Nous suivre Industrie Techno

Ethernet se met au courant

Jean-Charles Guézel

Sujets relatifs :

,
- Avec la technologie Power over Ethernet, le réseau local transporte désormais l'électricité. Plus besoin de câblages distincts pour l'alimentation des périphériques et la transmission des données.

Sacré Ethernet ! Non content d'avoir multiplié sa capacité de transport de données par mille en une vingtaine d'années, voilà qu'il se met en plus à véhiculer de l'énergie. C'est ce qu'on appelle le Power over Ethernet (PoE, standard IEEE 802.3af) : une technologie qui révolutionne la façon de concevoir les équipements installés en réseau.

L'histoire remonte à un peu plus de six ans. En 1998, la société israélienne PowerDsine lance cette idée qu'il serait bon de pouvoir se passer du secteur électrique lorsque l'on raccorde certains équipements à Ethernet, les téléphones VoIP (Voice over Internet Protocol) notamment. Rapidement, des pointures de l'high-tech telles que 3Com, Intel, Mitel, National Semiconductor et Nortel se rallient au concept.

Cela n'a rien d'étonnant tellement ce dernier est simple et son intérêt évident : de la même manière qu'un téléphone filaire tire son alimentation électrique de la prise murale, un équipement PoE la puise en effet dans son connecteur réseau RJ-45. De fait, plus besoin d'alimentation ou d'adaptateurs muraux : le niveau de tension délivré (48 volts) s'avère suffisant pour assurer, dans de bonnes conditions, à peu près toutes les conversions continu-continu requises pour alimenter les systèmes utilisateurs.

Une économie de plus de 50 %

L'utilisation du même câble pour les données et la puissance simplifie énormément les raccordements. Travaillant en basse tension, les installateurs ne sont pas tenus aux mêmes impératifs de sécurité que les électriciens et n'ont pas besoin d'être aussi qualifiés. De plus, le maillage réseau, tel qu'il existe actuellement dans la plupart des entreprises, permet d'acheminer par ce biais du courant en des endroits où il aurait parfois été très délicat de câbler le secteur. Au final, les promoteurs du PoE avancent une économie de plus de 50 % sur les frais d'installation et de maintenance. Et cela avec une sûreté de fonctionnement accrue du fait des spécificités du module de contrôle général : le PSE (Power Source Equipment). C'est ce module, placé en amont de l'installation, qui injecte de façon intelligente la tension dans les câbles Ethernet (catégorie 3 à deux paires, ou catégorie 5 à quatre paires).

Dans le cas d'un réseau 10/100 BaseT, le PSE utilise les deux paires inutilisées (spare pairs) du câble. Dans le cas d'un réseau 1 000 BaseT, qui exploite en revanche les quatre paires torsadées pour le transport des données, l'alimentation transitera d'abord par le transformateur d'interface avant de suivre, elle aussi, le chemin du câble (voir schéma).

Tout cela de façon intelligente, donc, car le PSE détecte automatiquement la présence éventuelle de terminaux sur le réseau et vérifie en outre leur conformité avec le standard PoE. Pour prévenir tout risque de détérioration en cas de branchement d'un équipement incompatible, les concepteurs de la technologie PoE ont en effet mis au point toute une procédure de contrôle qui se met en place à l'occasion de chaque branchement.

Commutateurs avec PSE interne ou externe

Cette procédure passe par la vérification de l'impédance d'entrée du dispositif, laquelle doit en principe correspondre à une résistance d'environ 25 000 ohms placée en parallèle avec un condensateur de moins de 100 nF. Pour cela, le PSE applique à 20 ms d'intervalle deux tensions séparées de 1 volt et comprises entre 2,8 et 10 volts. C'est ce qu'on appelle la phase de découverte (500 ms au maximum). Ensuite, le PSE vérifie la classe de consommation à laquelle le dispositif appartient, cela de façon à ne pas appliquer la tension de service sur le câble si cette consommation risque d'excéder la puissance autorisée. Il s'agit de la phase de classification (10 à 75 ms) qui réclame, quant à elle, l'application d'une tension comprise entre 15,5 et 20 volts. Quatre classes sont actuellement prévues : 0,44 à 12,95 W (classe 0), 0,44 à 3,84 W (classe 1), 3,84 à 6,49 W (classe 2) et 6,49 à 12,95 W (classe 3). Une cinquième classe est en cours de définition.

Une fois ces différentes étapes validées, ce qui prend environ une seconde, la tension de 48 volts peut être enfin appliquée, avec toutefois une limitation en intensité réglée à 400 mA (120 mA pour la classe 1, 210 mA pour la classe 2). Inversement, pour rester alimentée, la charge doit consommer au moins 10 mA : en deçà, la logique de contrôle déconnecte automatiquement l'équipement.

