CPL.doc

« Les Courants Porteur en Ligne » Année 2004 / 2005

Projet bibliographique

« Les Courants Porteur en Ligne »

C.P.L.

SOMMAIRE.....................................................................................................2

GLOSSAIRE....................................................................................................4

INTRODUCTION..............................................................................................7

I ] DES ORIGINES À AUJOURD’HUI....................................................................9

1 ] PETIT HISTORIQUE..........................................................................................................9

Brobecker Guillaume – Gérald Huguet Page 1 sur 40


2 ] LES NORMES ET STANDARDS...........................................................................................11

A ] Normes................................................................................................................11

B ] Standards............................................................................................................15

3 ] LES DEUX TYPES DE MARCHÉS.........................................................................................17

A ] Le marché Outdoor..............................................................................................17

B ] Le marché Indoor.................................................................................................20

II ] LA TECHNOLOGIE C.P.L............................................................................23

1 ] LE CANAL DE TRANSMISSION...........................................................................................23

2 ] LES TECHNIQUES DE MODULATION DE SIGNAL.....................................................................27

A ] O.F.D.M................................................................................................................28

B ] La modulation à étalement de spectre................................................................30

3] LE PROTOCOLE RÉSEAU CSMA / CA.................................................................................33

III ] SÉCURITÉ DES RÉSEAUX C.P.L.................................................................35

IV ] BILAN ET ÉVOLUTIONS............................................................................37

1 ] AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS.......................................................................................37

A ] Avantages............................................................................................................37

B ] Inconvénients......................................................................................................39

2 ] EVOLUTIONS................................................................................................................40

A ] Projets et recherche.............................................................................................40

B ] Etat de l’indoor et de l’outdoor............................................................................44

C ] Evolution du matériel...........................................................................................46

CONCLUSION................................................................................................47

Bibliographie.....................................................................................................................48



Glossaire

Broadband: (À large bande de fréquence). Une bande de

fréquences utilisée pour transmettre la voix, des données ou des signaux

vidéo simultanément. L'utiliser permet de transmettre plus d'informations

en même temps.

Domotique: Recouvre la notion de réseau informatique

domestique grâce auquel les utilisateurs peuvent contrôler l'ensemble des

appareils de la maison dans le but de les faire interagir pour améliorer le

confort, la sécurité et la fonctionnalité de l'habitat

Homeplug: Standard pour les réseaux domestique CPL qui

permet de connecter divers appareils électroniques. Cette norme garantie

l'interopérabilité des appareils CPL.

Internet Powerline: Utilise les lignes électriques pour apporter

Internet aux habitations par l'intermédiaire d'un fournisseur d'accès.

PLC : Abbréviation de Powerline Communications. La méthode de

transmission d'informations utilisant le réseau électrique existant sans

utiliser de nouveaux câbles.

Power Packet: PowerPacket est une technologie utilisant la

même ligne électrique qui apporte l'électricité à l'ordinateur pour le mettre

en réseau avec d'autres ordinateurs dans une habitation ou un bureau.

PowerPacket utilise le procédé appelé Orthogonal Frequency Division

Multiplexing (OFDM) pour manipuler les hautes vitesses de transmission

de donnée. OFDM détecte les changements dans la ligne électrique et

maintient le réseau lors des fluctuations d'énergie.



Passerelle résidentielle: Appareil qui connecte l'habitation à

Internet par l'intermédiaire d'un fournisseur d'accès.

Réseau domestique: Deux ou plusieurs ordinateurs

interconnectés de manière à former un réseau local à l'intérieur d'une

habitation forment un réseau domestique.

Réseaux Powerline: Les réseaux Powerline transmettent les

données par les câbles électriques existant, ils transforment n'importe

quelle prise électrique en véritable accès au réseau. Les fils et les prises

sont utilisés simultanément pour l'électricité et le transfert de données.

Streaming: Le Streaming video est une séquence d' "images

animées" envoyée et compressée, en provenance d'Internet et visualisée

par le spectateur en continue. Le son est également diffusé. Avec le

streaming vidéo, l'internaute ne doit plus attendre de télécharger un gros

fichier avant de voir la diffusion vidéo et sonore. Le média est

continuellement joué pendant que les données transitent. L'utilisateur a

besoin d'un petit programme permettant de décompresser ces fichiers et

de les diffuser.

WAN: Abbréviation de Wide area network. Ceci ce réfère a un

réseau de communication utilisant :

Les lignes téléphoniques

Le satellite

Les ondes radio



Introduction

A l’heure où la très nette majorité des réseaux informatiques est

basée sur un média de communication filaire (câble réseaux, fibres

optiques, etc.), de nouveaux moyens de communication tendent à être

développés.

Tout comme les communications sans-fil (Wi-Fi) et par satellite, le

courant porteur en ligne fait partie de ces nouvelles technologies de

communications en plein développement tant au niveau des réseaux

internes ou réseaux locaux qu'au niveau des réseaux externes comme les

WANs.

Déjà utilisé depuis plusieurs années dans divers domaines, ce type

de communication commence à se développer, surtout au sein des

entreprises et des établissements scolaires, pour la mise en réseau de

leurs ressources informatiques, comme par exemple le partage de

connexion Internet.

