Courant Porteur en Ligne

[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEAuteurs : Franois CHARBIT Loc MICHEL Frdric SUZANNE

COURANT PORTEUR EN LIGNE

Travail dEtude et de Recherche Module A1 Prsent le 29/11/2004

Auteurs : CHARBIT Franois MICHEL Loc SUZANNE Frdric DESS T.N.I. Filire A.S.R.

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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE

INTRODUCTIONLe CPL (Courant Porteur en Ligne) appel aussi PLC (Power Line Communication) ou BPL (Broadband Over Power Line) est une technologie qui commence faire parler delle. Pour sen convaincre, il suffit de regarder le nombre darticles qui sortent sur ce sujet depuis 2002 (Le monde informatique, 01Net, rseaux & tlcoms, New York Times ). Mais que se cache til derrire cette nouvelle technologie ? Est-ce un chemin davenir prendre ? En tudiant le CPL on saperoit vite de certaines limites ; des voix slvent contre son utilisation. Pourquoi tout ce remue-mnage ? Nous avons scind notre tude en trois parties afin de bien voir les diffrents enjeux auxquels cette technologie fait face. Dans une premire partie, nous dvelopperons brivement la technologie proprement dite. Puis, dans les parties suivantes, nous verrons que celle ci se dcoupe en deux grandes architectures : Indoor (et sa spcification Homeplug) et Outdoor. Ceci nous permettra de bien saisir quels points les deux marchs possibles des CPL sont diffrents en terme de dveloppement futur. Et nous terminerons enfin par les diffrents avantages et inconvnients de cette technologie, lesquels bloquent la prennisation dfinitive des Courants Porteurs en Ligne .


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TABLE DES MATIERESI. LA TECHNOLOGIE CPL __________________________________________________ 5I.A.I.A.1. I.A.2.

LE CPL, CEST QUOI_______________________________________________________ 5

Dfinition ____________________________________________________________________5 Une technologie vieille de plus dun demi sicle ________________________________5

I.B.

I.B.1. OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing____________________________7 I.B.1.A. Principe : _______________________________________________________________7 I.B.1.B. Remarques : ____________________________________________________________7 I.B.2. Spread Spectrum_____________________________________________________________8 I.B.2.A. Principe : _______________________________________________________________8 I.B.2.B. Remarques______________________________________________________________8 I.B.3. Comparaison OFDM et SS par rapport la monte en dbit _____________________9 I.B.4. Etude dun cas : la modulation spcifique DS2 _________________________________9

TECHNIQUES DE MODULATION _______________________________________________ 6

II.

LES CPL EN INDOOR ___________________________________________________ 11II.A. II.B. LE HOMEPLUG POWERLINE ALLIANCE _______________________________________ 11 LES SPECIFICATIONS HOMEPLUG POUR LA COUCHE PHYSIQUE (HOMEPLUG PHY) ___ 12Les principaux problmes lis la couche physique ________________________12 Les techniques utilises par la norme Homeplug ____________________________12 La Channel adaptation procdure_______________________________________14 Caractristiques techniques _______________________________________________14

II.B.1. II.B.2. II.B.3. II.B.4.

II.C.

II.C.1. Principales caractristiques de la norme Homeplug au niveau MAC __________15 II.C.2. Rsolution des problmes de contention ___________________________________15 II.C.2.A. Le Virtual Carrier Sense(VCS) _________________________________________15 II.C.2.B. Fentre de rsolution de contention ___________________________________16 II.C.3. Format des trames Homeplug 1.01 _________________________________________16 II.C.3.A. le champ prambule__________________________________________________17 II.C.3.B. le champ frame control _______________________________________________17 II.C.4. Echange de message entre stations ________________________________________18 II.C.4.A. transmission de donnes unicast _____________________________________18 II.C.4.B. transmission de donnes multicast et broadcast _______________________18 II.C.5. Homeplug 1.01 et la scurit _______________________________________________18

LES SPECIFICATIONS HOMEPLUG POUR LA COUCHE LIAISON (HOMEPLUG MAC) ____ 14

II.D. II.E.

LES PRODUITS CPL COMPATIBLES HOMEPLUG 1.01 ___________________________ 19 FUTURS NORMES ET STANDARDS POUR LES RESEAUX CPL INDOOR ______________ 19

III.III.A.

LES CPL EN OUTDOOR _______________________________________________ 20III.A.1. III.A.2. III.A.3. III.B.1. III.B.2. III.B.3.

OBJECTIFS _____________________________________________________________ 20

Bref Descriptif ____________________________________________________________20 Une Solution pour les collectivits locales __________________________________22 Complmentarit des technologies daccs : _______________________________22 Architecture du Rseau lectrique HT/MT/BT _______________________________24 CPL sur les lignes et Outdoor______________________________________________25 Mise en uvre, Couplage : ________________________________________________26

III.B.

ARCHITECTURE DES CPL SUR LA BOUCLE LOCALE ELECTRIQUE : _______________ 24


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEIII.B.4. Technologies, Normes et Standards : ______________________________________28 III.B.4.A. Normes et Standards :________________________________________________28 III.B.4.B. Performances et Caractristiques _____________________________________28 III.B.5. Exemples DEquipements : ________________________________________________29

III.C.

III.C.1. La Loi et les diffrentes Organisations _____________________________________31 III.C.2. Quelques Tests Raliss ou en cours de Ralisation : _______________________33 III.C.2.A. Bref Aperu : ________________________________________________________33 III.C.2.B. Exemple : La Haye-Du-Puits teste la boucle locale lectrique : __________35

QUELQUES EXPERIMENTATIONS OUTDOOR ; UNE SOLUTION POUR LAVENIR ?_____ 31

IV.

AVANTAGES ET INCONVENIENTS : _______________________________________ 36LES AVANTAGES : _____________________________________________________ 36 LES INCONVENIENTS : __________________________________________________ 37

IV.A. IV.B.

V.

CONCLUSION : ________________________________________________________ 39WEBOGRAPHIE : _______________________________________________________________ 40

ANNEXE 1 ________________________________________________________________ 40


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I. LA TECHNOLOGIE CPLI.A. LE CPL, CEST QUOII.A.1. DfinitionLe CPL est une technique qui permet dutiliser les lignes lectriques basse et moyenne tension (220 volts ou 380 Volts), pour y faire passer des ondes courtes hautes frquences sur la bande des 9KHz 30 MHz au moyen dun couplage avec les signaux lectriques (50Hz en France). Cette technologie vise donc faire passer de linformation bas dbit ou haut dbit sur les lignes lectriques en utilisant des techniques de modulation avances.

I.A.2. Une technologie vieille de plus dun demi sicleLa technologie sur courants porteurs existe depuis longtemps, mais elle n' tait utilise qu' bas dbit pour des applications de tlcommande de relais, clairage public et domestique. Le haut dbit sur CPL na commenc qu la fin des annes 1990. 1950 : sur frquence 10 Hz, puissance 10 kW, unidirectionnel : lumires en ville, tlcommande de relais. Milieu des annes 80 : dbut des recherches pour utiliser le rseau de distribution lectrique comme support de transport de donnes, sur la bande 5 500 kHz, toujours en unidirectionnel. 1997 : premiers tests de transmission de signaux de donnes sur rseau lectrique en bidirectionnel, et dbut des recherches pour Ascom (Suisse) et Norweb (UK). 2000 : exprimentations en France par EDF R&D et Ascom.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEDbut des recherches premires exprimentations pour utilisation [5-500] Hz en France par EDF R&D (Unidirectionnel) et Ascom 1985 2000

1950 Tlcommande De relais. (Unidirectionnel)

1997 Test de transmi. en bidirectionnel

Le CPL est donc une technologie qui a quelques annes. Cependant la base, le rseau lectrique nest pas prvu pour le transport de signaux haute frquence. Lindustrie a d batailler ferme pendant de longues annes pour obtenir une technologie relativement viable. Etudions maintenant les techniques misent en uvre par la technologie CPL.

I.B. TECHNIQUES DE MODULATIONComme nous lavons signal prcdemment, le support du rseau lectrique na pas t tudi pour transporter des signaux Haute frquence (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 frquences de la bande 1-30 Mhz par rayonnement, certaines frquences de cette bande tant rserves larme ou bien aux radioamateurs. Tout ceci doit enfin tre tudi pour donner un dbit suffisant lutilisateur en bout de ligne. Tout le problme consiste ainsi limiter la puissance de fonctionnement des courants porteurs tout en assurant un dbit suffisant, et limiter les effets du bruit et de la distorsion sur la ligne. La solution : allier un traitement du signal le plus performant possible et effectuer un couplage optimal du rseau CPL au rseau lectrique. Sur les solutions actuelles, deux types de modulation ressortent particulirement : OFDM et Spread Spectrum.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE I.B.1. OFDM : Orthogonal Frequency Division MultiplexingCette modulation a t choisie par le comit Homeplug, donc tous les quipements qui respectent la norme Homeplug sont en modulation OFDM. n.b : la modulation OFDM est utilise galement pour le wireless : 802.11a.

