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RESEAUX SANS FIL
Des solutions industrielles
aux besoins des entreprises
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 2
LE GIMELEC
Groupement des Industries de l'Équipement Électrique, du
Contrôle-Commande et des Services associés
230 entreprises adhérentes, fournisseurs d’équipements, systèmes, services et solutions
électriques et d’automatismes sur 3 marchés :
• Infrastructures d’énergie
• Industrie
• Bâtiments
Un chiffre d’affaires de 12,3 milliards d’euros
74 000 personnes en France
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 3
Division A51 Automatismes Programmables
Ses Membres impliqués dans le Wireless
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 4
Commun
Les enjeux
Les études récentes confirment une croissance très forte du
marché du Wireless dans les applications industrielles.
Marché Mondial du Wireless
(Manufacturing et Process)
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
2007 2008 2009 2010 2011 2012
MillionsofUS$
Source ARC
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 5
 L’Environnement Industriel
 Les bandes de fréquence
 Les technologies
 Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en oeuvre
 La sécurité
Plan de la présentation
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 6
Les Réseaux sans fil
 Après le succès de la téléphonie mobile, les technologies sans fil s‘appliquent
désormais aux réseaux locaux (WLAN), personnels (WPAN), puis bientôt aux
réseaux à plus grande échelle (WMAN) ou aux réseaux de capteurs en industrie
(WSAN)
Principaux avantages :
 Mobilité : Accès aux informations sans être relié au réseau physique de l‘entreprise
 Simplicité : Installation simple et rapide (pas de fils ...)
 Topologie : Déploiement flexible et modifiable rapidement
 Coût : Investissement initial plus élevé mais coûts de maintenance presque nuls et
modifications sans dépenses supplémentaires
 Interconnectivité : Compatibilité et extension naturelle d‘Ethernet
 Fiabilité : Efficacité prouvée (phénomènes d‘interférences bien connus),
performances garanties avec une bonne conception
Nota: les termes « Réseaux sans fil » et « Wireless » seront indifféremment utilisés
dans la présentation
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 7
Aéroports
Bureaux
Domicile
Lieux publics
Avions
Gares, stations
Trains
Hôtels
Evènements,
conférences
Edifices,
administrations
Transports urbains
(Bus, Métro, Tram,...)
Hot spots
Le Wireless : partout …
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 8
Niveau
Terrain
Niveau Contrôle
TRANSMITTER
PLC
VALVESENSOR
TRANSMITTER
PENDENT
BUTTONS
ERP
Wireless
Le Wireless
Une réalité dans l’industrie
WIRELESS A51 – 3 février 2010 - 9
Niveau
Terrain
Niveau Contrôle
ERP
Points d’accès fixe Wireless par
réseau (segmenté)
Clients Wireless sur
véhicules, lignes de
production, etc.
Administration générale Réseau LAN + WLAN
Le Wireless industriel
Répartition des rôles
Usage localisé ou distribué
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 10
Terrain
Contrôle
TRANSMITTER
PLC
VALVESENSOR
HMI / IPC
TRANSMITTER
PENDENT
BUTTONS
DRIVES &
MOTORS
ERP
WLAN 802.11
Bluetooth/Zigbee/
Wisa/UWB etc…
802.15
Le Wireless industriel
Répartition des technologies
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 11
 Communication avec appareils mobiles
 Equipements industriels (PC portables, PDA,
pupitres, opérateurs mobiles)
 Communications avec systèmes mobiles
 Véhicules autoguidés
 Wagonnets sur rail, nacelles
 Machines mobiles (machines tournantes, mouvements
complexes, convoyage, chaînes,...)
 Communication avec équipements distants
 Sites difficilement accessibles ou isolés
 Coûts de câblage prohibitifs
 Liaisons inter-bâtiments, traversées d‘obstacles (route,
voie ferrée, canal…)
Au service des besoins industriels
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 12
Commun
Une réponse sûre à des contraintes industrielles
et de sécurité
 Perturbations Electromagnétiques et Environnements Physiques:
Certains équipements de production génèrent des perturbations à fréquences
élevées. D’autres peuvent représenter des obstacles à la transmission radio.
 Plages de températures :
La température ambiante peut atteindre des valeurs bien supérieures ou inférieures
à celles d’un environnement tertiaire.
 Robustesse et Etanchéité :
Placés au cœur du process, les équipements de communication peuvent être soumis
à des contraintes mécaniques ou à des projections de fluides.
 Tension d’alimentation :
Les règles d’installation ou d’usage généralisent une alimentation 24Vdc
 Portée de la communication :
Selon leurs destinations, les sites industriels peuvent s’étendre de quelques dizaines
de mètres, à plusieurs kilomètres.
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 13
 L’Environnement Industriel
Les bandes de fréquence
 Les technologies
 Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en oeuvre
 La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 14
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1.000
10.000
MHz Soudage
àl’arc
Soudage
parpoint
RFID
Alimentation
à
découpage
Contact
derelais
Moteur
Fourà
induction
Conversion
fréquence
Fréquences
Harmoniques
2,4 GHz
Environnement industriel
Pourquoi le 2,4 ou 5 GHz ?
Pour se positionner en dehors des perturbations industrielles
Antenne directive
5GHz
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 15
Avec licence
Licence pour radio
GSM / GPRS
(téléphone mobile)
Sans licence
Bande radio ISM
 433-434 MHz
 868-870 MHz
 2400–2483 MHz
Licenceradio
ISM 433 ISM 868
DECT
ISM 2400
25 kHz 1 MHz 2 MHz 2x 20 MHz 83 MHz
Largeurs bandes radio
Fréquences radio
Quels choix ?
GSM/GPRS
Bande radio U-NII
 5150-5350 MHz
 5470-5725 MHz
200 / 255MHz
U-NII 5150 / 5470
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 16
Plage de
Fréquence
Fréquence
Applications
Longueur
d‘onde
30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz
LF
Basse
fréquence
UHF
Ultra
haute
fréquence
SHF
Super haute
fréquence
EHF
Extra haute
fréquence
HF
Haute
fréquence
VHF
Très haute
fréquence
MF
Fréquence
moyenne
10 km 1 cm10 cm1 m10 m100 m1 km 1 mm
navigation,
radio sous-marine
Radio données, radio et TV Liaison radio,
satellite radio,
radar
Fréquences radio
Le spectre
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 17
 L’Environnement Industriel.
 Les bandes de fréquence
Les technologies
 Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en œuvre
 La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 18
WRAN (802.22)
Pièce Bâtiment Zone Ville Monde
Couverture
Débit[Bit/s]
4 M
2 M
1 M
10 K
11/54 M
et plus
DECT
WiFi
(802.11)
WiMax 802.16
MBWA (WiMobile) 802.20
UMTS
GSM/GPRS
Bandes radio multiples
Bande étroite
UWB
802.15.3
RFID
ZigBee 802.15.4
WPAN
WSAN
BlueTooth
802.15.1
WMANWLAN WRAN
Aperçu standards réseaux sans fil
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 19
Approuvé
802.11 802.11b 802.11g802.11a et h 802.11n
Juillet 97 Sept 99 Sept 99 Juin 03 Draft 2.0
Bande Fréquence 2400,0 – 2483,5
5150 - 5350,
5470 - 5725
2400,0 – 2483,5 2400,0 – 2483,5 2400,0 – 2483,5
83,5 MHzSpectre 83,5 MHz 83,5 MHz 83,5 MHz455 MHz
3Canaux
(non chevauchants)
4 4 2 ou 3
(20 ou 40 MHz)
8
11
IR -FHSS
DSSS
Transmission HR/DSSS
ODFM
DSSS, HR/DSSS
MIMO-OFDM
DSSS, HR/DSSS
ODFM
2
1
Débit Max
brut / net
11
5
54
22
300
130
54
22
5150 - 5350,
5470 - 5725
455 MHz
8
11
MIMO-OFDM
DSSS, HR/DSSS
300
130
Standards réseaux 802.11 WiFi
Puissance (mW)
200
1000
100 100 100
23
30
20 20 20
N/AUsage Indoor
Outdoor
Indoor
Outdoor
Indoor
Outdoor + DFS (5GHz)
Indoor
Outdoor + DFS
Gain (dB)
100
20
200
1000
23
30
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 20
 Faible consommation d’énergie
 Bande ISM (2.402 - 2.480 GHz)
 79 canaux d'une largeur de 1MHz balayés 1600 fois/s
 Classes de puissance d’émission
 Classe 1 : 100 mW (20 dBm) ou 10 mW (10 dBm) en intérieur (Usages Industriels)
( puissance autoadaptative selon les fabricants)
 Classe 2 : 2,5 mW
 Classe 3 : 1 mW
 Débits
 Bluetooth 2.0 + EDR : 2 Mbs ( 3 Mbps avec EDR : Enhanced Data Rate)
 Bluetooth 1.0 : 1 Mbps
 Fonctionnement maître/esclave
 Topologies de réseaux
 Piconet (1 maître / 7 esclaves)
 Scatternet (interconnexion de plusieurs piconets)
 Passerelle
Standard réseaux Bluetooth IEEE802.15.1
WIRELESS A51 – 3 février 2010 - 21
Coexistence Wifi et Bluetooh
WLAN
WLAN 802.11 pour une connexion au réseau général
Bluetooth (802.50) pour la connexion des E/S.
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 22
Autres alternatives industrielles
 Projet IEEE P1451.5
 Réseau de capteurs basé sur la couche physique Bluetooth
 Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators
 Wireless Sensor Working Group
 WISA (Wireless Sensor and Actuator networks for Measurement and Control)
 Réseau capteurs actionneurs
 Topologie maillée, 10 à 15 m, Saut de Fréquence à 120 kHz
 Consortium universitaire scandinave (essentiellement ABB)
 Wireless HART (WHART)
 Réseau HART sans fil
 Topologie maillée basée sur 802.15.4 en 2,4 GHz
 HART Communication foundation (Emerson, Honeywell, …)
 Wireless Profibus
 Continuité Profibus sans fil
 12 Mbits/s, 900 MHz, 20 km
 Proposition IEEE pour futur standard sur DS-UWB
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 23
Autres alternatives industrielles
 802.15.4 – ZigBee
 2,4 GHz ou 868/915 MHz
 Distance : 10 m (1 à 100 m), 250 kbps et 20 kbps
 Destiné aux périphériques peu gourmands en énergie (domotique ou industrie)
 Standards ISA (International Society of Automation)
 Organisation à but non lucratif pour la promotion des techniques dans les domaines
de l'Instrumentation, des Systèmes et de l'Automation
 Comité de standardisation ISA SP100 pour les réseaux sans fil
 Objectif : Établir des standards, des recommandations et des rapports techniques
visant à définir des procédures permettant de mettre en œuvre les technologies de
communication sans fil dans le domaine des automatismes et plus particulièrement
au niveau des capteurs et des actionneurs. (Wi-Fi, ZigBee, Wireless HART,…)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 24
 L’Environnement Industriel
 Les bandes de fréquence
 Les technologies
Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en oeuvre
 La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 25
Commutateur
Ethernet
Point d‘Accès
(AP)
Réseau industriel
Distribution System
Clients
(AC)
Architecture WLAN 802.11 : Mode Infrastructure
Liaison Multi-Points
 AP vers AC mobiles
 Transparence des protocoles
IHM
Arrêt
d‘urgence
API avec Sécurité
Proxy Wifi
Réseau de
terrain
E/S
Réseau
de terrain
API
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 26
Point d‘Accès
 Bridge point à point entre points d‘accès fixes (Extension LANs)
 Clients mobiles possibles
 Transparence totale des utilisateurs et protocoles
 Solution constructeur, pas de norme établie
Distribution System 2
Clients IHM
Maintenance
Point d‘Accès
Distribution System 1
Architecture WLAN 802.11 : Mode Bridge
Liaison Multi-Points
Clients API
Proxy Wifi /Bus de terrain
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 27
Architecture Point à point Bluetooth 802.15.1
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 28
SQL-Server
SQL-driver
Architecture Picoréseau Bluetooth 802.15.1
 Maître /Esclave (Ex : Acquisition E/S)
 Distance selon la classe de puissance des participants.
 7 esclaves Maxi
 Les esclaves peuvent avoir plusieurs maîtres et former des liaisons inter-réseaux
 Pas de liaison entre maîtres
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 29
 L’Environnement Industriel
 Les bandes de fréquence
 Les technologies
 Les architectures génériques
Applications et architectures types:
1- Echange d’information avec un équipement mobile
2- Extension d’un réseau existant
3- Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
4- Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en oeuvre
 La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 30
1 - Échange d’informations avec un équipement mobile
 Logistique (transtockeur)
 Industrie minière
 Automobile (ligne d’assemblage)
 Suppression des équipements filaires (collecteurs tournants, chaîne porte-câbles).
 Gain de temps sur le tirage de câble.
 Couverture du signal : environnement physique du bâtiment et du mobile.
Domaines d’application
Bénéfices
Contraintes
Coexistence avec des équipements
perturbants (CEM industrielle)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 31
Backbone
5 GHz
Clients mobiles et
API de sécurité en
2,4 GHz ou 5 GHz
V LAN 3V LAN 1 V LAN 2
Architecture type mobilité en Wi-Fi Multi-points
(Mode Infrastructure et/ou Bridge)
API avec
sécurité
API
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 32
Le Wifi peut être utlisé avec des produits Wifi homologués SIL3 :
 Des solutions pour la sécurité distribuée
La sécurité machine et le WIFI
API avec
sécuritéPoint d‘AccèsClient
E/S de sécurité
Panel mobile de sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 33
Sé
Exemple de Sécurité Machine
Ethernet
Automate 1
Ethernet
ILC 170
SIL3 / PLe SIL3 / PLe
Automate 2
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 34
Exemples mobilité en Wi-Fi
(Couvertures mobiles diverses)
Pont roulant
 Communication avec le pont
 Couverture des points éloignés
 Laison inter-automate
 Comnunication de sécurité
 Fonction de sécurité (jusqu‘a SIL3 )
Nacelles dans chaînes de
montage automobile
 Communication avec les nacelles
 Connexions additionnelles de clients
mobiles de maintenance en plus
 Facilité de mise en œuvre et la maintenabilité
comparées aux systèmes mécaniques (collecteurs
tournants par exemple)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 35
Exemples mobilité en Wi-Fi
Solutions avec câbles guides d’ondes
• Propagation contrôlée de l’onde radio le long du parcours du mobile
(jusqu’à 200m)
• Création d’un champ radio fiable et maîtrisé dans des environnements
radio difficiles
• Solution pour véhicules automatiques sur rails
• Création de plusieurs tronçons
Câble Guide d’ondes
Access Point WiFi
API
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 36
Central Cabinet
Architecture type mobilité en Bluetooth
(Ligne de production en bus en liaison point à point)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 37
Central Cabinet
work-place 1 work-place 2
Exemple mobilité en Bluetooth
(Plate-forme d‘assemblage en liaison point à point)
 Autonomie des stations de travail
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 38
2 - Extension d’un réseau existant
 Extension de capacités de production.
