Comment le PoE de nouvelle génération alimente l'IoT : Livraison 90 W pour la 5G et au-delà

L'avènement de la 5G offre une connectivité mobile plus rapide, débloquant une vague d'applications IoT et Big Data. Ces innovations exigent une connectivité Ethernet pour une gamme croissante de dispositifs alimentés — caméras IP, points d'accès 802.11ac/ax, luminaires LED, petites cellules 5G et autres appareils IoT. Le Power-over-Ethernet (PoE) est la solution idéale, et la nouvelle norme IEEE 802.3bt repousse le plafond à 90 W pour l'équipement source d'alimentation (PSE) et 71,3 W pour les dispositifs alimentés (PD).

Le déploiement de PD de nouvelle génération supportant IEEE 802.3bt aux côtés de dispositifs legacy 2 paires et 4 paires a longtemps été un défi. L'industrie a maintenant comblé cet écart d'interopérabilité, permettant aux PD pré-standard et aux nouveaux PD conformes IEEE 802.3bt-2018 de partager la même infrastructure Ethernet sans modifier les commutateurs ni le câblage.

La route vers IEEE 802.3bt

Depuis la ratification de la première norme PoE en 2003, l'adoption du PoE a explosé, stimulant de nouvelles applications et offrant des économies significatives de CAPEX et OPEX. Le PoE offre une solution d'alimentation unifiée, sûre et standardisée mondialement qui simplifie l'installation et réduit les coûts.

La limitation principale du PoE initial était la puissance disponible. Alors que 15,4 W depuis la source suffisaient pour les téléphones IP et les points d'accès 802.11a/b/g legacy, cela manquait pour les téléphones IP vidéo, 802.11n et caméras IP PTZ. En 2009, l'IEEE a publié 802.3at, relevant la sortie source à 30 W.

Aujourd'hui, les dispositifs à plus haute puissance — caméras de sécurité PTZ, bornes, terminaux POS, clients légers, points d'accès 802.11ac/ax, petites cellules 5G et éclairage LED — exigent encore plus. IEEE 802.3bt répond à cette demande en utilisant les quatre paires du câblage Cat5e, en étendant la classification de puissance, en permettant plusieurs classes PoE, et en restant pleinement rétrocompatible.

L'Appel à intérêt IEEE 802.3bt a débuté début 2013, et la norme a été ratifiée en septembre 2018. Elle étend les limites PSE et PD à 90 W et 71,3 W respectivement, et agit comme catalyseur pour la croissance du marché PoE.

Avant IEEE 802.3bt, plusieurs initiatives ont repoussé les limites de puissance : IEEE 802.3af (2003) délivrait jusqu'à 15,4 W sur deux paires Cat5e ; IEEE 802.3at (2009) introduisait les dispositifs Type 2 capables de 30 W ; l'Alliance HDBaseT standardisait HDMI sur Cat5e jusqu'à 100 m ; et PoH (2011) étendait la puissance maximale à 95 W sur quatre paires.

Tableau 1 : La capacité de puissance étendue permet à la puissance d'entrée PD d'atteindre jusqu'à 95 W si la longueur du canal est connue.

IEEE 802.3bt introduit les PSE/PD Type 3 et Type 4, fonctionne sur les quatre paires, supporte les constructions à signature unique et double, et étend la gamme de classes de puissance à 5–8. Il ajoute aussi la détection automatique de classe, l'extension de puissance basée sur la longueur de canal connue, la faible puissance en veille, et supporte le 10G-BASE-T PoE.

Tableau 2 : La capacité de puissance étendue permet à la puissance d'entrée PD d'atteindre jusqu'à 60 W pour Type 3 et jusqu'à 90 W pour Type 4 si la longueur du canal est connue.

IEEE 802.3bt est également conforme aux limites de tension de sécurité extra-faible (SELV) de l'ISO/IEC 60950, plafonnant la puissance à 100 W par port. Ce plafond couvre encore toutes les applications précédemment non supportées, élargissant considérablement les possibilités de déploiement PoE.

Assurer l'interopérabilité

Les spécifications IEEE 802.3bt garantissent un fonctionnement transparent avec les dispositifs legacy Type 1 et Type 2, à condition que le PSE puisse fournir la puissance requise. Si un PD IEEE 802.3bt à plus haute puissance est connecté à un PSE à puissance inférieure, le dispositif restera simplement éteint ou ne tirera que la puissance disponible.

Un exemple majeur est le chipset PSE de Microchip, qui permet aux commutateurs pré-standard d'interopérer avec les nouveaux produits IEEE 802.3bt-2018. Le même chipset sous-tend les solutions PoH quatre paires 95 W et les injecteurs/midspans PoE qui comblent l'écart de compatibilité.

L'installation d'injecteurs ou midspans conformes IEEE 802.3bt entre le commutateur et les PD permet aux utilisateurs d'alimenter n'importe quel mélange de dispositifs legacy et nouveaux. Les options mono-port et multi-port permettent aux nouveaux commutateurs de fournir de l'énergie aux PD pré-standard également.

Pour les concepteurs de systèmes, les chipsets PoE supportant IEEE 802.3af/at/bt fournissent des solutions deux et quatre paires évolutives sur une seule carte. Ils doivent gérer la dissipation thermique équilibrée, inclure les fonctions complètes de manager et contrôleur, fournir jusqu'à 99,9 W par port, et supporter jusqu'à 48 ports pour Type 3 (Classes 1–6) et Type 4 (Classes 7–8). Importamment, ces plateformes devraient être mises à niveau vers IEEE 802.3bt via logiciel, évitant les changements matériels.

Les préoccupations telles que la protection contre l'inversion de polarité, la sécurité de coupure d'alimentation et le coût de la livraison de la puissance Type 4 Classe 8 sont adressées par des dispositifs redresseurs à pont complet du côté alimenté de la connexion PoE.

IEEE 802.3bt délivre 90 W sur quatre paires de Cat5e — prévu pour être le niveau maximum défini, car des sorties plus élevées pourraient mettre en péril le câblage et les connecteurs existants. Il remplacera toutes les solutions pré-standard (60 W, 75 W, 95 W) et coexistera avec les implémentations antérieures. Un déploiement approprié assure que les PD pré-standard et conformes IEEE 802.3bt partagent la même infrastructure Ethernet sans modifier les commutateurs ni le câblage.