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04/19/23 Fabrice Blache & Jack Ballesteros 1

Réseaux Domestiques & PersonnelsRéseaux Domestiques & Personnels

• IEEE 802.11a,b,g• BlueTooth• HyperLan• DECT• Home Radio Frequency Working Group (HomeRF)• Home Phoneline Network Alliance (HomePNA) • Home-Plug Powerline Alliance (HomePlug) • X10• The Infrared Data Association (IrDA)• Universal Plug and Play• CEBus (Consumer Electronics Bus)• LonWorks• Cable Television Laboratories, Inc.(CableLabs)

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SommaireSommaire

• Introduction– Domotique– Les applications– Les medias – Rappel OSI/ Gestion de

réseaux

• Les réseaux domotiques– Batibus– EIB– EHS– Echelon

• RF– DECT – Bluetooth– 802.11x– HyperLan

• IR• Divers Protocoles

– CeBus– UPnP

• Conclusion


DomotiqueDomotique

Définition:• n. f. Mise en œuvre de la robotique, de l'informatique, de

l'intelligence artificielle et des télécommunications pour des usages domestiques (du latin domus, " maison ", le suffixe -tique rattachant ce mot aux technologies avancées, telle l'informatique).

• Parmi les principales fonctions assurées, on trouve notamment la gestion technique, l'information et la communication, la maîtrise du confort et de l'énergie, la sécurité et l'assistance. Les évolutions en cours visent à intégrer, lors de la construction des nouvelles habitations, des capteurs et un câblage permettant le transport de l'énergie électrique, des données, de la voix et de l'image.


Applications ClassiquesApplications Classiques

• Surveillance effraction (anti-intrusion)• contrôle d'accès• Simulation de présence• Surveillance de tous les risques majeurs• Gestion du chauffage et de la climatisation• Gestion du délestage et tarification EDF• Gestion de tous les automatismes• Gestion à distance de votre habitation• Retransmission de toutes les alarmes à

distance (télésurveillance)


Les MédiasLes Médias

• Les médias “fermés”:– câble: coaxial, Paire torsadées,…– Fibre optique

• Les médias “ouverts”:– Courant porteur– Infra-rouge– Radio Fréquence


Les Médias (2)Les Médias (2)

Type MédiaInstall-ation

Coût Portée DébitPertur-bations

Fermé

Coaxial TP Fibre

Ouvert

CPL IR / RF


Modèle OSIModèle OSI

• La gestion de réseau n’est pas définie par les couches OSI. Elle permet de d’attribuer les adresses Physiques des points de communication, ou de relier logiquement les points de communications entre-eux…

• On distingue 3 type principaux: easy, system et Plug & Play


• Créé en 1989 Merlin Gerin, AIRELEC, EDF…• Support de communication entre les éléments

de contrôles d’un bâtiment (chauffage, climatisation, éclairage, fermeture, intrusion, détection d’incendie, alarmes…)

• Caractéristiques : – Débit : 4,8Kbit/s – Médium : bifilaire (Paire Torsadée)– Topologie : indifférent

– Nombre d’adresses : 240


• Les premières études destinées au développement du système EIB ont été réalisées en 1987 par différents fabricants travaillant en collaboration.

• Fondée en 1990, l'association EIBA (European Installation Bus Association) a pour objectif le développement et la promotion du système. Son siège est à Bruxelles.

• Les premiers produits ont été disponibles dès 1992, date à laquelle les premiers projets ont été réalisés.

• Caractéristiques : – Médium : bifilaire, Débit : 9,6 bits/s, Topologie : en ligne,

Nombres d’adresses: 64 par lignes sur 12 lignes soit 768


EIB en l'an 2001:bref aperçuEIB en l'an 2001:bref aperçu

• plus de 110 entreprises membres de l'association EIBA

• près de 4 500 groupes de produits certifiés• environ 11 000 licences ETS vendues• 15 organisations nationales EIBA• plus de 70 centres de formation certifiés• plus de 100 000 projets EIB dans le monde

entier


• About the European Home Systems SpecificationThe European Home Systems (EHS) Specification defines the way electronic and electric devices in and around a home can interact and communicate with each other. Major European white goods, brown goods and telecommunication industries developed (starting in 1987) and validated EHS specification under the European programmes EUREKA and ESPRIT. EHS is further developed by EHSA's Standards Control Committee, involving also major European electrical utilities and semiconductor companies.