Le courant porteur en ligne ou CPL est une technologie qui utilise,

comme média de communication, le réseau électrique. Cette technologie

consiste à coupler à un signal électrique existant un signal numérique

contenant des données, le tout en assurant un certain niveau de sécurité

au sein de ce réseau. Comme toutes les autres technologies de

communication, le courant porteur en ligne a des avantages et des

inconvénients. Nous pourrons également faire une comparaison du coût

d’installation d’un réseau CPL par rapport à d’autres technologies de

communication.

Ce document détaillera le principe de cette technologie, la sécurité

liée à ce type de réseau, et enfin les avantages et inconvénients de son

utilisation.



I ] Des origines à aujourd’hui

1 ] Petit historique

Le principe du courant porteur en ligne n’est pas une technologie si

récente. En effet, déjà dans les années 50 elle était utilisée pour le

fonctionnement des lumières de ville en utilisant une fréquence de 10Hz

ou pour le passage des compteurs en tarification jour/nuit. Cette

utilisation était faite en mode unidirectionnel.

Les recherches pour une utilisation de l’électricité comme support de

transport des données, toujours en unidirectionnel, sur une bande de

fréquence allant de 5 à 500 kHz, ont débutées dans les années 80.

Mais ce n’est qu’à la fin des années 90 que des recherches ont été

effectuées sur le haut débit. En 1997, les premiers tests de transmission

de signaux de données sur réseau électrique en bidirectionnel sont

réalisés. La Suisse avec Ascom et l’Angleterre avec Norweb commencent

leurs recherches sur cette technologie. Il faudra attendre l’an 2000 pour

voir France Telecom et EDF faire leurs premières expérimentations du CPL.

Depuis, aucune offre commerciale n’a vu le jour en France. En 2001,

une société, Alterlane, a été crée par deux ingénieurs issus de EDF

Recherche & Développement, qui est spécialisée dans les réseaux

informatiques à travers le courant porteur en ligne. Cette société a déjà à

son actif l’équipement de plusieurs établissements scolaires et

entreprises.

Aux Etats-Unis, la technologie CPL a été développée par la société

Intellon avec la mise au point de la technique PowerPacket, grâce au



soutien de plusieurs grandes entreprises comme EDF, France Telecom,

Motorolla, NetGear, … . Ce groupement forme le consortium HomePlug

PowerLine Alliance. En Europe, il n’y a toujours pas de normes spécifiques

pour le courant porteur en ligne.

Aujourd’hui les débits théoriques pour les communications CPL

s’élèvent à plusieurs dizaines de mégabits.



2 ] Les normes et standards

Concernant les CPL, il n’y a pas encore en Europe de norme

spécifique ni de standard. Le seul standard existant à ce jour est le

standard américain Homeplug V1.0.1.

La réglementation des CPL touche à plusieurs domaines :

l’électricité, les télécommunications, la compatibilité électromagnétique et

la gestion du plan de fréquence.

C’est à cause de cette complexité que le problème de la

normalisation et standardisation des réseaux CPL n’est pas encore

totalement résolu en Europe.

A ] Normes

Pour les équipements CPL, il n’existe pas de normes spécifiques en

Europe mais ils doivent respecter les normes CE.

La seule norme à ce jour éditée concernant les CPL est la norme

EN50065 qui ne s’applique pour le CPL Bas Débit avec l’utilisation des

basses fréquences dans la bande 9-148,5 KHz (dite « Cenelec »)



Cette norme est actuellement en cours d’évolution vers la norme

SC205A, pour la bande 1,6-30 MHz, c’est-à-dire les CPL haut débit.

Pour la certification des équipements CPL au marquage CE, les

normes à respecter actuellement, en attendant les normes Européennes

spécifiques au CPL, sont :

- La norme sur la CEM (Compatibilité ElectroMagnétique) :

Selon le décret français concernant la CEM, il s'agit de la capacité

d'un dispositif, équipement ou système, à fonctionner de manière

satisfaisante dans son environnement électromagnétique, sans introduire



lui même de perturbations électromagnétiques de nature à créer des

troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement des appareils ou des

systèmes situés dans son environnement.

La norme EN55022 impose de rester dans la bande de fréquence de

1,6MHz à 30MHz réservée aux CPL Haut Débit et de ne pas avoir un niveau

d’émission inférieur à 90 dBµV.

Des normes sur la CEM sont donc requises afin d’assurer un

environnement électromagnétique satisfaisant aux différents dispositifs

fonctionnant sur les mêmes bandes de fréquences grâce aux normes

EN55022 (définitions, limites des perturbations radio électriques des

appareils de traitement de l’information) et EN55024 (immunité envers les

perturbations radio électriques).

- La norme sur la sécurité des matériels de traitement de

l’information :

Norme EN60950 : sécurité des matériels de traitement de

l’information, y compris les matériels de bureau électrique.

- Les directives sur les appareils basse tension :

S’applique à tout matériel électrique employé entre 50V et 1000V en

courant alternatif) et de 75V à 1500V en courant continu.

Cette liste de normes n’est cependant pas exhaustive, puisqu’elle

reste à l’appréciation des industriels et des laboratoires de tests de

conformité CE, toujours dans l’attente de normes européennes spécifiques

aux CPL.



B ] Standards

La collaboration entre plusieurs grands intervenants au sein de la

HomePlug PowerLine Alliance a vu en novembre 2001 l’aboutissement

d’un standard pour les courants porteur en ligne : le standard HomePlug

v1.0.1.

Le standard HomePlug v1.0.1 est actuellement le seul standard au

monde pour la technologie CPL. Tous les produits commercialisés à grande

échelle sont des produits de normes HomePlug.

Cependant ce standard ne s’applique qu’à l’indoor, et n’est pas inter

opérable avec les solutions outdoor.

Ce consortium est actuellement à l’étude d’un nouveau standard : le

HomePlug AV destiné à la communication Voix Données Images.

Au niveau européen, l’ETSI (European Telecommunication Standards

Institute), le CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrique) et le

PLC Forum sont en étroite collaboration afin de mettre en place une

standardisation pour l’Europe. Ce standard permettrait la coexistence

entre les technologies indoor et outdoor. Ce comité cherche donc un

remplaçant européen au standard HomePlug et a déjà plusieurs

possibilités avec la technologie espagnole DS2, qui propose un débit

théorique de 45 Mb/s, ou encore le français Spidcom avec sa technologie

Flip (Flexible PowerLine), qui elle propose un débit brut à 168Mb/s (environ

100Mb/s en pratique).



3 ] Les deux types de marchés

Le CPL se positionne sur deux segments de marché selon que l’on se

situe :

A l’intérieur d’un bâtiment : le marché Indoor

A l’extérieur : le marché Outdoor

A ] Le marché Outdoor

En France, les déploiements en outdoor sont encore au stade de

l'expérimentation. Le développement de ce marché n’est pas seulement

ralentit par des questions techniques, l’absence de standard par exemple,

il est aussi du au cadre juridique qui réglemente les télécommunications.

En effet, l'activité du transport de données relève des télécommunications

et nécessite une licence d'opérateur de réseaux télécoms, ce qui n'est pas

le cas d'EDF. L'électricien français doit donc attendre sa privatisation,



contrairement à ses homologues allemands (EnBW, RWE...) qui

commencent à commercialiser des offres d'accès à Internet par le courant

porteur. En attendant ce changement, EDF ne reste pas totalement inactif

et a même lancé plusieurs expérimentations. Le groupe fait partie d’un

forum international, créé en mars 2000 dans le but de représenter les

intérêts des acteurs du secteur des CPL (www.plcforum.org).

Dans les parties du territoire où l’installation de l’ADSL est jugée non

rentable - densité de population relativement faible par rapport au zones

urbaines - et où la mise en place de câblages classiques représente un

investissement trop lourd, une possibilité pour les collectivités locales et

les entreprises d’accéder à une technologie essentielle à leur évolution est

d’utiliser la technologie CPL afin d’acheminer un flux haut débit depuis un

point d’accès préexistant - un nœud ADSL le plus proche ou encore un lien

satellite. En effet grâce à la présence du réseau électrique sur la totalité

du territoire, y compris dans les zones rurales exclues des technologies

haut débit, et grâce à la complémentarité avec les technologies, les CPL

fournissent la boucle locale qui n’a pas été mise en place pour cause de

non rentabilité économique.

Les communes et les communautés de communes étant

propriétaires des réseaux d’énergie de moyenne et de basse tension, elles

peuvent donc jouer un rôle important dans la promotion des nouvelles

technologies de l’information, l’accès à Internet de tous les citoyens et

entreprises et la mise en oeuvre de services de proximités interactifs.

Les CPL sont une plate-forme particulièrement flexible, qui peut se

déployer suivant les cibles visées, par grappes au niveau d’un

transformateur, et en complément avec d’autres infrastructures.

Les expériences les plus importantes de CPL outdoor ont eu lieu en

Allemagne où RWE et MVV-Energie ont lancé des tests sur environs 3 000

clients dans l’agglomération de Mannheim avec une offre CPL comparable



aux offres ADSL de Deutsche Telekom. Des expériences en milieu rural ont

aussi eu lieu avec notamment un doublet « satellite et CPL » en Écosse

mené par South Scottish Electricity.

En France, EDF-R&D (Recherche et Développement) a également

lancé une expérience sur une quarantaine d’usagers dans des quartiers

résidentiels de Strasbourg. L’opérateur Télé2 a lui aussi proposé un test

sur une quinzaine de clients résidents à Courbevoie.

En octobre 2002, deux conventions ont été signées entre EDF et le Sippé-

rec (syndicat intercommunal de la périphérie de Paris) pour tester un

modèle d’accès Internet basé sur les CPL, et une expérience est

actuellement menée auprès d’une cinquantaine d’entreprises à Rosny-

sous-Bois par ADP Télécom.

