Ethernet comme base d'éclairage

Introduction

Ethernet est une technologie de mise en réseau fiable et de haute performance qui a fait son entrée dans les applications d'éclairage à DEL en architecture. Ayant bénéficié de plusieurs décennies de recherche et de développement en tant qu'outil à tout faire du secteur des TI, Ethernet apporte ses lettres de noblesse à une industrie de l'éclairage qui s'oriente progressivement vers les appareils et services d'éclairage hautement intelligents. Dans le présent article, nous expliquons comment Ethernet peut simplifier certaines façons d'aborder notre infrastructure d'éclairage, en quoi sa grande extensibilité permet aux concepteurs d'éclairage d'explorer toutes les possibilités offertes à leur imagination, et comment ses éléments familiers font en sorte que l'installation et la maintenance des réseaux sont simples et faciles à gérer.

L’importance du réseautage en oignon

Le terme « Ethernet » désigne deux des sept couches qui constituent une pile de technologies indépendantes. Cette pile à plusieurs couches constitue une caractéristique importante d'un système réseauté, car elle permet aux concepteurs d'applications de ne pas tenir compte des détails concernant les couches inférieures dans la pile. On libère ainsi des ressources qui peuvent se concentrer sur les complexités associées à l'application proprement dite, sans avoir besoin de comprendre les notions de physique expliquant la propagation des données sur un câble. Ethernet est une spécification relative aux couches physiques et de liaison de données d'une pile de mise en réseau typique, qui gouverne les caractéristiques du câble et les séquences de mise en trame séparant les données dans chaque paquet. 

Figure 1 : Le modèle de référence d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI) est un modèle conceptuel d'abstraction de la technologie du réseau. Il s'agit d'un exemple de la manière dont des systèmes disparates pourraient organiser leur mise en réseau de manière à améliorer leur interopérabilité. 

Il est souvent possible de permuter les couches. Par exemple, une application construite sur Ethernet peut très simplement être transférée à de l'équipement WiFi, dans lequel les couches Ethernet sont remplacées par les couches WiFi. L'application n'a pas besoin de savoir que ce changement a eu lieu.

Les couches sont souvent encapsulées l'une dans l'autre pour les besoins de l'acheminement. Par exemple, un paquet DMX/RDM utilisé pour communiquer avec l'équipement d'éclairage peut être soit transmis directement sur un bus RS485, soit encapsulé dans un paquet Art-Net et transmis sur Ethernet.

Les couches peuvent parfois être combinées de manière à renforcer la sécurité ou la fiabilité. Par exemple, Datagram Transport Layer Security (DTLS) est un protocole de sécurité de la couche de transport qui ajoute le chiffrement aux protocoles qu'il encapsule. Cela a pour effet d'ajouter une protection contre le sabotage et la falsification des protocoles n'intégrant pas ces caractéristiques cryptographiques.

Ethernet est une pierre d'assise sur laquelle est construite cette pile de réseau à couches très souple. Pour l'utilisateur final, elle procure une expérience utilisateur plus riche et conviviale. Pour le fournisseur, elle offre l'évolutivité ainsi qu'un large spectre de compatibilité avec l'infrastructure des tiers.

Aperçu des caractéristiques d’Ethernet

Un câble Ethernet est un produit courant peu coûteux que l'on peut trouver dans le commerce partout dans le monde. On peut facilement se le procurer, et quiconque est en contact avec le secteur des TI connaît très bien cet article. Ses connecteurs sont universels, fiables, clavetés, et à verrouillage, et on peut couper les câbles à la longueur voulue et poser les terminaisons sur le terrain à l'aide d'outils simples.

Un réseau Ethernet utilise des commutateurs pour relier entre eux les différents éléments du réseau. Ces commutateurs gèrent le flux des paquets à l'entrée et à la sortie des ports, empêchant ainsi les collisions possibles lorsque deux appareils essaient de transmettre simultanément des paquets sur le même fil. Les commutateurs font également en sorte que les paquets soient livrés précisément à leurs adresses de destination. Sans cette fonctionnalité, la sécurité du réseau serait compromise, car chaque client pourrait alors intercepter des messages adressés à d'autres clients. En outre, puisque le commutateur veille à ce que les paquets se rendent uniquement à la destination voulue, aucun effort additionnel n'est requis de la part de chaque client pour inspecter les paquets ou abandonner ceux dont il n'a pas nécessairement besoin, et l'effort de calcul du réseau demeure faible.

