引言：以太網(wǎng)交換機耗電情況
在現(xiàn)代網(wǎng)絡架構(gòu)中，信息技術和數(shù)據(jù)中心管理人員正在為降低以太網(wǎng)交換機、路由器和服務器設備功耗尋找綠色可選方案。這就需要市場上有更多環(huán)保產(chǎn)品，從而降低運營成本。舉例來說，1993年全年的互聯(lián)網(wǎng)流量總計達幾百TB。而在17年后的2010年，每秒的互聯(lián)網(wǎng)流量就達幾百TB。事實上，在今天，超過50%的數(shù)據(jù)中心運營費用用于設備冷卻，即為風扇和空調(diào)系統(tǒng)提供電力。
傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備設計要求高性能，而對功耗和能效沒有清晰的衡量標準。具體來講，能效與
支持以太網(wǎng)供電協(xié)議（PoE協(xié)議）的網(wǎng)絡設備脫節(jié)。由此導致的結(jié)果是，在網(wǎng)絡市場領域，設備功耗飛速增長，尤其是高頻應用處理器的設備功耗。
考慮到每年有超過三億個以太網(wǎng)交換機端口售出，由閑置線路引起的電能耗損產(chǎn)生了一個值得關注的重大而普遍的問題。IEEE節(jié)能以太網(wǎng)規(guī)范應運而生，目標是大幅降低每年售出的六億多個以太網(wǎng)端口的功耗。然而，這一規(guī)范無法應對這一情況：當以太網(wǎng)供電系統(tǒng)部署后，絕大部分的電能損耗發(fā)生在以太網(wǎng)供電子系統(tǒng)中——而不是在數(shù)據(jù)部分。
2010年，近七千萬個以太網(wǎng)供電系統(tǒng)交換機端口被銷售到市場上。對于部署由以太網(wǎng)系統(tǒng)提供電力支持的IP電話、WLAN網(wǎng)絡、IP安全應用及其他應用的企業(yè)來說，這是他們關注的焦點。舉例來說，一個標準的48端口以太網(wǎng)交換機僅須分配50瓦至80瓦功率的電力在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機和收發(fā)器集成電路上。而該交換機在以太網(wǎng)供電系統(tǒng)上，卻需要供應370瓦至740瓦功率的電力。這一8:1的對比系數(shù)意味著，以太網(wǎng)供電系統(tǒng)能效上的小幅提升就可以大大提高以太網(wǎng)交換機的整體能效。
傳統(tǒng)的節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）
為了應對不斷增長的以太網(wǎng)交換機功耗，IEEE研究制定并批準了802.3az標準。這一標準稱之為節(jié)能以太網(wǎng)標準（EEE）。該標準為以太網(wǎng)Base-T收發(fā)器（100Mb、1GbE及10GbE）及背板物理層提供低功耗閑置(LPI)模式應用。
節(jié)能以太網(wǎng)標準基于這樣一個基本理念：在設備利用率低的時段或閑置期，斷開電源連接，而在數(shù)據(jù)傳輸時期，恢復電源連接。這一理念基于一個眾所周知的事實，那就是標準網(wǎng)絡環(huán)境下的客戶端及服務器以太網(wǎng)連接在大部分時間處于閑置狀態(tài)。其數(shù)據(jù)流量高峰期只是偶爾發(fā)生。
EEE對低功耗閑置(LPI)協(xié)議進行詳細規(guī)定。該協(xié)議對物理連接兩端通過發(fā)送信號進行控制，實現(xiàn)對連接設備省電模式的快速調(diào)整——包括在無數(shù)據(jù)傳輸期間，關閉電源，停止系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和接收功能。此外，節(jié)能以太網(wǎng)標準還對另一個協(xié)議進行詳細規(guī)定。此項協(xié)議保持在低功耗閑置(LPI)模式下的以太網(wǎng)物理層系統(tǒng)的運行參數(shù)隨時更新，從而保持連接穩(wěn)定，防止連接斷開。此外，節(jié)能以太網(wǎng)標準還對一側(cè)的信號協(xié)議進行詳細規(guī)定。這一協(xié)議顯示物理連接何時需要并實現(xiàn)連接快速恢復。結(jié)果是，在高水準的以太網(wǎng)物理層技術中，低功耗閑置（LPI）應用可以為每個以太網(wǎng)連接節(jié)省一瓦功率。盡管如此，節(jié)能以太網(wǎng)標準不能應對以太網(wǎng)供電能耗損問題，也不能解決如何降低能耗的問題。
以太網(wǎng)供電系統(tǒng)（PoE）的節(jié)能機制
利用以太網(wǎng)供電，而不是傳統(tǒng)的交流電（AC）供應模塊應用于電力設備的一個重要理由是，它能遠程關閉設備，還可以減少電纜布線量。通過控制設備的開啟與關閉，大量的電能得到節(jié)省。舉例來說，通過中央控制點，在夜間使用的攝像機在白天可以關閉使用（反之亦然）；IEEE802.11WLAN接入點可以開啟，從而提高覆蓋和帶寬，或是在低利用期關閉；而IP電話在夜間、周末或閑置期可以關閉。
