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Présentation de la technologie CPL

Présentation de la technologie CPL

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17/04/16 1
Courants Porteur en Ligne®
Responsable UE : J-P. Arnaud
N. Pioch
Tournaire benjamin
Eliane FETGO
RSX 207 - 2015
Sommaire
17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
FETGO – CNAM
Introduction
I Historique
II La technologie CPL
Principe, fonctionnement et matériels
Normes , standard et réglementation
Aspects spécifiques ( OSI, sécurité, protocole d’accès, codage, débit )
III Implémentation (Outdoor et Indoor)
IV Applications
V Comparaisons , avantages et inconvénients
VI Coûts
VII Conclusion
2
Introduction
 CPL pour Courant Porteur en ligne (ou PLC pour Powerline Communications)
 Alternative Wifi et Ethernet (Satellite)
 Utilisé dans plusieurs domaines : -LAN -WAN -MAN
 Technologie : Données numériques ( bas et hauts débits ) => Réseau électrique (existant)
 Plusieurs types :
- Multimédia , réseau local, partage de connexion internet
 Deux principaux types de CPL
- Indoor - Outdoor
 Grand public et professionnel
 En quoi elle consiste ?
 Eléments de décisions
17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
FETGO – CNAM
3
I Historique
 1950 : premières applications sur fréquence 10 Hz, puissance 10 kW.
 Milieu des années 80 : début des recherches pour utiliser la bande de fréquences 5-500 kHz, toujours en
unidirectionnel, permettant ainsi un transfert plus rapide des informations .
 Années 90 : applications de télé relevés et de domotique (courants porteurs bas-débits) bande de fréquences de 60-80
kHz (Konnex , Echelon) .
 1997 : recherches sur la transmission de données en CPL et en bidirectionnel (Suisse , Royaume Uni) .
 2000 : premières expérimentations en France par EDF et Ascom Création de la Homeplug Powerline Alliance et du
standard Home plug 1.0.1
 2005 : standard HomePlug 1.1 Turbo 85 Mbits (US) , sortie du domaine expérimental .Début de réglementation au
niveau européen .
 2007 : Mis en place de la norme Home plug AV 200Mbits (QOS,VLAN) .
 2010 : Nomre IEEE Std 1901-2010 ,adaptateurs domestiques de 500 Mbits .
 2012: développement de la technologie G3-PLC par le groupe G3-PLC et de la norme Home plug AV 2 (0,6 – 1Gbits)
( IPV6) .
17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
FETGO – CNAM
4
Principe
17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
FETGO – CNAM
5
Adaptateurs CPL:
- suppriment les fréquences basses (le courant) en entrée (coupleur)
- traitent le signal.
- récupèrent le signal
- isolent les fréquences hautes (données informatiques )
II La technologie CPL
Deux types de modulations (traitement du signal):
• Bas débit:
Spread Spectrum (étalement de spectre)
Signal faible ,évite de perturber les fréquences déjà utilisées (armée), lutte contre les effets indésirables (bruit,
distorsion , interférences ), signal émis à un niveau plus faible que celui du bruit donc débit faible.
• Haut débit
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Home Plug)
Emissions simultanées sur n bandes de fréquences (situées entre 1,5 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande .
Evites les comportements imprévisibles des réseaux électriques , distorsions .
• Formule de Shannon-Tuller (capacité d’un canal):
Varie selon la bande passante et la puissance du signal envoyé : signal faible = débit faible
C=B*log2(1+S/N)
17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
FETGO – CNAM
6
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II La technologie CPL

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  • 1. 17/04/16 1 Courants Porteur en Ligne® Responsable UE : J-P. Arnaud N. Pioch Tournaire benjamin Eliane FETGO RSX 207 - 2015
  • 2. Sommaire 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM Introduction I Historique II La technologie CPL Principe, fonctionnement et matériels Normes , standard et réglementation Aspects spécifiques ( OSI, sécurité, protocole d’accès, codage, débit ) III Implémentation (Outdoor et Indoor) IV Applications V Comparaisons , avantages et inconvénients VI Coûts VII Conclusion 2
  • 3. Introduction  CPL pour Courant Porteur en ligne (ou PLC pour Powerline Communications)  Alternative Wifi et Ethernet (Satellite)  Utilisé dans plusieurs domaines : -LAN -WAN -MAN  Technologie : Données numériques ( bas et hauts débits ) => Réseau électrique (existant)  Plusieurs types : - Multimédia , réseau local, partage de connexion internet  Deux principaux types de CPL - Indoor - Outdoor  Grand public et professionnel  En quoi elle consiste ?  Eléments de décisions 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 3
  • 4. I Historique  1950 : premières applications sur fréquence 10 Hz, puissance 10 kW.  Milieu des années 80 : début des recherches pour utiliser la bande de fréquences 5-500 kHz, toujours en unidirectionnel, permettant ainsi un transfert plus rapide des informations .  Années 90 : applications de télé relevés et de domotique (courants porteurs bas-débits) bande de fréquences de 60-80 kHz (Konnex , Echelon) .  1997 : recherches sur la transmission de données en CPL et en bidirectionnel (Suisse , Royaume Uni) .  2000 : premières expérimentations en France par EDF et Ascom Création de la Homeplug Powerline Alliance et du standard Home plug 1.0.1  2005 : standard HomePlug 1.1 Turbo 85 Mbits (US) , sortie du domaine expérimental .Début de réglementation au niveau européen .  2007 : Mis en place de la norme Home plug AV 200Mbits (QOS,VLAN) .  2010 : Nomre IEEE Std 1901-2010 ,adaptateurs domestiques de 500 Mbits .  2012: développement de la technologie G3-PLC par le groupe G3-PLC et de la norme Home plug AV 2 (0,6 – 1Gbits) ( IPV6) . 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 4
  • 5. Principe 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 5 Adaptateurs CPL: - suppriment les fréquences basses (le courant) en entrée (coupleur) - traitent le signal. - récupèrent le signal - isolent les fréquences hautes (données informatiques ) II La technologie CPL
  • 6. Deux types de modulations (traitement du signal): • Bas débit: Spread Spectrum (étalement de spectre) Signal faible ,évite de perturber les fréquences déjà utilisées (armée), lutte contre les effets indésirables (bruit, distorsion , interférences ), signal émis à un niveau plus faible que celui du bruit donc débit faible. • Haut débit OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Home Plug) Emissions simultanées sur n bandes de fréquences (situées entre 1,5 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande . Evites les comportements imprévisibles des réseaux électriques , distorsions . • Formule de Shannon-Tuller (capacité d’un canal): Varie selon la bande passante et la puissance du signal envoyé : signal faible = débit faible C=B*log2(1+S/N) 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 6 Fonctionement II La technologie CPL
  • 7. Couplage au réseau électrique Le couplage capacitif: - utilisé en indoor , natif dans les adaptateurs CPL pour les réseaux monophasés (tableau électrique pour le triphasé) , il est branché en parallèle sur le réseau électrique . Elimine les basses fréquences avant le traitement du signal Le couplage inductif - l’équipement est raccordé sur une phase (ou plusieurs ) par le biais d’une bobine ( tore de ferrite ) (injecteurs) -les autres phases par un effet magnétique -même qualité sur les 3 phases 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 7 Fonctionnement II La technologie CPL
  • 8. CPE (Customer Premise Equipment) (IP ou FR) - Pont Ethernet -Selon les gammes (données, VoIP, WiFi, Firewall, DHCP, Routeur) Répéteurs intermédiaires - Permettent d’étendre la couverture du réseau (actif et passif) - Peuvent être installés dans des postes de transformation, armoires de rues, à l’intérieur d’un bâtiment Injecteur - Ou encore « tête de réseau », permet d’injecter le signal CPL dans le réseau électrique MT/BT - Connecte via n’importe quel technologie le réseau électrique et Internet 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 8 Matériels II La technologie CPL
  • 9.  Différents corps de réglementation=complexité : - L’électricité (IEC) - Les télécommunications (ITU) - La comptabilité Électro Magnétique ( CISPR) - La gestion du plan de fréquence -> Les problèmes de normalisation/standardisation sont donc extrêmement complexes à résoudre  Le marquage CE  La norme CEM (Compatibilité Électro Magnétique ) avec les autres équipements électriques  Sécurité des matériels de traitement de l’information  Directives sur les appareils basse tension ITU : I nternational T elecommunication U nion, basée à Genève. IEC : I nternational E lectrotechnical C ommission, basée à Genève. CISPR  : C omité I nternational S pécial des P erturbations R adio électriques, inclus au sein de l'IEC.  ISO : I nternational S tandardization O rganization, basée à Genève. Normes et Standard 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 9 II La technologie CPL
  • 10. Homeplug 1.01 , débit théorique 14 Mbits, débit utile max 6 Mbits (chipset Intellon) Utilisation : partage de connexion Internet basique, de fichiers non volumineux. Homeplug 1.1 ou Turbo, débit théorique 85 Mbits, débit utile max 35 Mbits (chipset Intellon) Utilisation : partage d'accès Internet haut débit, transfert de fichiers. Homeplug AV pour Audio / Vidéo, débit théorique 200 Mbits, débit utile TCP max 60 Mbits UDP 80 Mbits. (Chipset Intellon) Utilisation : partage de connexion de type ADSL 2, streaming vidéo ou VoD, besoin en QoS. PréUPA 200, débit théorique 200 Mbits Homeplug AV2 500 à 600 Mbits Spidcom, solution propriétaire, 220 Mbits théoriques maximum Utilisation : domotique, automobile, Outdoor Normes et Standard 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 10 II La technologie CPL
  • 11.  Indoor (Inhome) : Il est libre (sous réserve de ne pas créer de nuisances)  Outdoor : Il faut demander l’avis de l’ART ( Autorité de Régulation des Télécommunications) devenue ARCEP (Autorité de Régulation des communications électroniques et des postes) Règlementation 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 11 II La technologie CPL
  • 12. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 12 Aspect spécifique :OSI L’équipement CPL fournit à un terminal, un service de connexion Ethernet au niveau de la couche 2 (liaison de données) au moyen d’un adressage MAC et d’une connectique RJ-45. Le terminal utilise les services du réseau CPL pour accéder aux services des couches supérieures (IP, TCP, http, etc.) La couche 1 est constituée logiquement par les câbles électriques sur lesquels circule le signal CPL II La technologie CPL
  • 13. Aspects spécifiques: Codage Une trame de données est transmise sous forme d’une suite de bits à 0 ou à 1. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 13 • 3 à 148 kHz pour les CPL dits bas débit • 2 à 20 MHz pour les CPL dits haut débit. II La technologie CPL
  • 14.  Accès à la couche réseau  CSMA / CA -> contrôle le partage du média de transmission ◦ Protocole utilisé par le Wifi ◦ Respect du tour de parole (différent de CSMA/CD) ◦ Principe d’esquive de collision basé sur des accusés de réception réciproques ◦ RTS : Ready To Send ◦ CTS : Clear To Send Aspects spécifiques: Protocole d’accès 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 14 II La technologie CPL
  • 15. Différents critères pour le débit: - La distance - Le nombre d’utilisateurs - Indoor ou Outdoor - Nombre de récepteurs entre le transformateur - La charge du circuit électrique - Le type de matériel - La présence ou non de multiprises -La présence ou non de filtre CPLou de surtenseur Côté débit, tous les modèles ne se valent pas. Mais, d'une manière générale, il faut compter sur un débit moyen réel de l'ordre de 150 Mbps sur les modèles à 500 Mbps théoriques et de 70 Mbps sur ceux à 200 Mbps théoriques  Aspects spécifiques: Débit 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 15 II La technologie CPL
  • 16. • DES56 à configurer sur chaque adaptateur du réseau • Existe également des filtres d’arrêt pour disjoncteurs. La norme “HomePlug 1 .0.1 ” inclut le cryptage DES à 56 ou AES ( 128 bits) Exemple de problème de sécu: Les CPL basés sur certains chipset utilisent une Direct Acess Key qui est dérivée de l'adresse MAC de l'adaptateur. L'algorithme de dérivation y est également librement accessible... Il suffirait ainsi de lancer une requête spéciale ( Sniff) pour récupérer automatiquement l'adresse MAC d'une prise CPL branchée sur un routeur... pour récupérer la DAK et déchiffrer les données pour un accès total au réseau. Aspects spécifiques: Sécurité 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 16 II La technologie CPL
