La prolifération des appareils sans fil dans le secteur des entreprises s'est accéléré grâce à des tendances clés et notamment au phénomène BYOD (Bring Your Own Device, Apportez-vous propre appareil) de déploiement de la mobilité. Ce phénomène, associé à la migration vers de nouvelles normes Wi-fi gigabit et multi-gigabit, telles IEEE 802.11n et IEEE 802.11ac, multiplie les défis liés à la mise en œuvre d'un nombre croissant de points d'accès WLAN offrant une portée et des performances différentes. La solution consiste à tirer parti de la plus grande puissance de livraison de la norme PoE (Power over Ethernet) IEEE 802.3at sur les sites voulus et de recourir à la technologie des injecteurs pour permettre un positionnement plus flexible des points d'accès WLAN tout en optimisant l'évolutivité de l'infrastructure et en offrant d'importantes fonctionnalités de gestion de la puissance à l'échelle du réseau.
Technologies Wi-Fi nouvelles et émergentes
La norme WLAN IEEE 802.11n s'est rapidement imposée comme la technologie Wi-Fi prédominante dans le secteur grâce à sa portée et à sa bande passante améliorées, associées à des fonctionnalités clé qui améliorent considérablement la qualité de diffusion des contenus vidéos, par rapport aux solutions antérieures. D'après un rapport de juin 2012 d'Infonetics Research, les livraisons de points d'accès WLAN ont plus que doublé au cours des cinq dernières années, et plus des trois-quarts de l'ensemble des unités reposent sur la technologie 802.11n. Aujourd'hui, une nouvelle norme sans fil multi-gigabit IEEE 802.11ac
promet de dépasser la norme 802.11n, en offrant une vitesse
jusqu'à trois fois supérieure. Dans le même temps, le groupe de travail IEEE 802.11ad, en collaboration avec la Wireless Gigabit Alliance (WiGig), travaille au développement de technologies sans fil à 60 GHz qui offrent des débits de données supérieurs sur des distances relativement courtes.
Les options de technologie de points d'accès WLAN n'ont de toute évidence jamais été aussi nombreuses, ce qui peut occasionner des difficultés pour les administrateurs de réseau chargés du déploiement et de la gestion de l'infrastructure PoE associée. La consommation d'énergie de ces diverses technologies Wi-Fi peut considérablement varier en termes de performance par watt, et il est difficile de déterminer la mesure dans laquelle leur efficacité énergétique pourra s'améliorer au fil du temps. La consommation d'énergie des toutes premières solutions IEEE 802.11n dépassait les limites de la norme IEEE 802.3af, par exemple, mais elle s'est considérablement réduite dans les produits les plus récents, même lorsque leurs performances ont augmenté. Dans le même temps, cependant, les solutions, IEEE 802.11n qui optimisent les performances et la portée en faisant appel à plusieurs radios (ou à plusieurs antennes de transmission par radio) consomment davantage d'énergie, ce qui inverse les exigences.
Un équipement source d'énergie (PSE, power sourcing equipment) IEEE 802.3af, par exemple, peut convenir parfaitement à des points d'accès bi-fréquences à entrées multiples et sorties multiples (MIMO, multiple input multiple output ) 2x2 avec deux chaînes radio de transmission et deux chaines radio de réception, par exemple,
mais sa capacité de puissance délivrée de 12,5 watts (W) risque de ne pas être suffisante pour les points d'accès MIMO 4 x 4 équipés de quatre radios de transmission et de quatre radios de réception. Certains points d'accès multi-radio peuvent exiger jusqu'à 20 W de puissance, ce qui les pousse vers les capacités de 30 W de la norme IEEE 802.11at. La consommation d'énergie varie d'un fournisseur à l'autre, et des variations peuvent même exister entre les différents modèles fabriqués par un même fournisseur.
Compte tenu de la consommation d'énergie accrue de la technologie plus rapide et des radios associées, il est probable que les points d'accès 802.11ac aient besoin d'une puissance de 802.3at. Les points d'accès 802.11ac vont au-delà des canaux 20 MHz et 40 MHz de la norme 802.11n et sont complétés par des canaux 80 MHz, avec l'objectif de fournir le même débit de données avec un nombre inférieur de chaînes RF. Une seule antenne ne suffit généralement cependant pas pour des services tels que la diffusion de contenus vidéo, qui exigent une transmission stable et fiable des données. Tout porte à croire que la norme 802.11ac utilisera des configurations d'antennes MIMO 8x8, et que ces radios supplémentaires augmenteront l'énergie requise.
