Dans le monde connecté d'aujourd'hui, la transmission de données par Ethernet joue un rôle décisif. C'est particulièrement vrai depuis l'introduction de Single Pair Ethernet, qui offre des possibilités et des défis entièrement nouveaux pour les applications industrielles. Dans l'article suivant, nous répondons à toutes les questions importantes concernant la mise en réseau et l'intégration d'appareils de terrain et de capteurs sur la base de Single Pair Ethernet et les avantages qui en découlent pour les processus industriels.
Le Single Pair Ethernet, ou SPE, est une communication basée sur Ethernet qui constitue la base d'un grand nombre de protocoles de transmission. Le concept de bout en bout permet une transmission directe des données entre le capteur et le cloud, ce qui permet une communication transparente sans rupture de média à tous les niveaux de la pyramide d'automatisation. Cela simplifie l'accès aux données des capteurs depuis le niveau du terrain et la mise en œuvre des applications. Dans certains cas, cette technologie est également appelée à tort « Single per Ethernet ».
Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection Model) ist ein konzeptionelles Rahmenwerk, das die standardisierten Funktionen eines Kommunikations- oder Computernetzwerks beschreibt. Es gliedert die Netzwerkkommunikation in 7 aufeinander aufbauende Schichten, wobei jede Schicht spezifische Aufgaben und Funktionen hat. Es hilft dabei, komplexe Netzwerkkommunikation zu strukturieren und zu standardisieren. Single Pair Ethernet befindet sich auf der untersten Ebene, dem sogenannten Physical Layer.
Modèle OSI: (1) Couche physique, (2) Couche liaison de données, (3) Couche réseau, (4) Couche transport, (5) Couche session, (6) Couche présentation, (7) Couche application
La principale différence réside dans le nombre de paires de câbles dans le câble de données utilisé. Alors que l'Ethernet classique utilise 2 ou 4 paires de câbles selon le débit de transmission, le SPE ne nécessite qu'une seule paire de fils torsadés dans le câble de données blindé. En outre, la technologie innovante basée sur la norme 10BASE-T1L permet d'atteindre des longueurs de câble allant jusqu'à 1000 m, alors qu'auparavant, seules des longueurs de 100 m étaient courantes.
L'abréviation 10BASE-T1L est un terme composé de plusieurs aspects qui contient les informations importantes sur la connexion réseau. Ainsi, le chiffre 10 renseigne sur le taux de transmission de 10 Mbps. Le terme « BASE » se réfère au type de signal et implique que les signaux Ethernet peuvent être transportés via le câble de données. « T1 » signifie « paire torsadée » et l'abréviation “L” signifie « longue distance », ce qui signifie que des longueurs de câble de données allant jusqu'à 1 km sont possibles.
Single Pair Ethernet (SPE) offre plusieurs avantages, notamment dans le domaine de l'automatisation industrielle et de la mise en réseau d'appareils. Parmi les principaux avantages, on peut citer :
Le SPE utilise uniquement des câbles de données en cuivre à une seule paire, au lieu des câbles de données habituels à deux ou quatre paires. Cela simplifie l’architecture et la confection des câbles, tout en réduisant le poids et l’encombrement. L’assemblage et l’installation dans des machines et installations complexes sont ainsi nettement facilités, y compris dans les applications où le câble de données est soumis à de fortes sollicitations en flexion.
Moins de matériau de câblage entraîne une réduction des coûts, tant pour les câbles eux-mêmes que pour leur installation. Les besoins en maintenance peuvent également être réduits.
Le SPE prend en charge une transmission de données en temps réel, ce qui permet un meilleur contrôle des processus et une sécurité accrue dans les applications industrielles.
Pendant la transmission des données, l’alimentation électrique est assurée simultanément via la même paire de câbles. Cela permet une alimentation plus simple des appareils et évite l’utilisation de câbles d’alimentation séparés.
Le SPE facilite l’intégration dans les infrastructures Ethernet existantes et prend en charge les protocoles Ethernet standardisés, ce qui simplifie la connectivité et l’intégration dans les réseaux. Il suffit d’un Single Pair Ethernet Switch compatible avec la sous-catégorie technologique utilisée et conforme à la norme IEEE 802.3 correspondante.