Bien que toujours en phase d’expérimentation, les CPL outdoor

devraient intéresser fortement les collectivités locales et permettre un

accès au haut débit beaucoup plus large sur le territoire. Cependant il ne

faut pas oublier les technologies concurrentes du CPL, en particulier les

technologies sans fil qui rencontrent un succès croissant actuellement.



B ] Le marché Indoor

En France, le marché est plus clair par rapport au marché outdoor du

fait qu’il n’est soumis à pratiquement aucune contrainte. La seule

limitation est de ne pas créer de nuisances par interférence. Le HomePlug,

norme pour la domotique développée par le consortium HomePlug

PowerLine Alliance, domine le marché des équipements CPL.

A l’intérieur des bâtiments, les modems CPL assurent un pont entre

le réseau électrique et le matériel informatique, dans le même esprit

qu’un modem analogique sur une ligne téléphonique. Dans le cas d'une

connexion Internet, le signal provenant de l’Internet est récupéré par le

routeur CPL puis injecté dans le réseau électrique. N'importe quel

ordinateur muni d'un modem CPL peut ainsi accéder à Internet, quelle que

soit la prise électrique utilisée, dans la limite des prises gérées par le

même compteur électrique.



Le CPL constitue une alternative au réseau local Ethernet, ou Wi-Fi

pour le développement domestique (indoor). Ainsi, un bâtiment électrifié

constitue déjà un ensemble communicant sans nécessité de l’installation

d’un nouveau câblage.

Il peut aussi être utilisé en complément des autres réseaux, par

exemple pour relier des bornes Wi-Fi entre elles, ou encore pour étendre

un réseau local filaire sans avoir à tirer de nouveaux câbles.

La technologie CPL pourra donc être utile dans les cas suivants :

Un bâtiment dont le câblage serait impossible ou trop

coûteux

Une mise en service rapide

Une mobilité au niveau de l’accès aux ressources

Une mise en réseau de bâtiments reliés entre eux

uniquement par le réseau électrique.

Une complémentarité du réseau actuel (extension ou

doublement d’un réseau Ethernet)

A titre d’exemple, on peut citer le collège Jean Zay, dans la Drôme,

qui, en complémentarité d’un réseau Ethernet 100Mb desservant une

partie de l’établissement, a équipé l’ensemble de l’établissement avec le

CPL. Ce collège a également équipé ces chariots (vidéo projecteur,

scanner, imprimante) d’un modem CPL pour avoir accès aux ressources

réseaux depuis n’importe quelle salle. L’installation d’un câblage classique

aurait évidemment été trop coûteuse. On peut également citer comme

exemple de lieu d’utilisation, les monuments classés historiques ou les

musés, où le déploiement d’une installation câblée (réseau ou téléphone)

traditionnelle est impossible. Afin de desservir les salles en ressources

réseau et téléphone, le CPL apparaît comme la meilleure solution grâce au

réseau électrique déjà présent.



Il existe aussi une autre architecture, « mixte » : il s’agit de

l’utilisation de matériel outdoor pour un réseau indoor. Cela est utilisé

dans le cas où l’on est à mis chemin entre de l’indoor et de l’outdoor :

grandes distances à parcourir, et réseaux triphasés, par exemple dans

certains établissements scolaires, hôpitaux, hôtels,…



II ] La technologie C.P.L.

1 ] Le canal de transmission

On appelle canal de transmission tout média (fil, câble, liaison

hertzienne …) capable d’assurer un transfert d’informations entre deux

équipements. Il a un effet perturbateur sur le signal modulé transmis car il

est une source de bruit et d'interférence et même d'affaiblissement du

signal. Le transmetteur transforme le message de manière à faciliter sa

transmission dans le canal. Il effectue entre autre, la modulation du

message pour produire le signal modulé transmis. Le récepteur effectue

généralement plusieurs opérations dont celle de démodulation du signal

reçu. Sa tâche principale est de fournir un signal estimé du message

transmis.

Dans notre cas, le support du réseau électrique n’a pas été étudié

pour transporter des signaux Haute Fréquence (HF). Il faut donc prendre

en compte les contraintes de ce support pour assurer une bonne

transmission de ces signaux HF sans pour autant perturber les appareils

environnants, ni les fréquences de la bande 1-30 Mhz par rayonnement,

bande de fréquence réservée à l’armée ou bien aux radios amateurs.

Toutes ces contraintes doivent être étudiées pour fournir un débit de

transmission des données suffisant à l’utilisateur.

Le courant de 220 Volts ne sert qu'à alimenter les appareils reliés au

secteur et non à véhiculer les données sur le média. Pour véhiculer les

données, le CPL injecte dans l'installation électrique d'autres courants

alternatifs de très faibles voltages de l'ordre de 2 Volts, qui servent de

porteuses et ayant des fréquences comprises entre 4,3 et 20,9 MHz, ce qui

est des milliers de fois plus élevé que la fréquence du courant

d'alimentation : 50 Hz.



