在物联网（IoT）时代，设备数量爆炸式增长，对网络基础设施的供电需求日益复杂。IEEE 802.3bt 标准（PoE++）通过以太网电缆同时传输数据和更高功率（高达 100W），为可扩展的 IoT 设备 provisioning 提供了理想解决方案。本文聚焦其核心协议 —— 检测、分类和内联功率分配，探讨如何实现故障容错预算，确保系统稳定性和效率。
IEEE 802.3bt 的核心在于功率协商协议，避免盲目供电导致的设备损坏或系统过载。检测阶段是第一道关口，供电设备（PSE）需确认受电设备（PD）是否支持 PoE。PSE 通过在数据线对上施加低电压（2.7V 至 10.1V）进行签名检测，PD 响应一个 25kΩ 的特征阻抗（R_DET）。如果电流反馈在协议范围内（典型为 19.6μA 至 26.3μA），则确认 PD 存在，避免对非 PoE 设备误供电。根据 MPS 的技术文档，这种检测过程确保了安全启动，适用于 IoT 场景中多样化的传感器和摄像头设备。
分类阶段进一步细化功率需求。不同于早期标准的单一事件分类，802.3bt 支持多事件（2-5 事件）分类，以适应 8 个功率级别（Class 0-8）。PSE 施加 14.5V 至 20.5V 电压，PD 通过分类电阻（R_CLASS）反馈电流，指示功率需求。例如，Class 5（单签名）对应 40W，Class 8（双签名）对应 90W。分类必须在 75ms 内完成，支持自动分类（Autoclass）模式，其中 PSE 动态测量 PD 实际功耗。对于 IoT provisioning，这意味着 PSE 可以根据设备类型（如低功耗传感器 vs. 高功耗 AP）智能分配，避免资源浪费。证据显示，在 4 对线模式下，bt 协议使用两级电阻实现精确分类，提升了高功率 IoT 应用的兼容性。
内联功率分配是 802.3bt 的关键创新。PSE 作为功率源，通过以太网的 4 对线（Mode A 和 Mode B 结合）内联注入 48V DC 电压，最大输出 100W（源端），PD 端实际可用 71W（考虑损耗）。分配过程基于分类结果，PSE 维护全局功率预算，例如总预算 400W 的多端口交换机，每个端口预分配 Class 值对应的功率（如 Class 4 为 30W）。对于可扩展 IoT，动态 provisioning 至关重要：使用 LLDP（Link Layer Discovery Protocol）协议，PD 可以协商额外功率需求，实现零配置部署。实际中，电缆损耗需考虑 ——100m Cat5e 电缆下，25W PD 的损耗约 2.5W，因此 PSE 应预留 10% 裕度。
故障容错预算是确保 IoT 系统可靠性的核心。功率超支是常见风险，若单个 PD 异常抽取功率，可能导致 PSE 过载。实施策略包括：1）实时监控每个端口电流（阈值 2.2A for 90W），超过时触发过载保护（1ms 延迟后断开）；2）全局预算管理，保留 15-20% 备用功率，用于突发故障或设备热插拔；3）回滚机制，若分类失败，降级至 Class 0（12.95W）并重试检测。针对 IoT，建议集成 SNMP（Simple Network Management Protocol）监控，设置警报阈值如端口功率 >90% 时通知管理员。此外，热管理参数：PSE 工作温度上限 70°C，PD 侧使用高效 DC-DC 转换器（如效率 >92%）减少热损。
可落地实施清单如下：
- 硬件选型：PSE 控制器如 TI TPS23861（4 端口，802.3bt 兼容）；PD 接口如 MPS MP8030（支持 51W+，集成 PSR/SSR）。
- 参数配置：
- 检测电压：2.8V/10V，超时 500ms。
- 分类电流阈值：Class 5 为 100-120mA。
- 功率预算：总预算 = Σ(端口 Class 功率) + 20% 裕度。
- 启动电流限制：软启动，最大浪涌 100mA。
- 监控点：端口电压（44-57V）、电流、温度；使用 I²C 接口集成到 PSE 管理芯片。
- 测试与验证：使用 SIFOS PDA-604A 测试仪验证协议一致性，模拟多 PD 负载场景，确保容错（如断线时自动重分类）。
- 回滚策略：故障时，PD 进入低功耗模式（MPS 占空比 1.875%），PSE 隔离端口并日志记录。
通过这些参数，IoT 系统可实现无缝扩展，例如在智能楼宇中 provisioning 数百个设备，而不牺牲可靠性。实际部署中，优先选择 Cat6 电缆减少损耗，并定期固件更新以支持未来扩展。
资料来源：
- EDN: PoE basics and beyond (https://www.edn.com/poe-basics-and-beyond-what-every-engineer-should-know/)
- MPS: IEEE 802.3af/at/bt PoE 供电流程 (https://www.monolithicpower.cn/cn/learning/resources/power-over-ethernet-poe-power-supply-process-across-ieee-802-3af-at-bt-protocol)