Les systèmes SPE sont souvent conçus pour des environnements industriels difficiles, ce qui les rend plus résistants aux influences environnementales et aux sollicitations mécaniques.
Le SPE peut transmettre des données sur de plus longues distances que l’Ethernet traditionnel, ce qui peut être avantageux dans de grandes installations industrielles ou des bâtiments.
Avec le nombre croissant d’appareils IoT et la nécessité de les connecter efficacement, le SPE offre une solution pérenne qui répond aux exigences des applications réseau modernes et futures.
Grâce à la connexion sans obstacle des appareils de terrain, le Single Pair Ethernet (SPE) ouvre la voie à des innovations dont de nombreux secteurs et industries peuvent bénéficier. Cela inclut notamment les réseaux industriels, les applications automobiles, l’automatisation des bâtiments et d’autres domaines nécessitant une solution de câblage robuste, économique ou peu encombrante. Le SPE est également la technologie de référence pour une utilisation dans des environnements industriels difficiles ou pour la surveillance climatique de grands entrepôts et serres. Enfin, grâce à la très grande longueur de câble possible, l’intégration de capteurs peut s’effectuer sur de longues distances.
Le Single Pair Ethernet (SPE) permet différentes vitesses de transmission de données, qui peuvent varier en fonction des exigences techniques et de la longueur du câble. Parmi celles-ci, on compte :
Cette vitesse est souvent utilisée dans les réseaux automobiles, où elle offre un bon équilibre entre rapidité et rentabilité. Avec un câble non blindé, la longueur maximale est de 15 mètres.
Les débits Multi-Gig permettent de couvrir des applications dans le domaine automobile nécessitant des bandes passantes très élevées, comme les systèmes d’assistance à la conduite ou les systèmes de pilotage automatique. Avec des câbles de données blindés, une longueur de 15 mètres peut être atteinte.
| Timeline IEEE 802.3 | IEEE 802.3 Standard | Max. Distance | Speed | Bandwidth | Category according ISO/IEC TR11801-... | Pairs | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 15 m UTP | 100 Mbit/s | 66 MHz | SPE | 1 |
| 2016 | IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 40 m 15 m UTP |
1000 Mbit/s | 600 MHz | SPE | 1 |
| 2019 | IEEE 802.3cg | 10BASE-T1L 10BASE-T1S |
1000 m 25 m UTP |
10 Mbit/s | 20 MHz | SPE | 1 |
| 2020 | IEEE 802.3ch | Multi-Gig | (15 m) | 2.5/5/10 Gbit/s | — | SPE | 1 |
Pour garantir une transmission de données efficace et une connectivité continue, plusieurs facteurs sont déterminants. Cela inclut notamment le type et la qualité des câbles, un matériel compatible SPE (SPE-Switches, routeurs et équipements terminaux) ainsi que les connecteurs et prises appropriés. De plus, une planification soignée de la conception du réseau, la prise en compte des conditions environnementales et une installation professionnelle sont nécessaires.
Le Single Pair Ethernet est une technologie innovante, jusqu’à présent proposée uniquement par quelques entreprises spécialisées dans les capteurs et l’automatisation. Sa commercialisation réussie se fait via deux regroupements distincts de leaders technologiques. Le plus connu est la Single Pair Ethernet System Alliance, dont l’annuaire des membres offre une bonne vue d’ensemble des fournisseurs possibles de capteurs et de technologies.
La Single Pair Ethernet System Alliance se concentre sur le développement, la normalisation et la diffusion du SPE. Parmi ses principaux objectifs, on trouve
Le Single Pair Ethernet est considéré comme un pionnier de l’automatisation des processus et possède le potentiel de transformer fondamentalement la manière dont les données sont transmises dans les applications industrielles et proches de l’industrie. Il bénéficie donc d’une acceptation industrielle croissante et jouera à l’avenir un rôle clé dans les applications IoT. Cela inclut par exemple les applications de villes intelligentes, les bâtiments intelligents, les véhicules connectés, et bien plus encore. D’un point de vue technique, il n’y a donc pas d’alternative au Single Pair Ethernet.
