Présentation de la technologie CPL

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Courants Porteur en Ligne®

Responsable UE : J-P. Arnaud N. Pioch

Tournaire benjaminEliane FETGORSX 207 - 2015

Sommaire

01/05/23 TOURNAIRE Benjamin et Eliane FETGO – CNAM

Introduction

I Historique

II La technologie CPL

Principe, fonctionnement et matériels

Normes , standard et réglementation

Aspects spécifiques ( OSI, sécurité, protocole d’accès, codage, débit )

III Implémentation (Outdoor et Indoor)

IV Applications

V Comparaisons , avantages et inconvénients

VI Coûts

VII Conclusion

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Introduction

CPL pour Courant Porteur en ligne (ou PLC pour Powerline Communications)

Alternative Wifi et Ethernet (Satellite)

Utilisé dans plusieurs domaines : -LAN -WAN -MAN

Technologie : Données numériques ( bas et hauts débits ) => Réseau électrique (existant)

Plusieurs types :

- Multimédia , réseau local, partage de connexion internet

Deux principaux types de CPL

- Indoor - Outdoor

Grand public et professionnel

En quoi elle consiste ?

Eléments de décisions

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FETGO – CNAM 3

I Historique 1950 : premières applications sur fréquence 10 Hz, puissance 10 kW.

Milieu des années 80 : début des recherches pour utiliser la bande de fréquences 5-500 kHz, toujours en unidirectionnel, permettant ainsi un transfert plus rapide des informations .

Années 90 : applications de télé relevés et de domotique (courants porteurs bas-débits) bande de fréquences de 60-80 kHz (Konnex , Echelon) .

1997 : recherches sur la transmission de données en CPL et en bidirectionnel (Suisse , Royaume Uni) .

2000 : premières expérimentations en France par EDF et Ascom Création de la Homeplug Powerline Alliance et du standard Home plug 1.0.1

2005 : standard HomePlug 1.1 Turbo 85 Mbits (US) , sortie du domaine expérimental .Début de réglementation au niveau européen .

2007 : Mis en place de la norme Home plug AV 200Mbits (QOS,VLAN) .

2010 : Nomre IEEE Std 1901-2010 ,adaptateurs domestiques de 500 Mbits .

2012: développement de la technologie G3-PLC par le groupe G3-PLC et de la norme Home plug AV 2 (0,6 – 1Gbits) ( IPV6) .


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Principe


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Adaptateurs CPL:

- suppriment les fréquences basses (le courant) en entrée (coupleur) - traitent le signal.- récupèrent le signal - isolent les fréquences hautes (données informatiques )


Deux types de modulations (traitement du signal):

• Bas débit: Spread Spectrum (étalement de spectre) Signal faible ,évite de perturber les fréquences déjà utilisées (armée), lutte contre les effets indésirables (bruit,

distorsion , interférences ), signal émis à un niveau plus faible que celui du bruit donc débit faible.

• Haut débit OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Home Plug) Emissions simultanées sur n bandes de fréquences (situées entre 1,5 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande . Evites les comportements imprévisibles des réseaux électriques , distorsions .

• Formule de Shannon-Tuller (capacité d’un canal): Varie selon la bande passante et la puissance du signal envoyé : signal faible = débit faible

C=B*log2(1+S/N)


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Fonctionement


Couplage au réseau électrique

Le couplage capacitif: - utilisé en indoor , natif dans les adaptateurs CPL pour les réseaux monophasés (tableau électrique pour le triphasé) , il est branché en parallèle sur le réseau électrique . Elimine les basses fréquences avant le traitement du signal

Le couplage inductif - l’équipement est raccordé sur une phase (ou plusieurs ) par le biais d’une bobine ( tore de ferrite ) (injecteurs)-les autres phases par un effet magnétique-même qualité sur les 3 phases


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Fonctionnement


CPE (Customer Premise Equipment) (IP ou FR)

- Pont Ethernet

-Selon les gammes (données, VoIP, WiFi, Firewall, DHCP, Routeur)

Répéteurs intermédiaires

- Permettent d’étendre la couverture du réseau (actif et passif)

