Internet sur les fils électriques?

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1 Internet sur les fils électriques? Ces derniers mois ont vu la généralisation des accès à Internet à hauts débits, notamment grâce à la commercialisation de nombreuses offres ADSL, aussi bien par l opérateur historique France Telecom que par des opérateurs privés. D autres solutions existent reposant sur les réseaux câblés urbains ou, à une échelle moindre, sur le satellite... La boucle locale (on appelle ainsi les liaisons terminales, «les derniers kilomètres» vers les abonnés d'un réseau de télécommunication) coûte fort chère à réaliser. S'il existe un réseau déjà déployé depuis de nombreuses années (et qui est donc économiquement amorti), c'est bien celui de la distribution de l électricité. D'où l'idée d'utiliser cette infrastructure pour réaliser à moindre coût un réseau de transmission de données à haut débit qui soit accessible par chaque foyer sans câblage additionnel. Les acronymes pour désigner cette technologie sont divers : PLC pour Powerline Communications, mais aussi PLT signifiant Powerline Telecommunications ou bien CPL dans la littérature française pour Courant Porteur en Ligne. De nombreuses applications sont ainsi possibles : o accès à Internet à haut débit, o téléphonie sur IP, télévision, vidéo à la demande à l image de ce qui est proposé par l ADSL. o nouveaux services : télésurveillance, alarmes Les applications de cette technologie ne se limitent pas à la boucle locale. Elle est également directement applicable pour les réseaux locaux, venant directement concurrencer (ou MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

2 compléter) les offres classiques filaires (Ethernet) ou sans fil (WiFi). Transposée à l'intérieur d un bâtiment, elle transforme le câblage électrique interne en un vaste réseau local (LAN - Local Area Network) où chacune des prises électriques devient un connecteur multi-services et multimédia relié au monde extérieur. On est donc en présence d une même technologie qui appliquée sur deux zones distinctes (à l extérieur des bâtiments ou «outdoor», à l intérieur ou «indoor») correspond à deux segments distincts du marché : celui de la boucle locale et de la fourniture de services à hauts débits (dont l accès à Internet) et celui des équipements informatiques sur un réseau local. La technologie Le principe est relativement simple : on superpose au courant électrique (à 50 Hz pour l'europe) des signaux de faible amplitude et à hautes fréquences qui sont modulés par les informations numériques à transmettre. Ces signaux se propagent sur les fils et sont donc directement détectés par tous les équipements spécifiques connectés au réseau électrique. Utiliser les fils électriques pour le transport d'informations n'est pas une idée nouvelle. Les premières applications techniques furent développées dans les années 50 et exploitées pour la gestion des éclairages urbains, la télécommande ou les commutations à distance, les télérelevés de compteurs... Les fréquences utilisées étaient assez basses (inférieures à 1 khz) ce qui ne permettait pas des débits très élevés. De plus, les communications étaient unidirectionnelles. Les technologies évoluant, ces échanges sont rapidement devenus bidirectionnels. L'utilisation de fréquences beaucoup plus élevées (entre 1,6 et 30 MHz) permet d'atteindre des débits de plusieurs dizaines de Mb/s (le débit théorique maximum est aujourd hui de 45 Mb/s, mais la valeur de 200 Mb/s devrait être atteinte très prochainement). Pour des usages internes, les équipements au standard américain Homeplug (la majorité des matériels commercialisés aujourd hui y sont conformes voir dernier chapitre) offrent un débit théorique de 14 Mb/s. Les débits pratiques sont moindres (4 à 6 Mb/s) et sont à partager entre tous les utilisateurs. Cette technologie présente un avantage énorme : elle s appuie sur une infrastructure qui est déjà déployée ce qui permet d'atteindre facilement tous les usagers d'une zone à partir d'un point unique (le poste de transformation) mais c est une technologie qui a nécessité de longues années de recherche. Le réseau de distribution électrique est un canal de transmission très difficile. Les obstacles à surmonter ont été nombreux. A l'opposé des autres canaux de transmissions qui sont dédiés, sur ce support les données doivent cohabiter avec des courants de forte puissance particulièrement perturbateurs, ce qui n est pas sans créer des problèmes. De nombreuses interférences et parasites sont générées par les applications des utilisateurs (moteurs, commutations de puissance). Les micro-coupures, surtensions... sont autant d incidents qui risquent de dénaturer le signal utile. Autre inconvénient, l'atténuation du signal utile s'accentue très rapidement avec la distance et avec la fréquence. Pour des fréquences porteuses ne dépassant pas 1 MHz, les distances peuvent être assez importantes et même atteindre quelques kilomètres pour les fréquences les plus basses. Mais les débits seront très faibles. Avec les fréquences les plus élevées, on ne peut pas espérer des distances supérieures à quelques centaines de mètres. Concrètement, on retiendra les chiffres de 200 à 300 mètres comme distances théoriques maximum. L usage de répéteurs permet d augmenter ces distances utiles. MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

