FR3056050B1 - Commutateur reseau avec poe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un commutateur réseau (10) comportant : - au moins un connecteur amont (17), - une pluralité de connecteurs avals (16a-16e), au moins un connecteur aval (16a-16e) intégrant un fil d'alimentation électrique (28) non utilisé pour transmettre les données et isolé électriquement des autres fils du câble utilisés pour transmettre les données, - un organe de routage (11) configuré pour déterminer l'adresse physique de chaque périphérique (12) connecté sur les connecteurs (16a-16e, 17) et pour router les flux réseau entre les connecteurs (16a-16e, 17), et un système de commande (21) configuré pour mesurer une consommation électrique (Isl-Is4) de chaque connecteur aval (16a-16e) intégrant un fil d'alimentation électrique (28).

Description

COMMUTATEUR RESEAU AVEC POE

Domaine Technique

La présente invention concerne le domaine des commutateurs réseau, dont aumoins un port réseau est configuré pour fonctionner en utilisant la technologie POE.

Au sens de l’invention, un commutateur réseau est un dispositif électroniquecomportant au moins un connecteur amont, une pluralité de connecteurs avals, et unorgane de routage configuré pour déterminer l’adresse physique de chaque périphériqueconnecté sur les connecteurs avals et pour router les flux réseau entre l’ensemble desconnecteurs.

Art anterieur

Une technologie récente, décrite dans le document US 8,112,641, proposed’utiliser des commutateurs réseau pour transmettre une tension continue sur un câblede données. Cette technologie est appelée «POE» (selon l’expression anglo-saxonne« Power Over Ethernet ») dans la littérature. Ces commutateurs réseau intègrent unconvertisseur de tension alternative en tension continue alimentant l’organe de routage.Selon cette technologie, deux broches de la sortie de données sont connectées avec latension continue issue du convertisseur de tension de sorte à transmettre la tensioncontinue par des fils d’un câble de données isolés des deux fils du câble utilisés pourtransmettre les données.

Cette technologie permet de faciliter l’installation et la maintenance despériphériques connectés sur le commutateur réseau, car ces périphériques sont reliés surun seul câble de données au lieu d’utiliser un câble pour transmettre les données et uncâble d’alimentation distinct.

En outre, il existe des bâtiments fonctionnant avec un même réseau decommunication filaire et comportant une pluralité d’entités distinctes, par exemple desentreprises ou des services distincts d’une même entreprise ou d’une même collectivité.

Pour connaître la consommation électrique de chaque entité, il est connu dedisposer un compteur électrique au niveau de chaque alimentation électrique de chaqueentité.

Cependant, l’alimentation de périphériques depuis des commutateurs réseaucomplexifie la mesure de la consommation électrique d’un bâtiment intégrant plusieursentreprises utilisant le même réseau, puisque les commutateurs réseau peuvent êtrealimentés par les parties communes du bâtiment.

En outre, l’amélioration des performances énergétiques d’un bâtiment ou d’uneagglomération nécessite une supervision de la consommation de chaque périphériqueafin de définir les meilleures stratégies à adopter pour réduire la consommation.

Le problème technique de l’invention consiste donc à améliorer la mesure de laconsommation électrique d’un bâtiment intégrant des périphériques alimentés par descommutateurs réseau selon la technologie POE.

Expose de l’invention

La présente invention vise à résoudre ce problème en incorporant dans lecommutateur réseau un système de commande mesurant, au cours du temps, laconsommation sur les connecteurs avals de sorte à pouvoir quantifier la consommationdes périphériques alimentés par la technologie POE sur chaque connecteur aval ducommutateur réseau. A cet effet, l’invention concerne un commutateur réseau comportant : au moins un connecteur amont, une pluralité de connecteurs avals, au moins un connecteur aval intégrant un fild’alimentation électrique non utilisé pour transmettre les données et isoléélectriquement des autres fils du câble utilisés pour transmettre les données,un organe de routage configuré pour déterminer l’adresse physique de chaquepériphérique connecté sur les connecteurs et pour router les flux réseau entre lesconnecteurs, et un système de commande configuré pour mesurer une consommation électrique dechaque connecteur aval intégrant un fil d’alimentation électrique. L’invention permet ainsi de connaître la consommation, au cours du temps, dechaque périphérique connecté sur les connecteurs avals du commutateur. Il est ainsipossible d’obtenir avec précision la consommation instantanée de chaque entité d’unbâtiment.