I.B.1.A. Principe :Emission simultane sur x bandes de frquence (situes entre 1 et 30 Mhz) de N porteuses un (modules par exemple en QPSK) sur chaque bande : rpartition d' train binaire haut dbit en une multitude de trains (ou canaux) moduls bas dbit. Le signal est donc inject sur plusieurs frquences la fois, si l' d' une elles est attnue le signal passera quand mme grce l' mission simultane. OFDM rsout galement les problmes de distorsion des signaux transmis en apportant une solution au problme des chos multiples que l' rencontre quand on monte en dbit. on

I.B.1.B. Remarques :Cette modulation a t choisie par le comit Homeplug, donc tous les quipements qui respectent la norme Homeplug sont en modulation OFDM. NB : la modulation OFDM est utilise galement pour le wireless : 802.11a. Il y a possibilit avec cette modulation d' teindre logiciellement certaines porteuses suivant l' du rseau ou les frquences interdites en mission. tat

Le spectre du signal OFDM prsente une occupation optimale de la bande alloue grce l' orthogonalit des sous porteuses.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE I.B.2. Spread SpectrumLa modulation avec talement de spectre est optimise pour lutter contre le bruit, dont elle limite mieux les effets.

I.B.2.A. Principe :SS consiste taler l' information sur une bande de frquences beaucoup plus large que la bande ncessaire, dans le but de combattre les signaux interfrents et les distorsions lies la propagation : le signal se confond avec le bruit. Le signal est cod au dpart, un code est assign chacun des usagers afin de permettre le dcodage l' arrive. L' talement est assur par un signal pseudo alatoire appel code d' talement. A la rception le signal est peru comme du bruit si le rcepteur n' pas le code. a

I.B.2.B. RemarquesSS : Spread Spectrum : Modulation talement de spectre La modulation CDMA : Code Division Multiple Access est une modulation SS, elle est utilise pour certaines solutions CPL.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE I.B.3. Comparaison OFDM et SS par rapport la monte en dbitLorsqu' fait le point des diffrentes solutions existantes ce jour on note que les solutions on qui utilisent l' talement de spectre restent bas dbit, seules les solutions qui utilisent OFDM peuvent monter en dbit. Il semble donc intressant ce niveau de tenter une explication en partant de la formule sur la capacit d' canal : un Formule de Shannon-Tuller, capacit d' canal de transmission : C=B*log2 (1+S/N) un C dsigne la capacit du canal en bit/s B reprsente la bande de frquences utilisable, elle est dfinie et limite par la norme S est la puissance moyenne du signal, elle est dfinie et limite par la norme N est la puissance moyenne de bruit. La capacit d' canal de transmission est bien dpendante de la bande passante alloue et un de la puissance du signal envoy, donc signal faible, dbit faible : Avec OFDM grce cette modulation on choisit les frquences sur lesquelles le signal est mis, les autres porteuses tant teintes logiciellement. Ainsi, selon le pays o l' se trouve les algorithmes sont configurs spcifiquement selon on les rglementations d' mission dans la bande 1-30 MHz. Et les porteuses mises le sont un niveau suffisant pour monter en dbit. Avec SS on reste bas dbit : en effet, la solution ici consiste mettre le signal faible niveau, afin de ne pas risquer de perturber les frquences dj utilises (radio metteurs, pompiers, etc.). Ces deux modulations sont trs diffrentes dans leur principe, mais comme elles s'attaquent deux effets relativement indpendants (bruit pour SS, distorsion pour OFDM), il devient intressant d'exploiter cette complmentarit pour travailler avec une modulation qui tirerait profit de ces deux techniques. NB : ce propos, le projet RNRT IDILE en cours actuellement porte sur ce sujet.

I.B.4. Etude dun cas : la modulation spcifique DS2DS2, qui a dvelopp une solution spcifique pour l' outdoor, travaille sur une modulation OFDM sur 4 bandes ( ce jour) rparties sur la bande de frquence alloue aux CPL : la bande de travail est choisie suivant les conditions de qualit du rseau lectrique, cela permet ainsi une meilleure adaptabilit pour une performance maximum.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELa configuration se fait partir d' PC branch sur l' un quipement CPL dit tte de rseau , c' est--dire l' quipement matre prsent au niveau du transformateur. Couche Rseau : Toute solution CPL doit inclure une couche physique robuste mais galement un protocole d' accs la couche rseau efficace. Ce protocole contrle le partage du mdia de transmission entre de nombreux clients, pendant que la couche physique spcifie la modulation, le codage et le format des paquets. Dans la majorit des systmes CPL, c' le protocole CSMA/CA ( Carrier Sense Multiple est Access, Collision Avoidance) qui a t choisi, comme pour le protocole 802.11a dans les systmes sans fils. Ce protocole s' appuie sur la fonction CCA Clear Channel Assessment, et qui est robuste aux interfrences. Rappel du principe : Rester en coute et attendre que le canal soit libre pour mettre. Aprs l' mission attendre un acquittement pour tre sr de la bonne rception du paquet.


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II. LES CPL EN INDOORLorsque, pour les courants porteurs en ligne, il est question de rseaux indoors, cela fait allusion un rseau local, par exemple lintrieur dune habitation, dun hpital. Plus gnralement, le terme indoor regroupe lensemble du matriel situ en aval du compteur lectrique. Cest pour cette raison quil est frquent de parler de LAN indoor pour un rseau CPL. Il existe plusieurs techniques pour la mise en place de rseaux locaux., chacune delles tant base sur une infrastructure diffrente : lutilisation de modems qui utilisent le rseau tlphonique comme canal de communication. les rseaux cbls ; ils ncessitent la mise en place de cbles de communication pour relier les nuds du rseau. Les rseaux sans fils, dans lesquels la communication est assur par les ondes radio. Les courants porteurs en ligne, le support de communication tant le rseau lectrique existant. Pour les trois premiers types de rseaux (tlphoniques, cbls, sans fils), il existent des protocoles standards de communication pour assurer la transmission de donnes entre les nuds du rseaux (ex : Ethernet, 802.11b, ). Par contre, ce jour, aucune norme ou standard nest dfini pour le transport de donnes sur un rseau CPL indoor. Face ce manque, au regain dintrt pour le CPL indoor et le march potentiel, un groupe dindustriel sest regroup au sein de la Homeplug Powerline Alliance afin de crer une norme (Homeplug 1.01) pour la transmission de donnes sur les rseaux CPL indoors. Dautres tentatives de normalisation ont galement t publies, mais, celle qui domine le march actuellement est la spcification Homeplug. Le chapitre suivant prsentera ainsi ce comit et la spcification Homeplug.

II.A. LE HOMEPLUG POWERLINE ALLIANCELe Homeplug Powerline Alliance a t cr en mars 2000 par 13 acteurs majeurs de l' industrie. Il regroupe notamment les entreprises franaises EDF et France Telecoms. Face l' absence de standard pour les rseaux CPL de type indoor, ce consortium international a cr la norme Homeplug 1.01. Cette solution est une solution propritaire ; il faut donc tre membre de la Homeplug Powerline Alliance pour avoir accs l' ensemble des spcifications Homeplug 1.01 et fabriquer de produits compatibles avec. Le comit regroupe maintenant une cinquantaine d' entreprises qui doivent verser annuellement 15000 US$ pour tre membre. La norme Homeplug 1.01 intervient au niveau 1 et 2 du modle OSI (physical & data-link), son objectif principal tant dassurer la transmission de donnes sur un rseau utilisant les courants porteurs en ligne. les spcifications Homeplug pour la couche physique (PHY) prennent en compte les donnes spciales lies la transmission sur courant porteurs. Au niveau de la couche liaison de donnes, les spcifications Homeplug correspondent la sous couche MAC; elles doivent permettre le partage du medium entre plusieurs stations.


