Le Courant Porteur en Ligne

Ce document est compos de trois chapitres I. Le CPL cest quoi ? II. Le CPL comment a marche ? III. Le CPL technologie davenir ?

II. Le CPL comment a marche ?

1. Caractristiques techniques

a. Les frquences

Cette technologie utilise linfrastructure lectrique existante en couplant ses signaux au courant alternatif.

Les adaptateurs CPL, rcuprent le signal et suppriment les frquences basses (le courant) pour isoler les frquences hautes (donnes informatiques).

Les frquences utilises vont de 1,6 MHz 30 Mhz soit des frquences sur un bande large (Hautes Frquences) mais en ondes courtes.

b. Les dbits

Les dbits moyens actuels sont situs aux alentours de 14Mbits/s en indoor partags par tous les postes relis la mme ligne lectrique.

Le CPL fonctionne comme une topologie Bus.

Lvolution de la vitesse de transmission est rapide. En effet en 1998, le dbit tait de 0,4Mbit/s tandis quen 2001 le dbit propos tait de 2 Mbits/s thoriques. Ce dbit dpend du type de matriel. Certains fournisseurs comme Alterlane indiquent des dbits de lordre de 45Mbits/s.

Dautres comme SpidCom via la technologie FLIP (FLexIble Powerline) ont test des dbits 224 Mbits/s. Une spcification proposant le 200Mbits/s est en cours dlaboration par le DS2 et devrait sortir en 2004. Les spcifications du HomePlug AV, successeur du Home Plug 1.01, indiquent des dbits de lordre de 45 Mbits/s.

Attention, les chiffres avancs sont scinder en deux parties. Les dbits en indoor (dans la maison, en aval du compteur lectrique) sont situs actuellement entre 14Mbits/s et 45Mbits/s thoriques. Les dbits en outdoor (entre le compteur et le transformateur gnral du quartier) sont situs entre 14 Mbits/s et 224 Mbits/s thoriques.

Ces dbits sont moduls en fonction de plusieurs critres :

1. La distance entre la prise lectrique et le transformateur 2. Le nombre dutilisateurs connects 3. Si vous tes en indoor ou en outdoor 4. Le nombre de rpteurs installs entre le transformateur et la prise 5. La charge du circuit lectrique (plus il y a de matriels consommant de llectricit plus le dbit diminue) 6. Le type de matriel utilis

Tout cela aboutit, en dbit rel, des valeurs plus proches des 2 10 Mbits/s la sortie de la prise.

Les valeurs indiques sont souvent celles obtenues au niveau du cble lectrique et non la sortie de la prise (plusieurs utilisateurs, rpteurs, appareils lectrique branchs ). De plus, la valeur en sortie de prise (2 10Mbits/s) sera partage par tous les matriels connects la prise si vous y branchez un concentrateur. Comme pour le WiFi, lutilisation du cryptage diminue aussi le dbit effectif.

c. Les mthodes de transport des signaux

Ces dbits sont possibles grce lutilisation, comme pour le sansfil de la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Le principe est de rpartir un dbit important sur une srie de sousporteuses modules bas-dbits. Ces sous-porteuses sont en fait des modulations de frquences orthogonales (Mme espace entre chacune delles). On retrouve ce principe dans les liaisons sans-fil 802.11a et 802.11g.

La mthode daccs est celle de la topologie bus sous la forme drive CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) et non celle drive de la topologie bus 802.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). La technique a t mise au point sous la marque PowerPacket.

Le schma suivant tir de la spcification PowerPacket (http://www.oxance.com/technologie.html) montre la faon dont est mis en uvre cette technologie. Les modulations de frquences vont de 4Mhz 21Mhz ce qui reprsente 84 porteuses possibles (dans lexemple cela va de 4Mhz 5Mhz).

Sajoutent ces lments deux autres mcanismes.