 Modernisation et déploiement de supervision sur un site étendu.
 Réduction des coûts d’installation.
 Facilité et rapidité de mise en œuvre.
 Couverture du signal : environnement physique du bâtiment et du mobile.
 Temps de cycle nécessaire sur le réseau existant.
 Compatibilité avec le protocole utilisé et conservation de ses performances.
Domaines d’application
Bénéfices
Contraintes
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 39
Bureaux
Sites distants
Ateliers
Cuve 9-1
Hall 6-1
Entrepôts 9-3
Livraisons 9-4
Entrepôts 9-5
Labo 1 Cuve 9-2
Architecture type extension par Wi-Fi
(Mode Bridge, extension LANs)
Distribution réseau LAN
 Remplacement couverture filaire
 Liaisons point à point (transparence entre LANs)
 Couvertures WLAN locales éventuelles
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 40
Usine
PRG
P2
P3
Exemple extension par Wi-Fi
(Extension réseau usine)
Sucrerie
 Extension réseau local industriel automates
 Couverture des points éloignés de stockage
vers l‘usine principale (> 2 km)
 Liaisons point à point Bridge (LAN to LAN)
 Réduction des coûts de câblage
liée aux distances et aux sites
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 41
Architecture type extension par Bluetooth
(Extension I/0 usine)
 Adapté à la transmission cyclique des E/S
(Ex : 35 ms pour sept radios)
 Modules E/S connectés à une base
 Intégration via Ethernet dans différents
protocoles (Modbus/ TCP,….)
 Serveur I/0 Ethernet
 Maître / Esclave multi-points
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 42
Architecture type extension par Bluetooth
(Extension I/0 usine)
IO
E/S2
 Transmission BLUETOOTH dans une usine de
transformation de pièces métalliques.
 Intégration transparente sans recours à un
réseau filaire (Ethernet ou bus de terrain).
Armoire centrale
E/S1
E/S2E/S1
Coffrets
Positionnables
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 43
Exemple extension par Bluetooth
(Gestion multi-systèmes vers la GPAO)
 Solution Economique pour
remonter les informations de
production vers la GPAO
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 44
3 - Échange d’informations au travers d’une zone
inaccessible, dangereuse ou perturbée par des objets en
mouvement
 Zones logistique (portuaire, aéroportuaire, fret)
 Zones Ex
 Sites chimiques et pétrochimiques
 Carrières
 Traversée d’une zone non propriétaire.
 Réduction des coûts d’installation (enfouissement des câbles).
 Limitation d’accès à des zones dangereuses pour les intervenants.
 Couverture du signal.
 Distances.
 Sécurité du réseau.
 Alimentation électrique des équipements distants.
Domaines d’application
Bénéfices
Contraintes
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 45
Fonction relais
(Mode Bridge)
Diffusion locale
Clients mobiles
(HotSpot)
Distribution
locale en
Client fixe
Architecture type distribution par Wi-Fi en environnement
difficile
(Mode Bridge/Infrastructure)
Distribution via
obstacles
 Zone urbanisée
 Obstacles nombreux
(immeubles, végétation,..)
 Couverture difficile, distances
importantes
 Sites publics / privés
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 46
Exemple distribution par Wi-Fi en environnement difficile
(Vidéo surveillance autoroute)
Caméras IP
distribuées
 Grandes distances > 4/5 km
 Obstacles urbains (site public)
 Liaisons point à point (Bridge)
 Débit important et continu
 Réseau critique (vidéo sécurité)
Caméras distribuées
Réseau LAN
entreprise
Poste de
surveillance
 Simplification des démarches administratives
 Economie liée aux distances et à la complexité
topologique
 Transmission sécurisée de données sensibles (police)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 47
 Surveillance, contrôle et commande
 Transmission entres bâtiments sans visu
 Passage direct de filerie impossible pour respecter les consignes du site
 Atmosphères agressives et explosibles
 Remplacer la surveillance existante avec caméra et opérateur par des I/O
 Amélioration du contrôle avec de nouvelles informations
Architecture type distribution par Bluetooth n
environnement difficile
(Site chimique)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 48
Exemple distribution par Bluetooth en environnement difficile
(Contrôle torchère)
La communication couvre une zone de 300 mètres.
Torche à surveiller
et commander
 Solution économique
 Traversée de site public
 Zone ATEX à traverser
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 49
4 - Mobilité des opérateurs
 Traitement de l’eau
 Zone portuaire
 Sites chimiques
 Industrie manufacturière
 Mobilité des opérateurs
 Connexion simultanée de plusieurs opérateurs avec des droits différents
 Accès rapide au réseau
 Limitation d’accès à des zones dangereuses pour les intervenants
 Continuité de la couverture (Positionnement des équipements)
 Sécurité du réseau
 Gestion des droits d’accès des utilisateurs
Domaines d’application
Bénéfices
Contraintes
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 50
Distribution du réseau industriel par Wi-Fi
Liaison multi points
Fonctions de roaming (Handover)
...
Point d‘accès 1
Industrial Ethernet
Hall 2
Hall 1
Robust Access Point
Clients API
APi client
Point d‘accès 2
Les Clients peuvent migrer entre les AP
Les zones se recouvrent
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 51
Pico-Net 1 Pico-Net 2
Port S1/A Port S1/B Port S2/A
Pico-Net 3
Exemple mobilité en Bluetooth
(Chariot élévateur)
 Solution unique à la
contrainte de mobilité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 52
Station d’épuration de 18 communes
 Fonctionnement sans personnel permanent
 Accessibilité plus large pour la surveillance et le pilotage
A distance via Internet
Par PC portable
Du local de permanence
 Cohérence de l’exploitation
 17 points d’accès WIFI sur 24 hectares
 Réduction du câblage interne / externe
 Débit de 54 MBit/s
Exemple 2 distribution opérateurs par WiFi
(Exploitation automatique d’usine)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 53
Poste de Surveillance
Station d’épuration (24 ha)
 Mobilité totale sur tout le site
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 54
Poste de Surveillance
Station d’épuration (24 ha)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 55
Remote
I/O
Automate
Variateurs de vitesse
Exemple 3 Mobilité des opérateurs
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 56
 L’Environnement Industriel
 Les bandes de fréquence
 Les technologies
 Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement
en mouvement
Mobilité des opérateurs
Méthodologie de mise en oeuvre
 La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 57
Réseau sans fil: les conditions du succès
 Chaque site est très différent et chacun a un environnement Wireless différent
 La maîtrise de l‘environnement conditionne le bon fonctionnement du réseau
 Les distances, les obstacles fixes (murs, arbres, ...) ou en mouvement
(véhicules, personnes, machines,…) affectent la portée et la zone de couverture.