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II.B. LES SPECIFICATIONS HOMEPLUG POUR LA COUCHE PHYSIQUE (HOMEPLUG PHY)II.B.1. Les principaux problmes lis la couche physiqueUn important problme pour les courants porteurs est du au fait que le canal de communication sert non seulement transporter des donnes informatiques, mais galement au transport de l' nergie pour les appareils lectriques. Ainsi, les caractristiques du rseau informatique CPL sont tributaires de ltat de ligne lectrique, mais aussi de l' ensemble des autres appareils partageant le rseau lectrique (TV, machine laver, lampe,...). En effet, d' autres appareils lectriques peuvent venir se brancher (ou se dbrancher) sur le rseau lectrique utilis par le rseau informatique CPL. De plus, ces appareils peuvent avoir des impdances diffrentes en fonction du temps (ex: un moteur lectrique). Un second paramtre qui peut altrer le transfert de donnes sur le rseau est celui des interfrences. Comme dans les autres types de rseaux, les interfrences lectromagntiques doivent tre prise en compte, mais galement celles dues aux autres appareils branchs sur les rseaux lectriques. De fortes sources de bruit sur le rseau lectrique peuvent provenir dappareils tels que les lampes halognes et fluorescentes, les moteurs lectriques, ... Ces interfrences peuvent tre impulsives, spcifiques certaines frquences, ou les deux la fois. C' pour cela que, dans des rseaux CPL indoors, des caractristiques peuvent fortement est varier en fonction: des frquences utilises du temps. Pour faire face aux variations dues aux frquences plus ou moins bonnes, la norme Homeplug s' appuie sur une mthode appele Channel adaptation, qui permet d' avoir un dbit lev sur certaines frquences mais moins bon sur d' autres.

II.B.2. Les techniques utilises par la norme HomeplugSur le rseau lectrique, les frquences situes entre 40 en 50 Hz sont utilises pour lalimentation des appareils lectriques. Afin de pouvoir faire transiter des donnes en plus du courant lectrique traditionnel, les courants porteurs en ligne et la norme Homeplug utilisent lintervalle de bande passante compris entre 4,5 et 21MHz. Cet intervalle est divis en plusieurs porteuses rgulirement espaces : il est partitionn en 84 porteuses diffrentes. Avec Homeplug PHY, ces diffrentes porteuses sont utilises comme moyen de transmission de linformation selon la technique de transmission OFDM. La figure suivante montre le principe de partager la totalit de la bande passante en un certain nombre de porteuses utilises pour le transport de donnes.


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La technique OFDM est gnralement utilise par les technologies DSL, ou la diffusion de la tlvision hertzienne. Cependant, contrairement ces applications qui utilisent un mode de transmission continu, Homeplug PHY utilise OFDM en burst mode: des trames sont transmises par paquets (quand il y a besoin d' transmettre et non en continu). en Avec OFDM, chacun des flux basses vitesses module sur une des diffrentes porteuses disponibles. Sur une porteuse, des symboles OFDM sont ensuite gnrs partir de donnes binaires qu' doit transmettre. Donc, une trame transmettre est constitue de elle plusieurs symboles OFDM. Ces symboles OFDM sont crs au niveau de lmetteur de la trame par des transformations de Fourier inverse. Ces symboles sont envoys au destinataire, qui effectue une transformation de Fourier pour retrouver les donnes binaires. La spcification Homeplug peut utiliser la technique de modulation DQPSK (differential quadrature phase shift keying=composition par dcalage de phase). Cette technique amliore les performances pour les environnements dans lesquels un changement rapide de phase est possible. La phase du signal transmettre dpend du symbole transmettre par rapport au symbole prcdemment transmis. Steve Gardner [1] explique Homeplug nutilise pas la technique QAM (Quadrature Amplitude Modulation=modulation damplitude et de quadrature) contrairement aux technologies DSL. La raison est due au fait que les trames transmettre sont relativement petites. En effet, les bnfices gagns par cette technique seraient annihils cause du retard pris pour laccs au canal et lestimation de la phase de porteuse. Pour utiliser le QAM il faudrait que les donnes transmettre aient une certaine taille.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE II.B.3. La Channel adaptation procdurePour communiquer, deux stations du rseau doivent se mettre daccord sur un certain nombre de points respecter concernant la couche physique du modle OSI. Cette configuration est appele la Channel adaptation procedure . Cette procdure lieu chaque fois quun nouveau client rejoint le rseau. Mais une fois que le client est intgr au rseau, cette procdure peut se drouler nouveau pour agir comme une mise jour et maximiser les performances du rseau ; deux stations du rseau peuvent ainsi avoir recours cette Channel adaptation procedure dans plusieurs cas : aprs un timeout dcid par les deux stations prcdemment lorsquune des deux stations dtecte une fluctuation des performances du rseau lors dchange de donnes avec la seconde station. La deux stations impliques dans cette procdure se mettent daccord sur un certains nombre doptions telles que : le choix des porteuses utilises lors de lchange de donnes le choix de la modulation pour chaque porteuse (DBPSK, DQPSK) le choix dune mthode de codage pour certaines trames

II.B.4. Caractristiques techniquesSteve Gardnerr explique quen utilisant la technique de modulation DQPSK sur toutes les porteuses, au niveau de la couche physique, le dbit entre deux stations atteint 20 Mbit/s. En remontant dun niveau dans le modle OSI, le dbit maximal thorique dlivr par Homeplug PHY Homeplug MAC navoisine que les 14 Mbit/s. Les tests et tudes ralises sur la norme Homeplug montre cependant que les dbits pratiques constats nexcdent gnralement pas les 7 Mbit/s. Ces valeurs sont atteignables sur une porte de 200 300 mtres.

II.C. LES SPECIFICATIONS HOMEPLUG POUR LA COUCHE LIAISON (HOMEPLUG MAC)Le chapitre prcdent a prsent les diffrentes caractristiques et techniques utilises par Homeplug au niveau de la couche physique. Etudions maintenant les spcifications de Homeplug 1.01 pour la couche liaison de donnes, et plus particulirement pour la couche MAC. Le but principal de cette couche est de permettre la partage et laccs un mdium de communication par lensemble des stations du rseau. Elle doit grer les conflits engendrs lorsque plusieurs stations dsirent transmettre simultanment.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE II.C.1. Principales caractristiques de la norme Homeplug au niveau MACLe choix retenu par le Homeplug Powerline Alliance au niveau MAC est une variante de protocole CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) ; cest dire un protocole vitement de collision. La mthode dveloppe dans Homeplug 1.01 ajoute diffrents mcanismes une technique CSMA/CA permettant davoir : des classes de priorits pour les trames envoyer un systme quitable pour ne pas dfavoriser certaines stations dsirant mettre par rapport dautres des mcanismes de contrle de la latence et donc la possibilit de fournir de la qualit de service. Face aux diffrents bruits intervenant lors de lchange de donnes entre deux stations, les trames reues par le destinataire peuvent contenir de nombreuses erreurs. Afin de rsoudre ces problmes et assurer un moyen de transmission robuste pour les couches suprieures du modle OSI, la spcification Homeplug MAC a donc introduit diffrents mcanismes: des systmes de dtection d' erreurs le forward error correction (FEC) l' automatic repeat request (ARQ)

II.C.2. Rsolution des problmes de contentionCe phnomne de contention intervient lorsque plusieurs stations dsirent mettre une trame simultanment. Le protocole utilis par Homeplug 1.01 au niveau MAC nest pas exactement une mthode permettant dviter les collisions. Nanmoins, deux techniques utilises permettent de rduire considrablement le nombre de collisions :

Les Virtual Carrier Sense (VCS) les fentres de rsolution de contention

II.C.2.A. Le Virtual Carrier Sense(VCS)Lorsquune station souhaite mettre, elle envoie dabord un petit paquet de contrle (RTS : Request To Send) vers le destinataire qui rpond avec un paquet CTS (Clear To Send) si le canal de transmission est libre. Toutes les autres stations vont recevoir le RTS ou le CTS. Suite ces rceptions, elles mettent en place un timer qui les empchera dmettre pendant la dure estime de communication indique dans le RTS ou le CTS.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEII.C.2.B. Fentre de rsolution de contentionAprs quune trame soit transmise, les diffrentes stations en lutte pour laccs au canal entre dans une fentre de rsolution de contention. Le droulement de ce mcanisme est le suivant : chaque station signale sa priorit aux autres station engages (en utilisant la technique on/off keying). Les stations avec la priorit la plus importante choisissent alatoirement un slot dans une fentre de rsolution de contention. (cela correspond un dlai dattente alatoire). Cependant, avec les mcanismes mentionns, des collisions peuvent se produire : si une station dsirant mettre narrive pas interprter les messages RTS et CTS dautres stations cause des bruits sur la ligne si deux stations choisissent le mme slot dans une fentre rsolution de contention Ainsi, Homeplug 1.01 fournit aussi une mthode permettant dviter compltement le phnomne de contention : si celui-ci est appliqu alors laccs au canal de transmission est pass de nud en nud comme dans un rseau de type Token Ring . Etudions maintenant le format des trames Homeplug utilises notamment pour ces diffrents mcanismes lis aux problmes de contention

II.C.3. Format des trames Homeplug 1.01La spcification Homeplug 1.01 tant une solution propritaire, le format complet des trames nest pas disponible ; le Homeplug Powerline Alliance fournit seulement une description partielle du format des trames utilises ainsi que des mcanismes dchange de messages. Il existe deux types de trames diffrentes utilises pour lchange de donnes entre deux stations : les trames de donnes les trames dacquittement

La figure suivante montre la composition de ces trames :Trame de donnes : Trame de donnes :

Start of Frame delimiter Response delimiter

Donnes

End of Frame delimiter

Format de trames Homeplug 1.01

Les trames de donnes contiennent deux delimiters : le start of Frame et le end of Frame , entre lesquels sont les donnes transmettre et des informations relatives ce champ de donnes.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELes trames dacquittement ne sont constitues que du Response delimiter. Les trois delimiters ont la mme structure (mme taille) mais les informations quils contiennent diffrent selon le type de trame envoyer. Ce delimiter est constitu de deux champs : le prambule les frame control (25 bits)

La figure suivante montre plus en dtails les diffrents champs et types de trames Homeplug 1.01.

