本文主要介绍PoE供电的原理及实现，相关标准及特性，后续会深入介绍PoE供电的整个工作过程及相关实现方案。
PoE（Power Over Ethernet，此概念是在802.3bt中才明确提出来的，在之前一直在工业上这么称呼，802.3af中叫“DTE Power via MDI”, 802.3at中叫“DTE Power via MDI Enhancements”, 802.3bt中才叫“Power over Ethernet over 2 Pairs”和“Power over Ethernet”）是指通过以太网的MDI接口对DTE设备进行供电，即数据线和电源线在同一根网线上传输，其可靠供电的距离可达100米。
通过这种方式，可以有效的解决IP电话、无线AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集等终端的集中式电源供电，对于这些终端而言不再需要考虑其室内电源系统布线的问题，在接入网络的同时就可以实现对设备的供电，极大的简化了综合布线的复杂性，降低了系统使用的成本。
目前PoE供电已经有统一的标准，只要遵循已经发布的IEEE802.3af（PoE）、IEEE802.3at（PoE+）和IEEE802.3bt（PoE++或4PPoE（4Pairs PoE））标准，就可以解决不同厂家设备之间的互连互通的问题。
按照802.3af/at/bt标准的定义，PoE供电系统包含两种设备PSE和PD。
PSE设备：PSE（Power-Sourcing Equipment），主要是用来给其他设备进行供电的设备，又可以分为两种：
Endpoint设备：PoE功能集成到交换机或其他网络设备内；
Midspan设备：PoE功能在交换机或其他网络设备外。
其实还有第三种：Extender设备：为了扩展Endpoint设备，可以将PoE网络延申到100米之外。
PD设备：PD（Powered Device），在PoE供电系统中用来受电的设备。主要包括无线的AP设备、IP PHONE设备、摄像头、部分小功率的SOHO类交换机等。
PD接入PSE后，整个工作过程如下：
Detection——The PSE will probe the pairset (or pairsets) for a PD. Power is applied only when a valid PD detection signature is found. PSEs that are configured to apply 4-pair power will perform detection on both pairsets.
Connection check——If the PSE is configured to apply 4-pair power, it will perform a connection check to discover if the connected PD is a single-signature PD or a dual-signature PD. Connection check does not necessarily happen after detection, it can happen before, concurrently with, or after detection. Connection check is exclusive to Type 3 and Type 4 PSEs that are 4-pair capable.
Classification——After the PSE has performed successful detection (and connection check if applicable) it proceeds with classification. Classification performs two functions: the PSE discovers how much power the PD wants, and it informs the PD how much power it may draw.
Inrush——The first phase of delivering power to the PD is called inrush. During inrush the PSE actively limits the amount of current that flows. The purpose of this is to prevent excessive inrush current to flow when the PD starts up.
Powering——This is the operational phase, the PSE monitors the current/power draw and disconnects the PD in case it exceeds a set limit. The PSE also checks if the PD becomes disconnected, in which case power is removed from the port.Power removal——Power may be removed for a number of reasons, for example the PD is disconnected from the PSE, the PSE no longer has power available, the PD draws excess power, or there is a short circuit in the cable.