Pour transporter les données entre deux ordinateurs, les réseaux

CPL utilisent la partie la moins « bruyante » de l’installation électrique (en

vert sur notre schéma), qui est aussi celle où circulent le moins d’électrons

porteurs d’énergie (en rouge). Ceux-ci sont, en effet, concentrés à basse

fréquence et voyagent de façon trop désordonnée pour pouvoir être

utilisés comme support pour l’envoi de données

La solution pour limiter la puissance de fonctionnement des courants

porteurs tout en assurant un débit suffisant, et limiter les effets du bruit et

de la distorsion sur la ligne est d’allier un traitement du signal le plus

performant possible et effectuer un couplage optimal du réseau CPL au

réseau électrique.

Il existe deux méthodes de couplage :



Le couplage capacitif :

Lorsqu’on couple le signal CPL au réseau via une prise

électrique, on fait du couplage capacitif.

Le couplage capacitif est le plus utilisé pour le CPL indoor, il

est natif dans les adaptateurs pour des réseaux monophasés. Il

peut aussi se faire au niveau du tableau électrique pour un

réseau triphasé, mais doit alors être réalisé par un électricien.

Le couplage inductif :

L’équipement est raccordé sur une phase (ou plusieurs) au

réseau par le biais d’une bobine (tore de ferrite). Le signal se

propage sur les autres phases et sur le réseau par effet

magnétique.

Ce type de couplage est utilisé pour les réseaux triphasés, afin

d’avoir la même qualité de signal sur les trois phases.

Le choix du couplage ne pose donc problème que dans le cas d’une

installation outdoor.



2 ] Les techniques de modulation de signal

Comme nous avons pu le voir précédemment avec le canal de

transmission, le but de la transmission par courant porteur en ligne est

d’allier un débit important à un niveau d’émission le plus faible possible.

Pour cela, deux solutions sont possibles : soit on effectue une limitation de

la puissance de fonctionnement des courants porteurs en ligne, soit on fait

un traitement le plus performant possible du signal afin d’atténuer la

contrainte du niveau d’émission.

Sur les solutions actuelles, deux techniques de modulation sont plus

particulièrement utilisées. Ces types de modulation sont tout les deux

basés sur l’étalement de spectre :

OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing

SS - Spread Spectrum



A ] O.F.D.M.

Le principe de la modulation OFDM, ou Orthogonal Frequency Division

Multiplexing, pourrait être définit uniquement par ces 4 mots. En effet, les

mots Division et Multiplexing nous indique que l’idée principal de la

modulation réside dans le fait de répartir un train binaire haut débit en

une multitude de trains (ou canaux), lesquels étant modulés à bas débits.

Les deux premiers mots, Orthogonal et Frequency, eux nous disent

que chacun de ces sous canaux est modulé par une fréquence différente,

l'espacement entre chaque fréquence restant constant. Le signal est donc

injecté sur plusieurs fréquences à la fois, si l'une d'elles est atténuée le

signal passera quand même grâce à l'émission simultanée. Ces

fréquences constituent une base orthogonale : le spectre du signal OFDM

présentera une occupation optimale de la bande allouée.

OFDM résout également les problèmes de distorsion des signaux

transmis en apportant une solution au problème des échos multiples que

l'on rencontre quand on monte en débit.



Cette modulation a été choisie par le comité Homeplug, donc tous

les équipements qui respectent la norme Homeplug sont en modulation

OFDM. Cette modulation est également utilisée pour le Wireless : 802.11a.

Avec cette modulation, il y a possibilité d'éteindre logiciellement

certaines porteuses suivant l'état du réseau ou les fréquences interdites

en émission.



B ] La modulation à étalement de spectre

La modulation avec étalement de spectre est optimisée pour lutter

contre le bruit, dont elle limite mieux les effets. Elle consiste à « étaler »

l'information sur une bande de fréquences beaucoup plus large que la

bande nécessaire, dans le but de combattre les signaux interférents et les

distorsions liées à la propagation : le signal se confond avec le bruit.

Le signal est codé au départ, un code est assigné à chacun des

usagers afin de permettre le décodage à l'arrivée. L'étalement est assuré

par un signal pseudo aléatoire appelé code d'étalement.

A la réception, le signal est perçu comme du bruit si le récepteur n'a

pas le code.

Ces deux techniques de modulation, très différentes dans leur

principe, s’attaquent à deux effets différents : le bruit pour SS, et la

distorsion pour OFDM. Elles sont donc toutes deux très intéressantes.



Cependant, seules les solutions qui utilisent l’OFDM peuvent monter en

débit, car elles permettent de choisir les fréquences d’émission, les autres

porteuses pouvant être éteintes logiciellement, alors qu’avec SS on reste à

bas débit, puisque cette solution consiste à émettre le signal à faible débit

pour ne pas perturber les fréquences déjà utilisées.

L’idéal serait une solution combinant SS et OFDM : une solution

permettant de monter en débit, en s’attaquant aux effets de bruit et de

distorsion. Cette solution est actuellement à l’étude avec le projet

« IDILE » du Réseau National de Recherches en Télécommunications

(RNRT).

Les solutions DS2 actuelles pour l’outdoor utilisent une modulation

OFDM sur 4 bandes, réparties sur la bande de fréquences allouées aux

CPL, où la bande de travail est choisie suivant les conditions de qualité du

réseau électrique, permettant ainsi une meilleure adaptabilité pour des

performances maximales.