Par exemple, dans une tour comportant une entreprise distincte à chaque étage, leréseau de communication peut être mutualisé et distribué aux différentes entreprises pardes commutateurs réseau selon l’invention. Il est possible de connaître la liste desconnecteurs avals des différents commutateurs réseau de la tour utilisés par chaqueentreprise. Afin de limiter les fils de connexion, les entreprises peuvent utiliser latechnologie POE pour alimenter différents périphériques connectés sur lescommutateurs réseau, tels que des caméras, des dispositifs de contrôle d’accès, dessystèmes d’alarme, des climatisations, des ordinateurs... En utilisant la liste desconnecteurs avals utilisées par une entreprise ainsi que la consommation mesurée surchaque connecteur aval, il est ainsi possible d’obtenir la consommation énergétiqueassociée à chaque entreprise par la technologie POE. Cette consommation peut êtreajoutée avec une mesure de consommation classique au niveau d’un compteur afind’obtenir une mesure précise de la consommation de chaque entreprise au cours dutemps.

Cette consommation précise est particulièrement utile aux entreprises qui visent àréduire leur consommation énergétique afin de mesurer les résultats des efforts réaliséspour réduire la consommation énergétique. En outre, cette consommation précise peutégalement être utilisée pour facturer les différentes entreprises avec équité, c’est-à-direen fonction des ressources réellement utilisées.

Selon un mode de réalisation, le système de commande est configuré pourmesurer une consommation de données réseau transitant au niveau de chaqueconnecteur aval.

Ce mode de réalisation permet de connaître la consommation de données au coursdu temps, de chaque périphérique connecté sur les connecteurs avals du commutateur. Ilest ainsi possible d’obtenir avec précision les consommations de données instantanéesde chaque entité d’un bâtiment. Cette consommation de données peut être utilisée pourfacturer différentes entreprises d’une tour en fonction des ressources réellementutilisées. Par exemple, les données réseaux peuvent être mesurées pour chaque octet oumégaoctet utilisé.

Selon un mode de réalisation, le système de commande comporte une mémoireconfigurée pour stocker toutes les consommations mesurées pour chaque connecteuraval au cours du temps. Ce mode de réalisation permet de visualiser l’évolution desconsommations au cours du temps. Cette information est particulièrement utile pour lesentreprises qui visent à réduire leur consommation énergétique afin de mesurer lesrésultats des efforts réalisés pour réduire la consommation énergétique. En outre, cemode de réalisation permet de se prémunir contre un éventuel disfonctionnement d’uncompteur classique.

Selon un mode de réalisation, le système de commande comporte un organe decalcul de la consommation périodique de chaque connecteur aval en fonction de lasomme des consommations stockées pour chaque connecteur aval sur un intervalle detemps. Ce mode de réalisation permet de facturer chaque entreprise à intervalle régulieren fonction des ressources réellement utilisées, par exemple tous les mois.

Selon un mode de réalisation, le commutateur comporte : une entrée de tension alternative, un convertisseur de tension apte à transformer une tension alternative de l’entrée enune tension continue, et une alimentation de secours comportant un élément de stockage d’énergie connectéà la tension continue et configuré pour alimenter le commutateur réseau lorsquel’élément de stockage d’énergie est chargé et que l’entrée de tension alternativen’est pas alimentée, le système de commande étant configuré pour : détecter un état de charge de l’élément de stockage d’énergie, induire le fonctionnement du convertisseur de tension lorsqu’il détecte que lacharge de l’élément de stockage d’énergie est inférieure à une première valeurseuil, et interrompre le fonctionnement du convertisseur de tension lorsqu’il détecte quela charge de l’élément de stockage d’énergie est supérieure à une secondevaleur seuil.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet d’utiliser lesystème de commande pour limiter la consommation du commutateur réseau et despériphériques connectés en POE sur le commutateur réseau. En effet, le rendement d’uncommutateur réseau est particulièrement faible lorsqu’il fonctionne en état de veille,c’est-à-dire lorsque la demande énergétique est inférieure à une valeur seuil. Ce modede réalisation permet de réduire la consommation en énergie du commutateur réseau enlimitant les périodes durant lesquelles le convertisseur de tension fonctionne avec unfaible rendement. L’énergie consommée par le commutateur réseau est délivrée soit parle convertisseur de tension, soit par l’élément de stockage d’énergie. Lorsque lefonctionnement du convertisseur de tension est interrompu, il ne consomme plusd’énergie et le commutateur réseau est alimenté uniquement par l’élément de stockaged’énergie. Lorsque le fonctionnement du convertisseur de tension est induit, leconvertisseur de tension alimente le commutateur réseau et recharge l’élément destockage d’énergie. Durant cette phase, le convertisseur de tension fonctionne avec unrendement plus important car il doit délivrer une plus grande quantité d’énergie. Cemode de réalisation permet également de garantir une capacité minimum de charge dansl’élément de stockage d’énergie, car ce dernier est rechargé par le fonctionnement duconvertisseur de tension lorsque la charge de l’élément de stockage est inférieure à unepremière valeur seuil. Cette capacité minimum permet d’alimenter le commutateurréseau en cas de coupure de courant au niveau de l’entrée de tension alternative.

