Eclairage à LED et technologie Power over Ethernet

A P P L I C A T I O N
Architecture réseau
Eclairage à LED et technologie
Power over Ethernet : accord
parfait pour l’IoT
Alors que les fonctionnalités liées à l’Internet des objets (IoT, Internet of Things)
évoluent en permanence, la capacité de mettre en œuvre rapidement les fonctionnalités
« indispensables » liées à l’IoT profitera aux sites disposant d’installations souples,
et notamment de systèmes d’éclairage à LED intelligents, connectés sur un réseau
Power over Ethernet.
L
a technologie PoE (Power
over Ethernet) est utilisée
dans les réseaux locaux
(LAN) Ethernet et fournit l’alimentation des équipements via le
câble qui véhicule les données. Initialement développée pour répondre
aux besoins des services informatiques, cette approche est adaptée à
un large éventail de dispositifs
connectables en réseau comme les
téléphones IP, les caméras de sécurité
IP, les points d’accès sans fil, les
modems, les commutateurs et autres
produits réseau. La technologie permet en particulier de réduire le
nombre de câbles à tirer pour installer
un réseau et alimenter les dispositifs
connectés. Ce qui, par conséquent,
permet également la maintenance et
le réglage des ports d’accès au réseau
plus facilement qu’avec un câblage
traditionnel pour répondre à l’évolution des besoins. Au-delà, concepteurs et gestionnaires de parcs continuent de découvrir de nouveaux
moyens de tirer profit des réseaux
PoE, notamment en connectant des
dispositifs qui jusqu’ici n’avaient
jamais été associés aux réseaux informatiques classiques, comme l’éclairage à LED. En effet, la nature même
de ce type d’éclairage se prête particulièrement bien aux avantages procurés par une installation réseau
dotée de la technologie PoE.
Quels éléments
dans un réseau PoE ?
Avant d’explorer comment et pourquoi l’éclairage à LED et les réseaux
PoE sont faits pour s’entendre, il est
nécessaire de comprendre les diffé-
26 / L’EMBARQUÉ / N°12 / 2016
AUTEUR
Alec
Makdessian,
avec Thong
Huynh, Maxim
Integrated.
rentes briques qui composent une
installation réseau avec sa technologie PoE associée. Régie par la norme
IEEE 802.3, la norme PoE initiale a été
publiée en 2003, puis mise à jour en
2009. Elle spécifie que l’alimentation
électrique et les données sont acheminées par le même câble réseau
standard (Cat 5), et ce directement
jusqu’aux ports réseau RJ45 des périphériques connectés. La technologie
PoE supporte les réseaux 10Base-T,
100Base-TX et 1000Base-T. C’est le
PSE (Power Sourcing Equipment, ou
équipement source d’alimentation),
de type end-span (fin de boucle) lorsqu’il est placé au niveau d’un commutateur ou d’un hub Ethernet, ou de
type mid-span (milieu de boucle), qui
fournit l’alimentation électrique à un
dispositif connecté au réseau, désigné lui sous le nom de dispositif PD
(Powered Device, ou dispositif alimenté). Un PSE end-span est un commutateur Ethernet fournissant une
alimentation électrique sur le câblage
réseau. Un PSE mid-span est un
injecteur d’alimentation électrique,
installé entre un commutateur Ethernet conventionnel (non PoE) et le PD ;
il fournit une alimentation électrique
dans le câblage réseau sans affecter
les données. Pouvoir installer des PSE
de type mid-span ou end-span permet de supporter les anciens réseaux
et offre un meilleur contrôle des segments du réseau à alimenter.
Dans le cas d’une installation PoE
mid-span, le PSE utilise les paires 4-5
et 7-8 pour distribuer l’alimentation.
1 SCHÉMA D’INSERTION PoE MID-SPAN POUR ETHERNET 10/100 MBIT/S
Dans le cas d’une installation PoE mid-span, le PSE utilise les paires 4-5 et 7-8 d’un câble
Ethernet pour distribuer l’alimentation. En configuration mid-span, l’alimentation est distribuée
directement sur les paires inutilisées dans le cas de l’Ethernet 10/100 Mbit/s.
A P P L I C A T I O N
Architecture réseau
En configuration mid-span, l’alimentation est distribuée directement sur
les paires inutilisées dans le cas de
l’Ethernet 10/100 Mbit/s (figure 1).
La sortie PSE positive (V+) est
connectée aux fils 4 et 5, alors que
la sortie PSE négative (V-) est connectée aux fils 7 et 8. Avec cette configuration, les paires d’alimentation
sont séparées des paires signaux initiales qui traversent l’injecteur d’alimentation PoE mid-span. L’injecteur
d’alimentation mid-span s’avère utile
dans le cas d’installations où il existe
déjà une connexion Internet, et où il
serait trop coûteux de remplacer ou
de mettre à jour le commutateur/
routeur Internet pour passer en PoE.