3 Les porteuses utilisées doivent être de faibles amplitudes et rester en dessous des seuils normalisés pour ne pas provoquer des interférences avec des matériels utilisant ces fréquences, ne pas perturber l utilisation des autres matériels électriques et ne pas générer des parasites. Avantages Facilité d installation (absence de travaux) Un réseau unique pour l alimentation et les données Grande disponibilité : un réseau «universel» Portée limitée mais extensible Débits élevés et symétriques Facilité et souplesse pour modifier des implantations ou pour équiper des nouvelles salles Avantages et inconvénients du CPL Inconvénients Débit partagé entre tous les utilisateurs Chute du débit dans des environnements perturbés, lorsque des matériels électriques gros consommateurs d énergie sont connectés Risques d interférences radios (parasitage des ondes courtes) Pas de normalisation internationale Le dispositif : - Mode «Outdoor» : Compte tenu des restrictions liés aux atténuations en fonction de la distance, cette technologie ne sera utilisée que pour la distribution finale au niveau des usagers (la boucle locale) et non pas pour l acheminement des données sur des longues distances pour lequel on préfèrera d autres technologies, la fibre optique ou la liaison satellite. L'insertion des informations numériques (accès Internet via un fournisseur d accès, réseau télécom d un opérateur) dans le réseau électrique est réalisée au niveau des postes de transformations moyenne tension / basse tension volts grâce à un modem spécifique qui va moduler les signaux hautes fréquences. En Europe, chaque poste de transformation peut desservir quelques centaines d usagers. Compte tenu des bruits et des perturbations inhérents à ce support, ces modems sont beaucoup plus sophistiqués que les modems téléphoniques classiques. En suivant les lignes électriques, le signal numérique est ensuite transmis jusqu aux usagers finaux. MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

4 En «outdoor», la boucle locale électrique permet l accès à Internet à haut débit. - Mode «Indoor» : La technologie CPL permet la réalisation facile et rapide d un réseau informatique dans un bâtiment qui n est pas pré-câblé. Les équipements spécifiques se placent directement sur les prises d alimentation électrique installées dans les différents locaux. et assurent l extraction des données utiles. Ils sont connectés avec les équipements informatiques (micro-ordinateurs, imprimantes réseaux ) par l intermédiaire d interfaces normalisées : connecteur Ethernet, port USB Un réseau CPL permet de partager un accès à Internet à haut débit, qui, s il n est pas également établi par cette même technologie à courant porteur, pourra être réalisé par l intermédiaire d un fournisseur d accès traditionnel (avec un modem-routeur ADSL et un adaptateur CPL par exemple). La configuration d un tel réseau n est ni plus ni moins compliquée que celle d un réseau Ethernet filaire. Le procédé CPL n est pas seulement une solution alternative aux autres technologies réseaux. Elles sont plutôt complémentaires, chacune d entre elles ayant ses propres caractéristiques, ses avantages et ses inconvénients en fonction de la topographie des lieux à desservir ou en fonction des services à offrir aux utilisateurs. Il est ainsi possible d utiliser le CPL pour l extension d un réseau filaire existant de type Ethernet (il suffit simplement de relier un point de ce réseau - prise RJ active, hub ou switch - au réseau électrique à travers un adaptateur) ou au contraire de favoriser le travail en nomade en ajoutant au réseau CPL des équipements émetteur-récepteur à la norme Wifi. Pour un département ou une région, précâbler totalement un collège ou un lycée se révèle généralement une opération très coûteuse et il sera sans doute plus judicieux, non seulement sur un plan purement économique mais également sur un plan plus fonctionnel, de panacher toutes ces technologies. Plusieurs réseaux informatiques locaux distincts peuvent cohabiter sur un même réseau électrique : il suffit d utiliser des «clés de cryptage» différentes pour chacun de ces réseaux (à configurer sur les équipements). MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

