Reseaucplparlapratique

1. X a v i e r C a r c e l l e Rseaux CPL par la pratique Avec trois tudes de cas : rseau domestique, rseau dentreprise et rseau de desserte de collectivit locale

2. X a v i e r C a r c e l l e A v e c l a c o n t r i b u t i o n d e D a v o r M a l e s e t G u y P u j o l l e , e t l a c o l l a b o r a t i o n d e O l i v i e r S a l v a t o r i Rseaux CPL par la pratique

3. CHEZ LE MME DITEUR Autres ouvrages sur les rseaux D. Males, G. Pujolle. Wi-Fi par la pratique. N11409, 2e dition, 2004, 420 pages. G. Pujolle, et al. Scurit Wi-Fi. N11528, 2004, 242 pages. J. Nozick. Guide du cblage universel. Logements et bureaux - Nouvelle norme NF C 15-100 - Prises universelles RJ 45. N11758, 2e dition, 2006, 110 pages. G. Pujolle. Les Rseaux. N11987, 5e dition, 2004, 1 120 pages (dition semi-poche). K. Al Agha, G. Pujolle, G.Vivier. Rseaux de mobiles et rseaux sans fil. N11018, 2001, 490 pages. P. Mhlethaler. 802.11 et les rseaux sans fil. N11154, 2002, 304 pages. N. Agoulmine, O. Cherkaoui. Pratique de la gestion de rseau. N11259, 2003, 280 pages. J.-L. Mlin. Qualit de service sur IP. N9261, 2001, 368 pages. Ouvrages sur la scurit rseau S. Borderes. Authentification rseau avec Radius. N12007, 2006, 300 pages. J. Steinberg, T. Speed, adapt par B. Sonntag. SSL VPN. Accs web et extranets scuriss. N11933, 2006, 220 pages. L. Levier, C. Llorens. Tableaux de bord de la scurit rseau. N11973, 2e dition, 2006, 582 pages. B. Boutherin, B. Delaunay. Scuriser un rseau Linux. N11960, 3e dition, 2007, 250 pages. F. Ia, O. Mnager. Optimiser et scuriser son trafic IP. N11274, 2004, 396 pages. S. McClure, J. Scambray, G. Kurtz. Halte aux hackers. N25486, 4e dition, 2003, 762 pages.

4. DITIONS EYROLLES 61, bd Saint-Germain 75240 Paris Cedex 05 www.editions-eyrolles.com Le code de la proprit intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet expressment la photocopie usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique sest gnralise notamment dans les tablissements denseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilit mme pour les auteurs de crer des uvres nouvelles et de les faire diter correctement est aujourdhui menace. En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intgralement ou partiellement le prsent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de lditeur ou du Centre Franais dExploitation du Droit de Copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris. Groupe Eyrolles, 2006, ISBN : 2-212-11930-5, ISBN 13 : 978-2-212-11930-5

5. Mise en page : TyPAO Dpt lgal : novembre 2006 N dditeur : 7373 Imprim en France

6. Franoise

7. Remerciements Mes remerciements vont tout dabord aux ditions Eyrolles pour leur soutien et leur conance dans lcriture de ce livre. Je tiens remercier plus particulirement Olivier Salvatori pour son aide et son important travail de relecture, qui ont t une grande source de moti- vation pour moi. Je tiens remercier ensuite Michel Goldberg pour son apport et son expertise prcieuse, qui mont permis dcrire le premier chapitre, consacr au monde de la normalisation. Je remercie galement Diego Santaren pour son soutien indfectible et sa prcieuse relecture. Je remercie enn Davor Males et Guy Pujolle, qui mont non seulement inspir dans lcriture de ce livre mais galement guid et apport leur expertise reconnue. Finalement, je tiens remercier Yves Nouailhetas de la socit Dvolo et Serge Brachet de la socit Oxance pour leurs prcieuses aides.

8. Table des matires Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV Organisation de louvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV qui sadresse louvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII Parcours de lecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVIII CHAPITRE 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Les technologies CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Organismes de normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Consortiums et associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Vers une normalisation de la technologie CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Avantages et inconvnients des CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 PARTIE I Thorie des CPL CHAPITRE 2 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Architecture des rseaux lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Caractristiques du cble lectrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Modlisation des rseaux lectriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

9. Rseaux CPL par la pratique X Architecture mdia partag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Rseaux publics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Rseaux privs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Analogie avec le concentrateur rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Notions de rpteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Architecture en couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 La couche physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Les bandes de frquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 CHAPITRE 3 Fonctionnalits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Fonctionnalits du mode rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Le mode matre-esclave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Le mode pair--pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Le mode centralis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Fonctionnalits du canal de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Techniques daccs au mdia par la mthode CSMA/CA . . . . . . . . . . . . . 40 Le processus ARQ (Automatic Repeat reQuest) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Synchronisation et contrle des trames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Gestion des priorits des trames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Gestion des canaux de frquences (Tone Map) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Segment Bursting et Contention-Free Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Fonctionnalits de niveau trame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Encapsulation MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Fragmentation-rassemblage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Autres fonctionnalits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Variation dynamique du dbit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Unicast, broadcast et multicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Qualit de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 CHAPITRE 4 Scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Problmatique gnrale de la scurit rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 La cryptographie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

10. Table des matires XI La cryptographie cl publique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 La cryptographie cl mixte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 La signature lectronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Utilisation des cls publiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 La fonction de hachage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Les attaques rseau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 La scurit dans les CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Accs au mdia physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Accs aux trames physiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Lauthentication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Les cls rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Les attaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 IEEE 802.1x et lamlioration de la scurit des CPL . . . . . . . . . . . . . 89 Les rseaux privs virtuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 CHAPITRE 5 Trames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Les trames de niveau physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Architecture des couches physique et liaison de donnes de HomePlug AV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 La trame de linterface OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Les symboles OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Utilisation de la bande de frquences pour les quipements HomePlug AV 102 Les blocs fonctionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Diffrences entre les trames HomePlug et les trames 802.11b . . . . . . . . . 104 La trame physique CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Les trames MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 La trame MAC HomePlug 1.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Format de len-tte MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Format dune trame MAC chiffre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Format des trames de contrle et de gestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

11. Rseaux CPL par la pratique XII PARTIE II Pratique des CPL CHAPITRE 6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Voix, vido et multimdia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Tlphonie sur CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Vido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Visioconfrence et vidoconfrence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Multimdia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Rseau local CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 InternetBox et CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Nouvelles applications des CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Perspectives conomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 CHAPITRE 7 quipements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Les technologies CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Les modems CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Les modems CPL USB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Les modems CPL Ethernet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Les modems CPL cble TV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Les modems CPL intgrs dans la prise lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Les modems CPL/Wi-Fi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Les modems CPL multifonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Les modems CPL audio et tlphonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Les mthodes daccs au mdia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Les mthodes de piquage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Transformateurs et compteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Les transformateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Les compteurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

12. Table des matires XIII Les rpteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Les ltres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Les cots du CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 CHAPITRE 8 Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Les bandes de frquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Rglementation des frquences radio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Compatibilit lectromagntique et canaux de frquences . . . . . . . . . . . . 181 Topologie des rseaux lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Cblage monophas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Cblage triphas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Cbles dun rseau lectrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Le tableau lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Attnuations sur le rseau lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 lments de choix de la topologie du rseau CPL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Propagation du signal CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Interfrences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Interfrences subies sur le rseau lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Les dbits rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 La scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 CHAPITRE 9 Conguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Conguration dun rseau HomePlug 1.0 et Turbo . . . . . . . . . . . . . . . 208 Conguration dun rseau CPL sous Windows XP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Conguration dun rseau CPL sous Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Conguration dun rseau CPL sous FreeBSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Conguration dun rseau DS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Conguration des paramtres rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Rappels sur les paramtres rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Conguration des paramtres rseau sous Windows XP . . . . . . . . . . . . . . 250 Conguration des paramtres rseau sous Linux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

13. Rseaux CPL par la pratique XIV CHAPITRE 10 CPL domestique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Scurit lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Choix de la technologie CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Choix du matriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Placement des quipements sur le rseau lectrique . . . . . . . . . . . . . . 257 Paramtrage de la scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Conguration de la passerelle CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Conguration de la scurit CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Tests de fonctionnement CPL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Pare-feu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 VPN et PPPoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Conguration dune passerelle Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Partage de la connexion Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 Conguration de NAT et DHCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 CHAPITRE 11 CPL dentreprise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Architecture rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Supervision de rseau CPL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Choix du standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Choix des quipements rseau et lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Qualit de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Accs au mdia lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Placement des quipements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Choix de larchitecture rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Paramtrage de la scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Topologies de scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Conguration de la scurit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 VLAN (Virtual LAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 Les rseaux privs virtuels (VPN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