II.C.3.A. le champ prambuleCe champ possde les proprits permettant chaque rcepteur de dtecter rapidement le type de delimiter envoy (mme en prsence dinterfrence). Ainsi, pour reprendre le principe des VCS tudi ci-dessus, des problmes de collisions peuvent se produire si une station narrive pas interprter un delimiter indiquant un RTS ou CTS.

II.C.3.B. le champ frame controlCe champ contient des informations permettant de grer le niveau MAC de couche OSI. Ainsi, il permet de connatre la taille du paquet envoyer, la priorit de celui-ci, Il est noter que ce champ est encod selon la technique FEC (avec interleaving) afin de mieux rsister au interfrences et autres bruit lors de lchange des message entre deux stations.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE II.C.4. Echange de message entre stationsNous avons vu prcdemment que les stations avaient recours la channel adaptation procedure afin de se mettre daccord sur divers paramtres concernant la transmission de donnes au niveau physique. Ainsi, les trames de donnes seront transmises seulement sur certaines porteuses dfinies auparavant par lmetteur et le rcepteur pendant cette phase. Les trames dacquittement seront transmises avec dautres porteuses.

II.C.4.A. transmission de donnes unicastSi la transmission de donnes ne fait intervenir que deux stations (un metteur, un rcepteur), alors les trames de donnes seront transmises sur les meilleures porteuses disponibles (celles subissant le moins de bruit ou dinterfrences). Grce cela, il nest pas ncessaire dutiliser de lourds codes dtecteurs et correcteurs derreurs. Ainsi, lallgement de ces codes associ au choix judicieux de la porteuse permet Homeplug 1.01 davoir un dbit assez lev pour les communications unicast.

II.C.4.B. transmission de donnes multicast et broadcastDans le cas dune transmission multicast ou broadcast, les trames de donnes sont envoyes dans un mode appel ROBO. Il sagit dun mode robuste utilisant lensemble des porteuses avec la modulation DBPSK et avec de lourds codes correcteurs derreurs. Ces codes ne peuvent pas tre allgs car le mode ROBO utilise toutes les porteuses : les bonnes comme les mauvaises. Le dbit se retrouve donc amoindri par rapport au communication unicast. Le fait quaucune porteuse ne soit dslectionne signifie quen mode ROBO, une trame de donne peut tre reue par lensemble des stations, permettant ainsi une transmission multicast. Ce mode peut aussi tre utilis pour les transmissions unicast. En effet, cela peut arriver si le canal de communication est trs mauvais (et que lensemble des porteuses est victime de bruit ou dinterfrences).

II.C.5. Homeplug 1.01 et la scuritUn problme de scurit inhrent aux rseaux sur courant porteurs indoor est du au fait que les donnes informatiques ne sarrtent pas au niveau du compteur lectrique dune habitation et peuvent donc circuler au del et tre captes par un voisin. Pour palier cela, la spcification Homeplug 1.01 utilise au niveau MAC le systme de cryptage DES (Data Encryption Standard) avec une cl de 56 bits. Cette cl est partages par lensemble des stations du mme rseau indoor. Ainsi, si une station sur un second rseau CPL indoor coute les communications dun autre rseau, elle ne pourra pas dcrypter les donnes.


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II.D. LES PRODUITS CPL COMPATIBLES HOMEPLUG 1.01Les produits respectant la norme Homeplug 1.01 permettent de crer de toute pice un rseau indoor utilisant les courants porteurs. Ils autorisent aussi lextension dun rseau local existant. En effet, il existe des adaptateurs CPL-Ethernet, CPL-Wireless ou encore CPL-USB. Dans les deux premiers cas, pour ajouter une station au rseau, celle-ci doit tre munie dune carte rseau correspondant. Dans le dernier cas, il suffit de possder une prise USB. Des routeurs pour les rseaux indoor existent galement. Le principaux vendeurs de tels produits sont : Asoka Corp, LinkSys group, Samsung, Siemens, ST&T,...

II.E. FUTURS NORMES ET STANDARDS POUR LES RESEAUX CPL INDOORLe Homeplug Powerline Alliance travaille sur la mise au point de la norme Homeplug AV, qui est doit permettre un dbit thorique de 200Mbps et un dbit pratique de l' ordre de 140Mbps. L' Europe quant elle travaille avec le PLC Forum sur un standard qui permettrait la coexistence des solutions indoors et outdoors dans la bande de frquence alloue. Rfrences 1: Gardner, S., MakWalter B., Yonge L. (2004). Homeplug standard brings networking to the home. document publi par le Homeplug Powerline Allince. Homeplug Powerline Alliance. (2003). Homeplug field technologies test result


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III. LES CPL EN OUTDOORIII.A. OBJECTIFSIII.A.1. Bref DescriptifNous avons vu plus haut que les CPL pouvaient servir lintrieur dun btiment, et couvraient la zone prive de la distribution lectrique Basse Tension : derrire un compteur monophas en gnral, triphas dans le cas du rsidentiel par exemple. Cest la mise en uvre dune architecture Indoor. Mais quen est il de leur utilisation sur la partie situe en amont du compteur lectrique, communment appele Outdoor ou Access ? La partie qui permet de faire passer le flux informatique en amont du point dentre global, savoir le transformateur ou la station lectrique dun quartier, ne peut se faire en CPL, du moins pas en Haut Dbit et Haute frquence. En effet, cette partie est une partie Haute Tension, le CPL ne fonctionne que sur basse ou moyenne tension. Lorsqu' parle d' on Outdoor pour les CPL, on est alors dans la logique dite d Accs dernier kilomtre pour un accs Internet Haut Dbit : partir du transformateur gnral dun quartier jusqu' compteur lectrique du domicile. On parle de mise en place dune boucle au locale lectrique 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. Il s' donc ici d' couplage raliser au niveau du transformateur MT/BT (Moyenne agit un Tension/Basse Tension) : couplage accs Internet Haut Dbit (fibre optique, rception satellite ou ligne spcialise) avec le rseau de distribution BT (Basse Tension). Cette mise en uvre doit donc se faire alors avec le concours du distributeur d' lectricit et d' fournisseur d' un accs Internet. Ainsi toute la zone desservie par le transformateur (habitations ou entreprises) peut bnficier de cet accs distribu via le rseau lectrique. On verra plus prcisment dans le chapitre III-B en quoi consiste larchitecture des CPL en Outdoor. Nous tudierons dans le chapitre suivant en quoi la solution CPL peut devenir une alternative et notamment tre amene remplacer la boucle locale dun accs Haut Dbit pour les zones rurales dpourvues de ce type daccs. Actuellement, en France, EDF n' ayant pas l' autorisation d' oprateur de tlcommunications, l' tre Outdoor n' existe qu' au point de vue exprimental. Il faudra attendre la privatisation d' EDF pour l' autoriser, lui ou un autre fournisseur d' nergie, tre aussi oprateur de tlcommunication. Cependant EDF nentend pas rester totalement inactif et a lanc plusieurs exprimentations que nous tudierons dans le chapitre III-C. On peut voir sur les figures suivantes que le couplage est ralis au niveau du transformateur basse Tension, qui se trouve appartenir EDF en France :