Le virtual Carrier Sense qui permet de rduire les collisions de paquets. La station qui veut mettre envoie dabord un petit paquet de contrle (RTS : Request To Send) vers le destinataire. Ce dernier rpond avec un paquet CTS (Clear To Send) si le support est libre. La topologie est celle du bus, tous les postes vont recevoir le RTS ou le CTS. Ds quils lont, ils mettent en place un timer qui les empchera dmettre pendant la dure estime de communication indique dans le RTS ou le CTS. Cette dure se nomme DIFS (Distributed Inter Frame Space).

Lenvoi par le rcepteur dun accus de rception (Positif ACKnowledge) sans lequel lmetteur ne transmet pas la suite. Si il ne le reoit pas il met nouveau le paquet au bout dun certain temps. Le principe est bas sur le thorme de Backoff exponentiel qui permet en cas de collision dtecte de modifier sur les stations le nombre maximum (n) de manire exponentielle. Un nombre x est alors tir alatoirement entre 0 et n. Ce nombre permet daccder au support au bout de x dures de temps. Il y a alors beaucoup moins de chance que plusieurs stations aient le mme nombre et par consquent cherche communiquer en mme temps provoquant alors une collision. Ce nombre correspond au nombre de slot (intervalle) quil doit attendre avant de pouvoir mettre. Un slot possde une dure dtermine par le Slot Time.

d. Les limites et les volutions

Les liaisons sont au maximum de 800 mtres en outdoor cest dire entre votre compteur et le transformateur gnral (station lectrique) de votre quartier (boucle locale). Les frquences utilises vont de 1,5Mhz 30Mhz pour le transport de linformation. Entre 100 et 250 points daccs indoor peuvent tre grs.

La spcification HomePlug 1.01 indique 15 points daccs maximum par rseau logique. Certains constructeurs comme Oxanxce avec sa gamme PLA proposent dj jusqu 250 points daccs par rseau logique.

Les liaisons en indoor peuvent alles jusqu 300 mtres. Les frquences utilises vont de 1,5Mhz 30Mhz.

Pour viter des perturbations entre le rseau outdoor et celui indoor , les frquences utilises peuvent ne pas tre les mmes. Certaines spcifications indiquent dutiliser en outdoor les bandes de frquences 1,5 MHz 10 MHZ et en indoor 10 MHz 30 MHz. Lorsque lon voit les spcifications des produits vendus, on saperoit quils utilisent plus gnralement en indoor les bandes 4 MHz 21 MHz.

Le nombre dutilisateurs en indoor varie selon le dbit, le matriel utilis, le nombre de porteuses (modulation de frquences, multiples spectres ayant une frquence diffrente) autorises. Le Celektron 14Mbits/s permet dutiliser 84 porteuses sur le circuit lectrique.

La spcification HomePlug 1.01 propose un cryptage DES 56 bits jusqu la carte rseau connecte la prise. Attention, une fois sorti de la prise, il ny a plus de cryptage sur le cble ethernet ou sur le cble usb (Universal Serial Bus) qui relie la carte rseau la prise.

Les liaisons ne peuvent se poursuivre en amont du compteur lectrique.

Mise en place de solutions de Qualits de Services (Qos) pour pallier le partage de la bande passante par tous les utilisateurs (ou matriels) connects sur un mme segment lectrique.

2. Dploiement

En regardant les documents, les expriences ralises, tout parat trs simple, vous branchez et cela est oprationnel. Quelques points sont malgr tout connatre pour bien comprendre la mise en place dune solution CPL.

Il nest pas ncessaire dinstaller de pilotes sur les PC, les matriels PLC sont autonomes (adaptateurs, hub). Par contre, il est bien sr ncessaire de configurer la carte rseau des PC (et matriel rseau PCL routeur ) comme pour tout raccordement un rseau.

La mise en place du CPL se fait deux niveaux :

Un niveau appel outdoor (extrieur) qui correspond la partie qui se situe en amont du compteur lectrique. On parle souvent de mise en place dune boucle locale ou dernier kilomtre (last mile). Cette boucle relie les diffrentes habitations ou lieux o lon veut mettre en place une solution CPL. Cette partie est gre par le fournisseur daccs.