14. Table des matires XV Installation et conguration dun rpteur (bridge) CPL . . . . . . . . . . 305 La tlphonie IP CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Exemple de mise en uvre de rseau CPL dans un htel . . . . . . . . . . 313 Mise en uvre du rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Conguration dun client DHCP sous Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Conguration du serveur DHCP/NAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 NAT (Network Address Translation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 CHAPITRE 12 CPL de collectivit locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Les rseaux lectriques des collectivits locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 Responsabilits des sous-rseaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Les oprateurs des rseaux lectriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Topologie des rseaux lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Mise en place dun rseau CPL dans une collectivit locale . . . . . . . . 334 Architecture rseau et place des CPL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Contraintes du rseau lectrique pour larchitecture CPL . . . . . . . . . . . . . 335 Architecture CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Problmatiques des rseaux lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Choix des quipements et des technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Supervision du rseau de desserte CPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 Conguration du rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Exemples de rseaux CPL de petite, moyenne et grande taille . . . . . . . . . 346 CHAPITRE 13 CPL hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 Cohabitation des diffrents rseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 CPL entre eux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 CPL et Wi-Fi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 CPL et Ethernet laire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Avantages et inconvnients des technologies rseau . . . . . . . . . . . . . . . 362 Optimisation des architectures rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Exemple darchitecture optimise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 CPL/Wi-Fi, un couple parfait ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

15. Rseaux CPL par la pratique XVI Annexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Rfrences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Sites Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Livres et articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

16. Avant-propos Depuis lapparition des premiers produits CPL, au dbut des annes 2000, les technologies des courants porteurs en ligne ont beaucoup volu pour aboutir une technologie performante. Aujourdhui, les CPL ont atteint leur maturit et offrent des performances semblables celles des autres technologies de rseaux locaux, mais avec une facilit de dploiement incomparable. Grce aux CPL, il est devenu facile de diffuser nimporte quel type de donnes dans lensemble dun btiment, y compris les services de vido IP proposs par les FAI dans leurs offres les plus rcentes. Rappelons que ces offres visent proposer de plus en plus dapplications IP sur tous types de terminaux utilisant des interfaces Ethernet pour communiquer avec les autres terminaux et avec Internet. Labsence actuelle de standard IEEE pose la technologie HomePlug comme un standard de fait, en raison de la grande quantit dquipements dj dploys dans le monde et des perspectives de croissance de cette technologie dsormais mature. Un groupe de travail de lIEEE devrait mettre au point dici peu un standard CPL performant, scuris et respec- tueux des perturbations lectromagntiques susceptibles daffecter les autres quipements de tlcommunications. Dores et dj, les problmes dinterfrences avec des bandes de frquences utilises, par exemple, par les radioamateurs sont techniquement rsolus par des mcanismes dallocation intelligente des sous-bandes de frquences communes. Les quipements CPL vont continuer se dvelopper dans un avenir proche pour intgrer de plus en plus dinterfaces (Wi-Fi, Ethernet, cble TV, etc.) an de rpondre aux besoins des ingnieurs rseau doffrir une plus grande connectivit des terminaux environnants. Organisation de louvrage Cet ouvrage prsente les technologies CPL dans leur ensemble, des points de vue aussi bien thorique que pratique, et stend jusquaux conseils dinstallation de rseaux CPL destination des particuliers, des professionnels comme des collectivits locales. Lauteur et ses contributeurs se sont efforcs de transmettre avec pdagogie tout ce quil leur a paru ncessaire de comprendre pour matriser les techniques utilises par les CPL,

17. Rseaux CPL par la pratique XVIII technologies la frontire entre les rseaux lectriques et les rseaux informatiques. Abondamment illustr, louvrage saccompagne de nombreuses tudes de cas destines aider les installateurs rsoudre les problmes pratiques de mise en uvre de rseaux CPL. Le livre est dcoup en treize chapitres, regroups en deux parties : Chapitre 1. Introduction. Ce premier chapitre couvre lhistorique des technologies CPL et prsente les travaux des diffrents groupes de travail (alliances, groupes industriels, etc.) ayant prsid leur dveloppement. Premire partie. Thorie des CPL. Cette partie se penche sur les caractristiques des rseaux lectriques et informatiques et dtaille les diffrentes fonctionnalits proposes dans les CPL pour acheminer linformation sous toutes ses formes lutilisateur. Chapitre 2. Architecture. Ce chapitre dcrit les caractristiques des rseaux lectriques, en sefforant de les situer dans les modles communment utiliss en tlcommunications. Chapitre 3. Fonctionnalits. Lensemble des fonctionnalits permettant doffrir des communications optimales sur un rseau lectrique sont inventories dans ce chapitre. Chapitre 4. Scurit. Les CPL ne souffrent pas des mmes problmes de scurit que les rseaux Wi-Fi. Ils nen mettent pas moins en uvre un certain nombre de mcanismes de scurisation des donnes. Chapitre 5. Trames. La description complte des blocs dinformations transitant sur un rseau lectrique est fournie dans ce chapitre. Deuxime partie. Pratique des CPL. Cette partie couvre lensemble des implmen- tations pratiques des CPL, depuis le contexte des rseaux locaux domestiques ou professionnels jusqu celui des rseaux de desserte des collectivits locales. Chapitre 6.Applications. Les dveloppements rcents des offres daccs Internet des FAI visent fournir des applications de plus en plus compltes (voix, donnes, images, ux vido haute dnition) et exigeantes en terme de dbit comme de scurit. Ce chapitre montre comment les rseaux CPL rpondent ds prsent ces nouvelles exigences. Chapitre 7. quipements. Le choix dquipements CPL adapts aux besoins demande une bonne connaissance des diffrentes fonctionnalits implmentes dans les terminaux CPL tels que passerelles, ltres, rpteurs et injecteurs, compl- ts dquipements rseau classiques. Ce chapitre indique les bons critres de choix en fonction des diffrentes contraintes dinstallation. Chapitre 8. Installation. Il est important de congurer les quipements correctement avant de les installer. Ce chapitre dtaille les problmatiques dinstallation les plus courantes an doptimiser le placement des quipements CPL au sein du rseau lectrique.

18. Avant-propos XIX Chapitre 9. Conguration. Ce chapitre dcrit les tapes de conguration des quipements sous plusieurs plates-formes (Windows, Linux, FreeBSD) et pour diffrents types de technologies CPL. Chapitre 10. CPL domestique. Les particuliers dsirant installer un rseau CPL dans leur habitation trouveront dans ce chapitre tout ce quils ont besoin de conna- tre en matire de critres de choix des appareils ou de conseils dinstallation et de conguration. Chapitre 11. CPL dentreprise. Depuis la PME jusqu lentreprise disposant de plusieurs btiments industriels, les professionnels trouveront dans ce chapitre le dtail des tapes ncessaires lutilisation optimale du rseau lectrique comme infrastructure de rseau local. Chapitre 12. CPL de collectivit locale. Ce chapitre se penche sur le cas particulier des collectivits locales qui souhaitent pallier les difcults dacheminement de laccs Internet dans des zones mal ou non desservies. Ce chapitre apporte les lments de comprhension des problmatiques et principes darchitecture et de gestion de projet des rseaux de desserte utilisant comme support le rseau lectrique public. Chapitre 13. CPL hybride. Ce dernier chapitre de louvrage met en perspective les CPL vis--vis des autres technologies rseau et montre comment tirer le meilleur parti des diffrentes technologies de rseau local pour btir des architectures hybrides mlant CPL, Wi-Fi, Ethernet cbl, cble TV et RTC (rseau tlphonique commut). qui sadresse louvrage Cet ouvrage intressera tous ceux qui souhaitent en savoir plus sur les CPL mais vise en particulier les catgories de lecteurs suivantes : Particuliers qui souhaitent installer un rseau CPL dans leur domicile, principalement pour diffuser les services offerts par les fournisseurs daccs Internet. Architectes, ingnieurs ou administrateurs rseau, qui envisagent de choisir les CPL comme technologie pour construire leur rseau de petite, moyenne ou grande taille ou pour les installer en complment de rseaux existants. lectriciens dsireux de sinitier une technologie situe au cur de leur mtier. Situes la frontire de llectricit et des tlcommunications, les technologies CPL constituent pour ces professionnels une opportunit dtendre leur activit . tudiants dsirant complter leur formation rseau par un aperu des techniques de transmission de donnes sur le rseau lectrique. Dcideurs, qui pourront comprendre tout lintrt des CPL en remplacement ou complment des autres technologies rseau.

19. Rseaux CPL par la pratique XX Parcours de lecture Ce livre comportant deux parties distinctes, une partie thorique, qui entre dans les moin- dres dtails des technologies CPL, et une partie pratique, qui donne des conseils dinstallation de rseaux CPL, les parcours de lecture recommands suivant le prol du lecteur peuvent tre les suivants : Le particulier intress par les aspects pratiques de la mise en uvre de rseaux CPL pourra commencer par le choix des quipements, au chapitre 7, puis poursuivre par leur installation, au chapitre 8, leur conguration, au chapitre 9, et leur mise en uvre sur le rseau lectrique, au chapitre 10. Larchitecte rseau sera plus particulirement intress par le chapitre 11 prsentant la mise en uvre dun vaste rseau CPL dans un htel (similaire au cas dun campus ou dune entreprise). Ltudiant en rseau et tlcoms trouvera aux chapitres 1 5 les lments thoriques ncessaires sa formation et la comprhension des technologies CPL. Le dcideur pourra se reporter au chapitre 1 pour une vision densemble des travaux de standardisation en cours des rseaux CPL. Le chapitre 7 lui donnera en outre une ide des prix des quipements CPL et des cots compars des diffrentes technologies de rseaux locaux. Llectricien comprendra au travers des chapitres 10, 11 et 12, illustrs de nombreux exemples pratiques, les tapes de constitution dun rseau CPL de petite, moyenne ou grande taille. La ncessit de recourir des professionnels habilits intervenir sur un rseau lectrique place les lectriciens au cur des dploiements CPL.

20. 1 Introduction Les CPL (courants porteurs en ligne) sont une technologie daccs haut dbit, qui utilise le rseau lectrique moyenne et basse tension pour fournir des services de tlcommunications. Producteurs et distributeurs dnergie lectrique ont depuis longtemps utilis le rseau lectrique pour contrler le rseau et le piloter distance bas dbit. De nos jours, un producteur ou un distributeur dlectricit ne peut ignorer la normalisation. Il est intressant de remarquer que cest en raison du dploiement des rseaux lectriques, de leur interconnexion et du nombre sans cesse croissant dappareils lectriques, que les premiers organismes de normalisation rseau sont apparus, limage de la CEI (Commission lectrotechnique internationale). Les technologies CPL La technique des CPL nest pas rcente dans son principe. Ds 1838, en Angleterre, Edward Davy a propos une solution permettant de mesurer distance les niveaux de batterie des sites loigns du systme tlgraphique entre Londres et Liverpool. En 1897, il prsentait le premier brevet (British Patent N 24833) dune technique de mesure distance des compteurs du rseau lectrique communiquant sur les cbles lectriques. Appels Ripple Control, les premiers systmes CPL ont t labors puis dploys sur les rseaux lectriques moyenne tension et basse tension en 1950. La frquence porteuse tait alors comprise entre 100 Hz et 1 kHz. Il sagissait dtablir des communications monodirectionnelles via des signaux de commande pour lallumage et lextinction distance des clairages publics ou encore pour des changements tarifaires.

21. Rseaux CPL par la pratique 2 Les premiers systmes industriels sont apparus en France en 1960 sous le nom de Pulsadis. Les puissances mises en jeu avoisinaient la centaine de kilovoltampres (kVA). Ce nest quensuite quapparurent les premiers systmes CPL de la bande dite Cenlec, stendant de 3 148,5 kHz et permettant des communications bidirectionnelles sur le rseau lectrique BT (basse tension) an, par exemple, de pratiquer des relevs de compteurs (tlrelve), ainsi que bon nombre dapplications relevant du domaine de la domotique (alarme dintrusion, dtection dincendie, dtection fuite de gaz, etc.). Les puissances injectes taient beaucoup moins importantes que les prcdentes, puisque rduites des niveaux de lordre dune centaine de milliwatts. Lexpression courants porteurs en ligne , communment abrge CPL, est apparue la n de la Seconde Guerre mondiale, en 1945. lpoque, beaucoup de lignes tlphoniques et lectriques taient dtruites, mais il restait davantage de lignes lectriques dinfrastructure que de lignes tlphoniques. Pour des besoins de communication, des systmes ont t conus an de transmettre des donnes sur les cbles haute tension ou moyenne tension, en sinspirant des tlrelves dj effectues sur les lignes lectriques. La gure 1.1 illustre lvolution des technologies CPL classes par dbit depuis le dbut des annes 1990. Figure 1.1 Technologies CPL bas et haut dbits HP BPL Dbit Temps1990 1995 2000 2001 2006 CPL haut dbit CPL bas dbit X10 CEBus LonWorks Homeplug CC Passeport ASCOM HomePlug1.0 DS2 HomePlug AV HomePlug Turbo Spidcom Main.net

22. Introduction CHAPITRE 1 3 Organismes de normalisation Cette section prsente les diffrents organismes de normalisation ainsi que les notions de normes et de standards que nous allons expliciter. Il existe une diffrence entre une norme et un standard. Une norme correspond un document issu dun organisme international, tel que lISO (International Standardization Organi- zation). Un standard est issu dun organisme national, tel que lIEEE amricain, ou dune communaut dtats, comme lETSI. La normalisation seffectue donc aux niveaux national, europen et international. Chaque comit de normalisation est responsable de un ou plusieurs domaines de normalisation. La CEI (Commission lectrotechnique internationale) et le Cenlec (Comit europen de normalisation en lectrotechnique) sont chargs de llectrotechnique et lETSI (European Telecommunications Standards Institute) des tlcommunications. LISO et le CEN (Comit europen de normalisation) couvrent tous les autres domaines dactivit. Les termes norme harmonise sont utiliss dans le contexte des directives europennes dites Nouvelle Approche pour dsigner des normes europennes adoptes selon les orientations gnrales convenues entre la Commission europenne et les organismes de normalisation, dans le cadre dun mandat octroy par la Commission aprs consultation des tats membres. La gure 1.2 illustre les champs dactivit de chaque comit de normalisation en charge des technologies CPL. Figure 1.2 Organismes de normalisation en charge des technologies CPL Europe France International Electrotechnique et lectricit CEI CENELEC UTE Commission lectrotechnique internationale Comit europen de normalisation lectrotechnique Organisation internationale de standardisation Comit europen de normalisation Association franaise de normalisation Autres secteurs ISO CEN AFNOR Union internationale des tlcommunications European Telecommunications Standards Institute Comit franais de lETSI Tlcommunications ITU ETSI AFNOR (CF ETSI) Union technique de llectricit et de la communication Cheminement classique de la normalisation Cheminement exceptionnel de la normalisation

23. Rseaux CPL par la pratique 4 Selon lISO, une norme dsigne tout document destin une application rptitive, approuv par un organisme reconnu de normalisation et mis la disposition du public . LAfnor complte cette dnition de la faon suivante : Une norme est une donne de rfrence rsultant dun choix collectif raisonn en vue de servir de base daction pour la solution de problmes rptitifs. Rappelons que, par rapport au domaine rglementaire, une norme ne fait que dnir mthodes et rgles et quelle nest pas obligatoire, contrairement une rglementation. Comme indiqu prcdemment, pour lEurope, le cadre rglementaire est x par les directives Nouvelle Approche, qui numrent les exigences essentielles auxquelles le produit doit satisfaire. Les normes europennes harmonises, lorsque leurs prescriptions sont vries, garantissent une prsomption de conformit ces exigences essentielles. Limportance des normes harmonises est illustre par le marquage CE. Ce marquage, vritable passeport de libre circulation des produits en Europe, correspond une dcla- ration du fabricant indiquant que son produit satisfait aux exigences essentielles des directives europennes qui le concernent. Les quipements CPL doivent satisfaire aux exigences des directives CEM (compatibilit lectromagntique) et BT (basse tension). Il convient toujours de distinguer les travaux concernant le produit et ceux relatifs au systme, le rseau dans le cas des CPL. ce jour, les travaux sur le produit amendent la publication internationale CISPR 22, tandis que ceux qui concernent le rseau, sont exclusivement europens et traits au Joint Working Group Cenlec/ETSI. Ces travaux visent disposer dune norme rseau harmonise suite au mandat M 313 donn par la Commission europenne au Cenlec et lETSI. Cette norme ne cherche pas limiter le dploiement des rseaux laires, mais limiter leurs missions pertur- batrices. Aprs cinq annes de recherche dun consensus, constatant la quasi-impossibilit de d- nir des limites au rayonnement des rseaux laires, il a t dcid dabandonner lide de publication de cette norme rseau, et les travaux se sont concentrs sur la norme produit. Entre-temps, la Commission a publi en avril 2006 une recommandation dnissant un cadre juridique la demande de lensemble de la communaut CPL. Ce texte recom- mande aux pays membres de lever toute barrire au dploiement des rseaux CPL, en contrepartie de lengagement des installateurs, fabricants de matriel et fournisseurs daccs Internet respecter les exigences de la directive CEM et utiliser toute mthode de mitigation distance en cas de perturbation avre sur une frquence donne. Au Cenlec, les CPL sont suivis par les comits (TC) et sous-comits (SC) techniques suivantes : TC 205, Systmes lectroniques pour les foyers domestiques et les btiments (HBES) ; SC 205 A, Systmes de communication par le rseau lectrique basse tension ; TC 210, Compatibilit lectromagntique (CEM) , miroir du CISPR.

24. Introduction CHAPITRE 1 5 Le sous-comit produit SC 205 A a pour mission de prparer des normes harmonises pour les systmes de communication utilisant les lignes dalimentation lectrique basse tension ou le cblage des immeubles comme support de transmission et utilisant des frquences suprieures 3 kHz et jusqu 30 MHz. Cette tche inclut lattri- bution des bandes de frquences pour la transmission du signal sur le rseau basse tension . Extraits de la recommandation europenne du 6 avril 2005 1. Les tats membres appliquent les conditions et principes suivants la fourniture de systmes publics de communication large bande par courant porteur. 2. Sans prjudice des dispositions des points 3 5, les tats membres lvent tous les obstacles rgle- mentaires injustis, pour les entreprises de service public notamment, au dploiement de systmes de communication large bande par courant porteur et la fourniture de services de communication lectroniques laide de ces systmes. 3. En attendant que des normes permettant dtablir la prsomption de conformit des systmes de communication par courant porteur aient t harmonises en vertu de la directive 89/336/CEE, les tats membres considrent comme conforme cette directive tout systme de communication par courant porteur qui : Est constitu dun quipement conforme la directive et utilis aux ns auxquelles il est destin. Est install et exploit selon les rgles de lart prvues pour satisfaire aux exigences essentielles de la directive. La documentation relative aux rgles de lart doit tre tenue la disposition des autorits nationales comptentes aux ns dinspection aussi longtemps que le systme est exploit. 4. Lorsquil est tabli quun systme de communication par courant porteur provoque des interfrences nfastes qui ne peuvent tre supprimes par les parties concernes, les autorits comptentes de ltat membre demandent une attestation de conformit du systme et, le cas chant, procdent une valuation. 5. Si lvaluation conduit tablir la non-conformit du systme de communication par courant porteur, les autorits comptentes imposent des mesures dexcution proportionnes, non discriminatoires et transparentes an dassurer la conformit. 6. En cas de conformit du systme de communication par courant porteur mais de persistance des interfrences, les autorits comptentes de ltat membre doivent envisager de prendre des mesures parti- culires conformment larticle 6 de la directive 89/336/CEE de faon proportionne, non discriminatoire et transparente. 7. Les tats membres rendent compte rgulirement au comit des communications du dploiement et de lexploitation des systmes de communication par courant porteur sur leur territoire. Ces comptes rendus doivent contenir toutes les donnes pertinentes concernant les niveaux de perturbation (y compris des relevs de mesures, les niveaux correspondants de signal inject et toutes les autres donnes utiles ltablissement dune norme europenne harmonise), les problmes dinterfrences et les mesures dexcution relatives aux systmes de communication par courant porteur. Le premier de ces comptes rendus est prvu le 31 dcembre 2005. 8. Les tats membres sont destinataires de la prsente recommandation. Fait Bruxelles, le 6 avril 2005 par la Commission, Viviane REDING, membre de la Commission.

25. Rseaux CPL par la pratique 6 Par respect pour le principe de non-duplication des travaux avec la CEI, les travaux sur la norme produit sont plus ou moins en attente dans ce sous-comit. La gure 1.3 illustre les diffrents liens entre les acteurs (organismes, consortiums, tats, Commission europenne, etc.) travaillant sur des normes et standards relatifs aux CPL en Europe, en particulier lIEC (CEI en franais), le Cenlec et lETSI. Consortiums et associations Outre les organismes et institutions prcdentes, certaines associations et consortiums jouent un rle de prnormalisation , voire de standardisation, pour les CPL, notamment les trois acteurs majeurs HomePlug, lIEEE et le consortium Opera. En Europe, le lobbying en faveur des CPL a t men par le PUA et le PLC Forum. Figure 1.3 Acteurs de la normalisation CPL PLT Normalisation rseau STF222 Mesures CPL Mandat 313 Commission europenne Joint Working Group JWG/CLC/ETSI on EMC COMITE INTERNATIONAL SPECIAL DES PERTURBATIONS RADIOELECTRIQUES WG3 CISPR/A PLC-PT CISPR/I WG4 CISPR/X IEC TC210 CEM 4WG TC205 SC 205 A Main communicating systems CISPR22 7 tasks DC ok Ready June 06 Caracterization of electrical network lectro-technique/lectrique Tlcommunications CENELEC ETSI WG10 General Part

26. Introduction CHAPITRE 1 7 La gure 1.4 illustre les rles de chacun des acteurs impliqus dans cette prnormalisation des CPL. HomePlug Alliance Lalliance HomePlug regroupe des industriels couvrant aussi bien la technologie que les services CPL an de dvelopper les spcications HomePlug (HomePlug 1.0, HomePlug AV et HomePlug BPL). Aujourdhui, seule la spcication HomePlug 1.0 est nalise et implmente dans de nombreux produits du march. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) LIEEE, une organisation but non lucratif, est la plus grande association professionnelle internationale technique et une des principales autorits de secteurs aussi varis que les systmes arospatiaux, les ordinateurs et les tlcommunications, les technologies biomdicales, lnergie lectrique ou llectronique grand public. LIEEE diffuse ses membres des informations, mais aussi des ressources et des services techniques et professionnels. Pour stimuler lintrt pour les mtiers lis la technologie, lIEEE propose galement des services ses membres tudiants dans le monde entier. Une autre partie importante des partenaires de lIEEE est constitue de prospects, personnes physiques et morales, qui achtent ses produits et participent ses confrences et symposiums. Figure 1.4 Consortiums et associations relatifs aux CPL PHY MAC PHY MAC PHY MAC Spcifs BPL-EU P1901 Tests dmission lectromagntique des CPL Standard dinteroprabilit CPL HP SCC HP 1.0, AV HP BPL Association US Organisme de standardisation Consortium dindustriels Projet europen Association PLC Utilities Association Association Association AssociationAssociation CEPCA Alliance PLC Forum IEEE P1901 PLC-JPUA UPA UPLC PLCAHomePlug Opera STATUTROLEETCOMMISSION

27. Rseaux CPL par la pratique 8 Opera Le consortium Opera compte trente-six partenaires originaires de divers pays europens et dIsral. Tous les organismes et associations impliqus dans le dveloppement de la technologie CPL sont reprsents dans le consortium, depuis les services publics jusquaux oprateurs de tlcommunications, en passant par les fabricants de chipsets et de modems, les industriels et consultants et les universits. Ce regroupement de prols diffrents et de comptences varies contribue la russite des objectifs du consortium. Lobjectif stratgique dOpera est d offrir le service de laccs haut dbit tous les citoyens europens, en utilisant linfrastructure la plus universelle, le rseau CPL . Opera effectue pour cela la recherche et le dveloppement, ainsi que les oprations de dmonstration et de dissmination au niveau europen, an de vaincre tout obstacle rsi- duel et de permettre aux oprateurs de CPL de fournir chaque citoyen europen les services daccs haut dbit un cot concurrentiel. Les principales missions dOpera sont les suivantes : amlioration gnrale des systmes CPL basse et moyenne tension (dbit, facilit de mise en uvre, etc.) ; dveloppement de solutions optimales pour la connexion des rseaux CPL aux rseaux backbone ; standardisation des systmes CPL. PUA (PLC Utilities Alliance) La PUA est une alliance cre Madrid le 21 janvier 2002 autour de services publics europens desservant plus de cent millions de clients. Ses membres actuels sont les suivants : EDF (lectricit de France), France Endesa Net Factory, Espagne Enel Distribuzione, Italie Iberdrola, Espagne EDP (Electricidade de Portugal), Portugal EEF (Entreprises lectriques fribourgeoises), Suisse Unin Fenosa, Espagne PLC Forum Le PLC Forum est un organisme international cr au dbut des annes 2000 partir de la fusion de deux associations. Il dveloppe ses activits en coordination avec les autres organismes travaillant sur les CPL.

28. Introduction CHAPITRE 1 9 Vers une normalisation de la technologie CPL Toute normalisation est un processus lent. Cela na rien dtonnant si lon considre quelle exige le consensus des membres du groupe de travail considr avant de prendre une quelconque dcision. Si cette dmarche a prouv son efcacit dans la plupart des domaines industriels, elle est peut-tre moins adapte aux technologies de linformation, pour lesquelles les standards devraient viser davantage satisfaire les besoins immdiats. Futur standard IEEE Dbut juin 2005, le comit de direction de lIEEE a valid la cration dun projet de standard CPL sous le titre IEEE P1901 Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specications . Le standard concernera les quipements CPL haut dbit (suprieur 100 Mbit/s au niveau de la couche physique), dans la gamme de frquences infrieure 100 MHz, et adressera les techniques daccs et les rseaux intrieurs. Il sattachera en outre dnir les mcanismes de coexistence et dinteroprabilit entre les diffrents quipements CPL ainsi que la qualit du service offert et la condentialit des donnes. La quasi-totalit des acteurs des CPL font partie de ce projet, notamment ceux rcapituls au tableau 1.1. Tableau 1.1 Principaux acteurs de la standardisation IEEE des CPL Advanced Communications Networks SA Ambient Corporation Arkados, Inc. CEPCA Administration Conexant Systems, Inc. Corinex Communications Corporation Current Technologies DS2 Duke Power Earthlink HomePlug Powerline Alliance IBM IBEC (International Broadband Electric Communications), Inc. Intel Intellon Corporation Itochu Corporation Mitsubishi Electric Corporation Mitsubishi Materials Corp. Panasonic Corporation Pioneer Corporation PUA RadioShack Schneider Electric Powerline Communications SiConnect Sony Corporation Spidcom Technologies Sumitomo Electric Industries, Ltd Texas Instruments TEPCO Toyo Network Systems Co., Ltd Universal Powerline Association Xeline Yamaha

29. Rseaux CPL par la pratique 10 Future norme dinteroprabilit Pour faire face la multiplicit des spcications et technologies CPL prsentes dans les rseaux lectriques domestiques, professionnels et publics, une norme dinteroprabilit est en cours dlaboration. Le support de communication quest le rseau lectrique tant partag, ces diffrentes technologies cohabitent sur les cbles lectriques dans les mmes bandes de frquences. Les diffrents acteurs du CPL travaillent donc de concert au sein de lIEEE et du CEPCA (Consumer Electronics Powerline Communication Alliance) an de les rendre inter- oprables. Avantages et inconvnients des CPL Comme tout systme viable, les CPL prsentent des avantages par rapport aux technologies concurrentes, mais galement des inconvnients. Parmi les inconvnients, citons en premier lieu limmaturit relative des produits concernant loutdoor (rseaux extrieurs) et l access (rseaux daccs). Dans le cas du haut dbit, le problme est essentiellement li la compatibilit lectromagntique et au respect des contraintes dmission. Les principaux avantages des CPL sont les suivants : utilisation du rseau lectrique existant, ce qui implique une couverture potentielle de la totalit du pays considr ; dploiement rapide ; pas de cblage supplmentaire ; mthode de cryptage robuste.