- Peuvent être installés dans des postes de transformation, armoires de rues, à l’intérieur d’un bâtiment

Injecteur

- Ou encore « tête de réseau », permet d’injecter le signal CPL dans le réseau électrique MT/BT

- Connecte via n’importe quel technologie le réseau électrique et Internet


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Matériels


Différents corps de réglementation=complexité : - L’électricité (IEC) - Les télécommunications (ITU) - La comptabilité Électro Magnétique ( CISPR)

- La gestion du plan de fréquence

-> Les problèmes de normalisation/standardisation sont donc extrêmement complexes à résoudre

Le marquage CE La norme CEM (Compatibilité Électro Magnétique ) avec les autres équipements électriques Sécurité des matériels de traitement de l’information Directives sur les appareils basse tension

ITU : I nternational T elecommunication U nion, basée à Genève.IEC : I nternational E lectrotechnical C ommission, basée à Genève.CISPR : C omité I nternational S pécial des P erturbations R adio électriques, inclus au sein de l'IEC. ISO : I nternational S tandardization O rganization, basée à Genève.

Normes et Standard


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Homeplug 1.01 , débit théorique 14 Mbits, débit utile max 6 Mbits (chipset Intellon)

Utilisation : partage de connexion Internet basique, de fichiers non volumineux.

Homeplug 1.1 ou Turbo, débit théorique 85 Mbits, débit utile max 35 Mbits (chipset Intellon)

Utilisation : partage d'accès Internet haut débit, transfert de fichiers.

Homeplug AV pour Audio / Vidéo, débit théorique 200 Mbits, débit utile TCP max 60 Mbits UDP 80 Mbits. (Chipset

Intellon)

Utilisation : partage de connexion de type ADSL 2, streaming vidéo ou VoD, besoin en QoS.

PréUPA 200, débit théorique 200 Mbits

Homeplug AV2 500 à 600 Mbits

Spidcom, solution propriétaire, 220 Mbits théoriques maximum

Utilisation : domotique, automobile, Outdoor

Normes et Standard


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Indoor (Inhome) : Il est libre (sous réserve de ne pas créer de nuisances)

Outdoor : Il faut demander l’avis de l’ART ( Autorité de Régulation des Télécommunications) devenue

ARCEP (Autorité de Régulation des communications électroniques et des postes)

Règlementation


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Aspect spécifique :OSI

L’équipement CPL fournit à un terminal, un service

de connexion Ethernet au niveau de la couche 2

(liaison de données) au moyen d’un adressage MAC

et d’une

connectique RJ-45. Le terminal utilise les services

du réseau CPL pour accéder aux services des

couches

supérieures (IP, TCP, http, etc.)

La couche 1 est constituée logiquement par les

câbles électriques sur lesquels circule le signal CPL


Aspects spécifiques: CodageUne trame de données est transmise sous forme d’une suite de bits à 0 ou à 1.


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• 3 à 148 kHz pour les CPL dits bas débit

• 2 à 20 MHz pour les CPL dits haut débit.


Accès à la couche réseau

CSMA / CA -> contrôle le partage du média de transmission

◦ Protocole utilisé par le Wifi

◦ Respect du tour de parole (différent de CSMA/CD)

◦ Principe d’esquive de collision basé sur des accusés de

réception réciproques

◦ RTS : Ready To Send

◦ CTS : Clear To Send

Aspects spécifiques: Protocole d’accès


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Différents critères pour le débit:

- La distance

- Le nombre d’utilisateurs

- Indoor ou Outdoor

- Nombre de récepteurs entre le transformateur

- La charge du circuit électrique

- Le type de matériel

- La présence ou non de multiprises

-La présence ou non de filtre CPLou de surtenseur

Côté débit, tous les modèles ne se valent pas. Mais, d'une manière générale, il faut compter sur un débit

moyen réel de l'ordre de 150 Mbps sur les modèles à 500 Mbps théoriques et de 70 Mbps sur ceux à 200

Mbps théoriques

Aspects spécifiques: Débit


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• DES56 à configurer sur chaque adaptateur du réseau

• Existe également des filtres d’arrêt pour disjoncteurs.