 Une étude de site (site survey) est nécessaire
 Une étude de site se décompose en plusieurs étapes
 Etude sur plan
 Visite et audit du site
 Modélisation
 Essais
 Implémentations
 Outils, logiciels, techniques, …
 Des spécialistes vous accompagnent
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 58
 La zone de couverture (ou cellule) d‘un point d‘accès dépend de
l‘environnement. La distance, les murs, les meubles ainsi que les personnes qui
se déplacent peuvent en faire varier la portée
 La zone de couverture est non seulement une condition du bon
fonctionnemement mais aussi le premier niveau de sécurité.
Zone de couverture radio
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 59
Omnidirectionnelle
Directionnelle
Cables, Pigtails Parasurtenseurs
Choix des éléments de base - Antennes et Accessoires
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 60
Les antennes peuvent être soit :
 Omnidirectionnelles (0 à 15 dBi)
 Directionnelles (5 à 24 dBi)
L’antenne directionnelle plus
directive permet des distances
plus élevées avec un signal plus
« clair » en émission et une
sensibilité plus forte en réception
dans la direction dominante
Dessus
Dessus
Types Antennes
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 61
Les antennes peuvent être aussi :
 Guide d‘ondes
Types Antennes
• Création d’un champ radio fiable et
maîtrisé dans des environnements
radio difficiles
• Grande flexibilité et mise en oeuvre
simple
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 62
Gain antenne
Perte Parafoudre
Puissance de
sortie radio
Gain Antennes
Plus la puissance est grande, plus la portée
sera importante.
Exemple : Pour doubler la portée, on
quadruple la puissance de l’émetteur
(100 mW = 2 fois plus loin que 25 mW)
G [dBi] = 10 log P / P0
Le gain de l‘antenne (exprimé en dBi) a une
influence directe sur la puissance émise
mW
dB
dBi
dBm
P0 = puissance antenne de comparaison
P = puissance de réception antenne
Perte câble
Puissance
rayonnée
EIPR
+
-
-
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 63
Facteurs critiques en intérieur
 Positionnement des AP
 Hauteur des AP
 Ligne de vue / obstacles
 Réflexions
 Atténuations
 Interférences
 Bande passante – nombre d‘utilisateurs – applications : Nombre d‘AP
 Roaming ou handover
 Sécurité au niveau Clients
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 64
 Fréquences utilisables
 Distance
 Zone de Fresnel
 Ligne de vue
 Réflexions
 Interférences
 Hauteur des AP (mât / pylône)
 Montage des AP
 Antennes extérieures
 Bande passante locale – selon applications
 Sécurité liaison
Facteurs critiques en extérieur
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 65
 Pollution électromagnétique industrielle (moteurs, soudage, etc.)
> non critique (sauf champs magnétiques intenses : Haute-tension,
Electro-aimants,..)
 Effets d’ombre non prévus (obstacles en mouvements)
> installation de stations supplémentaires
 Pas d’arrivée LAN filaire >
Backbone sans fil (Mode Bridge)
 Pas d’arrivée alimentation (24 V)
> PoE
Pour anticiper tous les problèmes un audit sur site est fortement recommandé
Autres facteurs critiques
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 66
 Chaque site est très différent et chacun aura
un environnement Wireless différent
 Phase préalable ou collecte d‘informations
 Phase d‘étude sur plan (modélisation WLAN Planner)
 Phase d‘audit du site (Site survey)
 Phase d‘essais / implémentation (couverture finale)
 Avoir
 les bonnes techniques
 les bons outils
Etude de site
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 67
 L’Environnement Industriel
 Les bandes de fréquence
 Les technologies
 Les architectures génériques
 Applications et architectures types:
Echange d’information avec un équipement mobile
Extension d’un réseau existant
Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à
environnement en mouvement
Mobilité des opérateurs
 Méthodologie de mise en oeuvre
 Les techniques de transmission
La sécurité
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 68
Sécurité
Les réseaux sans fil : Une invitation pour les hackers ?
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 69
En premier lieu, il faut assurer la sécurité (sécurité – innocuité safety) d’un
réseau sans fil, c’est la sûreté de fonctionnement selon le point de vue de
la non occurrence de défaillances dangereuses :
 Stabilité de transmission par optimisation des capacités radio
 Etude et mise en œuvre
 Disponibilité de transmission via redondance
(contre les pannes ou les attaques de déni de service)
 Sécurisation et duplication des canaux de transmissions
Sûreté / sécurité ?
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 70
Puis assurer la sécurité (sécurité – confidentialité security), c’est la sûreté
de fonctionnement selon le point de vue de la prévention d’accès et/ou de
manipulations non autorisées de l’information :
 La confidentialité, l’intégrité, la responsabilité
 Contrôle des accès par authentification
 Cryptage fort
 Restrictions diverses
Sûreté / sécurité ?
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 71
Point d‘Accès
Client(s)
Ecoutes
Modifications
Usurpation d‘identité
Déni de Service
Interceptions
Attaques passives ou actives !
Les réseaux sans fil représentent une voie privilégiée d‘accès !
La sécurité réseau WLAN et PAN
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 72
La Sécurité en Bluetooth
 Modes de Sécurité.
– Mode 1 : Non sécurisé.
– Mode 2 : sécurisé au niveau applicatif.
– Mode 3 : sécurisé au niveau de la liaison.
– Ces modes sont appliqués ou non selon les fabricants
 Les différents procédés de sécurisation.
– Code d’Authentification (appairage).
• Appairage manuel via une mémoire amovible.
• Appairage en usine.
• Appairage lors de la première connexion.
– Cryptage des informations transmises Clé de 128 bits type E0.
– Module indétectable.