Dans le cas d’une configuration PoE
end-span, le PSE utilise les paires 1-2
et 3-6 pour la distribution d’alimentation (figure 2).
En configuration end-span, l’alimentation est fournie sous forme de polarisation continue (DC) en mode
commun sur les paires de fils alors
que les données Ethernet sont couplées via un transformateur et sont
en mode différentiel (AC). Dans cette
configuration, l’alimentation et les
données partagent les mêmes paires
de fils. A noter que la polarité des
sorties PSE n’est pas définie pour les
applications end-span, et que dans
cette configuration les caractéristiques magnétiques d’Ethernet permettent de supporter la polarisation
alternative (AC) due à l’alimentation.
Pour être compatible avec les installations anciennes, le PSE peut fournir
l’alimentation sur deux paires de fils,
avec une puissance maximum de
15,4 W et une tension allant de 44 V
continu à 57 V continu, sur du câble
Cat 3 ou de qualité supérieure. La
norme spécifie également que le PSE
peut fournir 30 W (sur deux paires)
ou 60 W (sur quatre paires) avec une
tension de 50 V continu à 57 V
continu sur du câble Cat 5 ou de
qualité supérieure. Pour ces trois scénarios d’alimentation, le PD est
limité à une consommation maximum de 12,95 W, 25,5 W, ou 51 W
respectivement (pour tenir compte
des pertes de puissance dans le
câble, dans le cas le plus défavorable), avec une plage de tension de
37 V continu à 57 V continu.
La norme PoE est spécifiée pour éviter toute dégradation de la transmission de données, tout en protégeant
les équipements réseau de toute sur-
charge suite à la négociation de
consommation entre PSE et PD. La
norme spécifie ainsi comment le PSE
détecte un PD quand on le branche
ou le débranche du réseau, ainsi que
la manière de mesurer le courant
fourni par le PSE.
Le PD négocie une classe de puissance avec le PSE lors de sa
connexion initiale. Tous les PD
intègrent une résistance 25 kΩ entre
paires d’alimentation, permettant au
PSE de détecter quand un PD est
branché ou débranché du réseau.
Pour assurer la compatibilité avec les
installations anciennes, les nouveaux
PSE doivent pouvoir alimenter correctement les PD sur du câblage
Cat 3 ou Cat 5. De la même manière,
un PD doit pouvoir détecter quel
ment énergétique par rapport aux
technologies d’éclairage classiques,
notamment à incandescence et halogène. Les LED sont alimentées en
courant continu. Or un PSE PoE fournit l’alimentation en courant continu
directement au PD. Utiliser un PD
d’éclairage à LED sur un réseau PoE
offre alors un rendement énergétique
encore meilleur puisque les étapes
de conversion d’énergie, peu efficaces pour les éclairages à LED, sont
ici minimisées par rapport aux
anciens systèmes à alimentation secteur monophasée.
Alimenter et contrôler des éclairages
à LED grâce à un réseau PoE permet
donc d’utiliser ces éclairages de
manière nouvelle et originale. Par
exemple, si une batterie de sauve-
2 SCHÉMA D’INSERTION POE END-SPAN POUR ETHERNET 10/100 MBIT/S
Dans le cas d’une configuration PoE end-span, le PSE utilise les paires 1-2 et 3-6 du câble
Ethernet pour la distribution d’alimentation.
type d’alimentation le PSE peut lui
fournir. Le type d’alimentation sélectionné est basé sur la meilleure compatibilité possible entre le PSE et le
PD. L’alimentation n’est fournie
qu’aux dispositifs compatibles et
reste bloquée pour les anciens dispositifs incompatibles. Ce qui permet
aux utilisateurs de mélanger librement et sans risque d’anciens dispositifs et des dispositifs compatibles
PoE sur leur réseau.
LED et PoE s’accordent
parfaitement
L’éclairage à LED, de son côté, est
une technologie qui est en train de
s’imposer et qui offre des avantages
compétitifs au niveau coût et rende-
garde ou un générateur de secours
est déjà prévu dans l’installation
réseau, l’éclairage à LED PoE peut
immédiatement changer de fonction
et servir d’éclairage de secours pendant une panne secteur sans qu’il y
ait besoin de système d’éclairage
secondaire. L’éclairage à LED peut
servir à bien plus qu’à l’éclairage de
secours. Il peut aussi servir à communiquer des informations importantes, et éventuellement variables
de façon dynamique, aux occupants
du bâtiment, comme les trajets
d’évacuation en cas de danger. Ou
bien à indiquer des zones du bâtiment à éviter si la couleur de l’éclairage à LED peut être modifiée à
l’aide d’un contrôleur de LED installé
L’EMBARQUÉ / N°12 / 2016 /
27
A P P L I C A T I O N
sur le réseau PoE. Ensuite, il vient
naturellement à l’esprit d’associer
un éclairage à LED à un capteur et à
un contrôleur, afin de régler la luminosité et la couleur des LED et fournir un environnement d’éclairage
cohérent alors que l’éclairage
ambiant varie tout au long de la journée. Ce type de réglage d’éclairage
permet aux éclairages à LED intelligents de s’adapter à la lumière naturelle plus efficacement que ne le
permettent d’autres technologies
d’éclairage.