La norme “HomePlug 1 .0.1 ” inclut le cryptage DES à 56 ou AES ( 128 bits)

Exemple de problème de sécu:

Les CPL basés sur certains chipset utilisent une Direct Acess Key qui est dérivée de l'adresse

MAC de l'adaptateur. L'algorithme de dérivation y est également librement accessible... Il

suffirait ainsi de lancer une requête spéciale ( Sniff) pour récupérer automatiquement l'adresse

MAC d'une prise CPL branchée sur un routeur... pour récupérer la DAK et déchiffrer les

données pour un accès total au réseau.

Aspects spécifiques: Sécurité


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• Extérieur d’un bâtiment• Transformateur (couplage Internet HD

et réseau basse tension) jusqu’au domicile

• Distributeur d’électricité et d’un FAI• Zone rurale : Alternative pour

remplacer la boucle locale • Complémentarité d’une autre

technologie• Soumis à des contraintes techniques et

Réglementaire• Problème : EDF n’est pas opérateur de

télécommunications • Outdoor n’existe qu’au point de vue

expérimental

Boucle locale

transformateur

Outdoor


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III Implémentations

III Implémentations

• En aval du compteur

• Domination de la norme HomePlug

• Monophasé ou triphasé

• PME , PMI ou particulier

• Serveur/routeur accès à internet

• Serveur/routeur équipé CPL

• Poste client équipé CPL ,câbles

Ethernet, prise électriques (Usb , RJ 45)

• CPL utilisant port RJ 11 pour téléphonie , fax

(priorité au téléphone dans ce cas là )

• Idéal pour :

- réseau local

- partage d’une connexion internet

Indoor


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Applications bas débit (9 – 150 kHz)

•Télémétrie, télé-contrôle- Relevés des compteurs électroniques

•Applications domotiques- Déclenchements et réglages d’appareils


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Fondamentaux

IV Applications

Réalisation industrielle: caméras de recul (Valeo/SpidCom)

Intérêt: facilité d’implantation de nouveaux équipements (câblage existant)

Architecture traditionnelle Solution PLC

IV Applications


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Solution traditionnelle:1.Emploi du 14V pour alimenter les caméras2.Emploi d’une paire torsadée pour la transmission vidéo3.Utilisation du protocole LIN pour sélectionner les caméras

Solution CPL:1.Emploi du 14V pour alimenter les caméras2.Emploi du même réseau pour le transfert vidéo3.Suppression de l’utilisation du LIN, sélection des caméras via le CPL

Conséquence:•Gain obtenu en câblage et facilité d’exploitation de la solution

IV Applications


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Installation: - simplicité , wifi et CPL , contrairement à l’Ethernet

Portée: - pas de perte côté Ethernet -Wifi = 100 m théorique (obstacles , interférences) - CPL, dépendant de l’installation

Sécurité: - Ethernet et CPL => réseaux fermés donc pas de problèmes de sécurité majeur - Plus compliqué pour le wifi (crypto mot de passe ) mais pas infaillible

Performances:

Satellite : très forte accessibilité mais coût très important

V Comparaisons , Avantages et inconvénients

Comparaison

- Facilité de déploiement , aucun paramétrage spécifique (plug and play ) .

- Sécurité supérieur au wifi en indoor, difficulté à écouter sur un câble électrique .

- Distances importantes concernant les industrielles (100 à 800 ) .

- L’importante couverture du réseau électrique permet d'atteindre les zones rurales exclues de la « révolution » haut débit , universalité .

- Utile pour des établissements à fortes contraintes (monuments historiques, scolaires , administrations , santé ) en évitant les problèmes d’architectures (murs épais, distance) .

- Couts intéressant ( logements sociaux ), pas de câblages supplémentaires .

- Complémentarités (wifi , Ethernet , satellite )

- Réduction d’énergie (consommation des équipements réduits au minimum)

- Domotique, audio, vidéo, surveillance , VOIP , QOS .


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Avantages


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- Sécurité : pas de cryptage entre la carte réseau et la prise ,au-delà du transformateur (outdoor) ,possibilité de sniffer .