• EHS Network Characteristics The EHS specification - EHS 1.3 - covers several medium types to transport control data, power and information, all sharing the Logical Link Control (LLC) sub-layer. For the moment, mostly supported medium types are Power Line Carrier (230 Vac + data, 2,4 kbps, CSMA/ack, topology free) and Low Speed Twisted Pair (15 VDC, 48 kbps, CSMA/CA, topology free). Ehs constitutes a fully integrated control network, built from one or more network sections, each using a single medium, linked together by means of routers.


• Konnex Association is the logical consequence of the merging between 3 Associations; BCI, EIBA and EHSA into one single Association.

• Konnex Association is founded in May 1999 by 9 companies coming from at least one of the associations mentioned.

• The aim of Konnex Association is to promote its One-Single-Standard called , which is built upon the technical expertise of the 3 legacy associations

• At the moment Konnex Association represents more than 200 leading companies world-wide, operating in the field of Electronic Systems for Home and Building.

• These companies coming from different application fields:– Manufactures of electrical, electronic and HVAC equipment, Manufactures

of White Goods and Home entertainment, Facility management companies, Energy suppliers, Telecom providers, Service providers Electrical / HVAC Installers, System integrators and other interested parties


• En Juillet 2000, Schneider Electric et Thomson annoncèrent leur décision de créer un partenariat pour développer des produits et solutions basés sur la Technologie Courants Porteurs.

• Finalement, l'accord autour de la société commune Easyplug a été signé le 12 Mars 2001, bénéficiant de l'expérience de ses deux partenaires dans l'Electronique Grand Public, la Distribution Electrique et les Automatismes.

• Grâce à cela, Easyplug est aujourd'hui le leader des solutions pour le home networking . Nous proposons des produits performants et compétitifs,et/ou des modules de communication sans équivalent sur le marché.

• La Division Produits d'Easyplug vise les applications de communication sur les marchés résidentiels et professionnels (réseaux LAN, systèmes audio et vidéo, accès Internet, TV interactive, domotique, etc.). Le volume de ventes de solutions CPL sur ces marchés est estimé à plus d'1Milliard d'Euros en 2003/2004. Easyplug a réalisé un CA de 21 M d'Euros en 2001, et prévoit d'atteindre 200 Millions d'Euros en 2005.

• La Division Semiconducteurs d'Easyplug représentée sur le marché par sa marque Inari, vise les marchés des composants de communication sur courants porteurs moyen et bas débit, pour des applications comme l'audio ou la vidéo numériques, les jeux ou le contrôle d'équipements. La Division Semiconducteurs d'Easyplug prévoit un CA de 1,8 Millions de US$ en 2003, et prévoit d'atteindre 10 Millions d'Euros en 2005.


http://www.inari.com/index.php

http://www.inari.com/index.php


LonWorksLonWorks

LonWorks par la société Echelon est une plate forme de contrôles qui permet l’usage mixte sur:– courants porteur – la paire torsadée

• LonWorks est un protocole• Contrôle jusqu’à 32 000 équipements• Débit 10Mbits/s sur paire torsadée


Echelon: quelques définitionsEchelon: quelques définitions• LON abréviation de Local Operating Network.• LonTalk protocole de communication embarqué dans le NEURON

(firmware).• LonWorks technologie utilisant le NEURON et les composants Echelon.• LNS (LonWorks Network Services) logiciel pour créer, développer des

applications particulières, installer, maintenir et étendre des réseaux LonWorks.

• LonMaker for Windows un logiciel essentiel pour créer, installer et étendre des réseaux LonWorks.

• i.LON1000 Un produit fabriqué par Echelon permettant de router des messages entre équipements LonWorks au moyen des protocoles TCP/IP.