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE III.A.2. Une Solution pour les collectivits localesLa mise en place de cblage classique dans certaines parties isoles du territoire reprsente un investissement trop important pour les oprateurs tlcoms qui ny voient pas une rentabilit suffisamment importante. Ceci entrane que le rseau haut dbit de lInternet semble rserv aux zones suffisamment densment peuples. Il en rsulte que des zones dactivit conomique importante sont prives de cette technologie, pourtant essentielle leur dveloppement. Une possibilit pour les collectivits locales et les entreprises concernes est dutiliser la technologie CPL afin dacheminer un flux haut dbit depuis un point daccs prexistant. La capillarit extrmement fine du rseau lectrique permet en effet datteindre virtuellement lensemble du territoire, et en particulier les zones rurales qui semblaient jusqu prsent exclues du haut dbit. Concrtement, les CPL sont complmentaires dune technologie haut dbit dj installe et viennent remplacer la boucle locale qui na pas t mise en place pour cause de non rentabilit conomique. Par exemple, un oprateur tlcoms dcide dinstaller un rseau haut dbit dans une agglomration satisfaisant les critres de rentabilit, mais les communes avoisinantes ne sont pas connectes. Les collectivits locales concernes peuvent dcider dimplanter un rseau haut dbit utilisant les CPL pour acheminer le flux numrique depuis laccs dj existant, afin de pouvoir profiter elles aussi de ce rseau. En effet, les communes et les communauts de communes sont propritaires des rseaux dnergie de moyenne et de basse tension. Elles peuvent donc jouer un rle important dans la promotion des nouvelles technologies de linformation, laccs Internet de tous les citoyens et entreprises et la mise en uvre de services de proximits interactifs. Les CPL sont une plate-forme particulirement flexible, qui peut se dployer suivant les cibles vises, par grappes au niveau dun transformateur, et en complment avec dautres infrastructures. On verra dans le chapitre III-C quelques exprimentations ralises pour loutdoor et les possibles futures implantations de cette technologie, notamment sur le territoire franais. Remarque : Afin de favoriser des exprimentations dans ce domaine, la DATAR (Dlgation lAmnagement du Territoire et lAction Rgionale), le Ministre dlgu la Recherche et la Caisse des dpts et consignation ont lanc, dbut aot 2003, un appel projets commun ouvert en continu jusqu' 31 juillet 2006. au

III.A.3. Complmentarit des technologies daccs :Plutt que de concurrencer les autres technologies (Ethernet, Wifi, DSL), il apparat que le CPL tend les complter. On a montr dans le chapitre prcdent combien il pouvait tre utile dans le cas des collectivits locales. Les spcialistes parleront de complmentarit. Gographique, dabord : le DSL ne couvrira pas lensemble du territoire, alors que le rseau lectrique est prsent partout. Technique,


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEensuite: le transformateur partir duquel le trafic est inject dans le rseau lectrique peut lui-mme tre connect au rseau de loprateur via, par exemple, une liaison SDSL. Si le CPL peut contribuer rduire la fracture numrique comme le futur Wimax , la question du statut de loprateur de transport reste poser. La loi a longtemps interdit aux collectivits locales pourtant propritaires de linfrastructure lectrique dtre oprateurs. La nouvelle loi pour la confiance dans lconomie numrique (LEN) devrait leur permettre de devenir oprateurs de rseaux. Et mme, sous certaines conditions, de services. Effectuons un petit rcapitulatif de diffrentes technologies alternatives aux rseaux haut dbit classiques autres que les CPL. On tudiera ensuite de quelles manires ils pourraient tre combins : - Trs la mode ces derniers temps, la technologie Wi-Fi de transmission de donnes numriques sans fil prsente aussi de nombreux avantages. partir dune antenne relais, il est possible de se connecter un rseau haut dbit sans fil dans un rayon de 500 mtres. Le confort dutilisation est donc trs important avec cette technologie ; les dbits proposs sont proches de ceux atteints avec les CPL pour un cot peu lev. Cependant le Wi-Fi a aussi des inconvnients car il connat des problmes de transmission lintrieur des btiments (mur pais, poutres en aciers), et limpact des ondes lectromagntiques sur la sant est encore mal connu. - Les satellites bidirectionnels permettent la connexion immdiate des sites reculs ainsi que lutilisation simultane par un grand nombre dutilisateurs, mais leur cot dinstallation risque de dissuader un grand nombre de collectivits locales. En effet, la mise en orbite dun satellite nest certainement pas la porte de tout le monde, mme si la parabole rceptrice est relativement bon march. Plus que concurrentes des CPL, ces technologies apparaissent finalement plutt complmentaires, comme lattestent les expriences de couplage satellite/CPL ou Wi-Fi/CPL qui permettent de profiter des avantages propres chaque technologie. Ainsi les CPL peuvent complter la transmission sans fil Wi-Fi, en assurant une meilleure pntration grce la capillarit extrmement fine du rseau lectrique. Voici un petit tableau rcapitulatif des avantages et des inconvnients des technologies Wifi et CPL :

Wifi

AvantagesPas dinterfrences avec les radioamateurs Prix Normes Disponibilits Dploiement facile

InconvnientsInterfrences entre diffrents rseaux Wifi Problmes de porte dans les btiments Normalisation en Cours Interfrences avec radioamateurs

CPL


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEDe manire gnrale, les rseaux lectriques appartiennent aux collectivits locales, qui n' pas la possibilit de devenir oprateur de tlcommunications. Pour autant, certaines ont collectivits rurales s' intressent cette technologie, notamment pour mettre des rseaux haut dbit la disposition des oprateurs. Dans l' hypothse d' dveloppement des CPL un sur un territoire, les conditions de leur utilisation et de leur partage par des oprateurs de tlcommunications, resteraient dfinir. Le CPL s' apparente aussi aux technologies cbles. Le courant porteur en ligne assure une scurit tendue sur le rseau, n' met pas de rayonnement, et reste trs simple d' utilisation (transparent pour les utilisateurs finaux). Le CPL est une solution simple, efficace et conomique au service des particuliers, des PME, des btiments d' entreprise, des usines, des muses, coles, et tout btiment ncessitant la mise en place d' rseau informatique et/ou d' accs Internet. un un Nous verrons cependant dans le chapitre IV que le CPL nadmet pas que des avantages. Les CPL ne sont pas la seule technologie alternative aux rseaux haut dbit classiques et la concurrence promet dtre rude.

III.B. ARCHITECTURE DES CPL SUR LA BOUCLE LOCALE ELECTRIQUE :III.B.1. Architecture du Rseau lectrique HT/MT/BTAvant dtudier proprement parler larchitecture Outdoor des CPL, il est important d' effectuer un petit rappel sur l' infrastructure du rseau lectrique. Voici un schma rsumant larchitecture du rseau lectrique franais :


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEEn rsum, le transport de llectricit se fait par le biais de : THT Trs Haute Tension : Interconnexion (grand transport, grands axes nationaux et internationaux) : 225 kV 400 kV HT Haute Tension : Transport Rgional et Dpartemental : 63 kV 90 kV MT Moyenne Tension : 5.5 kV 20 kV Poste Source MT : point de dpart de l' alimentation en nergie lectrique.

Le rseau THT et HT appartient en France au Rseau de Transport dElectricit, le RTE. Le RTE est un service d' EDF, autonome sur le plan de la gestion. En quelques chiffres, le RTE, cest plus de 70 000 Km de lignes HT et THT, 2 300 points terminaux. La distribution est ensuite ralise par : Poste de distribution = transformateur de MT en BT, 6 8 dparts triphass, puis tronons monophass (entre une des phases et le neutre) qui desservent en nergie lectrique 150 250 utilisateurs. Appel aussi transformateur HTA/BT. BT Basse Tension: triphas en distribution, puis monophas dans les habitations ; 380 V entre deux phases, 230 V entre phase et neutre.

Les Hautes tensions concernent le transport et les Moyennes et Basses Tensions serviront aux boucles locales et aux rseaux domestiques. Aprs avoir raccord un master, une sorte de point daccs partag, sur un transformateur basse tension (150 250 utilisateurs), il suffit de brancher un modem sur nimporte quel prise lectrique pour pouvoir accder au rseau haut dbit. Les rseaux MT et BT appartiennent aux collectivits locales, qui donnent une concession EDF pour l' exploitation et la gestion de ces rseaux publics de distribution. Les collectivits territoriales ou leurs tablissements publics de coopration sont donc les autorits concdant la distribution d' lectricit. NB : Dans certains dpartements, la concession peut tre cde des distributeurs non nationaliss (rgies, socits d' conomie mixtes), celles-ci distribuent 5% de l' lectricit consomme en France.