Un niveau appel indoor (intrieur) qui correspond lhabitation ou le lieu dans lequel le CPL est utilis. Cet endroit se situe en aval du compteur lectrique. Cest lutilisateur qui le met en place, sauf si un appareil doit tre install sur le compteur lectrique. Par contre, les adaptateurs installs sur les prises, les ponts, le routeur sont la charge de lutilisateur final.

Du fait de ce dcoupage, un certain nombre de matriels vont tres ncessaires pour relier les lieux en extrieur et les matriels en intrieur pour que tout cela puisse communiquer. La partie qui permet de faire passer le flux informatique en amont du point dentre global, savoir le transformateur ou la station lectrique pour le quartier, ne peut se faire en CPL. En effet, cette partie est une partie Haute Tension, le CPL ne fonctionne que sur basse ou moyenne tension. Les expriences mises en place et testes comme celle de La Haye-du-Puits, a ncessit la pose de fibre optique le long des cbles hautes tensions, reliant ainsi le transformateur global du quartier linternet via une liaison fibre optique classique.

Le choix de la fibre est du la distance plus grande qui peut tre parcourue avec cette technologie mais aussi au fait que les rayons lumineux qui transitent par la fibre optique, ne sont pas perturbs par les ondes lectromagntiques (parasites) engendrs par le courant.

Le schma suivant montre un exemple basique dune mise en place de CPL.

Il existe un grand nombre de possibilits pour le dploiement. Tout va dpendre de ce que vous dsirez faire et de ce que vous avez comme technologie de raccordement linternet (si vous en avez une). En effet, rien noblige davoir une liaison Fibre Optique vers le Point daccs internet fourni par votre fournisseur (POP : Point of Presence), vous pouvez avoir une liaison tlphonique ou pas de liaison du tout.

Vous avez plusieurs possibilits qui vous permettent de partager cet accs :

Vous possdez dj une liaison en ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line). Vous pouvez alors lutiliser en la couplant avec un modem-routeur ADSL/CPL.

Vous possdez lADSL et vous disposez dj dun modemrouteur ADSL. Dans ce cas, branchez le modem-routeur sur un adaptateur CPL (coupleur CPL) que vous branchez son tour dans une prise lectrique.

Vous possdez un rseau Ethernet connect (ou non) linternet, et vous voulez lui associer un rseau CPL pour lagrandir de faon simple. Dans ce cas utilisez un pont Ethernet/CPL que vous branchez dun ct sur la partie Ethernet (port dun switch, dun hub ) et de lautre sur une prise lectrique. Si la partie Ethernet possde une connexion linternet via un routeur par exemple, votre rseau CPL y aura aussi accs.

Vous pouvez aussi connecter un switch ou hub normal sur un adaptateur CPL connect une prise lectrique pour multiplier le nombre daccs possibles. Attention malgr tout, aux limitations aussi bien concernant le nombre dutilisateurs que de matriels connects.

Il existe aussi des possibilits rcentes de coupler votre rseau CPL avec un rseau sans-fil. Vous connectez le point daccs sans-

fil/Cpl la prise lectrique. Les matriels sans-fil vont communiquer avec la borne qui leurs permet ensuite de communiquer avec ceux connects au rseau CPL.

Vous pouvez aussi bien sr, raliser un rseau indoor , dans votre habitation sans ncessairement avoir besoin dun accs vers linternet. Dans ce cas branchez simplement les adaptateurs, configurez les cartes rseaux de vos matriels et ils communiqueront ensemble.

3. Les matrielsPour raliser un rseau CPL, vous disposez dun grand nombre de possibilits selon larchitecture et les technologies que vous dsirez associer ce rseau (sans-fil, adsl )

a. Indoor

Les premiers lments indispensables sont les adaptateurs. Ces matriels se branchent sur les prises lectriques et proposent une sortie ethernet ou usb connecter linterface du matriel associer au rseau CPL.

