Inversion de la tendance – Le câblage 1 paire Ethernet représente l’avenir

Les applications des bandes passantes faibles impliquent des changements: Pendant plus de 25 ans, les systèmes de câblage structurés pour les applications de données et de communication ont été normalisés pour obtenir un câble UTP, ScTP ou Sc/FTP équilibré 4 paires, qui aujourd’hui prend en charge jusqu’à 40 Go/s sur 30 mètres de catégorie 8. L’objectif était d’avoir une force directrice pour obtenir plus de bande passante et répondre aux différents besoins des clients.

Mais l’intérêt s’est d’un coup tourné vers l’automatisation : les systèmes “intelligents” et “l’Internet des objets” changent la vision que l’on a sur les systèmes de câblage du futur. Les capteurs pour le contrôle de l’éclairage, les systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation), l’occupation, le contrôle d’accès et bien d’autres systèmes connectés n’ont pas besoin d’une énorme bande passante par rapport aux applications de données traditionnelles. Un capteur ne transmet que très peu de bits de données lorsqu’une télécommande ou un événement externe l’active.

Ce phénomène a incité l’IEEE à développer un nouveau protocole Ethernet qui devra fonctionner sur un câblage 1 paire UTP/STP. Les normes 100Base-T1 et 1000Base-T1 existent depuis quelques années, même si au départ l’objectif était d’augmenter la bande passante totale disponible via des câblages 4 paires principalement dans des installations industrielles.

Une nouvelle option Ethernet

En mars 2018, le groupe de travail IEEE 802.3cg s’est rassemblé près de Chicago dans l’Illinois aux États-unis pour parler des câblages 1 paire Ethernet et définir les exigences électriques pour la norme 10Base-T1 (nom présumé). Ce groupe souhaite faire approuver cette norme en juin 2019.

Objectifs du 802.3cg :

• 10Base-T1s – Segment de lien de 15 mètres avec jusqu’à 4 connecteurs en ligne fonctionnant à partir de 0,3 – 200 MHz.

• 10Base-T1L – Segment de lien de 1 mètre avec jusqu’à 10 connecteurs en ligne fonctionnant à partir de 0,1 – 20 MHz.

• Segment mélangé de 25 mètres avec 8 nœuds ou plus (appareils réseau)

• Support technique pour les lignes PoE 1 paire 802.3bu sur des applications point à point et coffre motorisé.

• Support technique pour les installations automobiles et industrielles

Pour les intégrateurs LAN qui connaissent bien les exigences des installations, le nombre de connecteurs acceptés dans un lien représente un énorme changement. L’environnement industriel est un marché cible clé pour la norme 100Base-T1. Les câblages dans ces installations pénètrent les armoires fermées et les trajectoires des câbles pour accéder à l’équipement protégé à l’intérieur.

Comme les appareils électriques sont abordables, compacts et consomment peu d’énergie, la norme 10Base-T1 apporte de nombreux avantages sur les options Ethernet 1 paire déjà existante. On s’attend d’ailleurs à ce qu’elle soit le choix privilégié dans un futur proche, lorsqu’il faudra utiliser du câblage pour les capteurs, les vérins et d’autres appareils qui consomment peu de données.

Comme les réseaux se répandent progressivement, les applications pour ces nouveaux systèmes dépasseront la simple construction du câblage. Les véhicules par exemple, sont de plus en plus connectés, ce qui implique de futures applications automobiles.

Caractéristiques du câblage à prendre en compte

Les câbles prenant en charge les applications 10Base-T1 seront soit très petits et compacts, soit très larges et robustes. Dans des installations commerciales, les designers devront gérer des centaines voire des milliers d’appareils et capteurs. Avec autant de câbles à gérer et à acheminer, il vaut mieux miser sur une petite taille. Il faut donc s’attendre à voir des conducteurs 24 AWG dans de fines gaines qui réduisent la taille transversale du câble. Lorsque la fréquence maximum est de 200 MHz, il n’y a aucun problème de diaphonie exogène. Les câbles peuvent donc être plus serrés sans crainte d’avoir des interférences de signal. Le câble UTP de catégorie 6A est souvent fabriqué avec des gaines épaisses pour agrandir l’espace entre les conducteurs de câbles dans un paquet et réduire ainsi les effets de diaphonie exogène à 500 MHz.