III.B.2. CPL sur les lignes et OutdoorOn a vu dans le chapitre prcdent (B-1) que le transport de llectricit seffectuait sur diffrents types de lignes diffrents voltages. Mais quen est-il de ladaptation de la technologie CPL sur ces diffrentes lignes ? : Lignes Haute Tension + de 20 kV : Elles sont inadapte au Haut Dbit mais lon utilise tout de mme les CPL bas dbit basse frquence (155 kb/s pour 148.5 kHz). Ils servent exclusivement EDF pour contrler ses quipements.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELignes Moyenne tension 220 V 20 kV (Outdoor) : Cest un rseau de collecte possible. La distance moyenne entre les transformateurs Moyenne et Basse Tension doit tre entre 5 et 10 Kms. Des rpteurs sont alors ncessaires. Basse tension 220 V (Outdoor) : Cest la Boucle Locale Electrique (BLE) La distance moyenne entre le transformateur Basse Tension et le compteur du domicile doit tre de 200 m en ville, et peut tre au maximum de 800 m en campagne, des rpteurs sont ncessaires dans ce cas. Le dbit est de 25 Mb/s en moyenne partag pour une grappe de 100 200 foyers environ

III.B.3. Mise en uvre, Couplage :Prenons par exemple le cas dun couplage Satellite/CPL. Il s' de coupler une arrive agit Internet Haut Dbit (obtenue par une arrive Satellite ou bien Fibre optique au niveau du transformateur HTA/BT) au rseau CPL. Limage suivante montre lexemple dun couplage avec un accs satellitaire.

Mise en service au niveau rseau lectrique :o o o

Ici la mise en uvre au niveau du couplage des quipements CPL de tte de rseau au rseau lectrique se fait au niveau d' transformateur HTA/BT. un Elle est donc faite par la socit exploitante du rseau de distribution. Cf. B-1 Le couplage au rseau se fait de manire inductive ou capacitive (voir dossier couplage) au niveau de la sortie gnrale BT du transformateur ou bien d' un dpart BT. Voir B-1.


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Mise en service au niveau rseau IP :o o

L' arrive d' accs haut dbit au niveau du transformateur est ralise par le fournisseur d' accs. La mise en uvre au niveau routage IP sera ralise par un prestataire IP.

Comme nous lavons dj prcis, la partie situe en amont du transformateur HTA/BT ne peut se faire en CPL, do le couplage ralis ce niveau l. La partie HT (+ de 20 kV) nest pas adapt au haut dbit, cependant, EDF utilise le CPL bas dbit basse frquence (155kb/s pour 148.5 kHz) afin de contrler ses quipements. Les expriences mises en place et testes comme celle de La Haye-du-Puits (Cf. plus loin) 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 lon dsire faire et de ce que lon dispose comme technologie de raccordement lInternet (si on en a une). En effet, rien noblige davoir une liaison Fibre Optique vers le Point daccs


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEInternet fourni par le fournisseur (POP : Point of Presence), on peut avoir une liaison tlphonique ou pas de liaison du tout.

III.B.4. Technologies, Normes et Standards :III.B.4.A. Normes et Standards :

On a dj vu quil existait un standard, ou plutt une spcification, pour les CPL Indoor, lHomeplug V1.0.1, sorti en Novembre 2001. Le problme est que cette norme ne concerne que lindoor, et nest pas interoprable avec dautres solutions, notamment en Outdoor. Il nexiste pas de standards lheure actuelle pour le march de lOutdoor ce qui constitue un frein son dveloppement. Cependant, lEurope travaille avec le PLC Forum sur un standard gnralis qui permettrait la coexistence des solutions indoor et outdoor dans la bande de frquence alloue. Le PLC Forum travaille en troite collaboration avec le CENELEC (Comit Europen de Normalisation Electrotechnique) et lETSI (European Telecommunications Standards Institute). LETSI a lanc, en juillet 1999, son projet PLT (PowerLine Telecommunications), visant standardiser la technologie CPL la fois pour le rseau local et les tlcommunications sur infrastructure lectrique. La premire runion de tests dinteroprabilit sest droule en dcembre 2003. La deuxime est prvue pour fin 2004. Dbut Fvrier 2004, la commission europenne a lanc le projet OPERA (Open PLC European Research Alliance) dont lun des objectifs principaux est de dfinir un standard europen pour la fin 2004, ce qui donnerait plus de poids aux travaux de lETSI. Ce projet prend sa place dans un projet de plus grande envergure Boadband for all . LIEEE tudie une autre technologie qui permet de faire passer du courant lectrique sur des cbles Ethernet (150 watts maxi). Cette technologie est en cours de normalisation sous lappellation 802.3af. Elle est soutenue notamment par Cisco, mais a comme contrainte de devoir conserver pour les appareils purement lectriques le rseau lectrique habituel. Il faut se doter dun PSE (Power Source Equipement) qui est un petit module qui permet dalimenter en courant ( partir dune connexion au cble via la carte rseau) les appareils tels, les camras, les disques et autres priphriques

III.B.4.B.

Performances et Caractristiques

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 lectrique). Les frquences utilises vont de 1,5Mhz 30Mhz pour le transport de linformation. Entre 100 et 250 points daccs indoor peuvent tre grs. 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. Notons que les basses


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEfrquences utilises sont celles de la bande dfinie par le CENELEC norme EN 50065 aussi appele bande troite (9kHz 148kHz). Au niveau des dbits en Outdoor, ils se situent dans un ordre de grandeur allant de 14 224 Mbit/s. 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 lespagnol DS2 (Design of Systems on Silicon qui se situe Valence) et devrait sortir prochainement. Elle devrait permettre de faire passer de la vido voire de la TV Haute Dfinition. Au CeBIT dHanovre en Mars 2004, la socit Franaise SpidCom, cre en Septembre 2002, filiale de ELSYS Design, effectue une dmonstration de sa puce SPC200, base sur la technologie FLIP (FLexIble PowerLine) dveloppe en partenariat avec EDF, qui permet un dbit de 168Mbits/s (224Mbits/s thoriques et 100Mbits/s pratiques) sur courant lectrique. En Outdoor, ces dbits sont moduls en fonction dun nombres importants de critres parmi lesquels : la distance entre la prise lectrique et le transformateur, le nombre dutilisateurs connects, le nombre de rpteurs installs entre le transformateur et la prise, la charge du circuit lectrique (plus il y a de matriels consommant de llectricit plus le dbit diminue), le type de matriel utilis.

III.B.5. Exemples DEquipements :Pour les accs outdoor, la gamme des produits est rserve aux professionnels qui les mettent en place. Le matriel Outdoor, plus spcifique et plus labor, reste des prix encore levs tant que la solution CPL n' intgre que pour des exprimentations, il est faudra attendre la libralisation du march pour esprer voir les prix baisser un peu. On a par exemple 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.


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En ce qui concerne les rpteurs, 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).

Concernant les exprimentations outdoor en France, le matriel est de solution Powerplus de chez Mainnet, debit thorique 2Mb/s, ou bien Schneider Electric Powerline Communication, ex-Ilevo Sude), de technologie DS2, dbit thorique 45Mb/s.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEExemple Matriel EBA (rfrence design et chipset DS2) :

Equipements Schneider Ilevo, Injecteur et Rpteur:

III.C. QUELQUES EXPERIMENTATIONS OUTDOOR ; UNE SOLUTION POUR LAVENIR ?III.C.1. La Loi et les diffrentes OrganisationsToute technologie qui travaille sur une bande de frquence dfinie doit rentrer dans un cadre juridique. Les rseaux CPL sont la fois des rseaux lectriques et des rseaux de tlcommunication, ce qui fait que les autorits ont du mal dfinir leur cadre juridique. De plus il nexiste pas encore de rglementation prcise pour les quipements et les rseaux CPL. Des travaux sont en cours, notamment avec le PLC Forum et lETSI, mais les rsultats nont pas encore t publis. Ainsi la mise en place de rseaux CPL est libre pour ce qui est des installations derrire un compteur priv (appel Indoor ou InHome ), sous rserve de ne pas crer de nuisances, auquel cas le matriel doit tre retir. Pour ce qui est des installations Outdoor , des autorisations dexprimentation sont demander auprs de lART (responsable de la normalisation en France) tant que la technologie nest pas mature et les normes pas dites.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELes services CPL Outdoor , sont des rseaux dits ouverts au public (article L32, point n Ils doivent rpondre aux exigences de l' 3). article L33-1 du code des postes et tlcommunications. Cet article soumet en particulier l' activit des oprateurs de rseaux ouverts au public un rgime d' autorisation pralable, et ce quelle que soit la technologie utilise. Cependant, tant qu' une technologie n' pas mature, que ce soit sur le plan est technique et conomique, le rseau mis en place doit faire l' objet d' une demande pralable d' autorisation, mais titre exprimental, conformment l' article L33-1. Cette autorisation est donne sur une zone gographique trs restreinte, et un bilan doit tre fait au bout de 6 mois.