On peut facilement intégrer des réseaux Ethernet à d'autres réseaux Ethernet ou non Ethernet au moyen de produits du commerce. Cette caractéristique ouvre la voie à un grand éventail de scénarios, notamment la combinaison des réseaux câblés et sans-fil pour atteindre les endroits dans lesquels il peut être difficile de faire passer le câble, la gestion de réseau centralisée, ou l'accès distant pour permettre le débogage hors site. Le câblage Ethernet en cuivre peut également être converti en Ethernet optique pour les applications nécessitant des chemins de câbles extrêmement longs avec latences faibles, ce qui permet aux réseaux Ethernet d'atteindre des distances de loin supérieures à celles réalisables avec le réseautage traditionnel basé sur RS485.

Les réseaux Ethernet peuvent héberger simultanément différents appareils non reliés, ce qui peut être commode pour les immeubles modernes présentant une forte dépendance envers d'autres systèmes réseautés. Les téléphones VoIP, les systèmes de gestion d'immeuble, l'éclairage et les postes de travail des employés peuvent facilement coexister sur le même réseau Ethernet, ce qui permet de consolider et de simplifier les coûts et la gestion du réseau.

Ethernet en tant que dorsale pour l’éclairage

 Figure 2 : Un réseau d'éclairage Ethernet typique contient l'équipement réseau traditionnel et les passerelles qui convertissent les données dans un format pouvant être nativement compris par les dispositifs d'éclairage (en l'occurrence DMX/RDM).

Les protocoles d'éclairage modernes basés sur Ethernet, notamment Streaming ACN (sACN) ou Art-Net, sont conçus pour encapsuler les protocoles d'éclairage plus anciens comme DMX et RDM. Les protocoles modernes appliquent les avantages de la technologie Ethernet aux réseaux d'éclairage, et peuvent améliorer considérablement certaines limitations et rigidités des protocoles DMX/RDM vieillissants.

Installation du réseau

Les réseaux DMX/RDM traditionnels basés sur RS485 peuvent être sujets à des erreurs. Lorsqu'il conçoit un réseau d'éclairage DMX/RDM, l'architecte de système doit être bien conscient des nombreux détails de bas niveau qui peuvent sembler sans intérêt ou non apparents. Par exemple, l'écosystème DMX/RDM contient différents types de connecteurs incompatibles, allant des connecteurs XLR aux connecteurs exclusifs, en passant par les fils nus et les bornes à vis. Les types de câbles ne sont pas rigoureusement précisés, et les différentes variétés de câbles offertes doivent demeurer compatibles avec les connecteurs utilisés. Il peut être difficile de caractériser et de comprendre la résistance au bruit électrique et la charge de bus. Une résistance d'extrémité doit généralement être manuellement rattachée à l'extrémité d'un bus DMX/RDM qui peut être difficile d'accès. L'éventail d'options d'interconnexion possibles et les risques de perte d'intégrité du signal dans les installations rencontrées sur le terrain peuvent causer bien des maux de tête.

L'installation du réseau Ethernet est généralement une activité plus simple qui ne requiert aucun équipement exotique ou difficile à trouver. Essentiellement, tous les types de câbles Ethernet en cuivre utilisent des connecteurs RJ45 (8P8C), et aux vitesses réseau les plus courantes de 10/100/1000 Mbit/s, un câble de catégorie 5e ou supérieure sera approprié. On peut se procurer des câbles de toutes les longueurs avec connecteurs moulés et réducteurs de tension, ou bien les couper à la longueur voulue et effectuer les terminaisons sur le terrain à l'aide d'outils simples. Les prises Ethernet sont souvent dotées de DEL intégrées qui indiquent immédiatement si une liaison réseau est active et opérationnelle, ce qui permet aux techniciens sur le terrain de vérifier rapidement si le câble est correctement installé sans devoir utiliser du logiciel ou de l'équipement complexe. Ethernet est toujours isolé électriquement, ce qui signifie que peu importe les conditions électriques auxquelles chaque appareil est assujetti, il n'y a aucun risque que des problèmes de mise à la terre viennent en compromettre la sécurité ou la fiabilité.

Figure 3 : Dans cet exemple, un ensemble d'encastrés de bureau peut être contrôlé et surveillé à distance. Les clients reliés par câble ou sans fil peuvent obtenir l'accès aux données de contrôle et de surveillance si désiré. Par contre, les autres appareils connectés au commutateur Ethernet (comme les imprimantes et les téléphones) sont non seulement isolés des encastrés de bureau, mais peuvent également être configurés de manière à ne pas recevoir les données propres à l'éclairage.