Pour les installations industrielles où il y a des liens de 1 000 mètres, les paramètres à prendre en compte sont différents. Les liens longs souffrent d’une plus grande perte d’insertion (atténuation). Ce problème peut être résolu de deux manières. D’abord, la topologie du lien de 1000 m de 10Base-T1 utilisera un PHY (émetteur-récepteur Ethernet) qui fonctionne à 20 MHz au lieu de 200 MHz pour le lien 15 m PHY. Ensuite, l’atténuation est proportionnelle à la longueur et la fréquence. Par conséquent, plus le câble est long plus l’atténuation augmente et limiter la fréquence à 20 MHz permettra de la réduire. Mais cette solution est insuffisante. Les conducteurs du câblage pour des segments de lien de 1 000 m peuvent avoir un diamètre allant jusqu’à 18 AWG, réduisant encore l’atténuation.

Les groupes de normes ANSI/TIA et ISO/IEC sont désormais utilisés pour définir le câblage et les connecteurs pour les normes 802.3cg/10Base-T1.

Les normes de câblage 1 paire en développement

Les groupes de normes de câblage structuré ANSI/TIA et ISO/IEC développent des spécifications pour les câblages 1 paire dans des installations commerciales et industrielles avec la prise en charge d’une gamme de débits de données et des distances.

Le groupe TIA a commencé à travailler sur une nouvelle norme de câblage 1 paire qui sera publié sous le nom de TIA-568.5. D’après cette norme, le câblage 1 paire devra prendre en charge 10 Mo/s pour 100 mètres, 100 Mo/s pour 15 mètres et 1 Go/s pour 15 et 40 mètres. Le câble intégrera également une alternative au PoE appelé le Power over Data Line (PoDL – prononcé “poodle”). Le PoDL fournira jusqu’à 50 watts de puissance sur une paire simple 24 AWG.

Le groupe TIA cherche aussi à modifier la norme de câblage industriel TIA-1005 qui stipulera que le câblage devra prendre en charge 10 Mo/s pour 1 000 mètres. Pour contrecarrer la perte de signal sur de si longs câbles, la taille du conducteur augmentera à 18 AWG.

Le groupe ISO travaille actuellement sur le même type de projet. Les normes ISO 11801-9906 Ed. 1 et 11801-6 Ed.1/Amd.1 couvriront les spécifications de câblage commercial pour les câblages 1 paire 10/100/1 000 Mo/s et la norme 11801-3 Ed.1/Amd.1 définira le câblage pour les applications industrielles.

La fin du connecteur RJ45 ?

Les normes TIA et ISO intègrent le processus de sélection d’un nouveau connecteur 1 paire qui sera utilisé pour prendre en charge ces applications. L’objectif est d’avoir un connecteur qui fera 1/2 à 1/3 fois la dimension de la surface avant d’un RJ45. Il prendra en charge des conducteurs de 18 à 26 AWG ainsi qu’1 ampère de courant et pourra être blindé ou non blindé. Cinq fabricants ont présenté leurs premières propositions au dernier meeting TIA TR-42.7 en février 2018 et reviendront le mois prochain, pour l’ISO SC25/WG3.

Les connecteurs peuvent prendre différentes formes, que ce soit de style LC avec des liens en métal à la place des bagues fibre optique, ou des variantes 1 paire de câblage 4 paires existants de catégorie 7. Les deux comités ont pour but de choisir un connecteur en lançant une série de votes d’ici octobre 2018.

Les entreprises présentant leurs connecteurs s’engagent à renoncer à tous les droits de propriété intellectuelle concernant l’interface entre la “fiche” et la “prise”, pour que les autres entreprises puissent fabriquer des connecteurs compatibles. Les droits de propriété intellectuelle devraient être préservés sur l’interface entre le câble et le connecteur. Elles peuvent donc innover sur la vitesse, l’intégrité et la simplicité de l’extrémité du nouveau connecteur.

Les spécifications de test sur le terrain pour un câblage 1 paire ne sont pas encore prêtes d’arriver. Nous savons que le câble pour les applications 1 Go/s sera testé à 600 MHz max. et la plupart des certificateurs de câblage existants peuvent tester jusqu’à 1 GHz. Ce que l’on sait aujourd’hui, c’est le type de tests qui seront requis, quels seront les critères passe/échec et ce qu’à des fréquences au-dessus de 400 MHz, la diaphonie exogène deviendra un problème. Alors que les applications devraient autoriser les câbles UTP, les intégrateurs bien avisés pourront décider d’opter pour un câble STP et éviter toutes les difficultés concernant la diaphonie exogène.