-

En France, EDF, nest pas autoris faire un travail de fournisseur rseau de manire directe. Il a donc cr une filiale Edev CPL en Mai 2003. Cependant, le blocage se situait jusqu' alors au niveau du statut particulier d' EDF, entreprise publique, mme si c' une de ses filiales 100%, Edev CPL Technologies, qui assure est l' activit CPL proprement dite. Leur statut [ EDF] ne leur permet pas de vendre autre chose que de l' nergie. Nous ne pouvons donc pas passer la phase commerciale, explique le grant d' Isofac. Dans les textes, la situation vient cependant d' voluer. Contact par ZDNet, EDF a indiqu que le projet de loi modifiant le statut d' EDF-GDF, vot par le Parlement en juillet et entr en vigueur le 9 aot, lve le principe de spcialit. Thoriquement EDF peut donc s' ouvrir d' autres activits, nous a-t-on confirm la Commission de rgulation de l' nergie, autorit administrative indpendante rgulant les marchs de l' lectricit et du gaz. En pratique, le primtre d' activit d' EDF sera prcis dans son nouveau statut, qui sera dpos vraisemblablement en fvrier prochain. Rien ne sera donc possible avant 2005. Reste que cela aura pris du temps. Pour le fournisseur d' accs Internet par satellite Infosat, bas Rouen, le gouvernement n' tait pas trs press de changer le statut d' EDF, car ce dernier peut alors entrer en concurrence avec France Tlcom et vampiriser son activit ADSL, estime un de ses dirigeants. En rsum, le probable changement de statut dEDF en SA en Fvrier 2005 lvera le principe de spcialit dEDF et cela lui permettra de souvrir dautres activits telle que celle doprateur rseau sur lignes lectriques.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNE III.C.2. Quelques Tests Raliss ou en cours de Ralisation :III.C.2.A. Bref Aperu :

Le plus grand nombre d' exprimentations Outdoor en cours est en Europe: la topologie du rseau lectrique se prte bien cette solution, et les oprateurs d' nergie en soutiennent le dveloppement. Cette technologie tant en pleine mergence, en particulier au niveau de lOutdoor, il y a en ce moment dans le monde plus d' exprimentations que de relles commercialisations. Il faut savoir que dans ce contexte de technologie mergente, il faut faire la part des choses entre ce qui est dcrit et ce qui existe rellement comme installation. Lorsquon tudie quelques chiffres issus du PLC Forum, on peut voir quil existe 60 exprimentations en cours dans 26 pays et 12 essais de commercialisation En France, les exprimentations qui ont pu tre recenses sont menes en collaboration avec les intgrateurs, par les socits Alterlane et Defidev. Defidev est une socit issue de l' essaimage de EDF, indoor et outdoor. EDEV CPL Technologie, filiale 100% EDF, vient d' cre spcialement pour les exprimentations en outdoor. tre En Europe , de nombreuses exprimentations en outdoor ont dj t ralises ou sont en cours avec les principales socits distributrices d' nergie sur les solutions MainNet, DS2 en particulier (Cf. B-4). Ces exprimentations sont avant tout d' ordre technique, mais certaines sont aussi des tests de commercialisation. En Allemagne, la phase de commercialisation a dj dbut, ainsi quen Espagne, en Norvge et en Sude. Les Etats-Unis quant eux n' sont qu' dmarrage des premires exprimentations en en au Outdoor : en effet la topologie du rseau nergie est trs segmente aux E.U. : 1 transformateur BT alimente 8 utilisateurs au plus, la solution est moins rentable : les solutions outdoor doivent de plus tre dveloppes spcifiquement pour le rseau amricain, le rseau BT tant en 110V au lieu de nos 230V. Cependant des articles parus rcemment dans la presse US dmontrent la volont de dvelopper ces exprimentations. De plus, la ville de Manassas, situe prs de Washington, a t entirement cble par les CPL. Voici un bref aperu de ltat des exprimentations Outdoor en France :

RSEIPC (Rgie du Syndicat Electrique Intercommunal du Pays Chartrain) Chartres : Couplage CPL/SAT pour amener un accs Haut Dbit aux communes isoles. EDEV CPL Technologie filiale 100% EDF, dploiement de rseaux CPL sur rseaux HTA et BT : - Exprimentations d' outdoor avec le Conseil Gnral de la Manche : couplage SAT/CPL sur la commune de La Haye-du-Puits. - Ainsi que sur Courbevoie et Rosny sous Bois avec le Sipp-rec et ADP Tlcom.


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNECommunaut de Communes du Vercors : Couplage Satellite CPL dans les communes d' Autran et Lans en Vercors en cours depuis octobre 2003. En France, depuis lanne dernire EDF-R&D (Recherche et Dveloppement) a lanc une exprience sur une quarantaine dusagers dans des quartiers rsidentiels de Strasbourg et loprateur Tl2 propose un test sur une quinzaine de clients rsidentiels Courbevoie, test qui pourrait tre tendu une centaine dutilisateurs dici dcembre. En octobre 2002, deux conventions ont t signes entre EDF et le Sipp-rec (syndicat intercommunal de la priphrie de Paris) pour tester un modle daccs Internet bas sur les CPL, et une exprience est actuellement mene auprs dune cinquantaines dentreprises Rosny-sous-Bois par ADP Tlcom. Rappelons que les prcurseurs ont t les Suisses avec un test en 2001 Fribourg sous le contrle de lOFCOM (Office Fdral de la COMmunication). Un guide a t produit en Fvrier 2003 suite aux diffrentes exprimentations et aux 4400 mesures sur 236 points concernant les perturbations engendres par les PLC. De trs nombreuses voix slvent alors contre lutilisation du CPL. Certains, comme Jacques Mzan de Malartic, parlent mme de cancer des ondes courtes. (Cf. Inconvnients des CPL)


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEIII.C.2.B. Exemple : La Haye-Du-Puits teste la boucle locale lectrique :La Haye-du-Puits est le premier village de France tre quip dune boucle locale lectrique (BLE). Concluante, la phase de tests est termine, et la commercialisation dun accs Internet haut dbit auprs des 2 000 habitants est imminente. Ce projet est linitiative du conseil gnral de la Manche qui, aprs avoir implant il y a dj trois ans la technologie des CPL (courants porteurs en ligne) dans les LAN des collges du dpartement, investit le domaine de la BLE. Moyennant la prsence proximit dune dorsale Internet (fibre optique, satellite), la BLE permet de desservir en haut dbit les territoires enclavs.


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IV. AVANTAGES ET INCONVENIENTS :Maintenant que nous avons une ide un peu plus prcise de ce quest la technologie CPL, que ce soit en Indoor ou en Outdoor, essayons de voir plus prcisment ce quapporte rellement cette technologie, ses avantages et ses inconvnients. Si lon regarde les articles qui parlent du CPL, tout parat simple et idyllique. Le CPL cest lavenir et il faut dployer cette technologie au plus vite. Le journal en ligne ZDNzet.fr dans un article dAot 2003 crit par Jacques Harbonn ny va pas par quatre chemins : LInternet et llectricit ports par un mme courant : Longtemps attendu, annonc et repouss, le dploiement de rseaux informatique via llectricit commence se dvelopper et fonctionne parfaitement. Dmonstration. . Dautres prennent contre-pieds cet optimisme, comme larticle de Jacques Mzan qui titre : Les CPL ou le cancer des ondes courtes . Quen est-il vraiment ?

IV.A. LES AVANTAGES :Bien entendu, les avantages de cette technologie diffrent suivant lutilisation que lon en fait, Indoor ou Outdoor. En Indoor, on ne peut que remarquer la simplicit de mise en uvre. Elle apporte en outre une souplesse dinstallation en fonction des besoins (on achte les botiers au fur et mesure) ainsi quune complmentarit des rseaux dj existants, filaires ou sans-fil. De plus, compte tenu de linstallation lectrique dune habitation, les CPL apporte en quelque sorte une certaine mobilit au vu du nombre de prises lectriques. Il est indniable que le CPL possde des avantages non ngligeables, que nous avons essayons de rpertorier ici : Lutilisation des cbles lectriques vite de refaire du cblage spcifique informatique ou de configurer des connexions Sans-Fil. Do une conomie de cblage. Presque toute la plante utilise llectricit. Il parat donc possible facilement ou simplement de faire accder un trs grand nombre de la population aux rseaux informatiques et donc lInternet. Cette technologie peut tre trs utile pour dsenclaver des endroits dans lesquels aucune technique ne peut les raccorder. Le rseau lectrique est gnralement prsent. On a vu en Outdoor la possibilit d' amener des accs Internet Haut Dbit pour les communes prives d' ADSL grce des couplages CPL/SAT par exemple. Les dbits sont corrects 14Mbits/s et sont en cours dvolution rapide vers les 200 Mbits/s. Il nest pas ncessaire dinstaller de pilotes sur les PC, les matriels sont autonomes . Il faut juste configurer sa carte rseau Ethernet ou son port USB. Ceci implique que tous les matriels utilisant une de ces deux technologies peuvent se connecter au rseau CPL. Linstallation et la configuration des matriels sont trs simples pour les adaptateurs et assez simple (si rien de technique nest mis en place style NAT, DNS, VLAN, FireWall ) pour le reste de matriels. Il existe des passerelles vers les autres technologies que sont lADSL, le cble, le satellite

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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELes matriels ne sont pas plus chers que ceux associs des technologies quivalentes comme le Sans-Fil. Les matriels, mme si il ny a pas de normes, sont compatibles les uns avec les autres dans leur grand ensemble. Les champs dapplications sont importants. Ils vont de la domotique en passant par la vido (TVHD en prparation, tlsurveillance), la voix et bien sr le transport des donnes. Cette technologie a une capacit en terme de profit pour les industriels trs importante. Les distances permises par le CPL sont importantes (100 800 mtres). Certains industriels indiquent que les perturbations sont minimes. Peut-tre parlent ils des perturbations du CPL par les interfrences extrieures ? Scurisation possible avec du DES 56 bits (voir AES (Advanced Encryption Standard) 128 Bits chez certains fournisseurs comme Oxance). Le CPL est une technique plus sre car il est plus difficile dcouter un cble lectrique que de capter une onde hertzienne (Wifi). Lutilisation du CSMA/CA plus dautres techniques vues dans les chapitres prcdents permettent, malgr la bande partage par tous, dviter un trop grand nombre de collisions.