30. Partie I Thorie des CPL Cette partie traite essentiellement de la spcication HomePlug. Issue de lalliance industrielle du mme nom, HomePlug se focalise sur deux axes principaux, la couche physique, qui soccupe de la transmission de linformation sur le support lectrique, et la couche liaison de donnes, qui dnit larchitecture et les mcanismes mettre en uvre pour permettre cette transmission sur le rseau dans les meilleures conditions possibles. Depuis la nalisation de HomePlug 1.0, deux nouvelles versions sont apparues, qui amliorent la vitesse de transmission, la scurit et la qualit de service. An damliorer la transmission, la couche physique utilise les meilleurs mcanismes de codage, de modulation et de correction derreur, offrant de la sorte une excellente connectivit entre quipements et de bonnes vitesses de transmission. Ces dernires sont respectivement, pour HomePlug 1.0, Turbo et AV, de 14 Mbit/s, 85 Mbit/s et 200 Mbit/s, permettant aux CPL dentrer en concurrence avec les rseaux Ethernet et Wi-Fi. La couche liaison de donnes met en uvre un ensemble de mcanismes permettant lenvoi des donnes sous forme de paquets IP dans les meilleures conditions tout en optimisant les performances. Les techniques daccs au rseau que dnit cette couche rgissent les performances du rseau. Des amliorations apportes aux versions successives de la spcication HomePlug ont modi cette couche en vue de permettre une gestion optimise de la qualit de service via des processus dallocation de temps de transmission rpartis (TDMA) ainsi quune gestion efcace de larchitecture rseau des quipements CPL via une hirarchisation des trames de donnes. La qualit de service est un lment essentiel de la transmission de trac en temps rel, telles la voix ou la vido. Concernant la scurit, la technologie CPL se dmarque de Wi-Fi, en ce quelle afche une certaine immunit aux attaques du fait de la difcult daccs au support physique. Cette immunit est encore renforce par limplmentation de cryptages DES et AES des trames changes sur le support lectrique ainsi que par des techniques dintgrit du rseau, qui permettent de grer les quipements autoriss participer au rseau CPL.

31. 2 Architecture CPL, ou courants porteurs en ligne, est le nom gnrique dune technologie rseau utilisant les cbles lectriques, issue de nombreux travaux de recherche sur les transmissions de donnes haut dbit sur le support lectrique. Larchitecture des rseaux CPL est comparable maints gards celle des rseaux laires, mais galement celle des rseaux Wi-Fi, comme nous le verrons dans ce chapitre. HomePlug a t la premire spcication CPL offrir un dbit compris entre 1 et 5 Mbit/s. Elle a en outre implment de nouveaux mcanismes pour raccorder des quipements rseau, que nous allons dtailler de manire prcise. Une autre caractristique de cette spcication est quelle volue en permanence. De nombreuses amliorations ont permis daccrotre les dbits, qui restent toujours partags, et dajouter de nombreuses fonctionnalits, comme la qualit de service ou la scurit. Lalliance HomePlug est pour linstant le seul standard CPL de fait, mais des projets de standardisation sont en cours, comme nous lavons vu au chapitre 1, aussi bien au niveau de lETSI que de lIEEE. Ce chapitre prsente larchitecture gnrale des rseaux CPL et en dtaille les deux couches essentielles, la couche physique et la couche liaison de donnes. Architecture des rseaux lectriques La technologie CPL, en anglais PLC (Power Line Communications), vise transmettre des donnes sur un cble lectrique. Ce cble fait donc ofce de support (couche PHY du modle OSI) de la transmission des donnes. Contrairement dautres supports de communication, comme les cbles Ethernet, coaxiaux, bre optique, etc., ce rle de support de transmission des donnes nest pas la fonction principale du cble lectrique.

32. Partie I THORIE DES CPL 14 Le transport des donnes doit donc sajouter celui de lnergie lectrique (en France et en Europe 200 V/50 Hz, aux tats-Unis et au Japon 100 V/60 Hz) dans les cbles permettant dalimenter les quipements lectriques en nergie partir du rseau public dlectricit. Les rseaux lectriques sont dcoups en diffrentes catgories selon leur niveau de tension, comme indiqu au tableau 2.1. Cette classication des rseaux lectriques en niveaux de tension permet de sparer les rles de chacun des acteurs des rseaux lectriques en terme de responsabilit sur ces rseaux. limage du rseau tlphonique commut (RTC) de France Tlcom, le rseau de distribution lectrique est compos dun central lectrique et dun rseau de desserte jusqu labonn. Ce rseau sappuie sur une architecture en toile, chaque branche de ltoile tant le cble tlphonique reliant labonn au central. Dans le rseau RTC, le central tlphonique sert daiguilleur entre le trac IP venant des modems des abonns sur la bande de frquences 20 kHz-1,1 MHz et les communications tlphoniques classiques sur la bande de frquences 300 kHz- 3 300 kHz. Du point de vue de la modlisation rseau, le central tlphonique fait ofce de commutateur Ethernet et de routeur IP vers la liaison plus haut dbit de la dorsale IP (voir gure 2.1). Dans le rseau de distribution lectrique, appel EGS (lectricit Gaz Services), du nom de lentit dEDF qui opre la distribution en gaz et en lectricit de ses 26 millions dabonns, cest le transformateur MT/BT qui fait le lien entre le rseau MT et les rseaux de desserte et de distribution, dont chacun alimente en moyenne 200 compteurs EDF dabonns (voir gure 2.2). Le transformateur MT/BT peut tre vu comme le concentrateur Ethernet du rseau EGS et comme la passerelle vers la dorsale IP grce des liens de transit IP haut dbit. Tableau 2.1 Niveaux de tension lectrique Appellation actuelle Ancienne appellation (toujours dusage) Niveaux de tension usuels en France HTB Trs Haute Tension (THT) 400 000 V 225 000 V Haute Tension (HT) 90 000 V 65 000 V HTA Moyenne Tension (MT) 20 000 V BT Basse Tension (BT) 380 V (triphas) 220 V (monophas)

33. Architecture CHAPITRE 2 15 En terme de responsabilit, chaque partie du rseau lectrique est opre par des entits distinctes, auxquelles revient la charge de lalimentation et du transport lectrique, ainsi que, le cas chant, du transport de donnes pour les rseaux CPL. Figure 2.1 Architecture simplis du rseau tlphonique commut Figure 2.2 Architecture simplie du rseau de distribution lectrique Logement abonn 1 Routage IP Central tlphonique DSLAM Tte de ligne N cbles paires de cuivre Logement abonn 2 Modem ADSL Prises RJ-11 FT de l'abonn 1 Backbone IP Prises lectriques du rseau lectrique domestique Transformateur MT/BT Ttes de colonne montante d'immeuble ou d'habitation Dpart de lignes BT Rseau MT et HT Lignes lectriques en srie ou en parallles vers les ttes de colonne montante

34. Partie I THORIE DES CPL 16 La gure 2.3 illustre cette distinction des responsabilits lgard des diffrentes parties du rseau lectrique national. Caractristiques du cble lectrique Le support de communication utilis dans les technologies CPL est le cble lectrique, qui nest pas, au dpart, conu pour transporter des donnes, et dont les caractristiques physiques sont avant tout adaptes au transport du signal 220 V/Hz. Cette section prsente un certain nombre de ces proprits physiques an de faire mieux comprendre les capacits (avantages et limitations) quoffre ce support la transmission de donnes. Impdance Un cble lectrique prsente une impdance Z (valeur absolue des composantes rsistives, inductives et capacitives des lments du rseau lectrique), qui, nest pas xe. Les quipements branchs et dbranchs en permanence sur le cble lectrique modient limpdance du cble, rendant difcile une modlisation du support de communication et donc du canal de transmission. Figure 2.3 Responsabilits des oprations sur le rseau lectrique Abonn EDF ou rgie lectrique EDF ou rgie lectrique Collectivits locales Abonn EDF ou rgie lectrique Responsabilit des oprations sur le rseau Proprit du rseau lectrique RTE RTE Rseau de transport d'nergie Compteur EDF ou rgie Tte de colonne montante Transformateur MT/BT Transformateur HT/MT Rseau lectrique domestique de l'abonn EDF ou rgie lectrique

35. Architecture CHAPITRE 2 17 Par principe, un quipement lectrique peut tre branch ou dbranch du rseau tout moment, engendrant une modication de limpdance globale du rseau lectrique. De plus, cet appareil peut subir une modication de sa propre impdance en fonction de son mode de fonctionnement, de sa vitesse de fonctionnement, de son tat de vieillissement, de sa conception, etc. Des tudes ont montr que limpdance des quipements lectriques BT varie classiquement entre 10 et 1 k. Capacit et inductance Les diffrents quipements qui sont connects sur le rseau lectrique ont chacun une certaine capacit et une certaine inductance vis--vis du courant lectrique qui circule sur le circuit 220 V alternatif la frquence de 50 Hz. Linductance (L), aussi appele bobine ou self, dun circuit ou dun diple lectrique est une valeur qui traduit le ux dinduction cr par le courant lectrique traversant ce circuit. Le dplacement de charges lectriques dans un matriau de susceptibilit magntique () non nulle cre un champ magntique (H) et une induction magntique (B). Dans le cas dun matriau qui se limite une surface circonscrite, typiquement un cble lectrique, le champ magntique provenant du courant qui traverse ce circuit cre un ux dinduction. Linductance peut tre propre au circuit ou mutuelle avec un autre circuit lectrique. Linductance vis--vis du champ magntique () et du courant lectrique (I) peut tre exprime par la formule : L = En rgime sinusodal (cas du courant lectrique 220 V/50 Hz), cette quation est exprime en valeurs efcaces par la loi dOhm, en fonction de la tension (U), du courant lectrique (I) et de la frquence (f) : L = (exprime en henry) La capacit (C), aussi appele condensateur ou capacitance, dun circuit lectrique est une valeur qui traduit lnergie potentielle stocke dans un champ lectrique constitu de deux plaques conductrices spares se faisant face et de charge lectrique oppose. Cette nergie potentielle, ou capacit, est proportionnelle la charge lectrique stocke par le diple lectrique constitu de ces deux plaques. Cette charge lectrique peut tre galement exprime en ux lectrique () et associe au potentiel lectrique entre les deux plaques du diple : C = (exprime en coulomb) 1 --- U 2fI ----------- V ----

36. Partie I THORIE DES CPL 18 En rgime sinusodal (cas du courant lectrique 220 V/50 Hz), cette quation est exprime en valeurs efcaces par la loi dOhm, en fonction de la tension (U), du courant lectrique (I) et de la frquence (f ) : C = (exprime en farad) Limpdance (Z) dun circuit lectrique est compose dune partie rsistive (R), dune partie inductive (L) et dune partie capacitive (C), qui le caractrisent compltement du point de vue lectrique. Ces caractristiques inuent sur le comportement global du rseau lectrique en fonction des niveaux de courant lectrique circulant dans ce rseau. Du point de vue informatique, ces caractristiques se traduisent par une modlisation particulire de la couche physique an dobtenir la meilleure qualit possible du canal de transmission. Limpdance peut sexprimer en valeurs complexes par la loi dOhm comme la somme de ses composantes rsistives, inductives et capacitives, j exprimant la partie imaginaire dun nombre complexe : Z = R + jL2pf + (exprime en ohm pour la valeur absolue) Lensemble des impdances des diffrents circuits lectriques traverss par le courant lectrique forme donc un rseau complexe dimpdances en srie et en parallle, qui peuvent tre connectes et dconnectes en permanence du rseau. De plus, ces diffrentes impdances induisent des champs magntiques et lectriques mutuels, qui se traduisent par des courants lectriques proportionnels les uns par rapport aux autres. Du point de vue du canal de transmission, cette caractristique peut se rvler tonnante, comme nous le verrons. Les caractristiques inductives et capacitives modiant en permanence le canal de transmission physique, cela ncessite une optimisation et une consolidation des techniques de transmission CPL. Bruits et perturbations lectromagntiques Le canal de transmission rcolte un certain bruit des diffrents quipements lectriques connects ou proximit du cble lectrique. Les diffrents types de bruits qui peuvent tre perus sur et autour du cble lectrique sont les suivants : bruits impulsionnels dus aux arrts/dmarrages des appareils lectriques ; bruits blancs large bande, dont la densit spectrale de puissance est la mme pour toutes les frquences ; I 2fI ----------- 1 C2f -------------

37. Architecture CHAPITRE 2 19 bruits priodiques plusieurs frquences ; bruits harmoniques, composs des multiples frquences utiliss par les quipements lectriques branchs sur le rseau et qui sont, par exemple, des multiples de 50 Hz (300, 600, etc.). Ces bruits sont exprims globalement par le rapport signal sur bruit, ou SNR (Signal to Noise Ratio), gnralement mesur en dcibels (dB). En plus des bruits sur le support lectrique, les appareils lectriques connects ou dconnects du rseau lectrique mais proximit du cble lectrique engendrent un certain nombre de perturbations sur le canal de transmission. Ce sujet technique fort complexe est appel CEM (compatibilit lectromagntique), ou EMC (Electro-Magnetic Compatibility). Du point de vue de la CEM, chaque appareil lectrique aliment en nergie est gnra- teur de perturbations lectromagntiques conduites, cest--dire transportes sur le cble lectrique, ou induites, cest--dire mises dans lenvironnement radio de lquipement perturbateur. De nombreux groupes de travail du Cenlec (europen) et de la CEI (international) ont mis en place des rgles xant les limites des perturbations autorises pour chaque classe dquipement lectrique, y compris les quipements CPL. De leur ct, les organismes de standardisation et de normalisation des tlcommunications ETSI (europen) et ITU (international) travaillent sur les seuils de perturbation an doptimiser le canal de transmission et les techniques de traitement du signal mettre en uvre pour obtenir les meilleures performances des CPL. LIEEE travaille galement sur ces sujets pour optimiser la couche physique du modle ISO. Le groupe de travail ISRIC (International Special Radio Interference Committee) Working Group 3 a x les limites de perturbations autorises des appareils lectriques CPL dans la bande 150 kHz-30 MHz. Les perturbations CEM reues et provoques par les CPL font lobjet de nombreux autres travaux et tudes en vue dharmoniser les niveaux dmission de chaque appareil et dobtenir un canal de transmission efcace avec ces niveaux dmission. Attnuation De mme que le signal radio subit une attnuation de sa puissance en fonction de la distance parcourue par les ondes ou que le signal DSL sattnue le long du cble paires de cuivres du RTC, le signal lectrique perd de sa puissance en fonction de la distance parcourue. Il est important de prendre en compte cette caractristique du cble lectrique pour implmenter un rseau CPL. Nous dtaillons au chapitre 8 les paramtres congurer

38. Partie I THORIE DES CPL 20 pour offrir les meilleures performances au rseau CPL, ces dernires variant grandement en fonction de la porte et de lattnuation du signal. Les diffrences dimpdances sur le rseau lectrique provoquent des effets tels que les multitrajets, qui entranent des notches , ou pics damplitude du signal CPL, importants certaines frquences. Dans un habitat domestique, lattnuation du signal sur le cble lectrique est de lordre de 20 60 dB, en fonction de la charge rseau. Lattnuation minimale de lensemble compteur/disjoncteurs est de 30 dB pour un quipement mettant un signal une frquence suprieure 20 MHz. Pour les frquences situes en dessous de 20 MHz, la valeur moyenne de lattnuation est denviron 50 dB. Un coupleur CPL de bonne qualit permet toutefois de rduire lattnuation de 10 15 dB pour certaines frquences. La frquence du signal dun modem HomePlug 1.0 tant comprise entre 4 et 25 MHz, la densit spectrale de sa puissance est de 50 dBm/Hz. Nous reviendrons sur les consquences de cette valeur au chapitre 8. Le tableau 2.2 rcapitule quelques valeurs dattnuation pour les principaux quipements du rseau lectrique. Les diffrences mesures effectues indiquent que, dans un rseau de distribution basse tension, lattnuation moyenne du signal est de lordre de 50 dB/km. Tableau 2.2 Attnuation des principaux quipements lectriques dun rseau lectrique quipement lectrique Attnuation Commentaire Compteur lectromcanique 15 dB Les compteurs lectromcaniques attnuent le signal CPL mais ne le bloquent pas, si bien que le signal CPL se propage hors du rseau lectrique priv. Compteur lectronique 15 dB Idem Disjoncteur 5 dB Sil traverse un trop grand nombre de disjoncteurs pour relier deux quipements CPL, le signal CPL risque dtre trop attnu. Multiprise 10 dB La qualit de fabrication de la multiprise inue normment sur lattnuation. Il faut donc viter de brancher les quipements CPL sur des multiprises. Compteur lectronique + disjoncteurs 20 30 dB Lensemble compteur + disjoncteurs nattnue pas assez le signal pour empcher quil se propage hors du rseau lectrique priv dun appartement ou dune entreprise. Compteur lectromcanique + disjoncteurs 30 dB Au-dessus de 20 MHz 50 dB En dessous de 20 MHz

39. Architecture CHAPITRE 2 21 Couplage entre phases Un signal lectrique alternatif haute frquence circulant dans un cble lectrique provoque un champ lectromagntique, appel couplage, proximit de ce cble. Le couplage est appel diaphonique lorsque linduction concerne deux cbles dun mme rseau lectrique et tellurique lorsquelle seffectue entre des cbles de deux rseaux lectriques diffrents. Rponse frquentielle Selon la nature des cbles lectriques (matriau, constitution, ge, etc.), la rponse du cble, cest--dire sa capacit propager le signal, aux signaux HF diffre notablement. Nous dtaillons les consquences de cette caractristique sur la mise en place dun rseau CPL au chapitre 8 et montrons comment la prendre en compte dans le choix de la topologie rseau et celui des cbles lectriques. Sensibilit des interfaces Les quipements lectriques sont constitus dinterfaces analogiques, qui permettent leur couplage au support lectrique (inductif ou capacitif). Dans le cas des CPL, ces interfaces permettent en outre la transmission du signal numrique sur les cbles lectriques. Selon les composants lectroniques utiliss, linterface analogique prsente une certaine sensibilit , qui inue sur sa capacit transmettre le signal CPL sans trop de dgra- dation. Cette sensibilit est modlise par une impdance entre le cble lectrique et les circuits numriques de lquipement. Modlisation des rseaux lectriques La modlisation dun rseau lectrique permet danticiper les phnomnes qui se produi- sent lors de la transmission des donnes (perturbations, perte de liens, etc.) et den proposer une reprsentation susceptible daider lingnierie du rseau. La modlisation des rseaux lectriques, quils soient domestiques, dentreprise ou publics (dans le cas des rseaux de distribution lectrique) est un sujet technique difcile, qui exige de prendre en compte de nombreux paramtres (topologie, nature des cbles, perturbations, quipements branchs sur le rseau, heures de la journe, etc.). Comme il nexiste pas doutil de modlisation complet des rseaux lectriques, lingnierie des rseaux CPL de tlcommunications se limite modliser la couche physique de transport du signal CPL. Les mesures effectues sur les rseaux lectriques ont permis de quantier limpdance moyenne dune ligne lectrique dans les frquences hautes du type de celle utilises par les quipements CPL.

