Couverture ElectroniqueS n°127

L'Internet des objets est le dernier d'une série de jalons technologiques ayant engendré une explosion dans la transmission de données via des infrastructures de réseau. D'où la nécessité d'utiliser au mieux Ethernet, une technologie qui a fait ses preuves en tant que standard réseau capable de s'adapter aux besoins de différentes applications. E thernet constitue l'épine dorsale des Technologies de l'information et de la communication (TIC) depuis plus de 40 ans. C'est un standard de réseau solidement établi, qui a su constamment évoluer pour répondre aux défis technologiques nouveaux et aux besoins émergents du marché. Aujourd'hui, le nouveau secteur de l'Internet des objets (IdO) engendre une croissance exponentielle des données échangées. Pour continuer à assurer que ces nouvelles applications peuvent accéder à ce flux de données croissant, l'amélioration des communications réseau est vitale. De ce fait, la demande en technologies de réseau va continuer à croître. Alors que les équipes de conception et les consomma-teurs préfèrent des protocoles sans fil de courte portée pour les applications de l'IdO (les vêtements connectés ou les thermostats domestiques, par exemple), Ethernet demeure la technologie indispensable pour l'infras-tructuresous-jacente du réseau. Elle fournit l'épine dorsale d'une connectivité fiable et sécurisée pour les échanges de données pour tous ces « objets » ou périphériques connectés. Pour les équipes de conception de systèmes sur une puce (SoC), le défi est de savoir comment respecter les contraintes de délai de mise sur le marché tout en intégrant les dernières normes Ethernet dans leur produit – parfois même avant que ces normes ne soient finalisées. Le marché de l'IdO est alimenté par la prolifération des appareils « intelligents » : machines intelligentes, compteurs intelligents, appareils ménagers, technologies autour des vêtements, voitures intelligentes et même des villes intelligentes. Beaucoup de ces dispositifs sont connectés et actifs 24 h/24, 7 j/7. Selon Cisco, le nombre d'appareils mobiles connectés avec une vitesse moyenne de connexion de 1 Mbit/s a déjà dépassé la population mondiale. Cisco prédit que le trafic mondial de données sur mobile dépassera 10 exaoctets par mois en 2017. Ces tendances engendrent le besoin de communications réseau plus robustes et plus sécurisées. JOHN SWANSON (SYNOPSYS) John Swanson travaille dans le secteur de la propriété intellectuelle depuis 1990. Il est actuellement responsable de la famille de cœurs Ethernet DesignWare chez Synopsys. Il est diplômé de l'Institut de technologie DeVry (Illinois). IdO dans les foyers La maison connectée repose sur des dispositifs et appareils intelligents qui se conjuguent et se basent sur les interfaces et technologies de communication les plus populaires, et ce, en fonction du volume de données que le dispositif en question doit supporter. Ainsi, les dispositifs portés tels les brassards de sport ne prennent pas en charge Ethernet directement, mais utilisent des technologies sans fil à courte portée ou filaires de type USB pour transférer leurs données. Les utilisateurs peuvent ainsi partager ces données avec des organismes médicaux ou paramédicaux par le biais d'applications hébergées sur le cloud, ou simplement les stocker localement et les réserver à leur usage privé. Quoi qu'il en soit, les données sont susceptibles d'être accessibles avec Ethernet à un moment ou un autre. es foyers connectés utilisent fréquem-ent plusieurs réseaux différents, comme a télévision par satellite, qui peut inclure n décodeur connecté au haut débit via i-Fi. Les appareils de divertissement à omicile sont quant à eux plus suscep-ibles d'être équipés de ports Ethernet dans la mesure où les fournisseurs de contenu migrent progressivement leurs services audio et vidéo en ligne vers le streaming. Avec l'augmentation du nombre de dispositifs connectés, un nombre croissant d'utilisateurs permet aux fournisseurs de contenu l'accès à leurs réseaux domestiques – y compris à des ordinateurs ou autres appareils susceptibles de stocker des informations confidentielles, sans tenir compte des implications de ces pratiques en termes de sécurité. On constate par conséquent un besoin croissant pour la création de plusieurs couches de sécurité, même au sein des réseaux domestiques, une propriété qu'Ethernet est tout à fait à même de pro-curer. Certains fabricants d'appareils ménagers sont déjà en train de mettre en place la connectivité Ethernet pour garantir que leur offre soit compatible avec les réseaux intelligents ( smart grids ) émergents. A mesure que les producteurs d'électricité et les sociétés de services publics continuent de déployer des technologies de réseaux intelligents, les consommateurs adoptant des appareils compatibles avec Ethernet seront en mesure de participer à de futurs programmes de «besoin à la demande» leur permettant de changer leurs habitudes de consommation d'électricité afin de profiter de tarifs préférentiels en dehors des heures de pointe. L'utilisation du streaming de média dans les foyers a contribué à façonner les spécifications IEEE 802.1 AVB ( Audio Video Bridging ). Les appareils monosources et mono-utilisateurs ont été rapidement suivis par l'utilisation de plusieurs