场景。在这些情况下，布设单根以太网电缆远比组合电源适配器和延长线更为实用。
PoE的适用与不适用场景
PoE最适合无头或远程部署，对于注重简单性和可靠性的无头树莓派系统而言，它是理想解决方案，此时原始电力供应的可用性并非首要考虑因素。当USB外设有限且树莓派主要用于网络、控制或轻量级处理时，PoE表现尤为出色。
然而，PoE并非总是最佳选择。高USB电力负载（如多个外设、外部硬盘驱动器或高耗电配件）可能超出标准PoE的极限。在这种情况下，传统的USB-C电源适配器可能更为合适。
成本和基础设施也是重要考虑因素。PoE需要配备PoE功能的交换机或PoE注入器，这增加了前期费用。对于单台桌面树莓派而言，这并不划算。
此外，必须了解PoE具有的电力限制——这一点在我们的树莓派集群电力规划指南中有所强调。虽然USB-C适配器可提供更高的峰值电力，但标准PoE必须在IEEE规范内运行。
作为实用指南，标准PoE通常足以支持运行轻量级服务的无头树莓派。如果设置中包括NVMe存储、多个USB设备或持续的CPU负载，树莓派PoE+可提供更高的稳定性和电力余量。如有疑问，选择PoE+可在不改变整体安装方法的情况下提供额外的安全边际。
支持PoE的树莓派型号
并非所有树莓派型号都支持PoE。要使用PoE，主板必须同时具备以太网连接和专用PoE接口。
✓ 常用的支持PoE的型号包括树莓派3B+、树莓派4 PoE设置和树莓派5以太网供电板。
这些主板配备四针PoE接口，可安装PoE扩展板。
若无此接口，即使设备具备以太网功能，也无法直接使用PoE。PoE扩展板是必需组件，因为它负责与网络设备进行电压转换和电力协商。
树莓派PoE扩展板选项
可靠的树莓派PoE扩展板如官方型号的设计符合IEEE 802.3af标准。它通常可提供约12-15瓦的电力，可以满足大多数基本树莓派配置的需求。这款带风扇冷却的树莓派PoE扩展板内置小型风扇，可提供主动冷却，这在封闭式安装中尤为有用。
• 标准：IEEE 802.3at-2009 PoE
• 输出功率：5伏直流电/4安
• 冷却：25毫米×25毫米无刷风扇，提供2.2立方英尺/分钟的风量以冷却处理器
• 特性：全隔离开关模式电源；风扇控制
• 工作温度：0°C至+50°C
对于要求更高的设置，PoE+扩展板支持IEEE 802.3at标准。PoE+提供更高的电力预算，适合配备NVMe存储、USB外设或高CPU负载的树莓派系统——详情请参阅官方树莓派PoE+扩展板产品页面。在这些情况下，PoE+可提供额外的余量和更高的稳定性。
https://www.raspberrypi.com/products/poe-plus-hat/
标准PoE与PoE+的主要区别在于电力输出和基础设施要求。PoE+硬件更昂贵且需要兼容交换机，但对于高级应用场景而言，这是值得的投资。
PoE网络基础设施基础
PoE依据标准化规范运行，主要为802.3af（PoE）和802.3at（PoE+）。选择哪种规范取决于连接设备的电力需求。
电力可通过树莓派集群的PoE交换机或树莓派单节点部署的PoE注入器输送。交换机在多个端口上提供PoE，适合大型部署。注入器为单根以太网线路添加PoE功能，适合小型设置。
检查PoE交换机的总电力预算非常重要。即使单个端口支持PoE，整体电力容量也可能限制同时供电的设备数量——这一点在PoE电力预算规划指南中有所探讨。
https://help.uisp.com/hc/en-us/articles/22591077433879-EdgeRouter-Hardware-Offloading
以太网电缆质量也至关重要。建议使用Cat5e或Cat6电缆以确保可靠的电力输送和数据完整性。
安装与设置概述
在封闭式机柜中安装时，请注意气流和风扇间隙，因为PoE扩展板会增加垂直高度。还建议在首次通电时不连接额外的USB外设，以验证PoE运行的稳定性。
通电前，请确认交换机或注入器支持正确的PoE标准。连接以太网电缆后，树莓派应自动启动。
如果系统无法启动，检查PoE状态指示灯、电缆完整性和扩展板对齐情况是树莓派PoE故障排除的常见步骤，需确认电缆完整并确保扩展板正确安装。
树莓派的PoE与USB-C供电对比
在考虑树莓派的PoE与USB-C供电选项时，每种方法都有其独特的优势和权衡。PoE在可靠性、集中管理和整洁安装方面表现出色。USB-C则提供灵活性、更高的峰值电力和更低的初始成本。
对于固定、联网的部署，PoE通常是更好的选择。对于开发、桌面使用或高电力外设，USB-C仍然更简单且更通用。
最终决策取决于树莓派的使用方式和场景。
一个简单的经验法则是，PoE最适合固定、以网络为中心的部署，而USB-C更适合开发和实验。对于从桌面设置过渡到永久安装的用户而言，PoE往往成为更可靠的长期解决方案。
结论
以太网供电为树莓派系统提供了一种整洁且可靠的供电方式，尤其在固定、以网络为中心的部署中——正如Tom's Hardware的这篇树莓派PoE集成文章所展示的。通过单根电缆结合电力和数据传输，PoE简化了安装过程，提高了持续运行应用的可靠性，并支持集中电源管理。虽然USB-C供电仍是开发和高电力外设的实用选择，但PoE对于无头设置、信息亭和分布式设备而言，往往是更好的长期解决方案。选择正确的PoE标准和基础设施可确保树莓派部署既稳定又可扩展。
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