Brevet FR3056050A1 — publié le 20180316

COMMUTATEUR RESEAU AVEC POE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des commutateurs réseau, dont au moins un port réseau est configuré pour fonctionner en utilisant la technologie POE. Au sens de l'invention, un commutateur réseau est un dispositif électronique comportant au moins un connecteur amont, une pluralité de connecteurs avals, et un organe de routage configuré pour déterminer l'adresse physique de chaque périphérique connecté sur les connecteurs avals et pour router les flux réseau entre l'ensemble des connecteurs. ART ANTERIEUR Une technologie récente, décrite dans le document US 8,112,641, propose d'utiliser des commutateurs réseau pour transmettre une tension continue sur un câble de données. Cette technologie est appelée « POE » (selon l'expression anglo-saxonne «Power Over Ethernet ») dans la littérature. Ces commutateurs réseau intègrent un convertisseur de tension alternative en tension continue alimentant l'organe de routage. Selon cette technologie, deux broches de la sortie de données sont connectées avec la tension continue issue du convertisseur de tension de sorte à transmettre la tension continue par des fils d'un câble de données isolés des deux fils du câble utilisés pour transmettre les données. Cette technologie permet de faciliter l'installation et la maintenance des périphériques connectés sur le commutateur réseau, car ces périphériques sont reliés sur un seul câble de données au lieu d'utiliser un câble pour transmettre les données et un câble d'alimentation distinct. En outre, il existe des bâtiments fonctionnant avec un même réseau de communication filaire et comportant une pluralité d'entités distinctes, par exemple des entreprises ou des services distincts d'une même entreprise ou d'une même collectivité. 3056050 2 Pour connaitre la consommation électrique de chaque entité, il est connu de disposer un compteur électrique au niveau de chaque alimentation électrique de chaque entité. 5 Cependant, l'alimentation de périphériques depuis des commutateurs réseau complexifie la mesure de la consommation électrique d'un bâtiment intégrant plusieurs entreprises utilisant le même réseau, puisque les commutateurs réseau peuvent être alimentés par les parties communes du bâtiment. 10 En outre, l'amélioration des performances énergétiques d'un bâtiment ou d'une agglomération nécessite une supervision de la consommation de chaque périphérique afin de définir les meilleures stratégies à adopter pour réduire la consommation. Le problème technique de l'invention consiste donc à améliorer la mesure de la 15 consommation électrique d'un bâtiment intégrant des périphériques alimentés par des commutateurs réseau selon la technologie POE. EXPOSE DE L'INVENTION 20 La présente invention vise à résoudre ce problème en incorporant dans le commutateur réseau un système de commande mesurant, au cours du temps, la consommation sur les connecteurs avals de sorte à pouvoir quantifier la consommation des périphériques alimentés par la technologie POE sur chaque connecteur aval du commutateur réseau. 25 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 fil d'alimentation électrique non utilisé pour transmettre les données et isolé 30 électriquement des autres fils du câble utilisés pour transmettre les données, - un organe de routage configuré pour déterminer l'adresse physique de chaque périphérique connecté sur les connecteurs et pour router les flux réseau entre les connecteurs, et 3056050 3 un système de commande configuré pour mesurer une consommation électrique de chaque connecteur aval intégrant un fil d'alimentation électrique. L'invention permet ainsi de connaître la consommation, au cours du temps, de 5 chaque périphérique connecté sur les connecteurs avals du commutateur. Il est ainsi possible d'obtenir avec précision la consommation instantanée de chaque entité d'un bâtiment. Par exemple, dans une tour comportant une entreprise distincte à chaque étage, le 10 réseau de communication peut être mutualisé et distribué aux différentes entreprises par des commutateurs réseau selon l'invention. Il est possible de connaitre la liste des connecteurs avals des différents commutateurs réseau de la tour utilisés par chaque entreprise. Afin de limiter les fils de connexion, les entreprises peuvent utiliser la technologie POE pour alimenter différents périphériques connectés sur les 15 commutateurs réseau, tels que des