Adressabilité des univers

Ethernet augmente massivement l'adressabilité des réseaux d'éclairage, puisque sACN peut prendre en charge jusqu'à 63 999 univers (de 512 canaux chacun), alors qu'Art-Net peut prendre en charge jusqu'à 32 768 univers. Les concepteurs d'éclairage bénéficient ainsi d'options de gestion des univers qui n'étaient pas réalisables auparavant. Par exemple, ils peuvent optimiser les univers en fonction de la structure de coûts du contrôleur (s'ils paient par univers), effectuer un groupement logique de certains produits d'éclairage de différents univers sur la base de leur emplacement physique, créer des spectacles dynamiques plutôt que statiques, et ainsi de suite.

Contrôles multimaîtres

sACN prend en charge la priorisation des flux de données DMX. Plusieurs contrôleurs peuvent être actifs à n'importe quel moment, mais seul le contrôleur ayant la plus haute priorité sera autorisé à gérer les dispositifs d'éclairage. La priorisation peut être utilisée selon une simple stratégie de basculement par laquelle un contrôleur de secours transmet à une priorité inférieure à celle du contrôleur principal. De la même manière, plusieurs contrôleurs Art-Net peuvent être utilisés pour gérer, surveiller et contrôler simultanément les mêmes produits d'éclairage, ou même se surveiller les uns les autres pour détecter les contrôleurs en panne et effectuer une restauration à la volée.

Haute performance

Un paquet sACN est entièrement transmis en moins de 55 microsecondes environ sur une liaison Ethernet de 100 Mbit/s. Cela signifie qu'environ 600 univers de 512 canaux chacun peuvent être simultanément mis à jour à 30 trames par seconde sur une seule liaison Ethernet, ou dix fois plus si on utilise une liaison Gigabit Ethernet. Avec une performance 600 fois supérieure à celle du DMX traditionnel, Ethernet ouvre la voie à de formidables possibilités sur le plan de la création à grande échelle.

En outre, sACN (mais non Art-Net) prend en charge la multidiffusion IP, qui est une technique d'adressage des paquets permettant aux dispositifs d'éclairage de « s'abonner » uniquement aux univers qu'ils sont intéressés à recevoir. Les commutateurs Ethernet gèrent ces abonnements, réduisant ainsi la charge de travail du contrôleur d'éclairage en activant un système d'adressage « un à plusieurs ». Le contrôleur peut envoyer un paquet unique adressé à un seul univers, et seuls les dispositifs d'éclairage abonnés à cet univers le recevront. Comparativement à la technique d'adressage de multidiffusion, un paquet envoyé individuellement correspond à un système « un à un », de sorte que le contrôleur doit envoyer un paquet à chaque dispositif d'éclairage, et un paquet envoyé par diffusion générale correspond à un système « un à tous », qui ne requiert qu'un paquet de la part du contrôleur, mais exige que tous les dispositifs d'éclairage inspectent ce paquet pour déterminer s'il doit être traité. La multidiffusion allège la charge de travail des appareils d'éclairage et des contrôleurs, et réduit l'encombrement général du réseau.

Surveillance

Pour réduire les coûts et l'encombrement, les produits d'éclairage sont généralement intégrés à des dispositifs électroniques ayant une capacité limitée de stockage des données. Ces types de produits ne pourraient pas à eux seuls prendre en charge des tâches de surveillance à long terme, mais lorsqu'ils sont combinés à un réseau Ethernet et à un serveur de surveillance pouvant périodiquement extraire l'information, les appareils d'éclairage forment une nuée de nœuds simples pouvant recueillir et fournir des données à un service de surveillance centralisé plus sophistiqué. Les services de surveillance peuvent stocker et organiser d'énormes quantités de données, et peuvent détecter les pannes, dégager les tendances, cerner les habitudes d'utilisation, et ainsi de suite. Dans la société hautement connectée d'aujourd'hui, les données sont des denrées précieuses, et les appareils et réseaux compatibles Ethernet permettent aux utilisateurs finaux d'extraire la valeur de leurs données.

Lumenpulse : notre engagement Ethernet

Les produits intelligents compatibles Ethernet du portefeuille de Lumenpulse permettent aux clients de mettre à profit les nombreux avantages de cette technologie de réseautage moderne en réalisant des systèmes d'éclairage pratiques, souples et performants, peu importe leur envergure. Cet engagement de Lumenpulse à adopter Ethernet en tant que dorsale pour ses systèmes d'éclairage modernes comporte des avantages pour les concepteurs, les entrepreneurs, les gestionnaires d'immeubles, et le personnel du service technique sur le terrain. L'ubiquité, la performance et le succès éprouvé d'Ethernet dans l'industrie des TI sont un gage de pérennité de cette technologie qui demeurera offerte et prise en charge pour plusieurs décennies, ce qui en fait un choix évident pour les applications d'éclairage à DEL toujours plus exigeantes dans l'architecture d'aujourd'hui.