Selon un mode de réalisation, l’élément de stockage d’énergie est une batterie aulithium. Les onduleurs comportent classiquement des batteries au plomb. Ces batteriesprésentent une durée de vie de 2 à 3 ans, nécessitant un grand nombre de remplacements au cours de la vie d’un appareil électrique associé. En outre, ces batteries au plomb sontlourdes et encombrantes.

Ce mode de réalisation permet d’utiliser des batteries au lithium, dont le poids etl’encombrement sont réduits par rapport aux batteries au plomb. En outre, la durée devie d’une batterie au lithium est de l’ordre de 10 ans, ce qui correspond sensiblement àla durée de vie des périphériques connectés sur le commutateur réseau.

Pour finir, la batterie au lithium présente également l’avantage de résisterdavantage aux microcycles de charge et de décharge, c’est-à-dire aux cycles de chargeet de décharge incomplets par rapport à la charge et la décharge totale de la batterie.

Préférentiellement, l’élément de stockage d’énergie présente une capacitécomprise entre 5 Wh et 5 KWh.

Description sommaire des figures

La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent,ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais nonlimitatif, à l’appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 3 représentent :figure 1 : une représentation schématique d’un commutateur réseau POE selon unpremier mode de réalisation de l’invention ; figure 2 : une représentation schématique d’un commutateur réseau POE selon unsecond mode de réalisation de l’invention ; et figure 3 : une représentation temporelle de l’évolution de l’état de charge del’élément de stockage d’énergie du commutateur réseau de la figure 2.

Description detaillee de l’invention

La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l’invention présentant uncommutateur réseau 10 comportant un connecteur amont 17, une pluralité deconnecteurs avals 16a-16e, et un organe de routage 11 configuré pour déterminerl’adresse physique de chaque périphérique 12 connecté sur les connecteurs 16a-16e, 17 et pour router les flux réseau entre les connecteurs 16a-16e, 17. De préférence, leconnecteur amont 17 présente un débit supérieur aux connecteurs avals 16a-16e. L’organe de routage 11 est alimenté par une tension continue issue d’unconvertisseur de tension 18, apte à transformer la tension alternative d’une entrée 15 enune tension continue 25. En outre, quatre connecteurs avals 16b-16e intègrent un fild’alimentation électrique 28 non utilisé pour transmettre les données, et isoléélectriquement des autres fils du câble utilisés pour transmettre les données. Ce filélectrique 28 est connecté sur le circuit de tension continue 25. De préférence, un circuitd’injection de puissance (non représenté) est disposé au niveau de chaque connecteuraval 16b-16e intégrant un fil d’alimentation électrique. Les périphériques connectés surces connecteurs avals peuvent donc être alimentés par la technologie POE, alors que lepériphérique connecté sur une connecteur aval 16a qui n’intègre pas de fild’alimentation électrique 28 ne peut pas être alimenté par la technologie POE.

Le commutateur réseau 10 comporte également un système de commande 21mesurant la consommation électrique Isl-Is4 des connecteurs avals 16b-16e POE,c’est-à-dire des connecteurs avals 16b-16e intégrant au moins un fil d’alimentationélectrique 28. Ces consommations électriques Isl-Is4 peuvent être mesurées au coursdu temps, par exemple toutes les secondes, et stockées dans une mémoire du système decommande 21. En outre, en plus du stockage dans une mémoire du système decommande 21 ou indépendamment de ce stockage, les mesures Isl-Is4 peuvent êtretransmisses à un superviseur par le réseau.

En plus de la consommation électrique Isl-Is4 de chaque connecteur aval 16b-16e, le système de commande 21 peut également acquérir la consommation de donnéesde chaque connecteur aval 16b-16e. Pour ce faire, un organe de mesure peut êtredisposé au niveau de chaque connecteur aval 16b-16e pour mesurer le nombre depaquets réseau transitant par le connecteur aval 16b-16e.

La figure 2 illustre un second mode de réalisation de l’invention, dans lequel lecommutateur réseau 10 comporte une alimentation de secours réalisée par le biais d’unélément de stockage d’énergie 23 connecté à la tension continue 25 et configurée pour alimenter l’organe de routage 11 lorsque l’élément de stockage d’énergie 23 est chargéet que l’entrée 15 de tension alternative n’est pas alimentée.