• LonPoint Modules díentrées/sorties fabriqués par Echelon avec fonctions intégrées pour capteurs, actionneurs, régulateurs en local ou à distance.


DECTDECTDigital Enhanced Cordless TeleommunicationsDigital Enhanced Cordless Teleommunications

• Standardisé en 1993 (ETSI)

• Utilisé pour la téléphonie sans fil

• Débit 128 kbit/s, bande 1880-1900Mhz

• Modulation GFSK

• Rayon max.des cellules 3 km avec mobilité max. de 20 Km/h


DECT DECT

• Service Offert par DECT– Communications dans des environnements

microcellulaires et picocellulaire (zone urbaines)– Transfert de la voix –32kbps) et des données

(jusqu’à 11*32kbps) et service à commutation de paquets en mode non connecté

– Télépoint (radio-paiement dans aéroports et centres commerciaux)


DECT couche physiqueDECT couche physique• 10 Fréquences, bande 1880-1990 Mhz

– chaque fréq. comporte 24 intervalles de temps• 12 premiers utilisé dans le sens descendant• 12 suivants utilisé dans le sens montant

– Une trame temporelle dure 10 ms et compte 420 bits» 32 bits de synchronisation» 388 bits pour les info. De signalisation et le trafic utilisateur

0 1 11 12 14 23

32 388

Synchronisation données

Lien descendant Lien montant

Trame temporelle

416.7µs


DECT couche 2 & 3DECT couche 2 & 3

• 2 type de niveau 2– Plan de commande– Données de l’utilisateur

• Relayage de trames• Commutation de trames

• Couche 3 très proche du RNIS


Différents réseaux en RFDifférents réseaux en RF

• PAN/HAN (Personal Area Network/Home Area Network)– Portée de quelques mètres autour de l’usager– Réseaux qui se déplacent avec l’usager mais sans station

relais– Ex: Bluetooth (1Mbps), IrDA (4 Mbps)– Normalisation IEEE P802.15

• HAN/LAN– Réseaux couvrant une localisation fixe par l’utilisation de

stations relais– Unr portée de 50m à débit max jusqu’à qql centaines de

mètres à débit réduit– Ex: IEEE 802.11, HyperLan, HomeRF, AirPort, DECT,…


La réglementation française La réglementation française pour la bande des 2,4GHzpour la bande des 2,4GHz

A l’intérieur des bâtiments Aucune demande d’autorisation Bande 2,4465 – 2,4835 GHz, puissance 100 mW Bande 2,400 – 2,4835 GHz, puissance 10 mW

A l’extérieur des bâtiments sur un domaine privée Demande d’autorisation obligatoire auprès de

l’ART Bande 2,4465 – 2,4835 GHz, puissance 100 mW

A l’extérieur des bâtiments sur le domaine public Utilisation interdite


BluetoothBluetooth

• Lancé en 1994 par Ericsson• Bluetooth est nom d'une spécification pour une liaison

radio à courte distance de faible puissance et à faible coût

• Les spécifications de Bluetooth sont ouvertes et libres de droit

• Bluetooth utilise la bande des 2,4 GHz • 1 maitre et 7 esclave par PicoNet (10max)• Les équipements utilisant Bluetooth peuvent échanger

des données à une vitesse qui peut aller jusqu'à 721Kbs/s et jusqu'à 10 m de distance.

• Bluetooth 2.0 pourra atteindre 10Mo/s

http://www.bluetooth.com/


Les usages courants de Les usages courants de BluetoothBluetooth

Pont Internet

Envoi de cartes postales

instantanées

PC de bureau sans fil

Kit main libre pour voiture

Conférence interactive

Envoi d'un messagesur le réseau GSM

Synchronisation automatique


Technologies de modulationTechnologies de modulation

• FHSS: Frequency Hopping Spread SpectrumMéthode de codage découpant les trames envoyées sur des fréquences différentes avec des sauts de fréquence aléatoires

• DSSS: Direct Sequence Spread SpectrumMéthode de codage séquentiel, chaque bit est découpé et redondant en utilisant toute la bande

• OFDM: Orthogonal Frequency Division MultiplexingL'idée de base de l'OFDM réside dans le fait de répartir un train binaire haut-débit en une multitude de trains (ou canaux), lesquels étant modulés à bas-débits. Chacun de ces sous-canaux est modulé par une fréquence différente, l'espacement entre chaque fréquence restant constant. Ces fréquences constituent une base orthogonale : le spectre du signal OFDM présente une occupation optimale de la bande allouée.


