La télécommunication Le Courant Porteur en Ligne

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1 La télécommunication Le Courant Porteur en Ligne
La communication par le réseau électrique

2 Le courant Porteur en Ligne : CPL
Communication par les lignes électriques (domestique ou d’acheminement EDF) Année 50 : commande des éclairages publique (10Hz à 10kW) Année 80 : début des recherches pour la communication Année 2000 : premières commercialisations 2007 : HomePlug AV Spécification (673 pages) autres dénominations : PLC (Powerline Communications) PLT (Powerline Telecommunication) PPC (Power Plus Communications) BPL (Broadband over PowerLine) Le terme « courants porteurs en ligne » (CPL) correspond à une technique permettant de transfèrer des informations numériques en passant par les lignes électriques. De ce fait, il s'agit d'une alternative aux traditionnels câbles et à la technique Wi-Fi. Les courants porteurs en ligne ont plusieurs autres dénominations : PLC (Powerline Communications) PLT (Powerline Telecommunication) PPC (Power Plus Communications) BPL (Broadband over PowerLine) La spécification HomePlug est un document confidentiel car il contient sufisament d’information sur les cryptages pour pouvoir pirater des réseau CPL. 1/18

3 Le courant Porteur en Ligne : CPL
1 La technologie 1.1 Canal de transmission 1.2 Techniques de modulation de données 1.3 Liaison de donnée 2 Eléments de Sécurité 3 le marché des CPL 3.1 les domaines InDoor/OutDoor 3.2 les produits de l’InDoor 2/18

4 La technologie La Sécurité Le marché
Informations Numériques Le transmetteur Le Canal de transmission Le Récepteur modulation démodulation Le canal de transmission désigne le support entre le récepteur et le transmetteur, dans le cas de Courant porteur il s’agit de fil de cuivre. 3/18

5 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Informations Numériques Le transmetteur Le Canal de transmission Le Récepteur Informations Analogiques modulation démodulation Canal : fil de cuivre (réseau électrique) source de bruit source d’affaiblissement Informations Analogiques : plusieurs porteuse de 2 Volts entre 4 et 21 MHz (≠50Hz) Le canal de transmission désigne le support entre le récepteur et le transmetteur, dans le cas de Courant porteur il s’agit de fil de cuivre dont toute les maisons sont déjà équipées. Ce support électrique n'a pas été étudié pour transporter des informations, il est une source de bruit et d'interférence et même d'affaiblissement du signal. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, ce n'est pas le courant de 220 Volts à 50Hz qui assure le transport des données. Celui-ci ne sert qu'à alimenter les appareils reliés au secteur et on n’y touche pas. Pour véhiculer les données, le CPL injecte dans l'installation électrique d'autres courants alternatifs de très faibles tentions d’amplitude l'ordre de 2 Volts. Leurs fréquences est comprises entre 4,3 et 20,9 MHz. C’est donc des milliers de fois plus élevées que la fréquence du 50 Hz. OUI / Cependant, ce support électrique n'a pas été étudié pour transporter des signaux haute fréquence, il faut donc en tenir compte pour éviter de perturber d'autres appareils ou les fréquences 1-30 MHz. Sachant que le signal doit rester performant pour permettre un débit suffisant pour l'autre bout de la ligne ! Il existe deux possibilités de transmission : couplage capacitif en parallèle sur le réseau électrique ou couplage inductif via un tors de ferrite. 4/18

6 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Informations Numériques Le transmetteur Le Canal de transmission Le Récepteur Informations Analogiques modulation démodulation Connexion : couplage capacitif ou couplage inductif Il existe deux possibilités de transmission : couplage capacitif en parallèle sur le réseau électrique ou couplage inductif via un tors de ferrite. Le but etant de ne laisser passer que la partie alternative sans aucune composante continue. Le couplage capacitif se résume a un condensateur de liaison, … tors de ferrite 5/18