L’installation d’éclairages intelligents
à LED dans un réseau PoE offre ainsi
de nouvelles possibilités d’interaction avec le bâtiment. Par exemple,
les gestionnaires de sites peuvent
utiliser un système d’éclairage intelligent à LED comme réseau de collecte d’information, pour enregistrer
Architecture réseau
On le voit, la technologie PoE permet
à des réseaux d’éclairage à LED
d’utiliser une alimentation opérant
en marge de l’infrastructure d’alimentation électrique conventionnelle d’un bâtiment, sans avoir à
relever les défis techniques liés aux
infrastructures d’alimentation classiques. Dans la mesure où l’éclairage, l’énergie et le câblage des données sont déjà installés, le plus gros
avantage d’installer des éclairages à
LED intelligents dans un réseau PoE
réside in fine dans le fait qu’il n’y a
rien à modifier. Sauf à ajouter un
nouveau capteur ou un module de
plus sur un concentrateur d’éclairage
intelligent à LED, moyen économique d’ajouter de nouvelles capacités à l’infrastructure existante, sans
passer par un coûteux remplacement
du système d’éclairage. n
un historique d’utilisation, pour
ensuite analyser des tendances afin
de mieux régler la température, la
ventilation, l’éclairage, ou ajuster le
planning de nettoyage en fonction
du comportement réel des occupants. De leur côté, les occupants
peuvent utiliser le système d’éclairage intelligent à LED pour accéder
à d’autres services du bâtiment. Des
capteurs de présence peuvent par
exemple contribuer à indiquer la
salle de réunion disponible la plus
proche. Des objets équipés d’étiquettes RFID peuvent aussi être tracés si les LED intelligentes sont équipées de modules pour activer et
détecter ces étiquettes. Des LED
intelligentes avec points d’accès sans
fil peuvent enfin permettre d’installer
des réseaux sans fil à courte portée
(de type Li-Fi).
Logiciels & systèmes
La force d’un média
numérique intégré
Site Internet
+ Newsletter
+ eMagazine
ACCÈS ILLIMITÉ
6 mois
e
1 an
120
Abonnez-vous !
e
60
HT*
HT*
*TVA applicable : 20%
!
BULLETIN D’ABONNEMENT
Bulletin d’abonnement à compléter et à adresser accompagné de votre règlement à SAS Promedianum - 50, rue Arago - 59000 LILLE
Je m’abonne pour un an à L’Embarqué au prix de 120 € HT (soit 144 € TTC)
Je m’abonne pour 6 mois à L’Embarqué au prix de 60 € HT (soit 72 € TTC)
et bénéficie d’un accès illimité à l’eMagazine numérique et à tous les contenus web réservés aux abonnés sur le site www.lembarque.com pendant la durée de mon abonnement
Mr
Mme
Mlle
Nom*........................................................ Prénom* .......................................
Société .........................................................................................................
Adresse ........................................................................................................
CP ........................ Ville ................................................................................
Je règle mon abonnement (prix TTC) par chèque ci-joint
à l’ordre de Promedianum
Je règle mon abonnement (prix TTC) par carte bancaire
n°
cryptogramme
expire le
Date et signature obligatoires
e-mail* .........................................................................................................
Fonction................................................... Secteur .........................................
* Les champs marqués d’un astérisque sont obligatoires pour la prise en compte de votre abonnement
Je souhaite recevoir une facture acquittée
Après confirmation de votre règlement, un mot de passe vous sera communiqué afin d’accéder aux contenus réservés aux abonnés sur le site www.lembarque.com
Loi Informatique et Libertés du 06/01/78 : les informations demandées sont indispensables au traitement de votre demande. Vous pouvez accéder aux informations vous concernant, les rectifier et vous opposer à leur transmission éventuelle en écrivant à
Promedianum. Pour consulter nos CGV : http://www.lembarque.com/cgu/index/lang/fr. Promedianum, SASU au capital de 15 000 € - RCS Lille 790 606 933 00014 - TVA FR 91 790 606 933
28 / L’EMBARQUÉ / N°12 / 2016
Donnez vie
à vos projets
……AÉRONAUTIQUE……MILITAIRE…
……AGROALIMENTAIRE/AGRICOLE…
……AUTOMOBILE/TRANSPORT……SMART CITIES…
……MÉDICAL……INDUSTRIE 4.0…
……RECHERCHE ACADÉMIQUE……
BADGE GRATUIT
MÊME LIEU
MÊMES DATES
www.enova-event.com
CONFÉRENCE SCIENTIFIQUE
CISEA2016
sur les Systèmes Intelligents et
leurs Applications Électroniques
ENOVA ANGERS BÉNÉFICIE DU SOUTIEN DES PARTENAIRES CLÉS DE LA RÉGION