Les liaisons sans fil remplaceront-elles la communication CPL ?
IoT, sub-GHz, LPWAN… Toute personne au fait des tendances contemporaines en matière de technologie des télécommunications et de son évolution n’a pas pu manquer ces abréviations « magiques ». Tous les grands fabricants de microcontrôleurs, de capteurs, de puces de communication et de leurs composants proposent des composants « prêts pour l’IdO ». À première vue, il peut sembler que les cloches ont sonné pour le CPL (communication par courant porteur) et que l’avenir appartient à la connexion sans fil. Mais est-ce vraiment le cas ?
LPWAN
Gamme étendue, prix bas, facilité de mise en œuvre, consommation négligeable, voilà ce que nous promettent ces réseaux. On peut en distinguer deux types principaux :
Bandes sans licence
Le plus souvent, il s’agit de la bande 868 MHz pour les applications européennes et de la bande 900-915 MHz pour les États-Unis. Certains réseaux utilisent également la bande 433 MHz 2,4 GHz ou le spectre établi à l’origine pour la radiodiffusion télévisuelle.
Les membres typiques de cette famille sont Sigfox, LoRa, Weightless, Nwave et d’autres. Pour travailler dans les bandes de fréquences sans licence, il faut respecter un ensemble de règles assez strictes établies par le régulateur local.
Pour donner un exemple, pour le spectre de 868,8 MHz, la puissance d’émission est limitée à 25 mW ≈ 14dbm et le rapport cyclique d’émission à 0,1% (sans LBT – listen before talk). Cette restriction est la raison pour laquelle, par exemple, le point final du réseau Sigfox autorise 140 messages envoyés au maximum par jour, et seulement 4 messages reçus.
Bandes de fréquences sous licence
Il s’agit notamment des normes LTE-M ou NB-IoT. Il s’agit principalement de fournisseurs de réseaux mobiles qui disposent déjà d’une infrastructure GSM et LTE et en possèdent une licence. En utilisant ces « anciennes-nouvelles » technologies, avec ce type de réseau, des déploiements massifs sont attendus au cours des prochaines années.
Distribution d’électricité et contrôle du réseau
L’application de communication CPL la plus couramment utilisée est la lecture à distance des compteurs d’électricité. Avec l’augmentation massive de l’utilisation des énergies renouvelables, les distributeurs sont confrontés à de sérieux problèmes.
L’objectif principal est d’équilibrer le volume immédiat d’énergie produite et consommée. Le simple relevé de compteur se transforme alors en une question plus complexe, car le réseau énergétique doit être régulé en conséquence. Ce type de régulation impose des exigences élevées à l’infrastructure de communication sur l’ensemble du réseau électrique – du compteur électrique à la sous-station, puis au système de tête de réseau du distributeur.
La tâche consiste à maintenir la disponibilité, le débit et la latence définis sur l’ensemble de l’itinéraire. L’expérience montre qu’il s’agit d’un problème insoluble pour la technologie actuellement utilisée (GPRS, 3g ou réseau LTE).
Données de terrain
L’utilisation du LPWAN pour la lecture à distance des compteurs d’électricité et le contrôle et la régulation du réseau de distribution peut sembler pratique au premier abord. Le suivi des véhicules et des expéditions, la surveillance des systèmes, le contrôle de l’éclairage public et bien d’autres applications pourraient suivre.
Peut-on faire tenir tout cela dans le spectre sans licence ? Que se passera-t-il en cas de surcharge du réseau LPWAN ? Qu’adviendra-t-il, en particulier dans les grandes villes, du débit et de la latence, qui sont essentiels pour la régulation du réseau électrique ?
Les compteurs d’électricité peuvent être (et sont souvent) situés dans le sous-sol/la cave de la maison ou dans une pièce de service sans fenêtre, ce qui signifie qu’il n’y a pas de service sans fil. Si une antenne externe n’est pas installée, les LPWAN sont pratiquement inutiles dans les bandes de fréquences sans licence.