caméras, des dispositifs de contrôle d'accès, des systèmes d'alarme, des climatisations, des ordinateurs... En utilisant la liste des connecteurs avals utilisées par une entreprise ainsi que la consommation mesurée sur chaque connecteur aval, il est ainsi possible d'obtenir la consommation énergétique associée à chaque entreprise par la technologie POE. Cette consommation peut être 20 ajoutée avec une mesure de consommation classique au niveau d'un compteur afin d'obtenir une mesure précise de la consommation de chaque entreprise au cours du temps. Cette consommation précise est particulièrement utile aux entreprises qui visent à 25 réduire leur consommation énergétique afin de mesurer les résultats des efforts réalisés pour réduire la consommation énergétique. En outre, cette consommation précise peut également être utilisée pour facturer les différentes entreprises avec équité, c'est-à-dire en fonction des ressources réellement utilisées. 30 Selon un mode de réalisation, le système de commande est configure pour mesurer une consommation de données réseau transitant au niveau de chaque connecteur aval. 3056050 4 Ce mode de réalisation permet de connaître la consommation de données au cours du temps, de chaque périphérique connecté sur les connecteurs avals du commutateur. Il est ainsi possible d'obtenir avec précision les consommations de données instantanées de chaque entité d'un bâtiment. Cette consommation de données peut être utilisée pour 5 facturer différentes entreprises d'une tour en fonction des ressources réellement utilisées. Par exemple, les données réseaux peuvent être mesurées pour chaque octet ou mégaoctet utilisé. Selon un mode de réalisation, le système de commande comporte une mémoire 10 configurée pour stocker toutes les consommations mesurées pour chaque connecteur aval au cours du temps. Ce mode de réalisation permet de visualiser l'évolution des consommations au cours du temps. Cette information est particulièrement utile pour les entreprises qui visent à réduire leur consommation énergétique afin de mesurer les résultats des efforts réalisés pour réduire la consommation énergétique. En outre, ce 15 mode de réalisation permet de se prémunir contre un éventuel disfonctionnement d'un compteur classique. Selon un mode de réalisation, le système de commande comporte un organe de calcul de la consommation périodique de chaque connecteur aval en fonction de la 20 somme des consommations stockées pour chaque connecteur aval sur un intervalle de temps. Ce mode de réalisation permet de facturer chaque entreprise à intervalle régulier en fonction des ressources réellement utilisées, par exemple tous les mois. Selon un mode de réalisation, le commutateur comporte : 25 - une entrée de tension alternative, - un convertisseur de tension apte à transformer une tension alternative de l'entrée en une tension continue, et - une alimentation de secours comportant un élément de stockage d'énergie connecté à la tension continue et configuré pour alimenter le commutateur réseau lorsque 30 l'élément de stockage d'énergie est chargé et que l'entrée de tension alternative n'est pas alimentée, - le système de commande étant configuré pour : 3056050 5 ^ détecter un état de charge de l'élément de stockage d'énergie, ^ induire le fonctionnement du convertisseur de tension lorsqu'il détecte que la charge de l'élément de stockage d'énergie est inférieure à une première valeur seuil, et 5 ^ interrompre le fonctionnement du convertisseur de tension lorsqu'il détecte que la charge de l'élément de stockage d'énergie est supérieure à une seconde valeur seuil. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet d'utiliser le 10 système de commande pour limiter la consommation du commutateur réseau et des périphériques connectés en POE sur le commutateur réseau. En effet, le rendement d'un commutateur 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 mode de réalisation permet de réduire la consommation en énergie du commutateur réseau en 15 limitant les périodes durant lesquelles le convertisseur de tension fonctionne avec un faible rendement. L'énergie consommée par le commutateur réseau est délivrée soit par le convertisseur de tension, soit par l'élément de stockage d'énergie. Lorsque le fonctionnement du convertisseur de tension est interrompu, il ne consomme plus d'énergie et le commutateur réseau est alimenté uniquement par l'élément de stockage 20 d'énergie. Lorsque le fonctionnement