40. Partie I THORIE DES CPL 22 La gure 2.4 illustre la courbe de limpdance exprime en ohm (impdance en valeur absolue) en fonction de la frquence. Cette impdance varie de 50 150 ohms pour les frquences des CPL. Les travaux de Nicholson et Malak ont permis dexprimer limpdance moyenne dune ligne lectrique par la formule : Zc = O L = mH/m (inductance linaire de la ligne lectrique) C = mF/m (capacitance linaire de la ligne lectrique) Les travaux de Downey et Sutterlin ont permis de modliser le circuit lectrique qui- valent dune ligne lectrique. Ce circuit, compos de rsistances, dinductances et de capacitances peut tre schmatis comme illustr la gure 2.5. Figure 2.4 Impdances moyennes dune ligne lectrique en fonction de la frquence Frquence Impdance (ohm) 20 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 30 MHz 10 100 500 L C ----

41. Architecture CHAPITRE 2 23 Limpdance dune ligne lectrique est dcrite par lquation suivante : Z = R() + s L (exprime en ohm) o R est la rsistance du cble lectrique en fonction de la frquence du signal qui se propage dans le cble, s la section du cble lectrique et L linductance de la ligne lectrique. Limpdance dpend de la charge branche sur la ligne lectrique, cest--dire des quipements lectriques (tels que schoirs lectriques, lampes halognes, etc.) branchs sur le rseau, avec leur impdance propre. Ces lments de modlisation des rseaux lectriques permettent de donner des ordres de grandeur des valeurs caractristiques des rseaux lectriques inuant sur le transport des signaux CPL. Modlisation des quipements lectriques sur le rseau De la mme manire quil est difcile de modliser des rseaux lectriques, il est difcile de modliser les quipements lectriques branchs sur le rseau lectrique. Ces quipements de toutes sortes sont en effet branchs et dbranchs de manire alatoire, modiant la charge du rseau en permanence. De plus, les caractristiques de ces quipements changent au cours de leur vie, des heures de la journe, de leur frquence dutilisation, etc., rendant parfois peu able cette modlisation. lexception dEMTP, qui permet de modliser lensemble dun rseau lectrique avec ses diffrents cbles en fonction de la topologie, il nexiste gure doutil susceptible de faciliter lingnierie et la comprhension des comportements des signaux CPL sur les cbles lectriques. Le Cenlec travaille toutefois la mise au point dun projet destin faciliter la modlisation des rseaux lectriques domestiques. Figure 2.5 Circuit schmatique dune ligne lectrique selon le modle de Downey et Sutterlin R/m L/m C/m - 23 pF/m Charge branche sur le rseau lectrique

42. Partie I THORIE DES CPL 24 Architecture mdia partag Nous verrons aux chapitres 10, 11 et 12, consacrs linstallation de rseaux CPL domestiques, dentreprise et de collectivits locales, que les topologies des rseaux lectriques peuvent tre vues comme des mdias partags entre tous les quipements au travers desquels se propagent les diffrents signaux CPL transportant les donnes changes entre les terminaux dun rseau local. Nous distinguons dans cette section les rseaux dits publics , qui fournissent llectricit aux particuliers, entreprises et collectivits, et les rseaux dits privs , constitus par les rseaux de distribution de llectricit dun btiment depuis les compteurs jusqu lensemble des prises du btiment. Nous verrons que la notion de mdia partag est quivalente pour ces deux types de rseaux. Rseaux publics On appelle rseau lectrique public, un rseau de distribution qui alimente les btiments, appartements, immeubles et entreprises dun quartier, dune agglomration ou dune collectivit locale. Ce rseau est public dans la mesure o quiconque peut souscrire un abonnement pour tre aliment par la rgie lectrique locale ou par un fournisseur tel quEDF. La gure 2.6 illustre schmatiquement un rseau lectrique public alimentant six compteurs lectriques, derrire lesquels se trouvent des quipements CPL connects au rseau Figure 2.6 Rseau lectrique public et mdia partag Rseau lectrique public Rseau lectrique priv Signal CPL

43. Architecture CHAPITRE 2 25 lectrique priv de lhabitation. Selon les types de topologie du rseau lectrique public (toile, anneau, etc.), le mdia est plus ou moins partag entre tous les compteurs en fonction des ramications du rseau. Sur cette gure, deux ramications lectriques aboutissent plusieurs compteurs et aux quipements CPL. Le signal CPL se propage entre les diffrents quipements connects au rseau lectrique tout le long de ces ramications, incluant les ensembles compteur + disjoncteurs, aux attnuations du signal prs. Cela permet de voir le rseau lectrique comme un bus de donnes, auquel les quipements CPL sont connects de part et dautre. Rseaux privs Un rseau lectrique priv se situe derrire le compteur dalimentation du rseau lectrique public et ne concerne, en terme de responsabilit, que les occupants de lhabitation (appartement, maison, bureau, usine, etc.). La topologie de ce type de rseau, contrairement celle des rseaux lectriques publics, ne dispose pas de rgles dingnierie bien dnies et peut tre spcique chaque installation (ajout de parties de rseau ou de tableaux lectriques, topologie en srie, etc.). Nanmoins, toutes les ramications du rseau partent gnralement de lensemble compteur + tableau lectrique, et le signal CPL circule dans lensemble des ramications en repassant par le tableau lectrique. La gure 2.7 illustre un exemple de rseau lectrique simpli, avec trois ramications depuis le tableau lectrique. droite de la gure, le signal CPL se propage entre les diffrentes prises an de connecter les quipements CPL. Cet exemple montre que le rseau lectrique priv peut tre vu comme un mdia partag de type bus de donnes. Figure 2.7 Rseau lectrique priv et mdia partag Signal CPL

44. Partie I THORIE DES CPL 26 Analogie avec le concentrateur rseau Les deux exemples prcdents de rseaux lectriques public et priv dmontrent que tout type de rseau lectrique peut tre vu comme un vaste bus de donnes sur lequel se connectent les quipements CPL du rseau. En terme dquipement de tlcommunications, lanalogie la plus vidente est celle dun concentrateur, ou hub, dont les diffrents quipements CPL connects au rseau lectrique reprsenteraient les diffrents ports Ethernet. La gure 2.8 illustre schmatiquement cette analogie. Notions de rpteurs Comme nous le verrons au chapitre 7, ddi aux quipements CPL, il peut tre ncessaire de rpter le signal an dagrandir sa zone de couverture et de connecter davantage dquipements. Lorsque le signal CPL est trop attnu pour pouvoir tre interprt par les quipements CPL du rseau, lquipement rpteur le ramplie et le rgnre le long du cble lectrique. Il existe deux types de rpteurs de signal permettant dagrandir la couverture rseau : Les rpteurs physiques , qui amplient rellement le signal et le rmettent le long de la ligne lectrique. Cette rptition est dite physique , car elle intervient sur le signal physique lui-mme et non sur les trames logiques. Ce type de rpteur ne diminue donc pas la bande passante de lensemble du rseau CPL. Figure 2.8 Analogie des rseaux CPL avec un concentrateur rseau Ports Ethernet Ports Ethernet

45. Architecture CHAPITRE 2 27 Les rpteurs logiques , qui rptent le signal au niveau des trames de donnes. Ce type de rpteur est constitu de deux quipements CPL relis par leur interface Ethernet, lun des quipements tant connect un segment du rseau lectrique et lautre au segment du rseau lectrique inaccessible par le signal CPL du fait dune attnuation trop importante. Ce type de rpteur divise par deux la bande passante de lensemble du rseau CPL puisquil produit deux rseaux logiques distincts sur le mme rseau lectrique. Architecture en couches Le modle OSI (Open Systems Interconnection) en couches offre une base commune la description de tout rseau informatique. Ce modle comporte sept couches, dont chacune dcrit un protocole indpendant des autres couches et fournit un service la couche suprieure et demande des services de la couche infrieure. Dans le cadre de ce modle, les rseaux CPL se situent au niveau des couches 1 (physique) et 2 (liaison de donnes) pour fournir un service de connexion Ethernet aux couches suprieures. La gure 2.9 illustre la place des technologies CPL dans le modle OSI. La couche 1 (physique) est constitue logiquement par le cble lectrique sur lequel circule le signal Figure 2.9 Place des technologies CPL dans le modle OSI Cble lectrique Signal CPL Adresse IP Applications rseau Ports TCP Modle OSI Application Prsentation Session Transport Rseau Liaison de donnes Physique Adresse MAC Adresse MAC

