La technologie CPL transforme les installations électriques en réseaux informatiques. Une prouesse qui fait appel à des techniques de communication complexes.
Eric Larcher , L'Ordinateur Individuel (n° 157), le 01/01/2004 à 00h00
On y pense rarement, mais chaque appartement, chaque maison, chaque bureau dispose déjà d'un réseau : celui de l'installation électrique, qui irrigue toutes les pièces équipées de prises de courant. La technologie CPL (Courant porteur en ligne) permet de profiter de ce réseau pour relier des ordinateurs, échanger des données et partager un accès à Internet. Plusieurs entreprises (le suisse Ascom, l'espagnol DS2, le coréen Xeline...) développent des produits adaptés au CPL depuis la fin des années 1990. Mais c'est la technologie PowerPacket, de l'américain Intellon, qui a popularisé ce type d'équipements. Elle est soutenue par une cinquantaine d'industriels de renom (Belkin, EDF, France Télécom, Linksys, Motorola, Netgear, Panasonic, Samsung, entre autres) regroupés au sein d'un consortium, le Homeplug Powerline Alliance.
La mise en place d'un réseau CPL compatible Homeplug est aussi simple que celle d'un réseau sans fil Wi-Fi. Car, comme les données circulent dans les fils électriques à l'intérieur ou le long des murs, il n'y a aucun câble à installer.
Une mise en place simple
Pour relier un PC à un réseau de la maison, il suffit de brancher un adaptateur CPL sur une prise de courant, puis de relier l'adaptateur à l'ordinateur à l'aide d'un cordon USB ou d'un câble Ethernet. Avec les adaptateurs CPL Ethernet, il n'y a même pas de pilote à installer, quel que soit le système d'exploitation utilisé. La vitesse de pointe est de 14 Mbit/s ; mais le débit utile (à partager entre tous les PC) est du même ordre qu'avec le Wi-Fi, soit environ 7 Mbit/s.
Les adaptateurs CPL sont environ 30 % plus chers que leurs homologues Wi-Fi : 100 euros environ contre 70 pour ces derniers. Mais contrairement à la technologie sans fil, on n'a pas à se soucier de l'épaisseur des murs et les informations véhiculées sont moins exposées au piratage qu'avec un réseau radio. La technologie CPL ne modifie en rien la manière dont les programmes s'échangent des informations, que ce soit sur Internet ou sur un réseau local de type Ethernet ; elles circulent comme à l'habitude sous forme de paquets de données dont l'organisation est définie par le protocole IP. C'est dans la manière de véhiculer les bits constituant ces paquets de données que la technologie CPL intervient. Contrairement à ce que l'on pourrait croire de prime abord, ce n'est pas le courant alternatif d'alimentation électrique 220 volts qui assure le transport des données ; ce courant continue de ne servir qu'à l'alimentation en énergie des appareils reliés au secteur. Pour véhiculer les données, la technologie CPL « injecte » dans l'installation électrique d'autres courants alternatifs de très faible voltage (2 volts au maximum) qui servent de porteuses pour véhiculer les données, de proche en proche, dans toute l'installation. Les fréquences de ces porteuses (entre 4,3 et 20,9 MHz pour les produits compatibles Homeplug) sont des milliers de fois plus élevées que celle du courant d'alimentation (50 Hz en Europe).
Les difficultés qui ont présidé à la mise au point du CPL tiennent à la nature des installations électriques. A commencer par les nombreuses perturbations auxquelles sont soumises lesdites installations. Ainsi, la mise en marche des appareils électroménagers gourmands en électricité (fours, fers à repasser, etc.) provoque des appels de courant importants au démarrage. Ceux équipés de moteurs, comme les perceuses, les machines à laver ou les aspirateurs, induisent de nombreux parasites qui se propagent tout le long des lignes électriques.
Enfin, chaque appareil branché, chaque boîtier de dérivation, chaque domino bref, tout ce qui introduit une variation d'impédance réfléchit une partie des signaux. Cela cause des échos qui perturbent les transmissions. Ce phénomène est d'autant plus gênant que les mêmes fils sont utilisés pour communiquer dans les deux sens. De plus, tous ces problèmes surgissent de manière imprévisible, car ils dépendent du nombre de lignes électriques partant du compteur, de la disposition des prises et des boîtiers de dérivation, de la quantité et de la nature des appareils allumés, etc.