du convertisseur de tension est induit, le convertisseur de tension alimente le commutateur réseau et recharge l'élément de stockage d'énergie. Durant cette phase, le convertisseur de tension fonctionne avec un rendement plus important car il doit délivrer une plus grande quantité d'énergie. Ce mode de réalisation permet également de garantir une capacité minimum de charge dans 25 l'élément de stockage d'énergie, car ce dernier est rechargé par le fonctionnement du convertisseur de tension lorsque la charge de l'élément de stockage est inférieure à une première valeur seuil. Cette capacité minimum permet d'alimenter le commutateur réseau en cas de coupure de courant au niveau de l'entrée de tension alternative. 30 Selon un mode de réalisation, l'élément de stockage d'énergie est une batterie au lithium. Les onduleurs comportent classiquement des batteries au plomb. Ces batteries présentent une durée de vie de 2 à 3 ans, nécessitant un grand nombre de remplacements 3056050 6 au cours de la vie d'un appareil électrique associé. En outre, ces batteries au plomb sont lourdes et encombrantes. Ce mode de réalisation permet d'utiliser des batteries au lithium, dont le poids et 5 l'encombrement sont réduits par rapport aux batteries au plomb. En outre, la durée de vie d'une batterie au lithium est de l'ordre de 10 ans, ce qui correspond sensiblement à la durée de vie des périphériques connectés sur le commutateur réseau. Pour finir, la batterie au lithium présente également l'avantage de résister 10 davantage aux microcycles de charge et de décharge, c'est-à-dire aux cycles de charge et de décharge incomplets par rapport à la charge et la décharge totale de la batterie. Préférentiellement, l'élément de stockage d'énergie présente une capacité comprise entre 5 Wh et 5 KWh. 15 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 non 20 limitatif, 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 un premier mode de réalisation de l'invention ; - figure 2 : une représentation schématique d'un commutateur réseau POE selon un second mode de réalisation de l'invention ; et 25 - figure 3 : une représentation temporelle de l'évolution de l'état de charge de l'élément de stockage d'énergie du commutateur réseau de la figure 2. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention présentant un commutateur réseau 10 comportant un connecteur amont 17, une pluralité de connecteurs avals 16a-16e, et un organe de routage 11 configure pour déterminer l'adresse physique de chaque périphérique 12 connecté sur les connecteurs 16a-16e, 17 3056050 7 et pour router les flux réseau entre les connecteurs 16a-16e, 17. De préférence, le connecteur amont 17 présente un débit supérieur aux connecteurs avals 16a-16e. L'organe de routage 11 est alimenté par une tension continue issue d'un 5 convertisseur de tension 18, apte à transformer la tension alternative d'une entrée 15 en une tension continue 25. En outre, quatre connecteurs avals 16b-16e intègrent 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. Ce fil électrique 28 est connecté sur le circuit de tension continue 25. De préférence, un circuit 10 d'injection de puissance (non représenté) est disposé au niveau de chaque connecteur aval 16b-16e intégrant un fil d'alimentation électrique. Les périphériques connectés sur ces connecteurs avals peuvent donc être alimentés par la technologie POE, alors que le périphérique connecté sur une connecteur aval 16a qui n'intègre pas de fil d'alimentation électrique 28 ne peut pas être alimenté par la technologie POE. 15 Le commutateur réseau 10 comporte également un système de commande 21 mesurant 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'alimentation électrique 28. Ces consommations électriques Isl-Is4 peuvent être mesurées au cours 20 du temps, par exemple toutes les secondes, et stockées dans une mémoire du système de commande 21. En outre, en plus du stockage dans une mémoire du système de commande 21 ou indépendamment de ce stockage, les mesures Isl-Is4 peuvent être transmisses à un superviseur par le réseau. 