De préférence, l’élément de stockage d’énergie 23 est une batterie au lithium, dontla capacité est comprise entre 5 W/h et 5 KW/h. L’alimentation de l’organe de routage 11 est commandée par le système decommande 21. Le système de commande 21 détecte un état de la charge Ec de l’élémentde stockage d’énergie 23 et commande le fonctionnement ou l’arrêt du premierconvertisseur de tension 18. A cet effet, le signal m/a permet d’interrompre ou de mettreen marche le premier convertisseur de tension 18.

Le système de commande 21 induit le fonctionnement du convertisseur detension 18 lorsqu’il détecte que la charge Ec de l’élément de stockage d’énergie 23 estinférieure à une première valeur seuil Cl, de sorte à garantir un état de charge minimaldans l’élément de stockage d’énergie 23. Le système de commande 21 interrompt lefonctionnement du convertisseur de tension 18 lorsqu’il détecte que la charge Ec del’élément de stockage d’énergie 23 est supérieure à une seconde valeur seuil C2, laseconde valeur seuil C2 pouvant correspondre à un état de charge maximum Cmax del’élément de stockage d’énergie 23. Le système de commande 21 reçoit également unemesure de la consommation électrique Is de l’organe de routage 11 de sorte àinterrompre le fonctionnement du convertisseur de tension 18 lorsqu’il détecte que laconsommation électrique Is de l’organe de routage 11 est inférieure à une troisièmevaleur seuil II.

Le système de commande 21 est également relié à une entrée de commandeexterne 29. Cette entrée de commande externe 29 est réalisée par une liaison série, uneliaison sans fil ou tout autre moyen connu. En variante, Tentée de commande externe 29peut être reliée sur l’organe de routage 11. L’entrée de commande 29 transmet un signal Sc au système de commande 21 afinde commander la mise en marche ou l’interruption du premier convertisseur detension 18 depuis un dispositif externe. En outre, l’entrée de commande 29 peut également commander le fonctionnement ou l’arrêt de chaque connecteur aval 16a-16e,par exemple en cas de maintenance ou de non-paiement d’une facture.

La figure 3 illustre un exemple de variations de la charge Ec de l’élément destockage 23 en fonction d’un temps effectif d’utilisation du commutateur réseau 10.

Dans une première phase Pci, l’élément de stockage 23 est complètementdéchargé, et le système de commande 21 impose la mise en fonctionnement m/a dupremier convertisseur de tension 18. L’élément de stockage 23 est ainsi chargé parl’énergie alternative provenant de l’entrée 15 et convertie par le premierconvertisseur 18. Lors de cette phase de charge Pci, l’état de charge Ec de l’élément destockage 23 croit de manière logarithmique en direction d’un état de charge maximumCmax. Cette phase de charge Pci est stoppée lorsque le système de commande 21détecte que la charge Ec de l’élément de stockage 23 est supérieure à une valeurseuil C2.

Commence alors une première phase de décharge Pdl, au cours de laquelle lesystème de commande 21 interrompt m/a le fonctionnement du premier convertisseurde tension 18. L’élément de stockage 23 se décharge alors pour combler les besoins enénergie de l’organe de routage 11 et des périphériques 12b, 12c connectés en POE. Lorsde cette phase de décharge Pdl, l’état de charge Ec de l’élément de stockage 23 décroîtde manière logarithmique en direction d’un état de charge Ec nul.

Cette phase de décharge Pdl est stoppée lorsque le système de commande 21détecte que la charge Ec de l’élément de stockage 23 est inférieure à une valeur seuilCl. Les phases de charge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl-Pd4 s’alternent ainsi pendanttoute la durée de vie du commutateur réseau 10. Certains évènements externes peuventmodifier cette alternance de phases de charge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl Pd4. Parexemple, le signal Sc externe peut indiquer une plage horaire au cours de laquellel’organe de routage 11 est particulièrement peu sollicité, l’élément de stockage 23 seradonc préférentiellement chargé avant d’entrer dans cette plage horaire.

Pour un exemple illustré sur la figure 3, au cours des phases de charge Pc2 et Pc3,le système de commande 21 détecte que le courant Is est inférieur à une valeur seuil II,le rendement du convertisseur de tension 18 est donc particulièrement faible.

Suite à cette information, les phases de charge Pc2 et Pc3 sont stoppées pourentamer une phase de décharge Pd2, Pd3 au cours desquelles l’élément de stockaged’énergie 23 alimente l’organe de routage 11 et les périphériques 12b, 12c connectés enPOE.

