Tout savoir sur le Power over Ethernet (PoE)

De nombreuses entreprises s’appuient le Power over Ethernet (PoE) pour alimenter en électricité les réseaux câblés de données existants et les relier jusqu'aux points d'accès WiFi, aux pares-feux, aux téléphones IP et à d’autres infrastructures de leurs réseaux. Depuis sa normalisation en 2003 par l'IEEE, l’usage du PoE n’a pas cessé d’augmenter, et la tendance ne fera que s'accroître dans les années à venir, en même temps que le développement de nouvelles applications. Le cabinet d'études Dell'Oro affirme qu’au cours des cinq prochaines années, la livraison de ports PoE dépassera les 624 millions. « Plusieurs facteurs tirent aujourd’hui la technologie PoE. Par exemple, parmi les points d'accès WLAN, on constate que les bandes de fréquences sans fil, à vitesse plus élevées, nécessitant plus de puissance, ne cessent de croître », a déclaré Sameh Boujelbene, directeur de la recherche senior pour le marché des commutateurs Ethernet chez Dell'Oro. « Les nouveaux téléphones IP sont dotés de fonctions de téléprésence. Les caméras de surveillance affichent des fonctions de zoom et d'analyse. Toutes ces nouvelles fonctionnalités nécessitent plus de puissance », a-t-il ajouté.

Qu'est-ce que le Power over Ethernet ?

Le Power over Ethernet (PoE) consiste à fournir de l'énergie électrique à des appareils en réseau en utilisant le câblage du réseau local qui sert à la transmission des données. Cette solution permet de se passer de prise électrique et de convertisseur de courant pour les appareils eux-mêmes. Elle évite aussi l'installation de câbles et de prises électriques distinctes à proximité de chaque appareil. Quand les systèmes téléphoniques existants ont été remplacés par des téléphones IP, il n'est plus nécessaire d'installer des câbles d'alimentation en courant continu distincts et dédiés. Enfin, quand on veut étendre ses réseaux ou les reconfigurer, il est toujours possible de les alimenter en électricité tant que l’appareil est connecté à un câble de données.

La norme PoE adoptée par l'IEEE (802.3af-2003) fixe à 15,4 watts le courant continu qu’il faut délivrer par port de commutateur au niveau de chaque appareil. La distance entre les appareils ne doit pas excéder 10 mètres, et la liaison peut se faire via des câbles Ethernet de catégorie 3, 5, 5e et 6. En fait, 15,4 watts est un maximum. La norme prévoit que les appareils ne recevront que 12,95W compte tenu de la dissipation d’électricité sur le trajet. Cette perte n'affecte pas la performance des liaisons Ethernet 10/100/1000 Mbps. Au fur et à mesure, les besoins en puissance des nouveaux appareils ont évolué. En 2009, une nouvelle norme, PoE+ (IEEE 802.3at), a fait passer la puissance maximale à 30 W, les appareils recevant un minimum de 25,5 watts. La dernière norme 802.3bt, a poussé la puissance maximale du commutateur source à 90 watts, et à 71,3 watts la puissance nécessaire au niveau des appareils. Selon David Tremblay, président de l’Ethernet Alliance PoE Subcommittee et architecte système chez Aruba Networks, une entreprise acquise en 2015 par HPE, la norme PoE 802.3bt devrait être la dernière.

Avantages

L’objectif premier du PoE était d’éviter l’installation de prises électriques, en particulier dans les endroits éloignés ou difficiles d'accès. Le PoE devait également permettre :

- d’économiser jusqu’à 1000 dollars par appareil en coûts de déploiement.

- de se passer d'adaptateurs de courant alternatif.

- de simplifier l'installation des appareils eux-mêmes, les clients pouvant utiliser un seul câble de catégorie 5/5e/6 pour les données et l'alimentation.

- de gérer l'alimentation électrique de manière centralisée.

- de réutiliser le cuivre des réseaux téléphoniques existants.

- de déplacer les appareils PoE sans interruption du réseau.

« L'économie d'énergie représente aussi un avantage important du PoE, mais la norme est vraiment axée sur l'efficacité énergétique car elle utilise les 4 paires de câbles Ethernet Cat 5, alors que les versions précédentes de la norme n’en utilisaient que deux », a expliqué M. Tremblay. La dernière norme maintient un niveau de puissance-signature suffisant pour alimenter par PoE des systèmes d'éclairage ou IoT, avec des performances acceptables en veille quand c’est nécessaire.

Autre avantage, selon M. Tremblay : combiné à un logiciel d'analyse, le PoE peut permettre aux équipes de gestion des installations de savoir quelles zones des bâtiments sont inoccupées et d'économiser de l'électricité en éteignant à distance les lumières et les systèmes d’air conditionné. « Un avantage important et de plus en plus tangible du PoE concerne le déploiement de points d'accès WiFi. Ces dispositifs sont souvent placés dans des endroits où il est difficile de tirer de nouvelles lignes électriques classiques, au-dessus des panneaux de plafond par exemple », a déclaré M. Boujelbene. « L’usage croissant de la connectivité sans-fil dans les bâtiments, les bureaux et d’autres lieux comme les stades, augmente aussi la demande en PoE », a déclaré M. Tremblay. « Il rend le déploiement du sans-fil beaucoup plus tangible ».

PoE et IoT

L'utilisation du Power over Ethernet dans les déploiements sans-fil est peut-être la principale application de la technologie, mais beaucoup pensent qu'elle trouvera sa place dans l'internet des objets, car elle permettrait d’alimenter des appareils IoT câblés via leur connexion réseau. Dans un blog sur l’usage de la PoE et de l’IoT, Versa technology explique comment la ville de San Diego, Californie, utilise le câblage Ethernet pour alimenter des milliers de lampadaires LED interconnectés, intégrés au réseau IoT urbain. Le système permet de régler en plus ou en moins l'alimentation des lampes intelligentes pour optimiser l'éclairage de chaque espace. Compte tenu de leurs faibles besoins en énergie, ces systèmes d'éclairage sont plus économiques que des solutions classiques. Les lampadaires PoE sont intégrés au réseau IoT de la ville, ce qui permet de les surveiller et de les contrôler à distance. Les lampes intelligentes sont équipées de détecteurs de mouvement pour économiser l'énergie en optimisant l'éclairage en fonction des besoins de chaque espace. « Le système permet à la ville d'économiser 250 000 dollars ou plus par an », a déclaré M. Versa. Les caméras de sécurité IP, souvent placées dans des endroits difficiles d'accès, sont un autre domaine d’application du PoE.

Le grand défi de l'interopérabilité

Mais le plus grand défi du PoE concerne l'interopérabilité. « Le programme de certification Power over Ethernet (PoE) Certification Program de l'Ethernet Alliance peut favoriser les déploiements PoE et éviter les problèmes d'interopérabilité », a déclaré M. Tremblay. Des fournisseurs de solutions Ethernet comme Analog Devices, Cisco, HPE, Huawei, Microsemi et Texas Instruments, participent au programme de certification. « Avec le développement de nouveaux types d'appareils, il est important que les acteurs de l'industrie nouent de nouveaux partenariats avec des entreprises qui offrent des équipements certifiés », a déclaré le groupe Dell'Oro. « La diversité des applications pose des problèmes d'interopérabilité et rend les tests et la certification encore plus nécessaires », a ajouté M. Boujelbene. Parmi les produits certifiés, on trouve aussi bien des cartes d'évaluation au niveau des composants, des alimentations électriques pour les switches d’entreprise, que des sources d'alimentation électrique PoE de moyenne portée. La liste de tous les produits certifiés est disponible dans le référentiel public du programme.