Pour mettre en place cette technologie, l'utilisateur devra choisir entre deux options : soit opter pour des commutateurs disposant d'un PSE en interne (solution end-span), soit utiliser un PSE externe (solution mid-span), monté entre un commutateur standard et le terminal.

Côté end-span, on trouve, par exemple, les gammes de commutateurs Cisco Catalyst 4500 et 6500 à 48 ou 96 ports, ou les commutateurs empilables Catalyst 3560 et 3750 à 24 ou 48 ports (7,7 watts par port pour ce dernier). Des produits comparables existent aussi chez 3Com (SuperStack3 4400 PWR à 24 ou 48 ports), Avaya (P333T-PWR jusqu'à 24 ports), D-Link ou Netgear, entre autres.

Côté mid-span, des injecteurs de puissance à bas coût sont disponibles chez 3Com, Axis, Hyperlink, Microtik, MiLAN, Phihong, PowerDsine, Seacom, Symbol Technologies...

Une simple alimentation ininterruptible sécurisera alors très facilement l'ensemble du réseau vis-à-vis des coupures de courant, le tout dans le cadre d'un protocole SNMP (Simple Network Management Protocol).

Autre atout du PoE, le fait d'emprunter le standard 48 volts propres aux télécoms permet aux concepteurs de piocher dans des catalogues de composants (convertisseurs notamment) déjà très fournis et, par là même, de simplifier le travail des designers. En pratique, chaque noeud PoE réclame un ou plusieurs commutateurs de puissance (transistors Mos) et circuits logiques de contrôle. L'équipement PSE et les systèmes alimentés mettent aussi en oeuvre une électronique de conversion continu-continu générant le niveau de tension requis en aval tout en l'isolant (1 500 volts) de la partie amont. La tension nominale étant de 48 volts (56,5 volts au maximum), c'est une tenue de 80 volts (compte tenu des transitoires) qu'il faut prévoir pour les composants qui auront à la supporter.

Utilisation de quatre paires torsadées

Chez Freescale (ex-Motorola Semiconducteurs), allié pour la circonstance avec PowerDsine, on met en avant le procédé SmartMos8, initialement développé pour le secteur automobile. Ce dernier combine des Mosfet de 80 volts avec des sections analogiques et logiques. Le tandem propose notamment le PD64012, un circuit de gestion PoE comprenant pas moins de 12 ports (15 watts chacun) pouvant être intégrés dans une configuration en cascade allant finalement jusqu'à 48 ports.

Actuellement, la technologie PoE permet de véhiculer un peu plus de 15 watts de puissance électrique. Suffisant pour un téléphone ou un lecteur RFID, mais pas forcément pour une caméra de surveillance un peu sophistiquée (avec fonction zoom notamment) ou un système de téléconférence.

Un sous-comité IEEE 802.3 travaille donc sur le High Power over Ethernet, un PoE dopé en somme. Chez PowerDsine, on a déjà industriellement mis en oeuvre une solution consistant à utiliser l'intégralité des quatre paires torsadées au lieu de seulement deux auparavant. Résultat : on injecte 700 mA à la place de 350 normalement, soit près d'une trentaine de watts en entrée et près de 26 watts récupérables en bout de chaîne.

Cela dit, toutes les installations Ethernet, et notamment les plus anciennes (catégorie 3), ne fonctionnent pas avec quatre paires torsadées. L'alternative consiste alors à rester sur deux paires mais en augmentant le courant sur chaque fil. Reste à savoir si le câble et surtout le connecteur RJ-45 le supporteront à long terme. Cette question, en particulier, est au coeur des travaux en cours.

LES APPLICATIONS TYPES

- Téléphone VoIP (Voice over Internet Protocol) - Point d'accès Wi-Fi - Point d'accès Bluetooth - Caméras de surveillance - Ordinateurs portables - Lecteurs d'étiquettes RFID - Capteurs intelligents

Bientôt 30watts

- Tel qu'il existe aujourd'hui, le PoE permet d'injecter une quinzaine de watts dans le réseau. Compte tenu des pertes en ligne, cette puissance se limite à 13 watts en bout de câble. Dans un proche avenir, c'est toutefois d'une puissance double dont on parlera grâce au High Power over Ethernet. Objectif : alimenter les équipements "gros" consommateurs comme les caméras et visiophones équipés de moteurs électriques, certains équipements de stockage de données et de petits ordinateurs.

PRATIQUE

Quelques fournisseurs de puces spécialisées - PowerDsine en tandem avec Freescale (PD64012) - Linear Technology (LTC4267) - Maxim (MAX5941 et 5942) - National Semiconductor (LM5070) - Supertex (HV110) - Texas Instruments (TPS2375)

vous lisez un article d'Industries & Technologies N°0864

Découvrir les articles de ce numéro Consultez les archives 2005 d'Industries & Technologies

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies