Nous analyserons ensuite les dernières évolutions réglementaires en cours qui feront de cette technologie le socle d'un secteur de marché au potentiel énorme, un secteur que le câblage structuré s'efforce de dominer depuis des années.
Puis, nous examinerons sa nature concrète et la rapidité avec laquelle elle deviendra un ensemble de produits standards que nous utilisons au quotidien.

D'où vient cet intérêt ?
En 2016, l'IEEE a réuni un groupe de travail 802.3 pour examiner un appel à manifestation d'intérêt concernant l'Ethernet 10 Mb/s sur paire torsadée unique. La réunion inaugurale a rassemblé principalement des entreprises des secteurs de l'automatisation industrielle et de l'automobile. L'objectif était d'explorer les besoins du marché et les exigences en matière de solutions, ainsi que les marchés cibles, leur taille et leur potentiel, avant d'étudier la faisabilité technique d'une solution.
L'automatisation industrielle a été le premier secteur exploré. Cet intérêt peut s'expliquer de trois manières :

– un désir de convergence sous un protocole réseau unique
; – l'adoption de l'Ethernet était déjà une réalité là où cela était possible
; – des bus de terrain non Ethernet étaient encore nécessaires pour assurer les communications en périphérie dans certains cas.

Les défis à relever étaient les suivants :
- Longueurs de câble supérieures à 1 km
- Débit très faible (≤ 1 Mbit/s)

Le dernier point est complexifié par la multitude d'options de bus de terrain disponibles, chacune engendrant des problèmes de maintenance et d'installation qu'il est préférable d'éviter, dans la mesure du possible, pour des raisons de coûts d'exploitation (OPEX).
L'avènement de l'Industrie 4.0 exigera des débits de données plus élevés en périphérie, un enregistrement des données plus rapide, la surveillance des conditions environnementales et de la consommation d'énergie, ainsi que des données optimisées pour les équipements et la maintenance.

Industrie 1.0 : Mécanisation et introduction de la vapeur et de l'énergie hydraulique.
Industrie 2.0 : Chaînes de production de masse utilisant l'énergie électrique.
Industrie 3.0 : Production automatisée, informatique, systèmes informatiques et robotique.
Industrie 4.0 : L'usine intelligente. Systèmes autonomes, Internet des objets et apprentissage automatique.

Le secteur automobile est également pleinement favorable à l'Ethernet 10 Mb/s à paire torsadée unique ; on pourrait même dire qu'il est en avance sur son temps, puisque neuf entreprises du secteur étaient représentées lors de la réunion inaugurale, certaines avec plusieurs délégués, dont BMW, Toyota, Nissan et Renault, pour n'en citer que quatre. Face à
la complexité croissante de l'électronique embarquée, avec un nombre toujours plus important de calculateurs et de capteurs, les communications IP globales présentent des avantages indéniables.

Qu'est-ce qui explique l'essor de l'adoption du SPE ?
L'intérêt de l'« Ethernet à la périphérie » dans l'automatisation industrielle réside dans la mise en place d'un protocole réseau unique, éliminant ainsi le besoin de passerelles complexes pour la conversion entre différents protocoles de bus de terrain, tels que MODbus, HART et Interbus. Ceci accélérera la mise en service, les diagnostics et le dépannage. Conjugué aux économies d'échelle réalisées grâce à son adoption, cela se traduira par un coût total de possession (CTP) plus faible et un meilleur retour sur investissement (RSI).

L'Ethernet à paire torsadée unique à 10 Mbit/s prend en charge la plupart des applications de bus de terrain jusqu'à 1 200 m. De nombreux appareils nécessitent également une alimentation électrique, facilement fournie par les câbles actuellement proposés. La plupart de ces câbles utiliseront des conducteurs de section plus importante (18 à 24 AWG, selon la distance) et seront principalement blindés.
L'automatisation des bâtiments, bien que n'étant pas incluse dans l'appel d'offres initial, présente des défis et des exigences très similaires. Une transition est déjà en cours avec des technologies comme BACnet IP, mais il existe également une forte volonté de converger vers un type de réseau unique et, dans certains cas, d'abandonner les protocoles propriétaires.

Dans le secteur automobile, de nombreux réseaux de véhicules existants (IVN) utilisent des débits de données inférieurs à ceux proposés pour les SPE. La transition des IVN existants vers Ethernet nécessite donc non seulement des coûts moindres, mais aussi une consommation d'énergie réduite, ce qui pourrait réduire les émissions et résoudre de nombreux problèmes dans ce secteur.

La transition vers Ethernet est bien avancée avec :
- 802.3bp - 2016 - Gigabit Ethernet sur paire torsadée unique, environnements automobiles et de transport.
- 15 m Automobile
- 40 m Avions, trains, bus et camions
- 802.3bw - 2015 - Ethernet 100 Mb/s sur paire torsadée unique, environnements automobiles
- 15 m Automobile.
On observe actuellement une nette tendance vers un « IP omniprésent » afin de réduire le nombre de réseaux IP et de passerelles.

Marchés cibles
Les principaux marchés pour SPE ne sont pas le remplacement des réseaux à 4 paires existants, mais leur complémentarité et l'exploitation de marchés qui ont été considérés comme étant principalement en dehors du champ d'application du câblage structuré traditionnel.

Automatisation industrielle
- Automatisation des processus
- Automatisation d'usine

Domotique
- CVC
- Sécurité/Contrôle d'accès
- Protection incendie
- Gestion de l'éclairage
- Résidentiel

Secteur automobile
- Réseau IP omniprésent
- Consolidation des réseaux IP existants

Potentiel du marché :
Le marché de l’automatisation et du contrôle industriels a connu une croissance significative en 2016. Selon un rapport, le marché des bus de terrain traditionnels représentait 58 % du marché total et affichait un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 7 %. Le marché Ethernet, quant à lui, représentait 38 % et devrait croître à un TCAC de 20 %. Plusieurs rapports prévoyaient la fourniture de 180 millions de ports en 2020 (avant la pandémie de COVID-19), dont 50 % auraient pu être couverts par des SPE.

Le marché de l'automatisation des bâtiments pourrait prendre une dimension encore plus prometteuse : selon les prévisions d'IHS de 2016, environ 15 millions de contrôleurs, chacun doté de deux ports, devraient être livrés dans le monde d'ici 2020. En moyenne, chaque contrôleur pourrait se connecter à 10 capteurs/actionneurs, soit 300 millions d'appareils connectés (la section suivante explique plus en détail comment cela est possible). Un SPE de 10 Mb/s pourrait couvrir plus de 50 % de ce marché.

Les chiffres cités dans les deux exemples précédents sont bien inférieurs à ceux du secteur automobile, où environ 4 milliards de ports IVN ont été installés en 2019. Il est toutefois important de noter que ces ports nécessitent une bande passante plus élevée sur de très courtes distances et sont plus spécialisés que le sujet principal de ce document, qui porte sur l'impact potentiel sur le marché du câblage structuré.
Si l'on considère les deux marchés clés que sont l'automatisation industrielle et l'automatisation des bâtiments, le secteur ciblé par SPE pourrait dépasser les 250 millions de ports d'ici 2021.

Qu'est-ce que le SPE exactement ? Comment ça marche et comment il fournit l'alimentation ?
IEEE 802.3bu:2016 - Alimentation par ligne de données (PoDL)
- Transmission d'énergie via un seul segment de paire torsadée
- Prononcé « poodle »
- Parfois appelé SPoE (bien que techniquement différent du PoE)
- Jusqu'à 52 W de puissance, selon le câble, la distance et le nombre de connexions

IEEE 802.3cg: 2019 - 10 Mbit/s
- 10BASE-T1S - Liaison point à point, 4 connexions, portée de 15 m, alimentation PoDL
- 10BASE-T1L - Liaison point à point, 10 connexions, portée de 1 000 m, alimentation PoDL

- 10BASE-T1S - Segment de liaison (multipoint), 8 nœuds, portée de 25 m

IEEE 802.3da - Améliorations multidrop à 10 Mb/s
- Segment multidrop, 16 nœuds, portée de 50 m, alimentation PoDL

Longueurs de canal
- Canal SP1-400 (23 AWG)

- Canal SP1-1000 (18 AWG)

Technologie des connecteurs
Il existe deux groupes de base de technologies de connecteurs : les connecteurs « renforcés » et les connecteurs « non renforcés ».

Ils sont couramment utilisés dans le secteur de l'automatisation industrielle.

 Ce dispositif est basé sur un format LC et sera principalement utilisé dans l'automatisation des bâtiments et dans les environnements non renforcés.

Alimentation :
Plusieurs facteurs influencent la distance et le niveau de puissance transmiss :
type d'alimentation
, section des conducteurs
et nombre de connexions.

Il existe six classes de puissance PoDL pour les applications SPE 10 Mb. Chaque classe définit la tension (V), le courant (mA), la puissance (W) et la résistance DCR maximale (Ω)*. La valeur de la résistance DCR sert à calculer la distance théorique maximale de transmission de puissance. Heureusement, la norme IEEE 802.3cg fournit un tableau facilitant ce calcul.

*Résistance - Boucle DCR = Câble DCR + Cordons DCR + Connexions DCR. Ceci permet ensuite de calculer les distances suivantes.

La longueur maximale du canal est déterminée par la limite de perte d'insertion (bleu).
Les canaux dépassant 400 m ou comportant plus de 5 connexions ne répondent pas aux exigences de topologie de canal SP1-400 (rouge).

Questions fréquentes
: Le SPE va-t-il remplacer l’Ethernet à 4 paires ?
– Le SPE ne remplace pas les réseaux informatiques Ethernet à 4 paires.
– Il s’agit d’un système entièrement nouveau destiné à remplacer le Fieldbus et d’autres réseaux d’automatisation dans les secteurs de l’automatisation industrielle et du bâtiment, ainsi que dans le secteur automobile.
–
La capacité d’un câble à 4 paires à prendre en charge simultanément quatre liaisons SPE est encore en cours d’évaluation.

Puis-je acheter du SPE dès maintenant (2020) ?
– La réponse est non, aucun système n’est disponible dans le commerce pour le moment.
– Bien que le matériel de connexion ait été homologué et que les câbles soient relativement simples, les interfaces physiques et électroniques (PHY
) sont encore en développement.

Conclusions
L'Ethernet à paire unique suscite beaucoup d'activité, avec l'IEEE et la TIA en tête, bien que l'ISO/IEC rattrape rapidement son retard et étudie le potentiel de nouvelles variantes et distances, notamment l'utilisation d'un câble à 4 paires pour alimenter plusieurs liaisons d'une même paire.

Quoi qu'il en soit, l'intérêt est extrêmement fort dans tous les secteurs du marché. Non seulement les fabricants de câbles et de connecteurs investissent massivement, mais les fabricants de PHY exercent également une forte pression, comme en témoignent les annonces de Texas Instruments, qui a réussi à faire fonctionner des SPE jusqu'à 1,5 km lors de tests en laboratoire. Aucune mention n'a été faite de la consommation d'énergie ; il pourrait donc s'agir d'une limitation physique insurmontable.

La technologie SPE ne remplacera pas le câblage structuré traditionnel à 4 paires dans le secteur de l'informatique d'entreprise, mais la complétera en fusionnant les « systèmes d'expérience » utilisés par la technologie opérationnelle en une plateforme de communication uniforme.

Quant au calendrier, il est difficile de le prévoir. Toutes les normes de base ont été établies et le câblage pourrait être mis en place très rapidement ; il s’agit maintenant pour les fournisseurs d’équipements de fournir les dispositifs physiques, et beaucoup prévoient que nous verrons les premiers systèmes déployés en 2021.

Si l'on se réfère aux courbes d'adoption passées de l'Ethernet, le délai entre les premiers utilisateurs et le marché de masse est généralement d'environ quatre ans. Cependant, je pense que dans le cas présent, ce délai sera plus court en raison de l'essor prévu des bâtiments intelligents et des objets connectés. Un rapport récent indique que ce chiffre atteindra 75 milliards d'ici six ans.
Il est donc essentiel de suivre de près ce secteur. Cette technologie sera probablement présente dans de nombreux bâtiments dans un avenir proche.

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