7 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Modulation OFDM : (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) répartition des informations (haut débit) sur plusieurs porteuses les informations sont envoyées simultanément (bas débit) Pour les CPL il existe 2 type de modulation possible mais une seul est reconnue par la HomePlug AV Spécification, c’est la modulation OFDM. Donc de se fait c’est celle qui est le plus utilisé dans le marché. C’est une modulations basée sur l'étalement de spectre. L'idée de base de l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) réside dans le fait de répartir un canal binaire haut débit en une multitude de canaux, lesquels étant modulés à bas débits. Chacun de ces sous canaux est modulé par une fréquence différente, l'espacement entre chaque fréquence restant constant. Ces fréquences constituent une base orthogonale: le spectre du signal OFDM présente une occupation optimale de la bande allouée. 6/18

8 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie donnée récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) Le protocole CSMA/CA utilise un mécanisme d'esquive de collision basé sur un principe d'accusé de réception réciproques entre l'émetteur et le récepteur. Le mécanisme est le suivant : • Une station qui veut envoyer la trame regarde si elle le peut. Si la voie est libre, CSMA/CA attend un temps aléatoire appelé DIFS (Distributed Inter Frame Space) et alors il est possible d'émettre. • Elle envoie donc un message RTS (Ready To Send) au récepteur qui contient des informations importantes sur le volume de données qu'elle veut transmettre et sur la vitesse de transmission. • Le récepteur envoie alors un CTS (Clear To Send) ce qui permet à la station émettrice d'envoyer ses données. • Dès lors que toutes les données ont été transmises, le récepteur peut envoyer un ACK. >>>>> Le protocole CSMA/CA tente d’éviter les collisions en imposant un accusé de réception systématique des paquets (ACK), ce qui signifie que pour chaque paquet de données arrivé intact, un paquet ACK est émis par la station de réception. 7/18

9 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie des Données récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) RTS Control de trame Durée RA TA CRC 2octets 2 octets 6 octets 4 octets RA est l’adresse du récepteur imsupportt de la prochaine trame de données ou de gestion. TA est l’adresse de la station qui transmet la trame RTS. La valeur de la durée est le temps, en microsecondes, nécessaire à la transmission de la trame de gestion ou de données suivante, plus une trame CTS, plus une trame ACK, plus 3 intervalles SIFS. CRC : information de control, a chaque message et a l’envoi de donnée il se termine par le CRC qui doit etre le meme a chaque foi et a la fin au ACK on retrouvera le CRC c’est un moyen de vérifier que la communication est correcte. RAPPEL : j’ai volontairement zaper les +3 SIFS car faire comprendre serai dur !! Durée (en ms) : pour l’envoi de CTS + Données + ACK RA : adresse du récepteur du message (Récepteur des Données) type MAC TA : adresse de l’émetteur du message (Emetteur des Données) CRC : information de control 8/18

10 La technologie La Sécurité LE 3EME
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie des Données récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) Protocol : Type : 01 control Subtype : 1011 RTS 1100 CTS 1101 ACK 10 donnée 0000 simple RTS Control de trame Durée RA TA CRC 2octets 2 octets 6 octets 4 octets Protocole, dans la version actuel on utilise le premier type de protocole donc on code avec 00, 9/18

11 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie des Données récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) CTS Control de trame Durée RA CRC 2octets 2 octets 6 octets 4 octets Durée (en ms) : Durée (RTS) moins le temps pour le CTS RA : adresse du récepteur du message (Emetteur des Données) CRC : information de control 10/18

12 La technologie La Sécurité Le marché
Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie des Données récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) données Le plus souvent Adresse 3 et 4 ne sont pas utilisé ! (configuration dans le Frame control) Adresse 1 : émetteur Adresse 2 : récepteur Envoi par lot de 2312 bits (≈ 11 octets) minimum 64bits 11/18