Voici quelques exemples de la marque CMM (Courant Multi Media):

Adaptateur CPL/Ethernet RJ45

Adaptateur CPL / USB

Ces adaptateurs sont gnralement :

1. Compatibles avec la spcification HomePlug 1.01 2. Proposent un encryptage DES 56 Bits 3. Utilisent la modulation OFDM (84 porteuses) 4. Leur porte, si lon prend comme exemple le CELEKTRON E1 (Ethernet) ou le CELEKTRON U1 (USB) de la marque CMM (Courant Multi Media) est annonce 300 mtres.

5. Le dbit est de 14Mbits/s 6. Le prix est denviron 100 Euros TTC 7. Bande de frquences utilise 4,3 Mhz 20,9 Mhz

Certains adaptateurs sont plus intelligents comme ceux de la marque Oxance. En effet, ils peuvent faire aussi office de pont et possdent une fonction de rpteur intgre (gamme PLA200, ou PLA220).

Le PLA200 propose les fonctions suivantes

- Rpteur automatique - Routage dynamique (Election de la meilleure route) - Filtrage des adresses Mac (Protection des accs) - Gestion de la bande passante (Limitation des dbits) - Statistiques des communications

http://www.oxance.com/

sauvegardes en mmoire Flash (Facturation au volume) - Connaissance complte de l'tat du rseau courant Porteur (matrice des qualits, dtection des PLA perturbs, ...) - Scurit renforce (AES 128 bits superpos au DES 56 bits) - Administration graphique et intuitive par serveur HTTP - Management SNMP V1, V2c et V3 + dmon syslog (Gestion des traps) - Localisation d'un PLA distance - Fairness (Prioritisation des flux, comme la VoIP) - Distance > 200 mtres - Dbit 4 Mbits/s - Pas de limite dutilisateurs/PLA - Maximum 254 PLA / rseau logique - Prix environ 340 Euros TTC

http://www.leacom.fr/

Ces adaptateurs sont plus proches du pont, ils permettent notamment la gestion des VLAN (802.1Q), de la qualit de service (QoS), du multicast

Si vous dsirez multiplier les accs votre rseau partir dune prise lectrique, vous pouvez utiliser un adaptateur lui-mme reli un hub ou un switch Ethernet. Certains adaptateurs peuvent faire office de pont pour relier votre rseau CPL votre rseau Ethernet. Par exemple, chez Oxance les adaptateurs peuvent tres configurs dans ce mode (gamme PLCnet). Ils autorisent alors 16 utilisateurs.

Il existe aussi des switchs CPL/Ethernet/Usb que vous pouvez connecter directement sur le rseau lectrique. Le PowerSpeeder de Nirodia en est un. Ce matriel peut prolonger le rseau lectrique en rseau Ethernet et/ou vers un matriel usb et ceci chaque prise o vous connectez le PowerSpeeder.

Pour les connexions intrieures ( indoor ), vous avez la possibilit de coupler le rseau CPL avec un rseau Sans-Fil comme indiqu dans le schma prcdent. Dans ce cas, vous devez utiliser un point daccs Wi-Fi/CPL. Mme si cette technologie est assez rcente plusieurs constructeurs proposent des matriels.

http://www.courantmultimedia.fr/

http://www.corinex.com/

Dans les deux cas, la partie Sans-Fil est normalise 802.11b soit un dbit thorique de 11Mbits/s. La partie CPL respecte les spcifications HomePlug 1.01 et propose donc un dbit de 14 Mbits/s. Il nest pas ncessaire dutiliser un adaptateur pour relier cette borne au rseau lectrique, cette possibilit est interne ce matriel.

Vous retrouvez ces mmes matriels chez dautres constructeurs

AirWire 14 chez Niroda (http://www.niroda.fr)

Pour les connexions linternet, vous devez insrer un matriel entre cette connexion et le rseau CPL. Ce matriel aura des spcificits diffrentes selon la technologie utilise pour laccs extrieur (ADSL, cble, satellite ).