802.3af/at/bt标准定义了PI（Power Interface：PSE/PD与网线的接口）。可以分为两类：可选方式A（Alternative A）：网线12、36线对供电；可选方式B（Alternative B）：网线45、78线对供电。
对于10/100M以太网，应用空闲脚供电时，4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。应用数据脚供电时，将DC电源加在传输变压器的中点，不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。
由于DC电流和数据频率互不干扰，所以可以在同一对线同时传输电流和数据，对电缆来说可以看作一种“复用”。PoE提供的电压在57V以下，属于“安全电压”，满足安规要求。
802.3bt引入了两种新型PD拓扑：单特征和双特征(single-signature PDs and dual-signature PDs)。单特征PD是在两个线对(pairset)之间共用相同的检测特征、分级特征和维持功率特征(MPS)的802.3bt PD，而双特征PD则是在两个线对之间具有独立特征的802.3bt PD。新的802.3bt设计将趋向于采用较为简单和更具成本效益的单特征拓扑，该拓扑仅需要单个PD接口。双特征PD需要两个并行PD接口(每个线对各用一个)，来自两个PSE的功率在每个PD接口之后相加。例如，双特征拓扑实质上采用两个25.5W PD构成单个51W PD，这是一种成本有可能高达单特征51W PD之两倍的复杂解决方案。
802.3bt检测过程已被扩展到不仅能够辨别所连接的PD是否符合802.3标准的PD，而且还可确定连接的是单特征PD还是双特征PD。因此检测功能利用“连接检查”(Connection Check)进行了扩充，以确定单特征或双特征PD配置。
IEEE802.3af定义了5个等级的供电功率，当交换机不支持可选等级时，会默认使用0级。
功率等级 | PSE最大直流供电功率（W） | PD可用功率（W） | 说明 |
0 | 15.4 | 13 | 默认等级 |
1 | 4 | 3.84 | 可选等级 |
2 | 7 | 6.49 | |
3 | 15.4 | 13 | |
4 | 50 | 25.5 | 可选等级（IEEE802.3at，使用超5类以上UTP） |
802.3bt规范引入了四种新的高功率PD分级(Class)，从而使单特征类别的总数达到9个。Class 5~8对于PoE标准而言是新的，并转化为40.0W至71.0W的PD功率水平。PSE仍然可选择使用物理层(即：用于71W的5事件分级)或数据链路层(即：链路层发现协议，LLDP)进行PD的分级，而且PD依然必需能够支持两种分级方案以与标准相符。另外，802.3bt还可以实现物理层分级的一种任选扩展(称为“Autoclass”)，在此扩展中一个802.3bt PSE测量一个连接PD的实际最大吸取功率。
Type1和Type2 PD，它们分别由802.3af和802.3at规范提出，并且通常映射到一种或多种独特的分级(功率水平)。然而，802.3bt的新型Type3和Type4 PD就比较复杂了。可从“PD分级”栏看到，除了Class 0之外，Type 3 PD涵盖和扩展了Type 1和Type 2 PD中的所有分级。相似地，Class 5被Type 3单特征和Type 4双特征PD所采用。同理，一个Class 5单特征PD仅被分配了40W，而一个Class 5双特征PD则被分配了2×35.5W；在双特征PD中会使情况更加复杂，因为每个线对独立地工作，每个线对有可能处于不同的分级，例如：第一个线对上的Class 1(3.84W)和第二个线对上的Class 2(6.49W)形成了一个双特征Class 1.2(10.3W) PD。随着双特征PD的所有此类分级重叠和非标准功率水平的激增，重要的是开发人员和用户不再把PD类型与PD分级等同起来，也不再把PD分级与PD功率水平视为同义。作为替代，明确地识别PD的特征拓扑和分级、并谨慎地检查PD“类型”的真实含义将是最有益的。
802.3bt可向后兼容802.3at和802.3af。一个较低功率802.3at或802.3af PD可连接至一个较高功率802.3bt PSE，这不会有任何问题。当一个较高功率802.3bt PD连接至一个较低功率802.3at或802.3af PSE，PD只需能够工作在各自的较低功率状态即可，这被称为“降级”。如果PD忽略降级并工作在其最高功率状态，则高耗电的PD将导致PSE反复地接通，达到其电流限值，然后关断。这实际上使PSE产生低频寄生振荡。因此，“降级”是802.3at和802.3af规范所要求的。
本文主要针对PoE的一个简单介绍，后续会针对其工作过程及硬件设计进行详细介绍。详细可参见标准《IEEE Std 802.3af-2003 Amendment: Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI) 》、《IEEE Std 802.3at-2009 Amendment 3: Data Terminal Equipment (DTE) Power via the Media Dependent Interface (MDI) Enhancements》、《IEEE Std 802.3bt-2018 Amendment 2: Physical Layer and Management Parameters for Power over Ethernet over 4 Pairs》。