dispositifs pour la lecture de médias audio. Pour soutenir ce format, chaque enceinte recevrait le flux de données entier et en extrairait uniquement les données nécessaires pour gérer les éventuels délais. Le divertissement à la maison d'aujourd'hui se caractérise par de multiples flux audio-vidéo provenant de sources multiples, avec une consommation de médias spécifique à chaque pièce – mais avec tout le contenu reposant sur le même réseau. Pour relever ces défis, l'IEEE a publié quatre spécifications différentes à l'appui d'AVB : Precision Time Protocol (1588-2008) ; Timing Synchronization (802.1-AS) ; Streaming Reservation Protocol (802.1Qat), et Forwarding and Queuing (802.1-Qav).Etces spécifications sont appelées à évoluer comme on le voit avec l'activité TSN ( Time Sensitive Network ) au sein de la norme IEEE. IdO dans les voitures Selon le cabinet d'études Strategy Analytics, le marché automobile est l'un des secteurs les plus dynamiques en matière d'utilisation de semi-conducteurs, avec un taux de croissance annuel moyen de près de 10% entre 2010 et 2015. Cette croissance de l'électronique est stimulée par un reengineering progressif et total de l'automobile, y compris la transition de systèmes hydromécaniques vers des systèmes électromécaniques, ainsi que des systèmes d'entraînement électriques et hybrides. On assiste ainsi à une diffusion généralisée de technologies autrefois réservées aux véhicules haut de gamme vers les véhicules de milieu et d'entrée de gamme. Parmi ces fonctionnalités, on peut citer l'anticollision et le stationnement automatique. Une autre tendance clé dans l'électronique pour l'automobile est celle du «salon automobile» –les conducteurs souhaitent pouvoir accéder aux données et à la musique stockées sur leurs appareils personnels depuis leurs voitures. Les systèmes d'infodivertissement deviennent de plus en plus sophistiqués, avec des moniteurs intégrés dans les sièges arrière, diffusant des médias en streaming depuis le centre d'infodivertissement de la voiture ou les smartphones des passagers. Les systèmes de navigation par satellite deviennent également de plus en plus sophistiqués et utiles à mesure que leur connectivité augmente. Des applications telles que Waze croisent les données de géolocalisation des conducteurs avec des commentaires fournis par la communauté d'utilisateurs pour les aider à éviter les routes encombrées. En outre, les voitures sont de plus en plus fréquemment connectées au cloud à l'aide de technologies 4G/LTE, technologies qui permettent aux conducteurs et aux passagers d'avoir accès à tous types de contenus, à tout moment, n'importe où, indépendamment du fait que ces contenus soient issus de réseaux sociaux, d'un GPS, de médias personnels ou de toute autre source. Des recherches de l'institut Gartner suggèrent que près de 50 % des conducteurs souhaitent bénéficier d'un accès sécurisé aux applications mobiles. La connectivité automobile doit s'intégrer de façon transparente avec les smartphones et les applications des conducteurs –surtout quand il s'agit de faciliter l'accès au réseau et de partager des données de connexion. La mise en œuvre des dernières fonctionnalités d'infodivertissement nécessite un réseau capable de prendre en charge plusieurs formats numériques audiovisuels de haute qualité, et que les solutions d'interface de connectivité des appareils mobiles permettent de multiples technologies et décodeurs. Il existe déjà plusieurs spécifications de réseaux sécurisés prenant en charge des applications automobiles spécifiques. Il est peu probable qu'Ethernet remplace, à court terme, ces réseaux spécifiques aux applications, mais la technologie permettra à ces réseaux de soutenir les débits de données croissants qui résultent de la prolifération des systèmes de divertissement et d'information (y compris l'assistance au conducteur) proposés aux conducteurs. Au cours des dernières années, l'adoption d'Ethernet dans l'automobile a été remarquable et s'est généralisé à tous les fabricants, au moins au sein de leurs systèmes d'infodivertissement. AVB est l'une des technologies clés pour le déploiement d'Ethernet au sein des automobiles dans la mesure où elle est capable de gérer la correction de synchronisation nécessaire pour compenser les retards dus aux câbles et aux dispositifs se connectant à un dis-positif maître. Et il y a beaucoup de câblage dans les voitures ! Une autre norme encourageant l'utilisation d'Ethernet pour les applications automobiles est la norme RTPGE ( Reduced Twisted Pair Ethernet Gigabit ). RTPGE permettra en effet l'utilisation d'une simple paire torsadée pour le câblage Ethernet, ce qui contribuera à réduire le poids supplémentaire des voitures préjudiciable aux économies de carburant. IdO dans les centres de données Dans le monde connecté des centres de données, l'objectif continue d'être l'amélioration de la vitesse et de la qualité de service pour soutenir la prolifération des services du cloud et la croissance du commerce en ligne. Ethernet est ainsi passé de 10/100Mbit/s à 10G, 40G et 100G, avec de nouvelles normes en cours d'élaboration soutenant 25G et 50G pour réduire les coûts d'adoption. En termes d'infrastructure, ce secteur est caractérisé par l'utilisation de serveurs de données très performants. Les besoins des petites