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 73
 Cryptage de la communication
 WEP
 WPA-TKIP
 AES-CCM (WPA2)
 Authentification et accès
 EAP + Serveur RADIUS (802.1x)
 SSID fermés ou indépendants
 ACL (Adresses MAC)
 Protection externes
 Firewall
 VPN
 VLAN (Multi SSID)
Principes de sécurité WLAN
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 74
 Le nouveau standard de sécurité WLAN
 Remplace les bases WEP et WPA
 WPA2 est reprise dans le standard 802.11i
 Cryptage fort par algorithme AES-CCM
 Contrôle intégrité inclus
 Mode cryptage symétrique PSK sans authentification (Personnal)
 Authentification forte possible par 802.1x/EAP + Serveur RADIUS (Enterprise)
 Le WPA2 est la solution de sécurité forte en WiFi
 Solution complète et standardisée
 Aujourd‘hui non cracké
 Les réseaux Wireless deviennent plus sécurisés que les réseaux filaires
802.11i (WPA2)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 75
• Réseau à disponibilité élevée: Meilleure disponibilité du réseau grâce à
la redondance de la transmission pour des applications critiques
• Alarmes:
– Surveillance de l‘état de la liaison radio entre les points d‘accès et alerte en cas
de défaillance d‘un point d‘accès ou d‘un parasitage trop élevé
– Contrôle permanent de l‘accessibilité des partenaires de communication
Liaison redondante en WIFI
Transmission de données simultanément via deux canaux avec un
basculement automatique d’un canal à l’autre en cas de forte perturbation
(2.4 GHz vers 5 GHz ou vice versa)
WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 76
• www.bluetooth.com
• www.wi-fi.org
• CD ROM Wireless solutions for automation
Séminaire 25-26 juin 2008 ISA France
Jean-Pierre HAUET
Pour en savoir plus sur les techniques
de transmission

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Reseaux sans fil_fev2009-2010-00112-01-e

  • 1. RESEAUX SANS FIL Des solutions industrielles aux besoins des entreprises
  • 2. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 2 LE GIMELEC Groupement des Industries de l'Équipement Électrique, du Contrôle-Commande et des Services associés 230 entreprises adhérentes, fournisseurs d’équipements, systèmes, services et solutions électriques et d’automatismes sur 3 marchés : • Infrastructures d’énergie • Industrie • Bâtiments Un chiffre d’affaires de 12,3 milliards d’euros 74 000 personnes en France
  • 3. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 3 Division A51 Automatismes Programmables Ses Membres impliqués dans le Wireless
  • 4. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 4 Commun Les enjeux Les études récentes confirment une croissance très forte du marché du Wireless dans les applications industrielles. Marché Mondial du Wireless (Manufacturing et Process) 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 2007 2008 2009 2010 2011 2012 MillionsofUS$ Source ARC
  • 5. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 5  L’Environnement Industriel  Les bandes de fréquence  Les technologies  Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en oeuvre  La sécurité Plan de la présentation
  • 6. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 6 Les Réseaux sans fil  Après le succès de la téléphonie mobile, les technologies sans fil s‘appliquent désormais aux réseaux locaux (WLAN), personnels (WPAN), puis bientôt aux réseaux à plus grande échelle (WMAN) ou aux réseaux de capteurs en industrie (WSAN) Principaux avantages :  Mobilité : Accès aux informations sans être relié au réseau physique de l‘entreprise  Simplicité : Installation simple et rapide (pas de fils ...)  Topologie : Déploiement flexible et modifiable rapidement  Coût : Investissement initial plus élevé mais coûts de maintenance presque nuls et modifications sans dépenses supplémentaires  Interconnectivité : Compatibilité et extension naturelle d‘Ethernet  Fiabilité : Efficacité prouvée (phénomènes d‘interférences bien connus), performances garanties avec une bonne conception Nota: les termes « Réseaux sans fil » et « Wireless » seront indifféremment utilisés dans la présentation
  • 7. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 7 Aéroports Bureaux Domicile Lieux publics Avions Gares, stations Trains Hôtels Evènements, conférences Edifices, administrations Transports urbains (Bus, Métro, Tram,...) Hot spots Le Wireless : partout …
  • 8. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 8 Niveau Terrain Niveau Contrôle TRANSMITTER PLC VALVESENSOR TRANSMITTER PENDENT BUTTONS ERP Wireless Le Wireless Une réalité dans l’industrie
  • 9. WIRELESS A51 – 3 février 2010 - 9 Niveau Terrain Niveau Contrôle ERP Points d’accès fixe Wireless par réseau (segmenté) Clients Wireless sur véhicules, lignes de production, etc. Administration générale Réseau LAN + WLAN Le Wireless industriel Répartition des rôles Usage localisé ou distribué
  • 10. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 10 Terrain Contrôle TRANSMITTER PLC VALVESENSOR HMI / IPC TRANSMITTER PENDENT BUTTONS DRIVES & MOTORS ERP WLAN 802.11 Bluetooth/Zigbee/ Wisa/UWB etc… 802.15 Le Wireless industriel Répartition des technologies
  • 11. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 11  Communication avec appareils mobiles  Equipements industriels (PC portables, PDA, pupitres, opérateurs mobiles)  Communications avec systèmes mobiles  Véhicules autoguidés  Wagonnets sur rail, nacelles  Machines mobiles (machines tournantes, mouvements complexes, convoyage, chaînes,...)  Communication avec équipements distants  Sites difficilement accessibles ou isolés  Coûts de câblage prohibitifs  Liaisons inter-bâtiments, traversées d‘obstacles (route, voie ferrée, canal…) Au service des besoins industriels
  • 12. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 12 Commun Une réponse sûre à des contraintes industrielles et de sécurité  Perturbations Electromagnétiques et Environnements Physiques: Certains équipements de production génèrent des perturbations à fréquences élevées. D’autres peuvent représenter des obstacles à la transmission radio.  Plages de températures : La température ambiante peut atteindre des valeurs bien supérieures ou inférieures à celles d’un environnement tertiaire.  Robustesse et Etanchéité : Placés au cœur du process, les équipements de communication peuvent être soumis à des contraintes mécaniques ou à des projections de fluides.  Tension d’alimentation : Les règles d’installation ou d’usage généralisent une alimentation 24Vdc  Portée de la communication : Selon leurs destinations, les sites industriels peuvent s’étendre de quelques dizaines de mètres, à plusieurs kilomètres.
  • 13. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 13  L’Environnement Industriel Les bandes de fréquence  Les technologies  Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en oeuvre  La sécurité
  • 14. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 14 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1.000 10.000 MHz Soudage àl’arc Soudage parpoint RFID Alimentation à découpage Contact derelais Moteur Fourà induction Conversion fréquence Fréquences Harmoniques 2,4 GHz Environnement industriel Pourquoi le 2,4 ou 5 GHz ? Pour se positionner en dehors des perturbations industrielles Antenne directive 5GHz
  • 15. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 15 Avec licence Licence pour radio GSM / GPRS (téléphone mobile) Sans licence Bande radio ISM  433-434 MHz  868-870 MHz  2400–2483 MHz Licenceradio ISM 433 ISM 868 DECT ISM 2400 25 kHz 1 MHz 2 MHz 2x 20 MHz 83 MHz Largeurs bandes radio Fréquences radio Quels choix ? GSM/GPRS Bande radio U-NII  5150-5350 MHz  5470-5725 MHz 200 / 255MHz U-NII 5150 / 5470