IV.B. LES INCONVENIENTS :Si cette technologie navait que des avantages, cela ferait dj longtemps quelle aurait supplant les autres. Nous avons dj vu quil tait plutt question de complmentarit des technologies afin de tirer profit des avantages de chacune dentre elles. Mais quels sont les inconvnients des CPL ? Et bien, souvent les avantages sont aussi des inconvnients et cela se confirme avec le CPL. Le dbit mme lev en indoor , est partag par tous les matriels connects une mme ligne lectrique. Plus vous avez de matriels, moins votre dbit sera important. Ce problme se retrouve en outdoor , o le point daccs global (pour un immeuble, pour la boucle locale ) est aussi partag par tous les utilisateurs connects. Pour ces raisons, les dbits effectifs sur du 45Mbits/s sont plus proches des 2 5 Mbits/s. On retrouve ces chiffres en Wi-Fi 802.11b. Lusage en entreprise reste limit seulement certaines situations compte tenu de ltat actuel de la technologie. Les dbits de la norme Homeplug, 14 Mbits/s en thorie, mais plutt 6 Mbits/s en pratique, la disqualifie pour un rseau d' entreprise, moins que celle-ci ne soit de petite taille et n' des besoins limits. ait Linstallation est simple si elle est basique. Mais ds que vous vous lancez dans la configuration des outils avancs, des connaissances rseaux sont ncessaires comme avec toutes technologies rseau que ce soit du Wifi, du cble Les tests effectus pour faire passer de la vido sur le CPL en 45Mbits/s se sont avrs ngatifs. Il y a encore du travail. Le manque de norme, mme si la spcification Homeplug est la plupart du temps prise en compte, est un frein au dveloppement rel de cette technologie. Rien ne garantit sa prennit, mme pas le futur Homeplug AV prvu pour 2005. On a vu dj les concurrents de cette norme, lespagnol DS2 le franais SpidCom.

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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNELa scurisation propose est faible. 56 Bits ne reprsente que 7 octets. Le sans-fil mme avec des cryptages plus importants (128 voir 256 bits) est une solution peu scurise alors le CPL De plus, le cble lectrique, du fait des interfrences importantes que le passage des ondes courtes hautes frquences engendrent, est facilement coutable. La scurisation via le cryptage ne se fait qu lintrieur du rseau lectrique (prolongement possible dans de rares cas). Une fois le signal sorti de la prise via ladaptateur, il ny a plus de cryptage. Il est donc possible de rcuprer les donnes en clair. Rappelez-vous que la topologie est une topologie Bus, donc chaque matriel connect la prise ( travers un hub par exemple ou une borne sans-fil) rcupre ces donnes quelles soient pour lui ou non. Le tri se fait alors au niveau des couches physiques de la carte rseau en tudiant les en-ttes Ethernet des paquets. Il est donc possible au moyen dun sniffer de rcuprer ces paquets non crypts. Les limitations quelles soient au niveau des distances, du nombre des utilisateurs connects un point daccs, ou sur les adaptateurs, les dbits du fait de labsence de norme ne sont pas clair et dpendent dun grand nombre de critres difficiles valuer. Les dbits et les distances dpendent des matriels utiliss, du nombre de connexions, des distances, des parasitages du rseau lectrique Les lignes lectriques sont soumises de fortes variations de performance ds que des matriels gourmands lectriquement y sont connects. Un exemple amusant : un particulier se plaint que lorsquil passe laspirateur, tout le rseau CPL plante du fait de la charge trop importante. La conclusion peut tre : CPL et aspirateur ne font pas bon mnage . De plus, mme avec des appareils mnagers de moindre importance le dbit chute invariablement (dmarrage du rfrigrateur, allumage dun non ).

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Lun des principal problme, le plus bloquant pour la prennisation de cette technologie, est du aux parasitages des ondes courtes aux alentours des rseaux CPL mis en place. Il faut bien se mettre en tte que les cbles lectriques ont t dvelopps pour y faire transiter des ondes courtes basses frquences (50 ou 60 Hz). Les protections ( blindages ) sont efficaces pour ce type dondes, et vitent au maximum les parasitages des alentours par le flux de courant. Par contre, rien na t prvu pour empcher les parasitages des ondes courtes hautes frquences (celles du CPL 1,5Mhz 30Mhz), le cble lectrique nest pas prvu pour cela. De nombreuses voix (sauf celles des industriels), slvent pour dire attention, le CPL nest pas sans danger. Le site des radioamateurs http://plc.radioamateur.ch se fait lcho de ces protestations. Vous avez mme votre disposition des vidos prouvant ce qui est avanc. Ce nest pas le seul. Il faut savoir que ces ondes courtes hautes frquences sont utilises par les radios amateurs. Cest le seul systme qui permet de communiquer directement sans passer par des satellites, des lignes tlphoniques, juste en positionnant des antennes. Vous vous dites, les radios amateurs cest une faible population sans grande importance Ne croyez


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEpas cela, ces ondes sont trs utilises par les services de scurit comme la Croix-Rouge, les militaires, les pompiers, la police Mais aussi dans les pays en voix de dveloppement. Le problme vient que dans les zones o se situent des dploiements de CPL, les parasitages sont tels quil est alors impossible dutiliser ces ondes courtes par les radios amateurs.

V. CONCLUSION :Les solutions CPL peuvent tre vues comme des solutions complmentaires ou alternatives aux rseaux filaires traditionnels, aux rseaux sans fils et au VDSL. Suivant les architectures des rseaux existants, des btiments ou des contraintes techniques, lune ou lautre des solutions peut tre choisie, mais lon peut galement envisager de les utiliser conjointement en utilisant leur complmentarit et les avantages propres chacune. Les dbits des solutions CPL sont amens augmenter et ce en Indoor comme en Outdoor. La spcification Homeplug AV notamment est ltude pour diffuser des canaux de tl numrique pour les architectures Indoor. De nombreux projets de recherche portent sur ces solutions et leurs volutions, tout est venir, il faut donc suivre de prs les informations sur le sujet !


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ANNEXE 1WEBOGRAPHIE :Homeplug http://www.homeplug.org/ Tutorial Courant Porteur en Ligne de Frdric Jacquenod http://www.jacquenod.cicrp.jussieu.fr/jacqueno/Web/Cpl/ CPL France http://www.cpl-france.org/index.php CommentCaMarche.net http://www.commentcamarche.net/cpl/cpl-intro.php3 PLC Et Radioamateurs http://plc.radioamateur.ch/ Von Info : Power Line Communication, Le PLC, le Pour et le Contre http://www.von-info.ch/hb9afo/PLC_01.htm 01 Net http://www.01net.com/ Projet Opera http://www.ist-opera.org/ UTC (United Telecom Council) http://www.plcdatabase.utc.org/ UPLC http://www.uplc.utc.org/ PLC Forum http://www.plcforum.org/ ART http://www.art-telecom.fr/publications/c-publique/consul-hautdebit.pdf Adminet, Wiki CPL http://www.adminet.com/cgi-bin/wiki?CPL Oxance http://www.oxance.com/french/produits.html DS2 http://www.ds2.es Defidev http://www.defidev.com/ Site EDF R&D http://www.edf.fr/index.php4?coe_i_id=20003 RTE http://www.rte-france.com VLAN.org http://vlan.org/breve396.html Haut Debit sur le site du gouvernement http://www.haut-debit.gouv.fr/pourquoi-comment/cpl.html


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[CPL] LE COURANT PORTEUR EN LIGNEOffice Fdral de la Communication (OFCOM) http://www.bakom.ch/fr/geraete/technik/plc/faq/index.html


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