Découverte et tests des kits CPL PG2400P et PGW2440 de TP-Link

La communication par courants porteurs de ligne (CPL), appelée « Powerline communication » (PLC) n’est pas une idée nouvelle et, d’après Wikipedia, remonte aux années 1930. C’est aussi une solution qui est utilisée de manière industrielle depuis de nombreuses années (télémétrie [tel que le compteur Linky], éclairage public…).

I-A-1. Fonctionnement du CPL▲

L’idée est simple : alors que l’électricité, comme source d’alimentation pour nos appareils repose sur une tension d’environ 230 V, modulée en 50 Hz (voire 60 Hz), il est possible de faire passer, sur la même ligne, un deuxième signal, de faible tension et modulé différemment (plusieurs mégahertz). Les deux signaux se différencient grâce à leur tension et leur fréquence de modulation. Voici un schéma illustrant la présence des deux signaux :

Sur ce schéma, le courant alternatif du réseau électrique est représenté en vert foncé alors que le signal Ethernet transitant par-dessus le réseau électrique est en bleu. Du côté des appareils électriques, cette perturbation, de haute fréquence, est invisible. Le réseau électrique contient toujours du bruit et les appareils sont prévus pour gérer une tension approximative (entre 220 et 240 V, mais en réalité, la plage permise est souvent plus grande). Du côté de l’adaptateur CPL, un filtre passe-haut va être utilisé pour extraire le signal Ethernet, représenté en bleu dans le schéma.

I-A-2. Spécifications▲

I-A-3. Gigabit Home Networking▲

Le constructeur TP-Link propose aussi bien des modèles d’adaptateurs CPL reposant sur la norme G.hn (Wave-1 et Wave-2) que des modèles reposant sur la norme HomePlug AV.

Les adaptateurs G.hn de TP-Link sont estampillés PG (pour PowerGrid) alors que les adaptateurs HomePlug AV de TP-Link sont estampillés TP (probablement en référence au nom de marque TP-Link). Ceux fournissant un réseau Wifi seront attribués de la lettre ‘W’ ou de la mention ‘WPA’. Pour les kits G.hn, la vitesse théorique physique est indiquée en Mbits/s, soit 1200 ou 2400. Finalement un dernier ‘P’ (pour « passthrough ») peut être ajouté à la fin du nom du modèle pour indiquer que l’adaptateur fournit une prise femelle, ne bloquant ainsi pas une prise électrique de votre habituation.

I-C-1. PG2400P▲

I-C-2. PGW2440▲

Le bloc CPL est donc à brancher sur une prise murale et permet de brancher les équipements électriques classiques sur la prise gigogne femelle du bloc.

Au-dessus de la prise est indiquée la charge électrique maximale pouvant être branchée : 3680 W/16 A.

L’adaptateur est estampillé TP-Link en dessous de la prise et dispose de deux voyants.

Finalement, le bas du bloc est légèrement décoré et offre des trous d’aération pour les composants internes. L’adaptateur dispose de deux ports RJ-45 sur le dessous.

À l’arrière, on retrouve la prise à connecter au mur, ainsi qu’une étiquette mentionnant les informations de conformité, ainsi que l’adresse MAC.

Les blocs disposent d’un bouton Pair à droite.

Un adaptateur mesure 13,6 cm de hauteur, 6,7 cm de largeur et 4,2 cm de profondeur (la prise secteur n’est pas prise en compte dans la mesure). Le bloc pèse 237 g.

L’arrière de l’adaptateur CPL fournissant un réseau WiFi du kit PGW2440 est similaire aux autres adaptateurs et dispose donc d’une prise secteur mâle à brancher à une prise murale. Une étiquette est aussi présente, avec les informations de conformité, l’adresse MAC, le SSID et le mot de passe par défaut.

La face avant montre le logo TP-Link, trois voyants (CPL, Ethernet et WiFI) et la mention « G.hn2400 ». La surface est légèrement brillante.

La partie inférieure de l’adaptateur reprend l’aspect des autres adaptateurs, cette fois, sans trou pour l’aération. Pour cet adaptateur, l’aération est assurée sur les côtés. Sur le dessus, une autre étiquette est présente pour rappeler le nom du SSID et le mot de passe par défaut.

Le côté droit offre un port RJ-45 alors que le côté gauche dispose des boutons pour l’appairage et le WiFi.