Certains fournisseurs tentent d'augmenter la puissance délivrée pour les applications intégrées à une infrastructure IEEE 802.3af en utilisant des ports Ethernet compatibles IEEE 802.3af, mais ceci implique aussi le recours à des doubles installations de câbles. Un option consiste à désactiver un ou plusieurs émetteurs 802.11n pour préserver la puissance, mais les fonctionnalités et les performances système des points d'accès WLAN s'en trouvent réduites.
La meilleure solution est de faire évoluer l'infrastructure de distribution vers la norme IEEE 802.3at plus puissante, et la meilleure façon de le faire n'est pas de procéder à une mise à niveau des commutateurs, mais d'installer des injecteurs PoE équipés d'interfaces gigabit et autres fonctionnalités capables d'assurer la prise en charge de points d'accès WLAN de nouvelle génération. Faciles à déployer, les injecteurs sont simplement installés entre le commutateur existant et les périphériques alimentés (PD, powered device) du réseau, et n'exigent aucune modification du commutateur ni de l'infrastructure de câblage de catégorie 5 (CAT5) et supérieure. Ils assurent la prise en charge d'une combinaison de points d'accès IEEE 802.3af et IEEE 802.3a et permettent d'alimenter des points d'accès jusqu'à 100 mètres (m) (et au-delà en installant des périphériques d'extension PoE en cascade). Ils intègrent des fonctionnalités de gestion à distance basées sur le cloud qui facilitent considérablement la surveillance et le contrôle des points d'accès, qui permettent un redémarrage à distance et qui tirent parti de la fonctionnalité PoE temporelle pour les mettre hors tension pendant les périodes de non-utilisation planifiée afin d'optimiser l'efficacité énergétique.
Grâce aux injecteurs, les points d'accès WLAN sont placés aux endroits opportuns
À la différence des commutateurs compatibles PoE, qui exigent la prise de décisions à long terme concernant la densité des ports au moment de l'installation, les injecteurs permettent d'ajouter des PoE l'un après l'autre, au fur et à mesure des besoins. Cette possibilité est particulièrement importante pour les entreprises qui installent des points d'accès Wi-Fi de nouvelle génération. En effet, les administrateurs ne connaissent pas toujours précisément
le nombre total de points d'accès requis, ils ne savent pas si ces points d'accès peuvent être alimentés avec une technologie 802.11af ou s'ils nécessiteront la technologie 802.11at et ne peuvent pas toujours déterminer les emplacements où ces points d'accès devront être positionnés. Inversement, les administrateurs peuvent préférer procéder à la mise à niveau de leur commutateur après le déploiement de l'infrastructure de distribution. Les injecteurs découplant la puissance et les infrastructures de données, les infrastructures de données peuvent là encore être mises à niveau sans les coûts inhérents au PoE.
La norme PoE IEEE 802.3af basse puissance initiale utilisait deux paires de fils dans le câble CAT5 pour délivrer une puissance maximale de 15,4 W sur des distances de 100 m au maximum. La norme IEEE 802.3at plus récente a porté la puissance délivrée à 30 W sur deux paires, et a exigé la prise en charge d'une classification à deux événements pour assurer les communications entre le PSE et les points d'accès gigabit haute puissance et les autres PD. La norme IEEE 802.3at a également favorisé le déploiement d'une fonctionnalité PoE aux normes de l'industrie, parfaitement compatible, sur les quatre paires de câbles Ethernet, ce qui a rendu possible la fourniture sécurisée, sur un câble Ethernet unique, de 60 W de courant CC aux points d'accès WLAN gigabit haute puissance et autres PD existants.