  • 17. • Extérieur d’un bâtiment • Transformateur (couplage Internet HD et réseau basse tension) jusqu’au domicile • Distributeur d’électricité et d’un FAI • Zone rurale : Alternative pour remplacer la boucle locale • Complémentarité d’une autre technologie • Soumis à des contraintes techniques et Réglementaire • Problème : EDF n’est pas opérateur de télécommunications • Outdoor n’existe qu’au point de vue expérimental Boucle locale transformateur Outdoor 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 17 III Implémentations
  • 18. III Implémentations • En aval du compteur • Domination de la norme HomePlug • Monophasé ou triphasé • PME , PMI ou particulier • Serveur/routeur  accès à internet • Serveur/routeur  équipé CPL • Poste client  équipé CPL ,câbles Ethernet, prise électriques (Usb , RJ 45) • CPL utilisant port RJ 11 pour téléphonie , fax (priorité au téléphone dans ce cas là ) • Idéal pour : - réseau local - partage d’une connexion internet Indoor 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 18
  • 19. Applications bas débit (9 – 150 kHz) •Télémétrie, télé-contrôle - Relevés des compteurs électroniques •Applications domotiques - Déclenchements et réglages d’appareils 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 19 Fondamentaux IV Applications
  • 20. Réalisation industrielle: caméras de recul (Valeo/SpidCom) Intérêt: facilité d’implantation de nouveaux équipements (câblage existant) Architecture traditionnelle Solution PLC IV Applications 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 20
  • 21. Solution traditionnelle: 1.Emploi du 14V pour alimenter les caméras 2.Emploi d’une paire torsadée pour la transmission vidéo 3.Utilisation du protocole LIN pour sélectionner les caméras Solution CPL: 1.Emploi du 14V pour alimenter les caméras 2.Emploi du même réseau pour le transfert vidéo 3.Suppression de l’utilisation du LIN, sélection des caméras via le CPL Conséquence: •Gain obtenu en câblage et facilité d’exploitation de la solution IV Applications 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 21
  • 22. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 22 Installation: - simplicité , wifi et CPL , contrairement à l’Ethernet Portée: - pas de perte côté Ethernet -Wifi = 100 m théorique (obstacles , interférences) - CPL, dépendant de l’installation Sécurité: - Ethernet et CPL => réseaux fermés donc pas de problèmes de sécurité majeur - Plus compliqué pour le wifi (crypto mot de passe ) mais pas infaillible Performances: Satellite : très forte accessibilité mais coût très important V Comparaisons , Avantages et inconvénients Comparaison
  • 23. - Facilité de déploiement , aucun paramétrage spécifique (plug and play ) . - Sécurité supérieur au wifi en indoor, difficulté à écouter sur un câble électrique . - Distances importantes concernant les industrielles (100 à 800 ) . - L’importante couverture du réseau électrique permet d'atteindre les zones rurales exclues de la « révolution » haut débit , universalité . - Utile pour des établissements à fortes contraintes (monuments historiques, scolaires , administrations , santé ) en évitant les problèmes d’architectures (murs épais, distance) . - Couts intéressant ( logements sociaux ), pas de câblages supplémentaires . - Complémentarités (wifi , Ethernet , satellite ) - Réduction d’énergie (consommation des équipements réduits au minimum) - Domotique, audio, vidéo, surveillance , VOIP , QOS . 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 23 V Comparaisons , Avantages et inconvénients Avantages
  • 24. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 24 - Sécurité : pas de cryptage entre la carte réseau et la prise ,au-delà du transformateur (outdoor) ,possibilité de sniffer . - Manque de réglementation et de normes (CEM) ( EDF , ART , collectivités, opérateurs), problèmes pour créer des grands réseaux , statut télécommunications électricités. - Problème de parasitage et d’interférences , risques sanitaires dus aux hf courtes (moins que le wifi ou GSM) , perturbations environnementales ( hôpitaux , armée ) , certaines matériels rayonnant au-delà des normes , réseau électrique non blindé . - Manque d’interopérabilité (14 , 85 , 200 , 600 Mbits/s partagés) et (DES , Home plug) , amélioration . - Gestion des problèmes : Evénements indépendants de l'informatique, formations en électricité ajoutées aux connaissances réseaux (coût formation) , panne de courant , plus simple de les détecter sur une paire torsadée. - tributaire de l’installation électrique , multiprises , autre appareils électriques branchés , plus nombreuses sont les connexions , plus la débit est divisé. V Comparaisons , Avantages et inconvénients Inconvénients