在多端口設備中，相關數(shù)據(jù)也證明了以太網(wǎng)供電的優(yōu)勢。一個單獨的交流電供電模塊必須供應一臺設備所有運行模式所需的電能，而多個以太網(wǎng)供電設備的共享式供電模式可以根據(jù)平均電能利用率進行調(diào)整——這就如同已經(jīng)被應用多年的POTS電話技術。這大大降低閑置期交換式電力供應的電能耗損量。而節(jié)省的這部分電能通常占到最高電力供應負載量的10%-20%。而當有必要提供更多的電力時，附加的電力供應設備可以安裝到以太網(wǎng)供電交換機和以太網(wǎng)中間設備中，從而保證電力供應量根據(jù)業(yè)務的增長需求進行調(diào)整。
節(jié)能以太網(wǎng)供電系統(tǒng)（EEPoE）：先進的以太網(wǎng)供電節(jié)能技術
隨著以太網(wǎng)供電技術的發(fā)展，從電源功率相當?shù)偷乃剑慷丝?2.95瓦）到電源功率達到25.5瓦的水平。在這期間，以太網(wǎng)電纜上的電力損耗呈現(xiàn)指數(shù)級增長。約有4.5瓦/端口的電能在CAT5、CAT5e、CAT6、CAT6A電纜上損耗，且在百米之后遇到25,000米長度電纜上最壞的環(huán)路電阻問題（舉例來說，電纜傳輸效率僅為25.5/30，相當于85%的傳輸率）。即使應用54伏的電壓來替換50伏的電壓，傳輸效率也不會超過87%。記住，傳統(tǒng)的節(jié)能以太網(wǎng)通常每個連接的電能節(jié)省不會超過一瓦。應對因低效以太網(wǎng)供電傳輸導致的每個連接4.5瓦的電能損失，我們需要節(jié)省更多的電能。
在同樣為25歐姆的電纜上進行電能傳輸時，新的節(jié)能以太網(wǎng)供電技術通過在同步的四對線中使用同IEEE802.3at兼容技術可以將傳輸效率提升至94%。在使用同步的四對線時，利用所有的可利用的電線，設備的供電需求可以得到滿足。舉例來說，在IEEE802.3at-2009Type 2系統(tǒng)的24端口（每端口傳輸功率達25.5瓦）中，超過50瓦的電能得到節(jié)省。
特別需要指出的是，結(jié)合節(jié)能以太網(wǎng)技術和節(jié)能以太網(wǎng)供電技術的參考交換機系統(tǒng)產(chǎn)品，證明可以節(jié)省大量的電能。請查看以下表格：
技術節(jié)省的電量節(jié)省時間每年售出的以太網(wǎng)連接數(shù)量
GbE上的節(jié)能以太網(wǎng)技術（PoE）約1瓦特/連接連接處于閑置期時2億，并在增長
3af上的節(jié)能以太網(wǎng)供電技術（EEPoE）約0.6瓦特/連接一旦電源開啟4000萬，并在增長
3at上的節(jié)能以太網(wǎng)供電技術（EEPoE）約2.1瓦特/連接一旦電源開啟3000萬，并在增長
電能總節(jié)省量3.13瓦特/連接
備注：節(jié)能以太網(wǎng)供電技術不需要更換用電設備。因此，只需要通過升級交換機或以太網(wǎng)供電中間設備便可以即刻節(jié)省電能。
將創(chuàng)新技術應用到以太網(wǎng)供電系統(tǒng)
為實現(xiàn)先進的EEPoE技術，Marvell公司和Microsemi公司采用了嵌入在MarvellPresteraDX4100和DX2100產(chǎn)品系列的獨有的微處理器技術。這一創(chuàng)新方式為客戶提供了一個平臺。這一平臺將幫助客戶構(gòu)建成本效益高且強大的網(wǎng)絡設備。設備內(nèi)嵌有主CPU的卸載選擇程序，憑借集成的主CPU，MarvellPrestera DX4100和DX2100微處理器裝有附加的嵌入式微控制器Marvell Dragonite。該控制器能夠運行輕型、獨立的應用程序。現(xiàn)在的Microsemi EEPoE管理軟件可以運行在Dragonite微控制器上，幫助客戶提高以太網(wǎng)供電系統(tǒng)性能，同時降低系統(tǒng)15%的總體成本。
總結(jié)
隨著2009年9月IEEE802.3az標準的批準，以太網(wǎng)供電技術（PoE）已經(jīng)可以節(jié)省更多的電能。以太網(wǎng)供電技術通過同樣可以傳輸數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)電纜架構(gòu)為設備提供動力。這帶來極大的好處。這樣，我們無需再安裝成本高昂的交流電接口。部署設備時，無需安裝電纜，只需根據(jù)設備的開啟、關閉及傳輸狀態(tài)實現(xiàn)節(jié)能自動化。
和節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）標準相結(jié)合，以太網(wǎng)供電技術（PoE）將會帶來更大的價值。兩者不能分離，而是以互補的方式相互利用。像Marvell和Microsemi這樣的技術提供商正在合作開發(fā)創(chuàng)新性的節(jié)能以太網(wǎng)供電解決方案（諸如交換機、以太網(wǎng)中間設備），從而幫助OEM廠商提供更多高成本效益和環(huán)保的產(chǎn)品——整個產(chǎn)業(yè)將會在近期及將來因此受益。