5 Indoor : la complémentarité des différentes technologies autour du CP Le compteur représente la frontière théorique entre le réseau intérieur et le réseau extérieur, mais il ne constitue pas une fermeture totalement hermétique, les signaux CPL pouvant parfois quand même le traverser en dépit des dégradations qu ils peuvent y subir. Un filtre spécifique pourra être nécessaire pour parfaire cette barrière. Collaborations et expérimentations Les industriels se sont regroupés en associations afin de promouvoir et de permettre un développement rapide de ces technologies. Ils travaillent à l élaboration de spécifications communes. HomePlug Powerline Alliance (www.homeplug.org) est d origine américaine et est consacré aux réseaux internes. Elle regroupe aujourd hui une cinquantaine de sociétés. Les spécifications HomePlug 1.0 sont aujourd hui un standard de fait et ont été adoptées par la grande majorité des fabricants. L organisation vient tout juste de présenter ses nouvelles spécifications, HomePlug AV, qui sont destinées à la transmission de flux audio et vidéo (y compris HD) sur le réseau électrique interne d une habitation avec des débits bruts de 200 Mb/s. PLC Forum (www.plcforum.org) est née en Europe au début de l année Elle regroupe des grands noms de l électronique, des télécommunications et des compagnies électriques, des laboratoires universitaires. Depuis sa création, le nombre de ses membres n a cessé de croître et dépasse aujourd hui 60. Pour être plus complet, il faut également citer UPLC (United Power Line Council - et PLCA (The Power Line Communications Association - aux USA, PLC-J au Japon, APTEL en Amérique du sud Pour le câblage des réseaux internes, de nombreux matériels sont aujourd hui commercialisés. L un des acteurs dans ce domaine, Alterlane, société fondée en 2001 par deux ingénieurs de EDF, annonce avoir équipé plus de 200 établissements scolaires principalement pour MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

6 l installation de réseaux locaux. Le CPL a de nombreux atouts, notamment celui du coût. Selon cette même société Alterlane, «le recours aux CPL reviendrait de 2 à 10 fois moins cher qu un câblage traditionnel en Ethernet». Mais il a aussi un concurrent direct (qui peut aussi être un allié dans le cadre de dispositifs hybrides), le Wifi. Pour un prix sensiblement identique mais avec une sécurisation sans doute un peu moins efficace, il offre l avantage de la mobilité pour les utilisateurs. Caractéristiques CPL Fast Ethernet Wifi (100 Base TX) Support Réseau électrique 2 paires torsadées Emission radio (catégorie 5) Débits théoriques 45 Mb/s symétriques (200 Mb/s très prochainement) 100 Mb/s 11 Mb/s avec la norme b 54 Mb/s avec la norme g Distances sans répéteurs 200 à 300 mètres 100 mètres 100 à 150 mètres en champ libre Textes de référence Usage interne : standard HomePlug Usage externe : pas de norme IEEE Norme b finalisée en 1999 et norme g finalisée en 2003 Contraintes Débit à partager Débit à partager Débit à partager Limitation en distance en fonction de l architecture des lieux : murs ou plafonds en béton, structures métalliques Trois technologies de réseaux locaux Les développements techniques ne sont pas aussi avancés pour ce qui concerne le versant outdoor du CPL. A commencer par la normalisation qui est aujourd hui inexistante. Afin de favoriser le développement de services à haut débit (accès à Internet notamment) utilisant les réseaux de distribution électrique, différentes initiatives ont été menées, d une part avec une association internationale, PLC Utilities Alliance qui regroupe les opérateurs d'énergie (EDF, EDP, EEF, EnBW, Endesa, ENEL, Iberdrola ) et d autre part sous l égide de la Commission européenne, avec le projet OPERA (Open PLC European Research Alliance - Ce consortium a été lancé le 1 er janvier 2004 et rassemble des industriels, des universités, des électriciens, des services publics. Doté d un budget de 20 millions d euros sur 4 ans, il a pour objectif de promouvoir cette technologie et de favoriser le développement de normes. Les premiers déploiements ont cependant été réalisés en Europe. S il s agit encore majoritairement d expérimentation dans certains pays, d autres (Allemagne et Espagne) font figures de précurseurs en commercialisant des solutions complètes. Pour l Europe, certains industriels annoncent le chiffre de foyers connectables et de utilisateurs. De telles affirmations sont difficile à vérifier. En France de nombreuses expérimentations ont été menées et qui vont permettre de valider les performances de cette technologie. Il en est ainsi par exemple dans la région parisienne où le Syndicat Intercommunal de la périphérie de Paris pour l électricité et les réseaux de communication (Sipperec) qui regroupe 84 communes a initié ces deux dernières années des MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