  • 16. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 16 Plage de Fréquence Fréquence Applications Longueur d‘onde 30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz LF Basse fréquence UHF Ultra haute fréquence SHF Super haute fréquence EHF Extra haute fréquence HF Haute fréquence VHF Très haute fréquence MF Fréquence moyenne 10 km 1 cm10 cm1 m10 m100 m1 km 1 mm navigation, radio sous-marine Radio données, radio et TV Liaison radio, satellite radio, radar Fréquences radio Le spectre
  • 17. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 17  L’Environnement Industriel.  Les bandes de fréquence Les technologies  Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en œuvre  La sécurité
  • 18. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 18 WRAN (802.22) Pièce Bâtiment Zone Ville Monde Couverture Débit[Bit/s] 4 M 2 M 1 M 10 K 11/54 M et plus DECT WiFi (802.11) WiMax 802.16 MBWA (WiMobile) 802.20 UMTS GSM/GPRS Bandes radio multiples Bande étroite UWB 802.15.3 RFID ZigBee 802.15.4 WPAN WSAN BlueTooth 802.15.1 WMANWLAN WRAN Aperçu standards réseaux sans fil
  • 19. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 19 Approuvé 802.11 802.11b 802.11g802.11a et h 802.11n Juillet 97 Sept 99 Sept 99 Juin 03 Draft 2.0 Bande Fréquence 2400,0 – 2483,5 5150 - 5350, 5470 - 5725 2400,0 – 2483,5 2400,0 – 2483,5 2400,0 – 2483,5 83,5 MHzSpectre 83,5 MHz 83,5 MHz 83,5 MHz455 MHz 3Canaux (non chevauchants) 4 4 2 ou 3 (20 ou 40 MHz) 8 11 IR -FHSS DSSS Transmission HR/DSSS ODFM DSSS, HR/DSSS MIMO-OFDM DSSS, HR/DSSS ODFM 2 1 Débit Max brut / net 11 5 54 22 300 130 54 22 5150 - 5350, 5470 - 5725 455 MHz 8 11 MIMO-OFDM DSSS, HR/DSSS 300 130 Standards réseaux 802.11 WiFi Puissance (mW) 200 1000 100 100 100 23 30 20 20 20 N/AUsage Indoor Outdoor Indoor Outdoor Indoor Outdoor + DFS (5GHz) Indoor Outdoor + DFS Gain (dB) 100 20 200 1000 23 30
  • 20. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 20  Faible consommation d’énergie  Bande ISM (2.402 - 2.480 GHz)  79 canaux d'une largeur de 1MHz balayés 1600 fois/s  Classes de puissance d’émission  Classe 1 : 100 mW (20 dBm) ou 10 mW (10 dBm) en intérieur (Usages Industriels) ( puissance autoadaptative selon les fabricants)  Classe 2 : 2,5 mW  Classe 3 : 1 mW  Débits  Bluetooth 2.0 + EDR : 2 Mbs ( 3 Mbps avec EDR : Enhanced Data Rate)  Bluetooth 1.0 : 1 Mbps  Fonctionnement maître/esclave  Topologies de réseaux  Piconet (1 maître / 7 esclaves)  Scatternet (interconnexion de plusieurs piconets)  Passerelle Standard réseaux Bluetooth IEEE802.15.1
  • 21. WIRELESS A51 – 3 février 2010 - 21 Coexistence Wifi et Bluetooh WLAN WLAN 802.11 pour une connexion au réseau général Bluetooth (802.50) pour la connexion des E/S.
  • 22. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 22 Autres alternatives industrielles  Projet IEEE P1451.5  Réseau de capteurs basé sur la couche physique Bluetooth  Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators  Wireless Sensor Working Group  WISA (Wireless Sensor and Actuator networks for Measurement and Control)  Réseau capteurs actionneurs  Topologie maillée, 10 à 15 m, Saut de Fréquence à 120 kHz  Consortium universitaire scandinave (essentiellement ABB)  Wireless HART (WHART)  Réseau HART sans fil  Topologie maillée basée sur 802.15.4 en 2,4 GHz  HART Communication foundation (Emerson, Honeywell, …)  Wireless Profibus  Continuité Profibus sans fil  12 Mbits/s, 900 MHz, 20 km  Proposition IEEE pour futur standard sur DS-UWB
  • 23. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 23 Autres alternatives industrielles  802.15.4 – ZigBee  2,4 GHz ou 868/915 MHz  Distance : 10 m (1 à 100 m), 250 kbps et 20 kbps  Destiné aux périphériques peu gourmands en énergie (domotique ou industrie)  Standards ISA (International Society of Automation)  Organisation à but non lucratif pour la promotion des techniques dans les domaines de l'Instrumentation, des Systèmes et de l'Automation  Comité de standardisation ISA SP100 pour les réseaux sans fil  Objectif : Établir des standards, des recommandations et des rapports techniques visant à définir des procédures permettant de mettre en œuvre les technologies de communication sans fil dans le domaine des automatismes et plus particulièrement au niveau des capteurs et des actionneurs. (Wi-Fi, ZigBee, Wireless HART,…)
  • 24. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 24  L’Environnement Industriel  Les bandes de fréquence  Les technologies Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en oeuvre  La sécurité
  • 25. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 25 Commutateur Ethernet Point d‘Accès (AP) Réseau industriel Distribution System Clients (AC) Architecture WLAN 802.11 : Mode Infrastructure Liaison Multi-Points  AP vers AC mobiles  Transparence des protocoles IHM Arrêt d‘urgence API avec Sécurité Proxy Wifi Réseau de terrain E/S Réseau de terrain API
  • 26. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 26 Point d‘Accès  Bridge point à point entre points d‘accès fixes (Extension LANs)  Clients mobiles possibles  Transparence totale des utilisateurs et protocoles  Solution constructeur, pas de norme établie Distribution System 2 Clients IHM Maintenance Point d‘Accès Distribution System 1 Architecture WLAN 802.11 : Mode Bridge Liaison Multi-Points Clients API Proxy Wifi /Bus de terrain
  • 27. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 27 Architecture Point à point Bluetooth 802.15.1
  • 28. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 28 SQL-Server SQL-driver Architecture Picoréseau Bluetooth 802.15.1  Maître /Esclave (Ex : Acquisition E/S)  Distance selon la classe de puissance des participants.  7 esclaves Maxi  Les esclaves peuvent avoir plusieurs maîtres et former des liaisons inter-réseaux  Pas de liaison entre maîtres
  • 29. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 29  L’Environnement Industriel  Les bandes de fréquence  Les technologies  Les architectures génériques Applications et architectures types: 1- Echange d’information avec un équipement mobile 2- Extension d’un réseau existant 3- Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement 4- Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en oeuvre  La sécurité
  • 30. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 30 1 - Échange d’informations avec un équipement mobile  Logistique (transtockeur)  Industrie minière  Automobile (ligne d’assemblage)  Suppression des équipements filaires (collecteurs tournants, chaîne porte-câbles).  Gain de temps sur le tirage de câble.  Couverture du signal : environnement physique du bâtiment et du mobile. Domaines d’application Bénéfices Contraintes Coexistence avec des équipements perturbants (CEM industrielle)
  • 31. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 31 Backbone 5 GHz Clients mobiles et API de sécurité en 2,4 GHz ou 5 GHz V LAN 3V LAN 1 V LAN 2 Architecture type mobilité en Wi-Fi Multi-points (Mode Infrastructure et/ou Bridge) API avec sécurité API
  • 32. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 32 Le Wifi peut être utlisé avec des produits Wifi homologués SIL3 :  Des solutions pour la sécurité distribuée La sécurité machine et le WIFI API avec sécuritéPoint d‘AccèsClient E/S de sécurité Panel mobile de sécurité
  • 33. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 33 Sé Exemple de Sécurité Machine Ethernet Automate 1 Ethernet ILC 170 SIL3 / PLe SIL3 / PLe Automate 2
  • 34. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 34 Exemples mobilité en Wi-Fi (Couvertures mobiles diverses) Pont roulant  Communication avec le pont  Couverture des points éloignés  Laison inter-automate  Comnunication de sécurité  Fonction de sécurité (jusqu‘a SIL3 ) Nacelles dans chaînes de montage automobile  Communication avec les nacelles  Connexions additionnelles de clients mobiles de maintenance en plus  Facilité de mise en œuvre et la maintenabilité comparées aux systèmes mécaniques (collecteurs tournants par exemple)