Technologies de modulation Technologies de modulation (2)(2)


802.11 a,b,g802.11 a,b,g

• 802.11b normalisé en 1997 • 802.11b promu également sous le label Wi-Fi

(Wireless Fidelity)• Technologie radio:DSSS(b), OFDM(a,g)• 100 mètre de portée en extérieur et 50m en

intérieur

2 Mbits/s2,4 GHz

IEEE802.11First Std

11 Mbits/s2,4 GHz

IEEE802.11bHR (High rate)

54 Mbits/s5 GHz

IEEE802.11a

1997 1999 2001

Modulation et codage CCK(b), DSSS(b), OFDM(a), FHSS(a)

http://www.wirelessethernet.org/


802.11802.11La portée et les débitsLa portée et les débits

Le débit WLAN dépend de plusieurs facteurs:

• le nombre d’utilisateurs,• la portée des micro-

cellules, • les interférences, • la propagation sur de

multiples chemins (multipath),

• le support des standards,• le type de matériel • les protocoles

supplémentaires, les règles d'accès.


Technologie 802.11 Technologie 802.11

Toutes les applications réseau, tous les systèmes d’exploitation réseaux et tous les protocoles réseaux, dont TCP/IP et Novell NetWare, fonctionneront aussi simplement sur un réseau 802.11 que sur Ethernet


La couche physique 802.11La couche physique 802.11

• A l’origine 3 couches physiques: 2 techniques radio et une IR.

• Aujourd’hui seule la technique DSSS à été retenue

• Pour supporter les environnements plus bruyants et étendre la portée des équipements, les WLAN 802.11HR utilisent la variation dynamique du débit (dynamic rate shifting)


La couche de liaison de donnéesLa couche de liaison de données

2 sous couches• Le contrôle de la liaison logique (LLC) est la

même que tous les autres LAN 802.• La couche MAC est très proche de 802.3

– Détection des collisions impossible– Utilisation de CSMA/CA -> accusé de réception

systématique


Architecture 802.11 Architecture 802.11 • 2 types d’équipements

– Une station sans fil en général un PC– Un point d’accès (AP) qui joue le rôle de pont

entre le réseau filaire et le réseau sans fil

• 2 modes– Un mode infrastructure– Mode ad hoc


Évolutions du 802.11Évolutions du 802.11

• 802.11 - Standard d’origine• 802.11x - Amendements

– 802.11b - Vitesse de 11 Mbits/s (bande ISM)– 802.11a - Vitesse de 54 Mbits/s (bande UN-II)– 802.11g - Vitesse de 20 Mbits/s (bande ISM)– 802.11e - Qualité de service– 802.11i - Amélioration de la sécurité– 802.11f - Roaming


HiperLan 1 et 2HiperLan 1 et 2

• Standard européen de l’ETSI initié en 1992 (HIgh PErformance Radio LAN)

• Débit max:– v1: 23,5Mbps dans la bande des 5Ghz– v2: 35Mbps (54Mbit/s couche physique)

• Portée 100 mètres• Utilise la couche physique de 802.11 (OFDM)

http://www.hiperlan2.com/


HomeRF (Home Radio Frequency)HomeRF (Home Radio Frequency)

• Né en 1998 dérivé du standard 802.11• Débit max 1,6 Mbps, bande 2,4GHz• Portée 100m• 127 éléments connectables• HomeRF est basé sur DECT pour faire

transiter de la voix sur le réseau et sur la norme IEEE 802.11b pour la transmission des données.

http://www.hiperlan2.com/

http://www.homerf.org/


Comparatif RFComparatif RF


IrDA The Infrared Data AssociationIrDA The Infrared Data Association• Fondée en 1993• C'est un protocole de transfert de données par infrarouge• Le protocole IrDA est fait pour le transfert des données,

en utilisant la lumière infrarouge. La vitesse de transfert requise est élevée et doit être faite de manière bi-directionnelle et en mode connecté.