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Canal de transmission Techniques de modulation de données Liaison de donnée Le protocole CSMA/CA : (Carrier Sense Multiple Access avec Colision Avoidance) 802.11 canal libre ? émetteur : envoie message RTS (Ready To Send) récepteur : envoie message CTS (clear To Send) émetteur : envoie des Données récepteur : envoie message ACK (=accusé de réception) données Control de trame Durée RA CRC 2octets 2 octets 6 octets 4 octets Durrée vaut durée des donnée si le more fragment est a 1 Le plus souvent sur les gros envois d’information la durée est configuré pour nous restitué l’information de temps des donnée Durée (en ms) : la durée de l’envoi des données ou 0 (en fonction du control de trame) RA : adresse du récepteur du message (Emetteur des Données) CRC : information de control 12/18

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Problème : présence des données dans tout les fils électriques Le compteur EDF n’est pas une protection Solution : Cryptage DES (Data Encryption Standard) clés de 56bits chaque couple de boitier CPL partage une clé commune Fiabilité : (sans le HomePlug AV Spécification) - clé de 56bits : donc N = 2^56 possibilité - Avec une trame de 64 bits la plus petite et la plus rapide : Ttrame = (64x8 bits)/(100.Mbits/s ) ≈ 4.88 * 10^-6 Sec  1 essaie par trame : Total = N*Ttrame ≈ 1,4.10^12 ≈ années Avec le manuel HomePlug sans doute que le temps serai plus rapide. Le canal de transmission désigne le support entre le récepteur et le transmetteur, dans le cas de Courant porteur il s’agit de fil de cuivre. 13/18

15 La technologie La Sécurité Le marché
les domaines InDoor/OutDoor les produits de l’InDoor Le canal de transmission désigne le support entre le récepteur et le transmetteur, dans le cas de Courant porteur il s’agit de fil de cuivre. 14/18

16 La technologie La Sécurité Le marché
InDoor OutDoor Il existe deux type d’utilisation du CPL possible dans le marché actuel. Le type INDOOR et le type OUTDOOR : L’INDOOR correspond a l’utilisation du courant porteur à l'intérieur des bâtiments Et l’OUTDOOR à l'extérieur des bâtiment vers les lignes de moyenne et haute tension. 14/18

17 La technologie La Sécurité Le marché
OutDoor les domaines InDoor/OutDoor les produits de l’InDoor Solution de connexion Un outil pour EDF Utilisation d’EDF : relevé EDF commande d’heure creuse Utilisation sur réseau privé : Réseau de communication entre écoles, hôpitaux et lieux publics Equipement de particulier en internet Commande d’éclairage publique Le marché de l’outdoor pour les particulier tend a évolué mais très lentement puisque l’arrivé de la fibre optique fait concurrence direct. 15/18

18 La technologie La Sécurité Le marché
InDoor les domaines InDoor/OutDoor les produits de l’InDoor Réseau électrique existant Absence de câble Simple de mise en œuvre Un bon débit Une bonne portée 300m Une sécurité Jusqu’à 64 boitiers CPL + interphone, télésurveillance … 16/18

19 La technologie La Sécurité Le marché
les domaines InDoor/OutDoor les produits de l’InDoor Free, bouygues telecom, canal+, neuf telecom, Alice, orange, Tele2, SFR …. communiquer entre plusieurs point de la maison (pour la TV, le téléphone, l’internet) La domotique L’industrie Le domaine médical Le tout intégré 17/18

20 La technologie La Sécurité Le marché
les domaines InDoor/OutDoor les produits de l’InDoor 17/18

21 qui utilisent les fréquences de 1,8 MHz à 250GHz
CPL Le CPL : un remplaçant du câble et du Wifi Déjà 200Mbits/s mais bientôt Mbits/s Le procès des Radioamateurs qui utilisent les fréquences de 1,8 MHz à 250GHz (CPL : 4MHz à 20MHz) 18/18

22 Merci à Pierre Collet : ingénieur à Léa,
leader Français du CPL, et un des 3 mondiaux, de qui j’ai obtenu les document suivant : HomePlug AV Spécification fonctionnement PLC guidelines PLC notching frequencies Et les boitiers CPL de démonstration. Sitographie :