  • 35. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 35 Exemples mobilité en Wi-Fi Solutions avec câbles guides d’ondes • Propagation contrôlée de l’onde radio le long du parcours du mobile (jusqu’à 200m) • Création d’un champ radio fiable et maîtrisé dans des environnements radio difficiles • Solution pour véhicules automatiques sur rails • Création de plusieurs tronçons Câble Guide d’ondes Access Point WiFi API
  • 36. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 36 Central Cabinet Architecture type mobilité en Bluetooth (Ligne de production en bus en liaison point à point)
  • 37. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 37 Central Cabinet work-place 1 work-place 2 Exemple mobilité en Bluetooth (Plate-forme d‘assemblage en liaison point à point)  Autonomie des stations de travail
  • 38. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 38 2 - Extension d’un réseau existant  Extension de capacités de production.  Modernisation et déploiement de supervision sur un site étendu.  Réduction des coûts d’installation.  Facilité et rapidité de mise en œuvre.  Couverture du signal : environnement physique du bâtiment et du mobile.  Temps de cycle nécessaire sur le réseau existant.  Compatibilité avec le protocole utilisé et conservation de ses performances. Domaines d’application Bénéfices Contraintes
  • 39. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 39 Bureaux Sites distants Ateliers Cuve 9-1 Hall 6-1 Entrepôts 9-3 Livraisons 9-4 Entrepôts 9-5 Labo 1 Cuve 9-2 Architecture type extension par Wi-Fi (Mode Bridge, extension LANs) Distribution réseau LAN  Remplacement couverture filaire  Liaisons point à point (transparence entre LANs)  Couvertures WLAN locales éventuelles
  • 40. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 40 Usine PRG P2 P3 Exemple extension par Wi-Fi (Extension réseau usine) Sucrerie  Extension réseau local industriel automates  Couverture des points éloignés de stockage vers l‘usine principale (> 2 km)  Liaisons point à point Bridge (LAN to LAN)  Réduction des coûts de câblage liée aux distances et aux sites
  • 41. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 41 Architecture type extension par Bluetooth (Extension I/0 usine)  Adapté à la transmission cyclique des E/S (Ex : 35 ms pour sept radios)  Modules E/S connectés à une base  Intégration via Ethernet dans différents protocoles (Modbus/ TCP,….)  Serveur I/0 Ethernet  Maître / Esclave multi-points
  • 42. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 42 Architecture type extension par Bluetooth (Extension I/0 usine) IO E/S2  Transmission BLUETOOTH dans une usine de transformation de pièces métalliques.  Intégration transparente sans recours à un réseau filaire (Ethernet ou bus de terrain). Armoire centrale E/S1 E/S2E/S1 Coffrets Positionnables
  • 43. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 43 Exemple extension par Bluetooth (Gestion multi-systèmes vers la GPAO)  Solution Economique pour remonter les informations de production vers la GPAO
  • 44. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 44 3 - Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou perturbée par des objets en mouvement  Zones logistique (portuaire, aéroportuaire, fret)  Zones Ex  Sites chimiques et pétrochimiques  Carrières  Traversée d’une zone non propriétaire.  Réduction des coûts d’installation (enfouissement des câbles).  Limitation d’accès à des zones dangereuses pour les intervenants.  Couverture du signal.  Distances.  Sécurité du réseau.  Alimentation électrique des équipements distants. Domaines d’application Bénéfices Contraintes
  • 45. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 45 Fonction relais (Mode Bridge) Diffusion locale Clients mobiles (HotSpot) Distribution locale en Client fixe Architecture type distribution par Wi-Fi en environnement difficile (Mode Bridge/Infrastructure) Distribution via obstacles  Zone urbanisée  Obstacles nombreux (immeubles, végétation,..)  Couverture difficile, distances importantes  Sites publics / privés
  • 46. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 46 Exemple distribution par Wi-Fi en environnement difficile (Vidéo surveillance autoroute) Caméras IP distribuées  Grandes distances > 4/5 km  Obstacles urbains (site public)  Liaisons point à point (Bridge)  Débit important et continu  Réseau critique (vidéo sécurité) Caméras distribuées Réseau LAN entreprise Poste de surveillance  Simplification des démarches administratives  Economie liée aux distances et à la complexité topologique  Transmission sécurisée de données sensibles (police)
  • 47. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 47  Surveillance, contrôle et commande  Transmission entres bâtiments sans visu  Passage direct de filerie impossible pour respecter les consignes du site  Atmosphères agressives et explosibles  Remplacer la surveillance existante avec caméra et opérateur par des I/O  Amélioration du contrôle avec de nouvelles informations Architecture type distribution par Bluetooth n environnement difficile (Site chimique)
  • 48. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 48 Exemple distribution par Bluetooth en environnement difficile (Contrôle torchère) La communication couvre une zone de 300 mètres. Torche à surveiller et commander  Solution économique  Traversée de site public  Zone ATEX à traverser
  • 49. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 49 4 - Mobilité des opérateurs  Traitement de l’eau  Zone portuaire  Sites chimiques  Industrie manufacturière  Mobilité des opérateurs  Connexion simultanée de plusieurs opérateurs avec des droits différents  Accès rapide au réseau  Limitation d’accès à des zones dangereuses pour les intervenants  Continuité de la couverture (Positionnement des équipements)  Sécurité du réseau  Gestion des droits d’accès des utilisateurs Domaines d’application Bénéfices Contraintes
  • 50. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 50 Distribution du réseau industriel par Wi-Fi Liaison multi points Fonctions de roaming (Handover) ... Point d‘accès 1 Industrial Ethernet Hall 2 Hall 1 Robust Access Point Clients API APi client Point d‘accès 2 Les Clients peuvent migrer entre les AP Les zones se recouvrent
  • 51. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 51 Pico-Net 1 Pico-Net 2 Port S1/A Port S1/B Port S2/A Pico-Net 3 Exemple mobilité en Bluetooth (Chariot élévateur)  Solution unique à la contrainte de mobilité
  • 52. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 52 Station d’épuration de 18 communes  Fonctionnement sans personnel permanent  Accessibilité plus large pour la surveillance et le pilotage A distance via Internet Par PC portable Du local de permanence  Cohérence de l’exploitation  17 points d’accès WIFI sur 24 hectares  Réduction du câblage interne / externe  Débit de 54 MBit/s Exemple 2 distribution opérateurs par WiFi (Exploitation automatique d’usine)
  • 53. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 53 Poste de Surveillance Station d’épuration (24 ha)  Mobilité totale sur tout le site
  • 54. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 54 Poste de Surveillance Station d’épuration (24 ha)
  • 55. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 55 Remote I/O Automate Variateurs de vitesse Exemple 3 Mobilité des opérateurs
  • 56. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 56  L’Environnement Industriel  Les bandes de fréquence  Les technologies  Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs Méthodologie de mise en oeuvre  La sécurité