• Transmet des données tous azimuts (360°) à 1 ou 2 Mbits/s sur des distances supérieures à 10m

• Vitesse– 115 kbits/s en 1994 – 4 Mbits (IrDA 1.1) en 1995– 16 Mbits/s en 1999


IrDAIrDA

IrTran-P OBEX™ IrLan IrCom IrMC

LM-IAS Tiny TP (Tiny Transport Protocol)

MUX - IrLMP (Ir Link Mgmt)

IrLAP (Ir Link Access Protocol)

AsyncSerial-IR

9600-115.2kb/s

SyncSerial-IR1.152Mb/s

Sync4PPM4Mb/s


Irda


Home-Plug Powerline Alliance Home-Plug Powerline Alliance (HomePlug)(HomePlug)

• Avril 97

• Débit 14 Mbit/s

• Repose sur un plate-forme Windows

• Exploite les câbles électriques


Home Phoneline Network Alliance Home Phoneline Network Alliance (HomePNA)(HomePNA)

• Juin 98• Utilise le réseau téléphonique• HomePNA 2.0 autorise 10Mbit/s

• 25 équipements• Distance max 300 m

• Futur: 50 à

100Mbit/s


Universal Plug-and-PlayUniversal Plug-and-Play

• Développement entamé en 1992• Réponse de Microsoft à Sun fait en 1999• Simplifier le tâche des développeurs de

logiciels applicatifs pour les nouveaux équipements, en automatisant le création des modules d’interfaces

• UPnP s’appuiera obligatoirement sur Windows (JINI sur aucun OS en particulier)


CEBusCEBus• Développée par L’Electronique Industries Association

EIA• Protocole permettant l’interconnexion et l’intéropération

des produit de la maison• Utilise un langage de modélisation et de communication

appelé CAL (Common Application language)• Cinq supports différents de communication

– Les courant porteurs– La radio– L’infrarouge– Les paires torsadées– Le câble coaxial


CEBusCEBus

• Un débit minimum de 7 kbits/s peut être garanti

• Home Plug and Play marque déposée par CEBus

• HomePnP est indépendant du protocole de communication


Cable Television Laboratories, Cable Television Laboratories, Inc.(CableLabs)Inc.(CableLabs)

• Fondée en 1988

• L'objectif de CableLabs est de définir une interface ouverte pour que n'importe quelle entreprise puisse fabriquer des produits et pour encourager une adoption large et uniforme dans toute l'industrie.


CableLabs définit CableHomeCableLabs définit CableHome

• CableHome– Développe les caractéristiques d'interface nécessaires pour

prolonger les services du câble de haute qualité aux dispositifs de réseau dans la maison. Rendre les produits interopérables…

– Un opérateur de câble peut contrôler, diagnostiquer/réparer, et dispositifs de CableHome établis selon les spécifications de CableHome

• Autres travaux de CableLabs– Câble Modem/DOCSIS

• Définit des conditions d'interface pour des modems câblés impliqués dans la distribution élevée de données de vitesse au-dessus d’un de système de réseaux de télévision par câble.

– PacketCable, VOD Metadata, SM, OpenCable


norme état NB AP Portée technologie organisme

35 environ 45m

la plupart des WLAN actuels 11 Mbti/s

bande à 2,4 GHzbasé ethernet

54 Mbit/sbande à 5 GHz

basé OFDMincompatible 802.11b ou 802.11g

54 Mbit/sbande à 2,4 GHz

extension de 802.11b (compatibilité arrière)

cartes et points d'accès 802.11g attendus début 2003

1 Maitre

7

esclave

s 10

PicoNet

10m a

100m avec

un ampli

1 Mbit/sbande à 2,4 GHz

conçu comme une technologie de remplacement du câble

54 Mbit/sbande à 5 GHz

basé OFDMarchitecture générique supportant

Ethernet, IEEE 1394, ATM, 3G,gestion de la QoS par connexion

débit de 20 Mbit/s pour certaines applications

HomeRf 127 100m 0,8Mo/s, 1,6Mo/s, 5Mo/s et 10Mo/sIrDA 2 1m Asymetrique:9600B/s à 115,2Kb/s