  • 25. Trois groupes d'adaptateurs CPL principaux: - 200 Mb/s ~ 70 Mb/s - 500 Mb/s ~ 150 Mb/s - 650 Mbps ~ 200 Mb/s - voir 1200 Mbps Ils sont compatibles entre eux et, en cas de mixité, le débit se calera sur le plus faible. La plupart des constructeurs proposent des adaptateurs CPL un peu plus intelligents. Certains font ainsi office de switch réseau, d'autres de point d'accès Wi-Fi et, parfois, cumulent les deux. Les différentes marques : - Trendnet - Devolo - Western Digital - D-Link - Netgear - Free freeplug Revolution Le marché des prises CPL VI Coût 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 25
  • 26. Coût : S'il faut raccorder au maximum une quinzaine de postes sur un plateau, la prestation peut être effectuée directement par la société. Compter environ 100 euros par adaptateur Ethernet CPL (un par poste) et 300 euros pour l’équipement "tête de réseau". Au-delà de 15 prises, des «répéteurs» seront utiles: compter environ 200 euros par répéteur, et 500 euros la "tête de réseau" dans ce scénario. Kit adaptateur CPL Wi-Fi / Ethernet: 52€ à ~190€ (1200Mbps) Kit 2 adaptateurs CPL:40€ à ~ 190€ (600Mbps) CPL avec prise de courant: 40€ à ~ 190€ Câble Ethernet RJ45: 4€ à ~ 20€ Filtre CPL: ~ 30€ 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 26 VI Coût
  • 27. - EDF ≠opérateur de télécommunications Outdoor n’existe qu’au point de vue expérimental - Bandes de hautes fréquences réservées à l’armée ou aux radios amateurs minimiser les effets de rayonnement limiter la puissance de fonctionnement du CPL abandon du développement de la technologie CPL - Technologie adaptée pour des entreprises de petite taille qui n’ont pas un besoin - CPL technologie complémentaire à un autre réseau ou de substitution au wifi Conclusion 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 27
  • 28. - http://fr.wikipedia.org/wiki/Courants_porteurs_en_ligne - http://www.cpl-france.org/modules.php?name=Dossiers&go=securite - http://www.zdnet.fr/actualites/les-courants-porteurs-en-ligne-cpl-l-autre-acces-au-web-pour-les-entreprises- 39366673.htm - http://www.darty.com/achat/comment/informatique/cpl/cpl.html - http://www.tomshardware.fr/articles/cpl-600mb,1-45867.html - http://igm.univ-mlv.fr/~duris/NTREZO/20042005/Heuze-Woollams-Zidouri-CPL.pdf - http://www.greenit.fr/article/materiel/reseau/cpl-attentions-aux-ondes - http://www.rennes.supelec.fr/ren/rd/scee/ftp/seminaire/seminaire_gouret_10mai2007.pdf - http://chamilo1.grenet.fr/ujf/courses/GREVE/document/Volume_1-_Numero_2/2010-2011_S2_- _DESBORDES_-_BAZIN_-_Wifi_et_CPL.pdf Biographie 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 28
  • 29. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM 29

Notes de l'éditeur

  1. Spécification power packet Explication plus simple :. En clair, le système émet un même signal sur plusieurs fréquences à la fois. Si le signal rencontre un obstacle sur une des fréquences, il suffit qu'il réussisse à passer sur une autre, et même s'il est affaibli, le récepteur peut parvenir à reconstituer le message complet.(grâce a l’émission simultanée) C capacité du canal en bit/s B bande de fréquence utilisable S puissance moyenne du signal N puissance moyenne du bruit
  2. Un bon couplage élimine les effets de rayonement et optiise la qualit é du signal sur le réseau et sur toutes les pahses si l’on est en triphasé
  3. BOX pour CPE , type client , chez le client Point Of Presence (POP)
  4. On l a vu avec la création de la home plug power alliance (home plug V1.0.1
  5. On l a vu avec la création de la home plug power alliance (home plug V1.0.1
  6. Outdoor _ connexion internet u niveau des lignes electriques moyennes tensions _ equipements CPL sont mis en œuvres sur plusieurs sites _ accès à internet depuis s aligne électrique via son équipement CPL Peu utilisé Absence de standart Aucune norme juridique Voir définition boucle locale EDF n'a pas vocation à devenir opérateur en télécommunication en raison de la spécificité liés aux secteur de l'électricité, mais étant concessionnaire de 95% du réseau électrique français, la société apporte son expertise dans les projets CPL outdoor. La capillarité extrêmement fine du réseau électrique permet en effet d’atteindre virtuellement l’ensemble du territoire, et en particulier les zones rurales qui semblaient jusqu’à présent exclues de la « révolution » haut débi
  7. Indoor Le plus répandu C’est un e prolongation du réseau local ou/et de l’accès haut débit existant Derrière un compteur monophasé en général , triphasé dans le cas du résidentiel par exemple) Soit l’accès internet provient d’un PC avec accès internet (ou bine routeur serveur )
  8. Lvds low voltage differentiel signaling : norme de transmissio de signaux electriques à une fréquence élevée
  9. les avantages sont des inconvénients