et moyennes entreprises contribuent à stimuler la croissance de l'ensemble du marché. Parmi les tendances technologiques clés, on recense des centres de données plus simples, la croissance des réseaux définis par logiciel (qui devrait représenter plus d'un tiers du marché de la commutation Ethernet d'ici deux ans), OpenFlow, et des microserveurs basse consommation. La consommation d'électricité est depuis longtemps reconnue comme un obstacle à la croissance des centres de données, et la transition vers des microserveurs à ultra-basse consommation permet de surmonter cet obstacle. Toutefois, les unités de traitement ne représentant qu'environ 25-30% de la consommation d'électricité totale d'un centre de données, les équipes de conception sont à la recherche de moyens de réduire les besoins en énergie de l'ensemble du système, y compris les infrastructures de serveurs et de réseau. Les spécifications Ethernet ont évolué pour adresser cette question. La solution clé dans ce domaine est l'Ethernet écoénergétique (EEE). Aux Etats-Unis seulement, on estime que les réseaux Ethernet domestiques gaspillent environ 2 térawatt-heures (TWh) d'électricité par an, soit une valeur de 200 millions de dollars, ce qui représente un potentiel d'économie d'énergie significatif pour des protocoles tels que l'Ethernet écoénergétique. La capacité continue d'Ethernet à pouvoir soutenir les besoins du marché en infrastructures de réseau haut de gamme est due à l'évolution du Data Center Bridging (DCB). Le groupe de travail DCB a spécifié quatre mécanismes: Contrôle de flux basé sur les priorités (PFC) ; Notification de congestion (CN) ; Sélection de transmission améliorée (ETS) et Data Center Bridging Exchange Protocol (DCBX). Les opérateurs de centres de données reconnaissent que la tendance vers des réseaux plus rapides doit se poursuivre s'ils doivent maintenir la qualité de leurs services de cloud. Cependant, l'Ethernet 40/100G se révèle très coûteux à déployer. En parallèle du besoin d'investir dans de nouveaux serveurs, les opérateurs doivent aussi veiller à ce que leur matériel soit en mesure de résoudre les problèmes de synchronisation générés par l'augmentation du débit des données. Dans ce contexte, un consortium d'entreprises a proposé une solution Ethernet 25G qui se révèle être plus rentable à déployer. L'IEEE a par la suite formé un groupe d'étude Ethernet 25G pour travailler à l'élaboration d'une nouvelle norme. Par conséquent, la 25G a de beaux jours devant elle. Accélération de l'implémentation d'Ethernet Il est évident qu'Ethernet a beaucoup à offrir – tant au sein de ses marchés traditionnels tels que les centres de données, que dans des secteurs porteurs tels que l'automobile et la maison connectée où son déploiement est plus récent. Par conséquent, de nombreuses équipes de développement de SoC recherchent actuellement la meilleure façon d'implémenter la norme au sein de leurs projets. Les équipes de conception ayant de l'expérience dans les infrastructures Ethernet peuvent choisir d'opter pour des IP préexistantes développées en interne et les mettre à jour pour leurs derniers projets, mais ceci peut représenter un effort significatif, si bien que la perspective d'avoir recours à des IP Ethernet tierces supportant la spécification IEEE évolutive auprès d'un fournisseur commercial est devenue beaucoup plus attrayante. Parmi les critères de décision pris en compte par les équipes de conception lors de la mise en balance des avantages et des inconvénients de l'acquisition d'une IP tierce, on recense : Solution interne - Disposent-ils de l'expertise et des connaissances nécessaires pour la concevoir en interne? - Disposent-ils des ressources et des capacités d'ingénierie suffisantes pour respecter leur calendrier? - Le temps requis pour le développement de la solution sera-t-il inférieur à sa durée de vie utile? - Si l'objectif est de mettre en œuvre une interface standard telle qu'Ethernet, peuvent-ils ajouter de la valeur ou modifier la conception de quelque façon que ce soit? Solution commerciale - L'IP répond-elle aux spécifications de l'équipe de conception en termes de fonctionnalités, de taille et de consommation? - L'IP est-elle suffisamment configurable pour pouvoir répondre aux besoins spécifiques de la conception? - Le fournisseur propose-t-il un portefeuille exhaustif de solutions pour l'application finale? - Le bon fonctionnement de l'IP est-il éprouvé? - Le fabricant est-il prêt à travailler avec l'équipe interne pour rendre l'IP disponible en tant que nouvelle norme une fois qu'elle aura été développée? - Le fabricant dispose-t-il d'une feuille de route pour prendre en charge les améliorations futures apportées aux spécifications? - Le fabricant fournit-il des logiciels et des solutions de vérification en parallèle au matériel? - Le fabricant propose-t-il un soutien à l'intégration? - Le fabricant offre-t-il des solutions basées sur la couche physique et propose-t-il un service de vérification personnalisé et spécifique au procédé? Compte tenu de la complexité des spécifications Ethernet d'aujourd'hui, et en supposant des réponses favorables à ces questions, le recours à une IP tierce éprouvée contribuera à réduire les risques et à limiter les délais. n

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