7 expérimentations en partenariat avec EDF, Tele2, Tiscali Telecom Ces expérimentations avaient pour cadre les communes de Courbevoie, Levallois-Perret, Nanterre et Rosny sous bois. L une d entre elles visait le grand public (100 postes de transformation EDF desservant 4000 foyers ont été équipés, 1500 «testeurs» ont été sollicités), la seconde des PMI et PME (8 postes couvrant 80 entreprises). Ces expérimentations pourraient se voir prochainement pérennisées avec le lancement d un appel d offre portant sur «l établissement et l exploitation d un réseau de communications électroniques sur la boucle locale électrique sur le territoire des communes adhérentes à la compétence Réseaux urbains de télécommunications et de vidéocommunication du syndicat». EDF apporterait son expertise et sa coopération, notamment à travers une filiale spécifiquement dédiée à ces technologies «outdoor» : Edev CPL Technologies. Les premières offres commerciales d accès à Internet par CPL pourraient être proposées dès le mois de février MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

8 Les accès à haut débits : les solutions possibles Deux familles de solutions sont principalement disponibles pour l accès à haut débit : l ADSL et le câble. L ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), est proposée par France Telecom et par un grand nombre d opérateurs privés. C est la principale technologie pour l accès à haut débit : plus de 91 % des abonnés à une offre haut débit utilisent l ADSL (Juin 2004). Pour son implantation, elle ne nécessite pas de câblage supplémentaire puisqu on utilise les "fils du téléphone". Un modem spécifique est nécessaire chez l'usager. Elle permet des liaisons Internet à plus haut débit : les offres commerciales sont variées et offrent des débits théoriques compris entre 512 Kb/s et 8 Mb/s pour l ADSL, jusqu à 25 Mb/s pour sa variante l ADSL 2+. Les réseaux câblés urbains, primitivement conçus pour la distribution de programmes télévisuels ont été adaptés pour offrir également des accès à Internet. La connexion est permanente et nécessite l installation d un modem câble chez l usager. Les débits peuvent être de plusieurs mégabits (au maximum jusqu à 8 Mb/s). Ces deux technologies phares ne permettent pas de couvrir la totalité du territoire français Des solutions alternatives par satellite ou par liaison radio existent pour les zones «désertiques», hors agglomérations câblées ou situées trop loin d un répartiteur pour l ADSL, mais elles restent encore marginales par rapport à l ADSL ou le câble. Largement utilisé pour la télévision, le satellite apporte une réponse pour la transmission de données ou pour l accès à Internet avec des débits qui peuvent être importants. Un équipement spécifique (carte de réception à la norme DVB) doit être intégré au micro-ordinateur et être relié à une antenne parabolique extérieure. Deux méthodes sont proposées pour la voie retour (requêtes utilisateurs). La première s appuie sur la ligne téléphonique classique par l intermédiaire d un modem. La seconde, réservée aux professionnels (collectivités territoriales, entreprises ) est plus onéreuse et s appuie exclusivement sur le satellite : les liaisons sont alors bi-directionnelles (la parabole est également utilisée en émission). Des technologies radios sont également proposées. Elles peuvent apporter des réponses, hertziennes en l occurrence, pour s affranchir des derniers kilomètres en direction des utilisateurs. Des développements importants devraient voir le jour en 2005 avec l arrivée du WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), technologie soutenue par une centaine d industriels et basé sur la famille de normes IEEE Cette technologie présente de nombreux avantages : des liaisons de plusieurs dizaines de kilomètres (portée de 2 à 3 km en milieu urbain), des débits élevés (60 Mb/s), une installation facile. S y ajoutent aujourd hui les technologies CPL. Caractéristiques CPL ADSL Câble Satellite WiMax Support Réseau électrique Réseau téléphonique Réseau câblé Satellite Liaison radio urbain Débits 60 Mb/s théoriques Distances sans répéteurs Textes de référence Contraintes ou spécificités 45 Mb/s symétriques (200 Mb/s très prochainement) Dans le sens descendant : 8 Mb/s avec l ADSL et Jusqu à 25 Mb/s avec l ADSL2+. Dans les deux cas, 1 Mb/s dans le sens montant Offres commerciales généralement autour de 2 ou 2,5 Mb/ (jusqu à 8 Mb/s pour l un des opérateurs) Théoriquement 40 Mb/s mais offres commerciales jusqu à 8 Mb/s dans le sens descendant et 2 Mb/s dans le sens montant 200 à 300 mètres 2,5 kilomètres Pas de limitation 50 km max en vue directe, 2 à 3 km en milieu urbain sans vue directe Usage interne : standard HomePlug Usage externe : pas de norme Débit à partager Norme ADSL2+ finalisée en 2003 Débits asymétriques et limités en fonction de la distance Boucle locale : tableau comparatif de cinq technologies. Voie retour par voie téléphonique ou par liaison satellite. Norme MSH Paris nord - Plate forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER 21 janvier /8

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