3] Le protocole réseau CSMA / CA

Le réseau CPL est un réseau de type Ethernet 802.3, il est

compatible avec toutes les technologies d'accès à Internet, Numéris,

Câble, ADSL.

Dans la majorité des réseaux CPL, c’est le protocole CSMA/CA qui a

été choisi. Ce protocole est celui utilisé par les réseaux Wi-Fi (norme

802.11).

Dans un réseau local Ethernet classique, la méthode d'accès utilisée

par les machines est le CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detect), pour lequel chaque machine est libre de communiquer à

n'importe quel moment.

Chaque machine envoyant un message vérifie qu'aucun autre

message n'a été envoyé en même temps par une autre machine. Si c'est

le cas, les deux machines patientent pendant un temps aléatoire avant de

recommencer à émettre.

Dans un environnement sans fil ce procédé n'est pas possible dans

la mesure où deux stations communiquant avec un récepteur ne

s'entendent pas forcément mutuellement en raison de leur rayon de

portée.

Ainsi la norme 802.11 propose un protocole similaire appelé

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

Le protocole CSMA/CA utilise un mécanisme d'esquive de collision

basé sur un principe d'accusés de réception réciproques entre l'émetteur

et le récepteur.



La station voulant émettre écoute le réseau. Si le réseau est

encombré, la transmission est différée.

Dans le cas contraire, si le média est libre pendant un temps donné

(appelé DIFS pour Distributed Inter Frame Space), alors la station peut

émettre. La station transmet un message appelé Ready To Send (noté RTS

signifiant prêt à émettre) contenant des informations sur le volume des

données qu'elle souhaite émettre et sa vitesse de transmission. Le

récepteur (généralement un point d'accès) répond un Clear To Send (CTS,

signifiant Le champ est libre pour émettre), puis la station commence

l'émission des données.

A réception de toutes les données émises par la station, le récepteur

envoie un accusé de réception (ACK). Toutes les stations avoisinantes

patientent alors pendant un temps qu'elles considèrent être celui

nécessaire à la transmission du volume d'information à émettre à la

vitesse annoncée.


CTS


III ] Sécurité des réseaux C.P.L.

La frontière entre les réseaux CPL indoor et outdoor est représentée

par le compteur électrique, et on pourrait donc penser qu’il s’agit là d’une

barrière hermétique pour le signal CPL indoor. Or il n’en est rien : le signal

CPL franchit le compteur sans problème, avec tout au plus une légère

dégradation du signal. Le compteur ne protège donc en rien un réseau CPL

indoor.

Cependant, ce cas ne s’applique pas aux compteurs numériques.

Pour les autres compteurs, il est conseillé de placer un filtre en aval du

compteur.

De plus, il ne faut en aucun cas compter sur la différenciation de

phase pour sécuriser le réseau, car le couplage du à la diaphonie existe

bel et bien, avec un signal dégradé mais qui passe quand même.

Dans les architectures triphasées lorsqu'on veut au contraire avoir

un signal de même qualité sur toutes les phases il faut réaliser un

couplage cohérent du réseau CPL au réseau électrique.

Pour sécuriser un réseau CPL indoor, il convient donc d’utiliser

plusieurs protections :

Comme pour les réseaux Wi-Fi, un cryptage des données

s’avère nécessaire : cryptage DES56 avec une clé, à configurer

sur chaque adaptateur du réseau local.

Il est possible de faire cohabiter plusieurs réseaux CPL sur la

même installation électrique : il suffit d’utiliser plusieurs clés de

cryptage (une par réseau), et de configurer chaque adaptateur

CPL.



Comme tout réseau possédant un accès à Internet, un réseau

local CPL se doit de posséder un Antivirus et un Firewall pour

assurer sa sécurité.

Pour le moment, un réseau CPL est plus sûr qu’un réseau Wi-Fi.



IV ] Bilan et évolutions

1 ] Avantages et inconvénients

A ] Avantages

Simplicité de mise en œuvre de la solution en indoor : il suffit de

brancher le boîtier sur une prise électrique, de le configurer

avec la clé de cryptage et c’est tout.

Progressivité et souplesse : on achète les boîtiers au fur et à

mesure des besoins, et il n’y a pas de câblage à prévoir.

Complémentarité vis-à-vis des réseaux filaires et sans fils. Par

exemple : relier deux bornes Wi-Fi entre elles pour augmenter la

zone de couverture, étendre un réseau local filaire sans refaire

de câblage.

Mobilité grâce à la présence de nombreuses prises d'électricité :

c’est dans ce domaine que le CPL surpasse le VDSL, qui utilise

les prises téléphoniques, mais le VDSL est lui validé

techniquement.

Economies de câblage : aucun ajout de câble à réaliser, les

prises électriques étant assez nombreuses pour réaliser un

réseau complet.

Outdoor : possibilité d'amener des accès Internet Haut Débit

pour les communes privées d'ADSL grâce à des couplages

CPL/SAT par exemple.

Débit non affecté par la distance.