Si vous possdez dj un matriel style routeur-modem ADSL, il suffit de le connecter un adaptateur pour permettre aux matriels sur le rseau CPL de se partager laccs linternet. Vrifier tout de mme le type de cette connexion car il faut certainement activer la fonction NAT (Network Address Translation).

Vous possdez labonnement ADSL mais pas le matriel pour sy connecter. Dans ce cas, vous allez devoir utiliser un modemrouteur ADSL/CPL. Une connexion la prise lectrique et une connexion la ligne ADSL sont alors possibles directement avec ce matriel. Il sert alors de passerelle entre ces deux technologies.

Certains matriels vont plus loin en proposant plusieurs connectiques pour lintrieur indoor , comme de lUSB et de lEthernet 10/100 Mbits/s vous permettant diffrents types de liens.

Ils peuvent aussi proposer une fonction de Firewall.

Le MM-Box de CMM. Il possde les mmes fonctions que le PLG001-01.

Le PLG001-01 ELEKTRA de LEA (Laboratoire Europen ADSL) socit rennaise cre en 1999.

Ce botier possde un modem ADSL La diffrence tient au fait quil (prise RJ11) intgr qui permet de grer ne possde pas de port USB jusqu 15 connexions simultanes, un mais par contre il possde 4 port Ethernet 10/100 (prise RJ45) et un port Ethernet. port USB 2. Prix : environ 400 Euros TTC Il possde aussi un FireWall, un serveur DHCP (dynamic Host Configuration Protocol), un DNS (Dynamic Name Server) un serveur Web intgr pour sa gestion, un cryptage des informations, une gestion du protocole NAT. De plus il possde une interface Ethernet sur laquelle il est possible de connecter un rseau Ethernet, il a donc une fonction de passerelle.

http://www.corinex.com/

Ce routeur possde aussi une interface ADSL. Sur le site de corinex il existe une documentation trs complte de sa mise en uvre sur PC, Mac et des indications sur toutes ses possibilits.

Si vous possdez un accs linternet par un autre biais que lADSL, par exemple le cble, le satellite, la Fibre Optique Il est possible via ces routeurs (ou mme sans) de relier votre rseau CPL en connectant votre accs extrieur un des ports Ethernet que ces routeurs proposent.

b. Outdoor

Pour les accs outdoor, la gamme des produits est rserve aux professionnels qui les mettent en place.

Vous avez chez Oxance la gamme des PLA210 et PLA220 qui permettent le raccordement des immeubles en entre des transformateurs. Le PLA210 permet de grer jusqu 254 adaptateurs. Son avantage est dutiliser une connectique coaxiale 75 ohms qui permet de se connecter linfrastructure tlvision dun immeuble ou dun groupe dimmeuble. La distance maximale point point est de 800 mtres. Vous pouvez ainsi relier vos immeubles via le cble tlvision pour ensuite redistribuer les donnes rseau en les injectant dans le rseau lectrique dun immeuble.

Schneider propose le rpteur CPL, IR LR 1100 (Intermediate Repeater Long Range) qui propose un dbit de 36Mbits/s et qui permet daugmenter la distance outdoor de 400 mtres. Il peut grer 63 indoor et propose un port RJ45 et RS232 (pour une liaison avec le rseau tlphonique).

c. Autres matriels

Nirodia (gamme wingoline) propose aussi des bornes analogiques sur CPL. Vous transportez ainsi le code analogique tlphonique travers le rseau lectrique. Cela permet de connecter nimporte o des fax, minitel, tlphone, point daccs linternet via le rseau tlphonique ... Son prix actuellement est de 160 Euros TTC.

Le coupleur de phase CPL3PH dOxance permet le couplage des phases L1, L2, L3 et le neutre. Ceci permet ensuite de faire passer le signal HomePlug entre ces 3 phases et le neutre sur les frquences situes entre 3Mhz et 30Mhz.