Eviter les interférences
Les problèmes soulevés ressemblent à ceux posés par les réseaux radio et les lignes ADSL. Le fonctionnement des adaptateurs CPL compatibles Homeplug s'apparente à celui d'un modem ADSL. Ils utilisent, comme eux, une technique de modulation OFMD. Les informations à transmettre sont modulées en même temps sur 84 ondes électriques séparées par des écarts de fréquence d'environ 200 kHz, et évitent les interférences entre les signaux véhiculés par des porteuses de fréquences voisines. Les parasites et échos n'affectant jamais en même temps les ondes de fréquences différentes, cette technique permet aux récepteurs de recalculer par interpolation les informations émises, même en présence de bruits importants. Les réseaux sans fil Wi-Fi norme A (54 bMbit/s) exploitent aussi la modulation OFDM, qui servira également pour la télévision numérique terrestre. Depuis avril 2003, le Homeplug Powerline Alliance travaille à la prochaine génération de produits. Grâce à des changements dans la modulation OFDM, les adaptateurs Homeplug AV, attendus fin 2004, offriraient un débit utile d'environ 30 Mbit/s. De quoi profiter dans son salon des vidéos stockées sur le PC du bureau, sans gêner les parties de jeux en réseau des enfants.
Les adaptateurs réseaux courant porteur en ligne (CPL) transforment chaque prise électrique en point d'accès réseau. Il n'y a pas de câbles à mettre en place : les informations passent par les fils de l'installation électrique 220 volts de la maison ou du bureau ! C'est donc aussi pratique qu'un réseau sans fil Wi-Fi.
L'architecture des adaptateurs Homeplug s'apparente à celles des modems. Ils convertissent les paquets de données numériques en signaux analogiques lors de l'envoi des données, et réalisent le travail inverse en réception. C'est un circuit appelé transcepteur (1) qui accomplit les tâches les plus ardues. Lors des émissions, c'est ce composant qui décide quand le PC peut émettre, qui crypte les informations et les encode dans une forme adaptée à leur transmission, et définit ce qui sera émis sur chaque porteuse. Le convertisseur de signaux (2) déforme chacune d'elle en fonction des commandes du transcepteur. En bout de chaîne, des petits circuits d'interface (3 et 4) « injectent » les signaux modulés sur la ligne électrique. A l'inverse, en mode réception, ces circuits d'interface « extirpent » de la ligne électrique les signaux dont les fréquences sont comprises entre 4,3 et 20,9 MHz. Le convertisseur transforme ensuite ces signaux en des données numériques qui sont rapidement décodées et décryptées par le transcepteur. Aux côtés de ces éléments fondamentaux, le quartz (5) rythme la modulation haute fréquence, une mémoire Eprom contient les paramètres de configuration, une série de témoins lumineux (6) indique le fonctionnement (erreurs, activité, connexion, alimentation). On trouve enfin un circuit d'interface USB 79 ou Ethernet (7) , suivant le mode de liaison avec l'ordinateur, et, uniquement dans les modèles Ethernet, un transformateur électrique (8) pour alimenter l'adaptateur en énergie.
Délivré par le consortium Homeplug Powerline Alliance, le label Homeplug 1.01 garantit la compatibilité des produits CPL. Même de marques différentes (CMM, Olitec, Oxance, Packard Bell...), les adaptateurs exhibant cette estampille savent communiquer entre eux.
Vingt ans déjàOuverture et fermeture de volets roulants, allumage et extinction de chaudières... les câbles électriques sont utilisés depuis les années 1980 pour transporter des données numériques. Mais les technologies X10 ou Lonworks développées à l'époque pour piloter à distance les équipements domotiques ne permettent de transmettre que des ordres simples. Pas de quoi constituer un réseau informatique.
Avec le CPL, les données circulent dans toute l'installation électrique de la maison ou du bureau. Le compteur électrique forme une rupture d'impédance qui affaiblit et déforme les signaux ; mais, ce n'est pas une barrière infranchissable. Même si ce n'est pas à la portée de tout le monde. Un pirate bien outillé (avec un amplificateur, un filtre, un PC puissant...)peut espionner le réseau en se branchant sur la ligne électrique, entre le compteur électrique et le transformateur de quartier. Aussi, les produits Homeplug permettent-ils de chiffrer toutes les communications avec une clé de 56 bits. Jusqu'à présent, personne ne s'est vanté d'avoir réussi à craquer l'algorithme de chiffrement AES utilisé. Le système de sécurité des réseaux CPL est plus robuste que le protocole de sécurisation Wep (Wired Equivalent Privacy) des réseaux Wi-Fi. A condition de mettre un mot de passe...
Advanced Ecryption Standard : c'est la méthode de cryptage choisie par les pouvoirs publics américains pour remplacer leur technique de chiffrement DES, devenue trop facile à craquer avec des ordinateurs puissants. L'utilisation des chiffrements AES est libre de droit.
ImpédanceRésistance d'un circuit, mesurée en ohms, à la circulation d'un courant alternatif de fréquence donnée. Plus l'impédance est élevée, plus le circuit affaiblit le signal. Les ruptures d'impédance perturbent les transmissions.
Modulation OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing : technique de modulation qui consiste à transmettre les données en parallèle sur plusieurs ondes de fréquences voisines. Elle est particulièrement efficace pour les transmissions soumises à de nombreux parasites et phénomènes d'échos.
Onde électrique porteuseCourant électrique alternatif utilisé pour transporter un signal. Chaque porteuse est définie par sa fréquence exprimée en kilohertz (kHz) ou en mégahertz (MHz).
