Présentation de la technologie CPL

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
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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
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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
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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) .
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5. Principe
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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II La technologie CPL

12. 17/04/16
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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.
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• 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
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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
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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
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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
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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
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19. Applications bas débit (9 – 150 kHz)
•Télémétrie, télé-contrôle
- Relevés des compteurs électroniques
•Applications domotiques
- Déclenchements et réglages d’appareils
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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
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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
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22. 17/04/16 TOURNAIRE Benjamin et Eliane
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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 .
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V Comparaisons , Avantages
et inconvénients
Avantages

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- 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
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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€
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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
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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
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29. 17/04/16
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