- Manque de réglementation et de normes (CEM) ( EDF , ART , collectivités, opérateurs), problèmes pour créer des grands réseaux , statut télécommunications électricités.

- Problème de parasitage et d’interférences , risques sanitaires dus aux hf courtes (moins que le wifi ou GSM) , perturbations environnementales ( hôpitaux , armée ) , certaines matériels rayonnant au-delà des normes , réseau électrique non blindé .

- Manque d’interopérabilité (14 , 85 , 200 , 600 Mbits/s partagés) et (DES , Home plug) , amélioration .

- Gestion des problèmes : Evénements indépendants de l'informatique, formations en électricité ajoutées aux connaissances réseaux (coût formation) , panne de courant , plus simple de les détecter sur une paire torsadée.

- tributaire de l’installation électrique , multiprises , autre appareils électriques branchés , plus nombreuses sont les connexions , plus la débit est divisé.


Inconvénients

Trois groupes d'adaptateurs CPL principaux:

- 200 Mb/s ~ 70 Mb/s

- 500 Mb/s ~ 150 Mb/s

- 650 Mbps ~ 200 Mb/s

- voir 1200 Mbps

Ils sont compatibles entre eux et, en cas de mixité, le débit se calera sur le plus faible.

La plupart des constructeurs proposent des adaptateurs CPL un peu plus intelligents. Certains font ainsi office de

switch réseau, d'autres de point d'accès Wi-Fi et, parfois, cumulent les deux.

Les différentes marques :

- Trendnet - Devolo

- Western Digital - D-Link

- Netgear - Free freeplug Revolution

Le marché des prises CPL

VI Coût


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Coût : S'il faut raccorder au maximum une quinzaine de postes sur un plateau, la prestation peut être

effectuée directement par la société. Compter environ 100 euros par adaptateur Ethernet CPL (un par poste)

et 300 euros pour l’équipement "tête de réseau". Au-delà de 15 prises, des «répéteurs» seront utiles:

compter environ 200 euros par répéteur, et 500 euros la "tête de réseau" dans ce scénario.

Kit adaptateur CPL Wi-Fi / Ethernet: 52€ à ~190€ (1200Mbps)

Kit 2 adaptateurs CPL:40€ à ~ 190€ (600Mbps)

CPL avec prise de courant: 40€ à ~ 190€

Câble Ethernet RJ45: 4€ à ~ 20€

Filtre CPL: ~ 30€


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VI Coût

- EDF ≠opérateur de télécommunications Outdoor n’existe qu’au point de vue expérimental

- Bandes de hautes fréquences réservées à l’armée ou aux radios amateurs minimiser les effets de

rayonnement limiter la puissance de fonctionnement du CPL abandon du développement de la

technologie CPL

- Technologie adaptée pour des entreprises de petite taille qui n’ont pas un besoin

- CPL technologie complémentaire à un autre réseau ou de substitution au wifi

Conclusion


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- http://fr.wikipedia.org/wiki/Courants_porteurs_en_ligne

- http://www.cpl-france.org/modules.php?name=Dossiers&go=securite

- http://www.zdnet.fr/actualites/les-courants-porteurs-en-ligne-cpl-l-autre-acces-au-web-pour-les-entreprises-39366673.htm

- http://www.darty.com/achat/comment/informatique/cpl/cpl.html

- http://www.tomshardware.fr/articles/cpl-600mb,1-45867.html

- http://igm.univ-mlv.fr/~duris/NTREZO/20042005/Heuze-Woollams-Zidouri-CPL.pdf

- http://www.greenit.fr/article/materiel/reseau/cpl-attentions-aux-ondes

- http://www.rennes.supelec.fr/ren/rd/scee/ftp/seminaire/seminaire_gouret_10mai2007.pdf

- http://chamilo1.grenet.fr/ujf/courses/GREVE/document/Volume_1-_Numero_2/2010-2011_S2_-_DESBORDES_-_BAZIN_-_Wifi_et_CPL.pdf

Biographie


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http://fr.wikipedia.org/wiki/Courants_porteurs_en_ligne

http://www.cpl-france.org/modules.php?name=Dossiers&go=securite

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Technology

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