46. Partie I THORIE DES CPL 28 CPL. Lquipement CPL fournit un terminal (classiquement un PC) un service de connexion Ethernet au niveau de la couche 2 (liaison de donnes) au moyen dun adres- sage MAC et dune connectique RJ-45. Le terminal utilise les services du rseau CPL pour accder aux services des couches suprieures (IP, TCP, HTTP, etc.). La couche physique La couche physique des technologies CPL est constitue par le cble lectrique et plus gnralement par les rseaux lectriques. La technique utilise pour transporter le signal CPL sur ce support consiste ajouter aux 220 V/50 Hz du circuit lectrique un signal modul de faible amplitude autour dune frquence centrale dite frquence porteuse F. La couche physique consiste en ce signal modul (nous dtaillons les techniques de modulation au chapitre 3) de faible amplitude, transport sur les cbles lectriques une frquence dtermine par la technologie CPL considre et la rglementation en vigueur. La gure 2.10 illustre la somme des signaux CPL et 220 V/50 Hz qui se superposent sur les cbles lectriques pour constituer la couche physique des rseaux CPL. Figure 2.10 Somme du signal CPL modul et du signal lectrique 220 V/50 Hz Signal CPL (signal modul en AM, FM ou PM avec porteuse F) Signal 220 V/50 Hz Cble lectrique

47. Architecture CHAPITRE 2 29 Les bandes de frquences Le signal CPL tant un signal modul en amplitude, frquence ou phase autour dune frquence porteuse F, il est ncessaire de mettre en place des rgles dutilisation de chaque bande de frquences entre 0 et quelques dizaines de gigahertz par le biais dorga- nismes de rgulation nationaux ou europens. Deux bandes de frquences sont alloues aux technologies CPL : 3 148 kHz pour les CPL dits bas dbit ; 2 20 MHz pour les CPL dits haut dbit. La gure 2.11 illustre la place des frquences CPL relativement dautres technologies rseau. Figure 2.11 Bandes de frquences utilises par les rseaux CPL Digital Radio Mondiale (radio ondes courtes numriques) 3 K 0 175 Hz 3 K 148 K 162 K 252 K 1 M 2 M 30 M 87 M 108 M 2,4 G 2,483 G 5,15 G 9 K 95 K 125 K 140 K 148 K 4,3 M1,6 M 20,9 M 30 M f f F(Hz) A B C D Bandes de frquences Cenlec Exemples de technologies CPL haut dbit dans la bande de frquences 1,6-30 MHz HomePlug 1.0 CPL MT Access Pulsadis CPL bas dbit AM FM Wi Fi Wi Fi CPL haut dbit Amateurs et DRM Micro sans fil (32 MHz) Bande ISM (868 MHz) GSM (900 MHz et 1,8 GHz)

48. 3 Fonctionnalits Ce chapitre prsente les fonctionnalits des rseaux CPL. Les technologies utilises dans ces rseaux sont assez simples pour tre intgres sur une puce unique et permettre la ralisation de composants trs bas cot. Elles resteront dactualit jusqu larrive de nouvelles interfaces CPL permettant daugmenter le dbit des quipements. Les fonctionnalits des CPL tirent parti de nombreux dveloppements technologiques des rseaux xes, notamment lADSL, Wi-Fi, Ethernet, etc. La composante lectrique des CPL ncessite pour sa part de recourir des technologies permettant de abiliser le lien CPL, qui constitue le principal point faible de ce type de rseau. Les principales fonctionnalits des CPL sont les suivantes : Le mode rseau, qui permet de grer lorganisation du rseau et les communications entre les diffrents quipements CPL. Le mode de gestion des trames CPL, notamment la fragmentation et le rassemblage, qui permet de pallier le problme de la transmission dimportants volumes de donnes. La technique daccs au mdia, qui inclue la synchronisation des quipements du rseau et la gestion des priorits. La qualit de service, qui autorise la transmission des donnes de type voix ou vido dans les environnements CPL.

49. Partie I THORIE DES CPL 32 Fonctionnalits du mode rseau Une des fonctionnalits importantes des rseaux CPL est le mode rseau, qui permet de grer lensemble des quipements CPL dun mme rseau. Un rseau tant, par dnition, constitu de plusieurs quipements qui changent des donnes, il est ncessaire de mettre en place une gestion de ces changes an quils soient organiss et optimiss. Il existe plusieurs manires dorganiser un rseau. Les diffrentes technologies CPL utilisent un des trois modes rseau suivants : Mode matre-esclave. Peut tre compar un rseau IP de type client-serveur, dans lequel un quipement matre gre les changes entre les quipements CPL du rseau. Les esclaves peuvent schanger des donnes entre eux selon la gestion du matre. Mode pair--pair. Peut tre compar un rseau IP de type peer-to-peer, o tous les quipements CPL du rseau jouent le mme rle et ont le mme niveau hirarchique. Ces quipements peuvent changer les uns avec les autres sans tre contrls par un quipement matre. Mode centralis. Mlange des deux prcdents, dans lequel un quipement centralisateur est responsable de la gestion du rseau et des changes entre quipements CPL. Les autres quipements peuvent galement changer entre eux sans avoir passer par le centralisateur. Les principaux avantages et inconvnients de ces trois modes sont rcapituls au tableau 3.1. Tableau 3.1 Avantages et inconvnients des modes matre-esclave, pair--pair et centralis Mode Avantage Inconvnient Matre-esclave Administration centralise Rle de passerelle pour le rseau CPL Gestion des niveaux de QoS (TDMA) Gestion des rles de chaque quipement Hirarchisation des rseaux CPL et IP Supervision du rseau facilite Besoin de redondance Points de faiblesse en matire de scurit Encombrement possible de la bande passante Conguration plus complexe Pair--pair Distribution de la bande passante Distribution des tables de routage CPL au niveau physique Facilit de dploiement Pas de hirarchisation du rseau Faible dnition de la passerelle CPL Centralis Administration centralise Seul le trac dadministration passe par le coordinateur. Point de faiblesse sur le centralisateur Besoin du coordinateur pour la gestion des trames TDMA

50. Fonctionnalits CHAPITRE 3 33 Le mode matre-esclave Le mode matre-esclave permet dutiliser la logique du rseau lectrique compos dun compteur lectrique en tte de rseau, considr comme un matre du rseau lectrique, et de ses disjoncteurs et dparts, considrs comme des esclaves de ces disjoncteurs , sur lequel sappuie le rseau CPL pour son support physique, et de placer lquipement dit matre sur la partie en tte de rseau et les quipements esclaves sur les diffrents brins du rseau. Dans le cas de rseaux CPL sur les rseaux lectriques MT ou BT publics, les principales fonctionnalits attendues du matre sont les suivantes : Gestion des connexions scurises des diffrents quipements esclaves. Chacun des quipements appartient un rseau logique priv, grce un canal de connexion ddi sur le support lectrique, qui fait ofce de support partag. Les trames CPL circulent donc librement sur les diffrents brins du rseau lectrique. Gestion de la qualit de service (QoS) des liens physiques CPL entre les esclaves et le matre par le biais de diffrentes mthodes danalyse du niveau physique (niveau signal sur bruit dans chaque sous-bande de frquences, calcul des nombres de bits/Hz transmissibles, etc.). Cette gestion de la QoS est assure par une table de qualit des diffrents liens, situe au niveau du matre CPL. Possibilit de crer des VLAN ou des liens interquipement esclaves via une administration centralise des cls de cryptage aux niveaux physique et ventuellement logique. Supervision des quipements an dintgrer des outils dadministration rseau IP (de type pile SNMP) en amont du rseau CPL selon une architecture plus complte de rseau IP. Gestion de la redondance avec dautres quipements matres. Lquipement matre intgre ainsi toute lintelligence du rseau CPL, offrant une gestion optimise de larchitecture via des interfaces embarques ou dportes, accessibles depuis des protocoles standards, gnralement HTTP ou IP, avec des piles SNMP mises jour en permanence en fonction des uctuations du rseau lectrique. Pour le cas des rseaux CPL sur les rseaux lectriques BT domestiques (appartement, maison, PME, hpital, htel, cole, etc.), les fonctionnalits attendues des diffrents quipements CPL matres il peut y en avoir plusieurs sur le rseau lectrique an de constituer une architecture logique distincte ou de rpter les signaux CPL sont les suivantes : Gestion des niveaux de qualit des liaisons CPL entre les quipements esclaves et lquipement matre, ainsi quentre quipements esclaves.

51. Partie I THORIE DES CPL 34 Gestion de la QoS par le biais des paramtres de bande passante utile (au niveau de la couche TCP), de la jitte et de la latence. Gestion de connexions scurises au moyen de cls de cryptage pour chaque rseau logique an dassurer un isolement logique de chaque quipement CPL esclave, par exemple, dans une architecture dhtel ou de rsidence universitaire. Cette fonctionna- lit permet de dtecter automatiquement des quipements nouvellement branchs ou les quipements dj branchs. Gestion de la redondance entre quipements matres an de garantir le bon fonctionnement de lensemble de larchitecture CPL des dbits atteignant 200 Mbit/s, et davantage encore dans les annes venir, au niveau physique. Le tableau 3.2 rcapitule les principales fonctions attendues de lquipement CPL matre et les solutions techniques correspondantes. Le mode pair--pair La thorie des rseaux de tlcommunications sest beaucoup appuye sur le principe de la hirarchisation des quipements rseau. Ce principe a t remis en cause avec lavne- ment des architectures de type ad-hoc, que ce soit dans les rseaux sans l ou les rseaux dchange de chiers sur Internet, dits peer-to-peer, ou pair--pair. Les rseaux dcentra- liss offrent de nombreux avantages par rapport aux rseaux hirarchiss ou en mode matre-esclave. Dans larchitecture CPL en mode pair--pair il

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