B ] Inconvénients

Très sensible aux perturbations électrique, donc tributaire de

l'état et de l'architecture du câblage électrique, autant pour la

mise en œuvre que pour le bon fonctionnement.

Portée du système : 200 à 300 mètres maximum.

Bande passante partagée : le nombre de machines sur le réseau

doit être limité si on veut garder un débit correct, ce qui pose

surtout des problèmes pour les réseaux outdoor.

Absence de standard européen, problèmes d'interopérabilité

des solutions indoor/outdoor, et indoor/indoor : pour le moment

seuls les produits Homeplug sont commercialisés pour le grand

public.

Prix des équipements en indoor : de 100 à 140 euros

l'adaptateur simple, suivant modèle USB ou Ethernet. (2 fois

plus cher que des équipements Wi-Fi). Actuellement, une

solution complète soit 10 adaptateurs et un routeur coûte entre

700 € et 2000 €.

Coût de l'installation Outdoor, prix des équipements, coût

dépendant de la distance à couvrir et de la qualité du réseau

électrique.

Mise en œuvre Outdoor souvent complexe: manque de

méthodes de mise en œuvre, surtout au niveau des couplages

au réseau électrique.

Un débit théorique de 14 Mbits/s qui ne dépasse pas, en réalité,

les 5 Mbits/s et ce même dans des conditions d’utilisation

optimales.



2 ] Evolutions

A ] Projets et recherche

De nombreux projets sont en cours, qui démontrent que cette

solution est vraiment en émergence et suscite de nombreux intérêts

différents les uns des autres :

Home Plug AV :

Projet de création du standard Homeplug qui permettra la

Télévision Haute Définition sur CPL.

Ce projet est en cours de gestation, au stade des

candidatures. Il devrait voir le jour au printemps 2005.

Recherche et développement chez les constructeurs :

La Recherche & Développement dans ce domaine s'attelle

notamment à monter en débit tout en augmentant la

protection aux contraintes du support de transmission.

Les matériels sont aussi amenés à évoluer : couplage

modem ADSL/CPL au même titre que le Wi-Fi, set up boxes,

cartes PCI…

Recherche et développement chez EDF :

EDF est évidemment très impliquée dans le

développement des solutions CPL au sein de sa division

Recherche & Développement.

Liste non exhaustive des travaux de la division R&D :



Etude de la faisabilité des CPL sur les réseaux MT

(Moyenne Tension) et BT (Basse Tension).

Test des nouveaux adaptateurs arrivant sur le marché.

Travaux conjoints avec des fabricants de coupleurs.

Mise en place d'architectures visant à optimiser les

débits obtenus.

Contribution aux projets en cours (tel RNRT par

exemple, caractérisation des canaux de transmission

outdoor).

Par la création en 2003 de la société EDEV Technologie

(100% EDF) pour les expérimentations outdoor, EDF montre

sa volonté de continuer à contribuer à l'évolution et l'essor

de cette technologie.

Travaux RNRT (Réseau National de Recherches en

Télécommunications) :

Le projet IDILE (Internet haut DébIt sur Ligne d'Energie),

projet coopératif sur 24 mois, a débuté en 2002 avec entre

autres partenaires Spidcom, Sagem, Supelec, EDF R&D.

Ce projet consiste en l’étude d'une nouvelle modulation

du signal CMC/CDMA intégrant les avantages des

modulations OFDM et CDMA (SS), tout en respectant les

contraintes imposées par le groupe PLT de ETSI (European

Telecommunication Standards Institute).

Au sein de ce projet, chacun apporte sa contribution : les

laboratoires des industriels proposent des algorithmes,

Spidcom les implémente, EDF R&D les teste et Sagem

réalisera les chipsets. EDF apporte également les mesures

de caractérisation des canaux outdoor.

Projet européen ADOC (Advanced ASIC Cores for OFDM

Communications) :



ASIC (Application Specific Integrated Circuits) : circuits

intégrés à application spécifique.

Il s’agit d’un projet coopératif qui a débuté en mars 2002,

coordonné par DS2, avec Ilevo (Suède), Enel (Italie) et

Chipidea (Portugal) comme partenaires. Le but était le

développement, test et validation d'un chipset OFDM basé

sur la librairie d'algorithmes existants de solutions utilisant

OFDM : CPL, VDSL et Wireless, ceci afin d'obtenir une

baisse du coût de l'intégration des solutions CPL.

Les partenaires ont transformé les réseaux électriques à

moyenne et basse tension en lignes de transmission de

données dont les débits atteignent 200 Mbps grâce à des

circuits ASIC réutilisables qui emploient la technique OFDM

de multiplexage fréquentiel à codage orthogonal (les

vitesses de transmission étaient jusqu’à présent de l’ordre

de 45 Mbps, avec des problèmes de ralentissements au

niveau du dernier kilomètre, sans parler des exigences

assez contraignantes en ce qui concerne le matériel).

Augmentation du débit théorique :

Pour constituer une alternative crédible aux réseaux

WLAN de type 802.11g, le CPL doit atteindre un débit

équivalent voir supérieur. Depuis le 29 septembre dernier

des sociétés comme Intellon proposent des composants

donnés pour un débit théorique de 85 Mbits/s, voir de 200

Mbits/s.