La distribution sur quatre paires améliore aussi l'efficacité en utilisant un courant de plus faible intensité, ce qui réduit les pertes sur le câble et se traduit par une augmentation de la portée d'alimentation avec un câble standard. La portée peut être augmentée encore davantage (jusqu'à 100 m supplémentaires, voire plus) en recourant à la technologie d'extension PoE. Le tableau 1 indique les extensions de distance de base résultantes. Les dispositifs d'extension peuvent également être installés en cascade pour atteindre des distances d'alimentation encore plus longues. Les administrateurs disposent ainsi d'une plus grande marge de manœuvre pour déployer les points d'accès WLAN aux endroits voulus et où ils seront les moins vulnérables aux inévitables dégradations du signal et autres zones mortes propres à un environnement d'entreprise type.
Il est essentiel de comprendre que les normes Ethernet limitent la transmission des données à 100 m entre le commutateur (qui se trouve généralement dans la salle de communication) et tous les dispositifs qui y sont connectés, comme un point d'accès 802.11n, par exemple. L'intégrité des données ne peut être garantie au-delà de cette distance. Il existe plusieurs techniques pour augmenter la portée, et notamment le recours à une technologie d'extension. La technologie d'extension de Microsemi, avec une distribution sur quatre paires, transmet 60 W sur 200 m, et 25,5 W au-delà de cette distance (une exigence clé pour les points d'accès Wi-Fi les plus récents). Une autre alternative, la mise en œuvre d'une technologie xDSL ou d'un câblage optique entre le PSE et le PD, étend
la portée pour la transmission des données uniquement, et pas pour la puissance. Et bien que le déploiement d'une combinaison de technologies fibre et cuivre entre le PSE et le PD permette d'atteindre l'objectif voulu, à savoir la transmission d'énergie et de données sur des distances beaucoup plus longues, il s'avère considérablement plus onéreux que le recours à une technologie d'extension PoE.
L'association de dispositifs d'extension PoE à une distribution sur quatre paires garantit une transmission de l'énergie à des niveaux IEEE802.3at élevés de 60 W sur ces mêmes distances de 200 m (et de 25,5 W au-delà), tout en supportant les vitesses gigabit nécessaires aux points d'accès et autres PD WLAN 02.11n. La technologie d'extension PoE augmente la distance à laquelle les points d'accès WLAN gigabit peuvent être installés entre les données et la source d'énergie, tout en préservant des niveaux élevés d'efficacité énergétique et d'intégrité des données. En d'autres termes, les points d'accès WLAN peuvent être déployés aux endroits les mieux adaptés à leur utilisation, et pas nécessairement le plus près possible d'une alimentation électrique.
En plus d'étendre les possibilités d'installation des points d'accès aux endroits nécessaires, les injecteurs réduisent les coûts de déploiement des points d'accès gigabit et multi-gigabit de puissance élevée. Ceci s'explique par le fait que seuls les commutateurs haut de gamme gèrent la technologie IEEE 802.3at à puissance élevée. Investir dans un commutateur haut de gamme dans le seul but de bénéficier de fonctionnalités PoE n'a aucun sens d'un point de vue économique. De plus, les injecteurs offrent un éventail de fonctionnalités de gestion à distance qui ne sont pas disponibles avec les commutateurs PoE, ce qui permet aux utilisateurs de bénéficier d'une nette amélioration de l'efficacité énergétique et par voie de conséquence, de gains de coûts importants.
Améliorer l'efficacité énergétique et la gestion des points d'accès WLAN
Le nombre de points d'accès WLAN gigabit et autres PD déployés ne cessant d'augmenter, il devient essentiel de gérer leur utilisation, leur maintenance et leur consommation électrique, aussi bien individuellement que sur le plan global. Les injecteurs facilitent cette gestion, grâce à l'association d'une architecture distribuée de l'énergie à une allocation énergique de l'énergie, et à la possibilité de surveiller et gérer les points d'accès WLAN et les autres PD à distance.
La plupart des applications IEEE 802.3at de puissance élevée n'ont pas besoin d'une pleine puissance sur chacun de leurs ports ; de plus, la plupart des PSE IEEE 802.3at doivent alimenter des PD de faible puissance ainsi que des dispositifs de puissance élevée, comme les points d'accès IEEE 802.11a/b/g et IEEE 802.11n, ce qui complique encore davantage la gestion de la puissance et le schéma des allocations. En plus de permettre une plus grande souplesse d'alimentation à moindre coût, les injecteurs PoE améliorent l'efficacité énergétique globale en réduisant les effets de la consommation électrique à l'arrêt. Bon nombre d'injecteurs PoE et de commutateurs utilisent des alimentations électriques qui ne sont efficaces qu'à 90 pour cent à pleine charge, par exemple. Ceci signifie que jusqu'à 220 W de courant alternatif sont consommés pour 200 W de courant PoE, soit 440 W pour 400 W de courant PoE.