25 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 données de chaque connecteur aval 16b-16e. Pour ce faire, un organe de mesure peut être disposé au niveau de chaque connecteur aval 16b-16e pour mesurer le nombre de paquets réseau transitant par le connecteur aval 16b-16e. 30 La figure 2 illustre un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel le commutateur réseau 10 comporte une alimentation de secours réalisée par le biais d'un élément de stockage d'énergie 23 connecté à la tension continue 25 et configurée pour 3056050 8 alimenter l'organe de routage 11 lorsque l'élément de stockage d'énergie 23 est chargé et 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, dont 5 la capacité est comprise entre 5 W/h et 5 KW/h. L'alimentation de l'organe de routage 11 est commandée par le système de commande 21. Le système de commande 21 détecte un état de la charge Ec de l'élément de stockage d'énergie 23 et commande le fonctionnement ou l'arrêt du premier 10 convertisseur de tension 18. A cet effet, le signal m/a permet d'interrompre ou de mettre en marche le premier convertisseur de tension 18. Le système de commande 21 induit le fonctionnement du convertisseur de tension 18 lorsqu'il détecte que la charge Ec de l'élément de stockage d'énergie 23 est 15 inférieure à une première valeur seuil Cl, de sorte à garantir un état de charge minimal dans l'élément de stockage d'énergie 23. Le système de commande 21 interrompt le fonctionnement du convertisseur de tension 18 lorsqu'il détecte que la charge Ec de l'élément de stockage d'énergie 23 est supérieure à une seconde valeur seuil C2, la seconde valeur seuil C2 pouvant correspondre à un état de charge maximum Cmax de 20 l'élément de stockage d'énergie 23. Le système de commande 21 reçoit également une mesure de la consommation électrique Is de l'organe de routage 11 de sorte à interrompre le fonctionnement du convertisseur de tension 18 lorsqu'il détecte que la consommation électrique Is de l'organe de routage 11 est inférieure à une troisième valeur seuil Il. 25 Le système de commande 21 est également relié à une entrée de commande externe 29. Cette entrée de commande externe 29 est réalisée par une liaison série, une liaison sans fil ou tout autre moyen connu. En variante, l'entée de commande externe 29 peut être reliée sur l'organe de routage 11. 30 L'entrée de commande 29 transmet un signal Sc au système de commande 21 afin de commander la mise en marche ou l'interruption du premier convertisseur de tension 18 depuis un dispositif externe. En outre, l'entrée de commande 29 peut 3056050 9 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 de 5 stockage 23 en fonction d'un temps effectif d'utilisation du commutateur réseau 10. Dans une première phase Pcl, l'élément de stockage 23 est complètement déchargé, et le système de commande 21 impose la mise en fonctionnement m/a du premier convertisseur de tension 18. L'élément de stockage 23 est ainsi chargé par 10 l'énergie alternative provenant de l'entrée 15 et convertie par le premier convertisseur 18. Lors de cette phase de charge Pcl, l'état de charge Ec de l'élément de stockage 23 croit de manière logarithmique en direction d'un état de charge maximum Cmax. Cette phase de charge Pc1 est stoppée lorsque le système de commande 21 détecte que la charge Ec de l'élément de stockage 23 est supérieure à une valeur 15 seuil C2. Commence alors une première phase de décharge Pdl, au cours de laquelle le système de commande 21 interrompt m/a le fonctionnement du premier convertisseur de tension 18. L'élément de stockage 23 se décharge alors pour combler les besoins en 20 énergie de l'organe de routage 11 et des périphériques 12b, 12c connectés en POE. Lors de cette phase de décharge Pdl, l'état de charge Ec de l'élément de stockage 23 décroit de manière logarithmique en direction d'un état de charge Ec nul. Cette phase de décharge Pdl est stoppée lorsque le système de commande 21 25 détecte que la charge Ec de l'élément de stockage 23 est inférieure à une valeur seuil Cl. Les phases de charge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl-Pd4 s'alternent ainsi pendant toute la durée de vie du commutateur réseau 10. Certains évènements externes peuvent modifier cette alternance de phases de charge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl Pd4. Par exemple, le signal Sc externe peut indiquer une plage horaire au cours de laquelle 30 l'organe de routage 11 est particulièrement peu sollicité, l'élément de stockage 23 sera donc préférentiellement chargé avant d'entrer dans cette plage horaire. 3056050 10 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 Il, le rendement du convertisseur de tension 18 est donc particulièrement faible. 