Projet 6Power : IPV6 et CPL :

Lors du sommet IPV6 de Madrid en 2003, il a été

démontré que l'Internet par les lignes électriques pouvait

faire synergie avec le déploiement d'IPV6 et être un outil

majeur dans le développement de l'Internet pour tous. Le



projet européen 6Power expérimente cette synergie entre

les deux technologies.



B ] Etat de l’indoor et de l’outdoor

L’indoor

Depuis le deuxième semestre 2003, cette solution est en pleine

émergence. De nombreux adaptateurs sont mis en vente, tous de type

Homeplug (l’Homeplug étant le seul standard mondial pour le CPL à ce

jour, c’est lui qui est utilisé pour le matériel actuel).

Mais cette technologie est encore très jeune pour le grand public, et l’on

ne sait pas encore si elle va être viable ou non.

L’outdoor

En France, l’outdoor n’en est encore qu’au stade de

l’expérimentation, et son développement n’est pas aisé, à cause de

plusieurs problèmes :

le matériel est cher et pas encore assez fiable,

cette technologie touchant aux domaines de

l’informatique et de l’électricité, il faudrait des

personnes à double compétence réseaux informatiques

réseau électrique, chose rare, pour optimiser les

architectures.

La bande passante partagée reste un gros problème pour

les réseaux outdoor.

Tout ceci fait qu'il est difficile à ce jour de dire si le marché est viable

en outdoor.

De plus la concurrence des opérateurs, notamment ADSL, qui

baissent leurs prix et promettent de câbler la majorité des territoires,



n’engage pas les collectivités locales à continuer les expérimentations

CPL….

Mais le gouvernement travaille au développement de cette solution

en outdoor, qui permettrait enfin l’Internet Haut Débit pour tous, en

particulier dans les régions non desservies par l'ADSL pour des raisons

économiques.

Enfin, le statut d’EDF est aussi un problème bloquant pour l’instant :

Pour le moment EDF a toujours son principe de spécialité : mission de

fourniture et distribution d'énergie électrique, ce qui lui interdit aujourd'hui

de commercialiser un service de type CPL pour fournir un accès Internet

Haut Débit. La seule solution pour le moment est les expérimentations,

avec un partenariat avec un opérateur de télécommunications.

Cependant, le principe de spécialité d'EDF pourrait être revu en 2004.

Autre problème, qui touche les deux marchés : l’interopérabilité

indoor/outdoor, difficile à obtenir car les premiers produits commercialisés

pour le grand public sont des produits Homeplug , produits qui ne sont pas

du tout interopérables avec les autres produits, que ce soit indoor ou

outdoor.

Les acteurs du domaine attendent donc une standardisation

européenne qui devrait régler ce problème.



C ] Evolution du matériel

Pour le moment la majorité des solutions sont intégrées dans des

boîtiers indépendants, que ce soit des adaptateurs simples ou intégrés à

des modems ADSL ou routeurs.



Conclusion

La technologie CPL est une nouvelle technologie très prometteuse :

elle pourrait permettre grâce aux réseaux outdoor de développer l’Internet

Haut Débit pour tous. Tandis que les réseaux CPL Indoor apporterait un

plus grand intérêt dans le domaine de la domotique, comme par exemple

la radio en numérique, ou encore le contrôle à distance de four ou de

machines à laver, etc.

Le CPL peut être utilisé autant comme solution complémentaire

qu’alternative aux autres technologies : réseaux filaires, sans-fils et VDSL.

Mais le développement de cette technologie est ralenti par plusieurs

problèmes, en particulier l’absence de normes et standards en Europe. Le

seul standard existant actuellement à l’échelle mondiale, et donc proposé

à la vente, est le HomePlug V1.0.1, qui s’avère incompatible avec toute

autre solution indoor ou outdoor.

De plus, en France, le développement de l’outdoor est bloqué à

cause du statut de EDF : son principe de spécialité dans sa mission de

fourniture et distribution d'énergie électrique lui interdit de commercialiser

un service CPL pour fournir un accès Haut Débit.

L’avancée de ces recherches ainsi que le déploiement de cette

technologie en France dépendra fortement de la résolution de ce

problème.



Bibliographie

Revues :

Décision Micro & Réseaux n°588, semaine du 12 au 18 avril 2004

PC Expert n°137, Décembre 2003

Sciences et Avenir n°680, Octobre 2003

Windows News n° 116, Décembre 2003

Sites Internet :

http://www.01net.com

http://www.adae.gouv.fr

http://www.alterlane.fr

http://www.commentcamarche.net

http://www.cpl-france.org

http://www.neteconomie.com

http://reseau.erasme.org

http://www.zdnet.fr


http://www.zdnet.fr/

http://reseau.erasme.org/

http://www.neteconomie.com/

http://www.cpl-france.org/

http://www.commentcamarche.net/

http://www.alterlane.fr/

http://www.adae.gouv.fr/

http://www.01net.com/

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