Symetrique: 576 K0/s à 4 Mo/sDECT Jusqu'à 128 Kbit/s 1,9 Ghz

HomePNA 25 300m 10 Mbis/s Utilise le réseau téléphoniqueHomePlug 14Mbit/s Réseau Eletrique

X10 16x16 Réseau Eletrique

Bluetooth IEEE 802.155.1 approuvé de façon conditionnele en mars 2002

Bluetooth special interest Group

HiperLan2 Standard et prototypes en développement

ETSI, HiperLAN Global Forum

802.11b (WiFi) approuvée IEEE en 2001

IEEE, WECA (Wireless Ethernet

Compatibility Alliance)

802.11a (Wifi5) approuvée IEEE en 1999

802.11g projet de norme IEEE adopté en nov 2001

ComparatifComparatif


Encombrement du spectreEncombrement du spectre


Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives

• Un partage des rôles • Evolution vers le Ultra Wide Band

– Très haut débit, très faible portée (pas de licence), spectre et débit infinis

Le Haut Débit en RFOuverture vers Internet via des

passerelles (OSGI,…)Sécurité…


Sigles et abréviations (1)Sigles et abréviations (1)

• AP: Access Point• BPSK: Binary Phase Shift

Keying• BSS: Basic Service Set• CAL: Common Application

language• CCK: Complementary Code

Keying• CRC: Cyclic Redundancy

Check• CSMA/CA: Carrier Sense

Multiple Access with Collision Avoidance

• CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

• CTS: Clear to Send• DC: Distribution

Coordination Function• DHCP :Dynamic Host

Configuration Protocol• DS: Distribution System• DSSS: Direct Sequence

Spread Spectrum



• ESS: Extended Service Set• ETSI: European

Telecommunications Standards Institute

• FCC: Federal Communications Commission (USA)

• FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum

• IBSS: Independent Basic Service Set

• IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

• IETF: Internet Engineering Task Force

• IP: Internet Protocol• IPSec: Internet Protocol

Security• ISA:Integrated Services

Architecture• ISM: Industrial, Scientific,

and Medical• ISO: International

Organization for Standardization

• LLC: Logical Link Control



• MAC: Media Access Control• MIB: Management

Information Base• MKK: Institut d’inspection et

de certification des équipements radio (Japon)

• NIC: Network Interface Card• NOS: Système d’exploitation

réseau• PC: Jonction au point de

coordination• PCI: Peripheral Component

Interconnect

• PRNG: Générateur de nombres pseudo-aléatoires

• QPSK: Quadrature Phase Shift Keying

• RLR: Réseau Local Radioélectrique

• RC4: Ron’s Code ou Rivest’s Cipher

• RTS: Request to Send• SNMPSimple Network

Management Protocol• TCP/IP: Transmission Control

Protocol/Internet Protocol



• WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance

• WEP: Wired Equivalent Privacy• WI-FI: Wireless Fidelity• WLAN: Wireless Local Area Network • WLANA: Wireless LAN Alliance• WPAN: Wireless Personal Area Network


SourcesSources

- 01 Informatique- www.01net.com- www.80211-Planet.com- www.ieee.org Organisme américain de normalisation des réseaux locaux( institute of Electrical and Electronics Engineers)

-http://www.guill.net/-http://www.fing.org/-http://www.domotique-news.com/fr/-http://www.x10.com/support/basicx10.htm-http://www.art-telecom.fr/

http://www.guill.net/

http://www.fing.org/

http://www.domotique-news.com/fr/

http://www.x10.com/support/basicx10.htm

http://www.art-telecom.fr/