5 Suite à cette information, les phases de charge Pc2 et Pc3 sont stoppées pour entamer une phase de décharge Pd2, Pd3 au cours desquelles l'élément de stockage d'énergie 23 alimente l'organe de routage 11 et les périphériques 12b, 12c connectés en POE. 10 Pour un autre exemple illustré sur la figure 3, au cours de la phase de décharge Pd3, le signal Sc informe que la météo va bientôt changer et que le dispositif de production d'énergie renouvelable du bâtiment va devenir inopérant. Suite à cette information, la phase de décharge Pd3 est stoppée pour entamer une phase de charge Pc4, alors que le dispositif de production d'énergie renouvelable du bâtiment est 15 toujours opérationnel. Lorsque les conditions climatiques sont telles que le dispositif de production d'énergie renouvelable du bâtiment est inopérant, la phase de charge Pc4 est stoppée pour privilégier la consommation de l'élément de stockage 23 au cours d'une phase de décharge Pd4. 20 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 alimentation électrique, et la phase de décharge Pdl-Pd4 de l'élément de stockage 23 peut durer plusieurs jours. De même, dans la phase de charge Pcl-Pc5 de l'élément de stockage 23, si la charge est préférentiellement effectuée par un dispositif de production 25 d'énergie renouvelable, cette phase de charge Pcl-Pc5 peut être entrecoupée de phases durant lesquelles le dispositif de production d'énergie est inopérant. D'autres évènements peuvent également modifier cette alternance de phases de charge Pcl-Pc5 et de décharge Pdl-Pd4, tels que la modification de la consommation 30 d'un périphérique connecté en POE induisant un changement du seuil Cl. L'invention permet ainsi de mesurer la consommation électrique et de données des périphériques connectés en POE sur le commutateur réseau 10. 3056050 11 L'invention permet en outre, de réduire la consommation énergétique d'un commutateur réseau 10 ainsi que des périphériques connectés en POE sur ce commutateur réseau 10. 5 L'invention permet de paramétrer un grand nombre de scénarii afin de réduire la consommation énergétique d'un bâtiment ou d'une agglomération. En outre, l'invention permet la mise en oeuvre d'un bâtiment particulièrement performant dont la consommation est contrôlée pour ne pas dépasser 50 W/m2. REVENDICATIONS1. 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, et 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), caractérisé en ce que le commutateur réseau (10) comporte en outre 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). 2. Commutateur réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de commande (21) est configuré pour mesurer une consommation de données réseau transitant au niveau de chaque connecteur aval (16a-16e). 3. Commutateur réseau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de commande (21) comporte une mémoire configurée pour stocker toutes les consommations (Isl-Is4) mesurées pour chaque connecteur aval (16a-16e) au cours du temps. 4. Commutateur réseau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de commande (21) comporte un organe de calcul de la consommation périodique de chaque connecteur aval (16a-16e) en fonction de la somme des consommations (Isl-Is4) stockées pour chaque connecteur aval (16a-16e) sur un intervalle de temps. 3056050 13 5. Commutateur réseau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte : une entrée (15) de tension alternative, un convertisseur de tension (18) apte à transformer une tension alternative de 5 l'entrée (15) en une tension continue (20), et une alimentation de secours (14) comportant un élément de stockage d'énergie (23) connecté à la tension continue (20), et configurée pour alimenter 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, 10 le système de commande (21) étant configure pour : ^ détecter un état de charge (Ec) de l'élément de stockage d'énergie (23), ^ induire le fonctionnement du convertisseur de tension (18) lorsqu'il détecte que la charge (Ec) de l'élément de stockage d'énergie (23) est inférieure à une première valeur seuil (C1), et 15 - interrompre le fonctionnement du convertisseur de tension (18) lorsqu'il détecte que la charge (Ec) de l'élément de stockage d'énergie (23) est supérieure à une seconde valeur seuil (C2). 6. Commutateur réseau selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de 20 stockage d'énergie (23) est une batterie au lithium. 7. Commutateur réseau selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément de stockage d'énergie (23) présente une capacité comprise entre 5 Wh et 5 KWh. 25