  • 57. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 57 Réseau sans fil: les conditions du succès  Chaque site est très différent et chacun a un environnement Wireless différent  La maîtrise de l‘environnement conditionne le bon fonctionnement du réseau  Les distances, les obstacles fixes (murs, arbres, ...) ou en mouvement (véhicules, personnes, machines,…) affectent la portée et la zone de couverture.  Une étude de site (site survey) est nécessaire  Une étude de site se décompose en plusieurs étapes  Etude sur plan  Visite et audit du site  Modélisation  Essais  Implémentations  Outils, logiciels, techniques, …  Des spécialistes vous accompagnent
  • 58. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 58  La zone de couverture (ou cellule) d‘un point d‘accès dépend de l‘environnement. La distance, les murs, les meubles ainsi que les personnes qui se déplacent peuvent en faire varier la portée  La zone de couverture est non seulement une condition du bon fonctionnemement mais aussi le premier niveau de sécurité. Zone de couverture radio
  • 59. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 59 Omnidirectionnelle Directionnelle Cables, Pigtails Parasurtenseurs Choix des éléments de base - Antennes et Accessoires
  • 60. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 60 Les antennes peuvent être soit :  Omnidirectionnelles (0 à 15 dBi)  Directionnelles (5 à 24 dBi) L’antenne directionnelle plus directive permet des distances plus élevées avec un signal plus « clair » en émission et une sensibilité plus forte en réception dans la direction dominante Dessus Dessus Types Antennes
  • 61. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 61 Les antennes peuvent être aussi :  Guide d‘ondes Types Antennes • Création d’un champ radio fiable et maîtrisé dans des environnements radio difficiles • Grande flexibilité et mise en oeuvre simple
  • 62. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 62 Gain antenne Perte Parafoudre Puissance de sortie radio Gain Antennes Plus la puissance est grande, plus la portée sera importante. Exemple : Pour doubler la portée, on quadruple la puissance de l’émetteur (100 mW = 2 fois plus loin que 25 mW) G [dBi] = 10 log P / P0 Le gain de l‘antenne (exprimé en dBi) a une influence directe sur la puissance émise mW dB dBi dBm P0 = puissance antenne de comparaison P = puissance de réception antenne Perte câble Puissance rayonnée EIPR + - -
  • 63. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 63 Facteurs critiques en intérieur  Positionnement des AP  Hauteur des AP  Ligne de vue / obstacles  Réflexions  Atténuations  Interférences  Bande passante – nombre d‘utilisateurs – applications : Nombre d‘AP  Roaming ou handover  Sécurité au niveau Clients
  • 64. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 64  Fréquences utilisables  Distance  Zone de Fresnel  Ligne de vue  Réflexions  Interférences  Hauteur des AP (mât / pylône)  Montage des AP  Antennes extérieures  Bande passante locale – selon applications  Sécurité liaison Facteurs critiques en extérieur
  • 65. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 65  Pollution électromagnétique industrielle (moteurs, soudage, etc.) > non critique (sauf champs magnétiques intenses : Haute-tension, Electro-aimants,..)  Effets d’ombre non prévus (obstacles en mouvements) > installation de stations supplémentaires  Pas d’arrivée LAN filaire > Backbone sans fil (Mode Bridge)  Pas d’arrivée alimentation (24 V) > PoE Pour anticiper tous les problèmes un audit sur site est fortement recommandé Autres facteurs critiques
  • 66. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 66  Chaque site est très différent et chacun aura un environnement Wireless différent  Phase préalable ou collecte d‘informations  Phase d‘étude sur plan (modélisation WLAN Planner)  Phase d‘audit du site (Site survey)  Phase d‘essais / implémentation (couverture finale)  Avoir  les bonnes techniques  les bons outils Etude de site
  • 67. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 67  L’Environnement Industriel  Les bandes de fréquence  Les technologies  Les architectures génériques  Applications et architectures types: Echange d’information avec un équipement mobile Extension d’un réseau existant Échange d’informations au travers d’une zone inaccessible, dangereuse ou à environnement en mouvement Mobilité des opérateurs  Méthodologie de mise en oeuvre  Les techniques de transmission La sécurité
  • 68. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 68 Sécurité Les réseaux sans fil : Une invitation pour les hackers ?
  • 69. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 69 En premier lieu, il faut assurer la sécurité (sécurité – innocuité safety) d’un réseau sans fil, c’est la sûreté de fonctionnement selon le point de vue de la non occurrence de défaillances dangereuses :  Stabilité de transmission par optimisation des capacités radio  Etude et mise en œuvre  Disponibilité de transmission via redondance (contre les pannes ou les attaques de déni de service)  Sécurisation et duplication des canaux de transmissions Sûreté / sécurité ?
  • 70. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 70 Puis assurer la sécurité (sécurité – confidentialité security), c’est la sûreté de fonctionnement selon le point de vue de la prévention d’accès et/ou de manipulations non autorisées de l’information :  La confidentialité, l’intégrité, la responsabilité  Contrôle des accès par authentification  Cryptage fort  Restrictions diverses Sûreté / sécurité ?
  • 71. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 71 Point d‘Accès Client(s) Ecoutes Modifications Usurpation d‘identité Déni de Service Interceptions Attaques passives ou actives ! Les réseaux sans fil représentent une voie privilégiée d‘accès ! La sécurité réseau WLAN et PAN
  • 72. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 72 La Sécurité en Bluetooth  Modes de Sécurité. – Mode 1 : Non sécurisé. – Mode 2 : sécurisé au niveau applicatif. – Mode 3 : sécurisé au niveau de la liaison. – Ces modes sont appliqués ou non selon les fabricants  Les différents procédés de sécurisation. – Code d’Authentification (appairage). • Appairage manuel via une mémoire amovible. • Appairage en usine. • Appairage lors de la première connexion. – Cryptage des informations transmises Clé de 128 bits type E0. – Module indétectable.
  • 73. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 73  Cryptage de la communication  WEP  WPA-TKIP  AES-CCM (WPA2)  Authentification et accès  EAP + Serveur RADIUS (802.1x)  SSID fermés ou indépendants  ACL (Adresses MAC)  Protection externes  Firewall  VPN  VLAN (Multi SSID) Principes de sécurité WLAN
  • 74. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 74  Le nouveau standard de sécurité WLAN  Remplace les bases WEP et WPA  WPA2 est reprise dans le standard 802.11i  Cryptage fort par algorithme AES-CCM  Contrôle intégrité inclus  Mode cryptage symétrique PSK sans authentification (Personnal)  Authentification forte possible par 802.1x/EAP + Serveur RADIUS (Enterprise)  Le WPA2 est la solution de sécurité forte en WiFi  Solution complète et standardisée  Aujourd‘hui non cracké  Les réseaux Wireless deviennent plus sécurisés que les réseaux filaires 802.11i (WPA2)
  • 75. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 75 • Réseau à disponibilité élevée: Meilleure disponibilité du réseau grâce à la redondance de la transmission pour des applications critiques • Alarmes: – Surveillance de l‘état de la liaison radio entre les points d‘accès et alerte en cas de défaillance d‘un point d‘accès ou d‘un parasitage trop élevé – Contrôle permanent de l‘accessibilité des partenaires de communication Liaison redondante en WIFI Transmission de données simultanément via deux canaux avec un basculement automatique d’un canal à l’autre en cas de forte perturbation (2.4 GHz vers 5 GHz ou vice versa)
  • 76. WIRELESS A51 – 3 février 2010 – 76 • www.bluetooth.com • www.wi-fi.org • CD ROM Wireless solutions for automation Séminaire 25-26 juin 2008 ISA France Jean-Pierre HAUET Pour en savoir plus sur les techniques de transmission