La solution consiste à exploiter l'architecture d'alimentation distribuée des PoE, qui permet aux injecteurs de remplacer une alimentation électrique étendue par une alimentation électrique interne par défaut plus économique, complétée par des alimentations électriques externes en cas de besoin. Grâce à la mesure de la consommation électrique et à sa gestion dynamique, les injecteurs ne délivrent que la puissance nécessaire sur chaque port, et peuvent puiser dans les alimentations électriques externes pour la compléter, au besoin. Les administrateurs de réseau peuvent commencer par une alimentation électrique interne de 450 W pour traiter toutes les demandes en temps réel, par exemple, et ne passer qu'à une puissance maximale par port avec une alimentation électrique externe de 450 W à 900 W telle que PowerDsine RPS1000 de Microsemi qu'en cas d'absolue nécessité.
Un autre avantage de cette architecture distribuée est que des injecteurs interconnectés peuvent faire mutuellement office d'alimentations de secours. La présence d'une alimentation de secours priorisée par port est capitale pour les administrateurs de réseau chargés de la gestion de points d'accès WLAN gigabit. Tous les dispositifs sont pris en charge par le biais d'une architecture d'alimentation centralisée, et ils disposent tous d'une alimentation de secours. Si un injecteur PoE géré et un UPS géré sont simultanément utilisés, les dispositifs peuvent communiquer et les utilisateurs prédéfinir les appareils à alimenter en priorité en cas de panne, par exemple. Un utilisateur peut spécifier qu'en cas de chute du niveau de batterie d'un UPS au-dessous de 50 pour cent, l'injecteur PoE coupera l'alimentation sur certains points d'accès et autres PD, tout en continuant à en alimenter certains autres, par exemple.
Les fonctionnalités de gestion de l'énergie à distance des injecteurs permettent également aux administrateurs de réseau d'optimiser l'efficacité énergétique à l'échelle du réseau en activant ou en désactivant les points d'accès à des heures prédéterminées pendant les périodes de faible trafic. Ceci permet une réduction de 70 pour cent de la consommation énergétique. Il est possible de mesurer la consommation électrique de chaque appareil et de réduire de façon significative sa consommation moyenne. Une entreprise faisant appel à 12 points d'accès WLAN actifs 24 heures sur 24, par exemple, pourrait réduire l'utilisation de ces points d'accès à 10 heures par semaine et réaliser ainsi des économies substantielles sur sa facture énergétique annuelle.
Enfin, la gestion à distance de l'énergie permet aussi la surveillance basée sur le Web à des fins de maintenance. Les points d'accès WLAN sur site qui présentent des anomalies de fonctionnement peuvent être réinitialisés à distance, ce qui permet d'éviter un appel de service coûteux. Lorsque l'injecteur est intégré à un système UPS, la fonctionnalité de mise hors tension/mise sous tension à distance permet également de déconnecter les points d'accès de faible priorité pendant les pannes de courant.
Conclusion
Compte tenu des caractéristiques et des exigences en évolution constante des technologies Wi-Fi de nouvelle génération, la stratégie la plus prudente consiste à établir une infrastructure d'alimentation capable d'évoluer facilement pour fournir une puissance supérieure, gérer un plus grand nombre de points d'accès WLAN et différents types de technologies de points d'accès WLAN. Cette infrastructure doit être suffisamment souple pour positionner les points d'accès aux endroits où ils sont le plus nécessaires et où les dégradations du signal sont les moins nombreuses. Dans le même temps,
plus la prolifération des points d'accès est dense, plus il est important de disposer de fonctionnalités de gestion de l'énergie au niveau du réseau, et notamment d'une option de mise sous ou hors tension des points d'accès en fonction des besoins, et de procéder à des opérations de maintenance à distance. Les injecteurs offrent tous ces avantages, tout en optimisant l'évolutivité et en pérennisant les investissements en infrastructures de réseau.