Pour un autre exemple illustré sur la figure 3, au cours de la phase de déchargePd3, le signal Sc informe que la météo va bientôt changer et que le dispositif deproduction d’énergie renouvelable du bâtiment va devenir inopérant. Suite à cetteinformation, la phase de décharge Pd3 est stoppée pour entamer une phase de chargePc4, alors que le dispositif de production d’énergie renouvelable du bâtiment esttoujours opérationnel. Lorsque les conditions climatiques sont telles que le dispositif deproduction d’énergie renouvelable du bâtiment est inopérant, la phase de charge Pc4 eststoppée pour privilégier la consommation de l’élément de stockage 23 au cours d’unephase de décharge Pd4.

En pratique, lors la phase de décharge Pdl-Pd4 de l’élément de stockage 23,l’organe de routage 11 ne sollicite pas constamment un besoin en alimentationélectrique, et la phase de décharge Pdl-Pd4 de l’élément de stockage 23 peut durerplusieurs jours. De même, dans la phase de charge Pcl-Pc5 de l’élément destockage 23, si la charge est préférentiellement effectuée par un dispositif de productiond’énergie renouvelable, cette phase de charge Pcl-Pc5 peut être entrecoupée de phasesdurant lesquelles le dispositif de production d’énergie est inopérant. D’autres évènements peuvent également modifier cette alternance de phases decharge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl-Pd4, tels que la modification de la consommationd’un périphérique connecté en POE induisant un changement du seuil Cl. L’invention permet ainsi de mesurer la consommation électrique et de donnéesdes périphériques connectés en POE sur le commutateur réseau 10. L’invention permet en outre, de réduire la consommation énergétique d’uncommutateur réseau 10 ainsi que des périphériques connectés en POE sur cecommutateur réseau 10. L’invention permet de paramétrer un grand nombre de scénarii afin de réduire laconsommation énergétique d’un bâtiment ou d’une agglomération. En outre, l’inventionpermet la mise en œuvre d’un bâtiment particulièrement performant dont laconsommation est contrôlée pour ne pas dépasser 50 W/m2.

Claims (6)

1. Revendications

   1. Commutateur réseau (10) comportant : au moins un connecteur amont (17), une pluralité de connecteurs avals (16a-16e), au moins un connecteuraval (16a-16e) intégrant un fil d’alimentation électrique (28) non utilisé pourtransmettre les données et isolé électriquement des autres fils du câble utiliséspour transmettre les données, un organe de routage (11) configuré pour déterminer l’adresse physique dechaque périphérique (12) connecté sur les connecteurs (16a-16e, 17) et pourrouter les flux réseau entre les connecteurs (16a-16e, 17), et - un système de commande (21) configuré pour mesurer une consommationélectrique (Isl-Is4) de chaque connecteur aval (16a-16e) intégrant un fild’alimentation électrique (28) ; caractérisé en ce qu’il comporte : une entrée (15) de tension alternative, un convertisseur de tension (18) apte à transformer une tension alternative del’entrée (15) en une tension continue (20), et une alimentation de secours (14) comportant un élément de stockaged’énergie (23) connecté à la tension continue (20), et configurée pouralimenter le commutateur réseau (10) lorsque l’élément de stockage d’énergie(23) est chargé et que l’entrée (15) de tension alternative n’est pas alimentée,le système de commande (21) étant configuré pour : détecter un état de charge (Ec) de l’élément de stockage d’énergie (23), induire le fonctionnement du convertisseur de tension (18) lorsqu’ildétecte que la charge (Ec) de l’élément de stockage d’énergie (23) estinférieure à une première valeur seuil (Cl), et interrompre le fonctionnement du convertisseur de tension (18) lorsqu’ildétecte que la charge (Ec) de l’élément de stockage d’énergie (23) estsupérieure à une seconde valeur seuil (C2).
2. 2. Commutateur réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système decommande (21) est configuré pour mesurer une consommation de données réseautransitant au niveau de chaque connecteur aval (16a-16e).
3. 3. Commutateur réseau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesystème de commande (21) comporte une mémoire configurée pour stocker toutesles consommations (Isl-Is4) mesurées pour chaque connecteur aval (16a-16e) aucours du temps.
4. 4. Commutateur réseau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système decommande (21) comporte un organe de calcul de la consommation périodique dechaque connecteur aval (16a-16e) en fonction de la somme desconsommations (Isl-Is4) stockées pour chaque connecteur aval (16a-16e) sur unintervalle de temps.
5. 5. Commutateur réseau selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce quel’élément de stockage d’énergie (23) est une batterie au lithium.
6. 6. Commutateur réseau selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quel’élément de stockage d’énergie (23) présente une capacité comprise entre 5 Wh et5 KWh.