Un autre facteur qui peut influencer la sélection de la technologie appropriée pour le rôle stratégique du contrôle du réseau électrique est la dépendance à l’égard d’autres sujets. Il est courant qu’un fournisseur ait le monopole d’une norme sans fil donnée dans le pays. De nombreuses normes exigent l’utilisation d’un backend en cloud exploité par le fournisseur de réseau pour assurer la collecte des données à partir des points d’extrémité ou l’utilisation d’un jeu de puces que seul un fabricant sous licence fournit.
Dans certains cas, il est impossible d’utiliser le CPL. Par exemple, les compteurs situés dans des endroits éloignés, hors de portée du réseau maillé CPL. La connexion GSM est utilisée dans ces situations, malgré les coûts plus élevés. Mais c’est dans ces cas que le LPWAN peut être une alternative plus intéressante.
Communication entre les sous-stations
Après avoir transféré les données via le réseau CPL du terrain au concentrateur de données dans la sous-station secondaire (MV-LV), le chemin des données est loin d’être terminé. Il est nécessaire de créer une connexion entre le concentrateur de données et la sous-station primaire/centrale (plus précisément le poste de transformation primaire MVHV). L’expérience montre que plus de 12 % des postes secondaires sont situés en dehors du réseau mobile.
Outre les données mesurées et les commandes pour le compteur électrique, ce canal est également utilisé pour la télémétrie de la sous-station et le contrôle à distance (RTU). Pour éviter d’être un goulot d’étranglement, il doit présenter de meilleures caractéristiques que les communications CPL basse tension subordonnées. Les normes interopérables modernes telles que PRIME version 1.4 ou G3-PLC fonctionnent à une vitesse d’environ 1 Mbps dans des conditions optimales, la connexion entre le CC et le système de tête de station ne devrait donc jamais être plus lente. Cela exclut malheureusement la plupart des normes LPWAN.
Le WIMAX standard peut être considéré comme une technologie appropriée car il fournit une connexion suffisamment solide. Il fonctionne dans la bande de fréquences sous licence où les canaux sont attribués par le régulateur national. Il en résulte que la bande de fréquences est pratiquement « épuisée » dans certaines zones (par exemple, utilisée par des fournisseurs d’accès à Internet locaux). Un autre facteur est le prix élevé du point d’accès WIMAX (AP).
Les lignes à haute tension sont toujours présentes dans un transformateur et, par rapport aux lignes à basse tension, les lignes à haute tension sont à peine influencées par les interférences indésirables. Il permet l’utilisation de la modulation et d’un codage d’ordre supérieur pour atteindre une vitesse de transmission suffisante. Même dans ce domaine, le CPL reste au moins une alternative compétitive et son fonctionnement ne dépend d’aucun fournisseur privé.
Applications à domicile
Le CPL ne concerne pas seulement l’industrie ou le génie électrique. L’application CPL la plus connue est probablement la « mise en réseau par courant porteur« , qui utilise généralement la technologie des prises domestiques basée sur la norme IEEE1901 (BPL). L’utilisation de cette méthode de transmission LAN/WAN est marginale en raison des prix actuels, de la simplicité et de l’accessibilité des connexions WI-FI. Elle n’est utilisée que dans les zones problématiques en termes de service WI-FI.
Les systèmes multi-usages et la domotique (mesure des valeurs, contrôle des appareils, systèmes d’alarme) sont un autre domaine où il est pratique d’utiliser des modems CPL simples et bon marché, car ils fonctionnent généralement dans les bandes B et C du CENELEC, caractérisées par un niveau d’interférence relativement faible.
Par rapport à la communication sans fil dans les bandes de fréquences sans licence (434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz), ils peuvent offrir une plus grande portée sans aucune restriction due à des obstacles, tels que des murs en béton armé. C’est un moyen facile d’étendre la portée des connexions sans fil M-Bus, Zigbee et autres dans les zones problématiques, telles que les immeubles d’habitation.
Conclusion : L’avenir de la technologie CPL
Sur la base des informations présentées, nous pouvons constater que même à l’époque du boom de la technologie sans fil, la technologie CPL a encore beaucoup à offrir, et pas seulement dans le domaine des réseaux intelligents.