Cet adaptateur mesure 15,4 cm de hauteur, 7,9 cm de hauteur et 3,5 cm en profondeur (la prise secteur n’est pas prise en compte dans la mesure) et pèse 330 g. Plus précisément, l’adaptateur CPL + WiFi est plus grand et un peu plus lourd que les autres adaptateurs.

Pour l’adaptateur CPL fournissant un réseau WiFi, la connexion CPL s’établit de la même façon, grâce au bouton « Pair ».

Le bouton « WiFi » permet de synchroniser le réseau WiFi avec un réseau déjà existant. Pour cela, il est nécessaire d’appuyer sur le bouton « WPS » du routeur WiFI, puis le bouton « WiFi » (pendant une seconde) sur l’adaptateur. Ainsi, l’adaptateur va se connecter au réseau WiFi et copier les paramètres de ce dernier.

Il est aussi possible d’appuyer sur le bouton WiFi pendant cinq secondes pour l’éteindre (ou l’allumer).

Les adaptateurs PG2400P offrent deux DEL pour obtenir des informations rapides sur l’état de la connexion CPL et le statut des ports Ethernet. L’adaptateur CPL offrant du WiFi du kit PGW2440 dispose d’un troisième voyant dédié au réseau WiFi.

III-B-1. CPL▲

III-B-2. Ethernet▲

III-B-3. WiFi▲

III-C-1. Interface Web▲

Naturellement, chaque bloc dispose de sa propre adresse IP sur votre réseau local. Vous pouvez vous connecter à cette adresse IP afin d’accéder au serveur Web d’administration du bloc.

Pour trouver l’adresse IP du bloc, vous pouvez consulter l’administration du routeur gérant votre réseau local ou utiliser l’application du constructeur : tpPCLtpPLC.

Lorsque connecté au réseau WiFi d’un adaptateur CPL, vous pouvez aussi utiliser l’adresse http://tplinkplc.net/.

À la première connexion sur le bloc, un nouveau mot de passe sera demandé :

Une fois connecté, le bloc affiche un récapitulatif de sa configuration :

Sur cette page, il est possible de cliquer sur l’icône « réseau CPL » afin d’avoir des informations, notamment la vitesse établie de communication sur le réseau CPL.

III-C-1-a. Paramètres d’appareil▲

La deuxième section, relative à l’administration du bloc CPL, permet de régler différentes fonctionnalités du bloc :

• le nom de l’appareil ainsi que le nom du réseau CPL. C’est en ayant un nom de réseau commun que les blocs CPL peuvent communiquer. De plus, c’est en ayant un nom, autre que celui par défaut, que la ligne est sécurisée ;
• de démarrer un appairage grâce à un bouton dans l’interface reproduisant le comportement d’un appui sur le bouton physique du kit. Il est aussi possible de quitter le réseau actuel (le bloc génère un nouveau nom de réseau) ;
• de définir la politique de fonctionnement du mode d’économie d’énergie : le mode d’économie d’énergie peut s’activer soit si aucun appareil n’est connecté aux ports Ethernet, soit lorsque le trafic réseau est faible ;
• de configurer le mode de compatibilité, entre Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) et Single-Input Single-Output (SISO) afin d’améliorer la communication avec les appareils Very-high-speed rate Digital Subscriber Line (VDSL). En effet, les adaptateurs CPL produisent des interférences électromagnétiques pouvant alors perturber les données transitant sur un câble téléphonique. La plage de fréquence utilisée par les deux technologies possède un segment commun : de 25 KHz à 35 MHz pour le VDSL et de 2 à 86 MHz pour le G.hn. Dans un tel cas, il est nécessaire de désactiver le MIMO ;
• de définir une adresse IP fixe ou dynamique ;
• d’éteindre les LED immédiatement ou de définir une plage horaire pendant laquelle les LED sont éteintes ;
• de définir la politique de qualité de service suivant quatre pré-définies : Standard, Jeu, Audio ou Vidéo et Voix sur IP.

III-C-1-b. Système▲

La dernière section permet de :

• définir l’heure du système ou comment synchroniser celle-ci par le réseau (ainsi que le passage à l’heure d’été) ;
• de mettre à jour le firmware ;
• de réinitialiser aux paramètres d’usine ;
• de redémarrer le bloc ou de définir un horaire de redémarrage automatique ;
• de changer le mot de passe.

III-C-2. PGW2440▲

L’adaptateur CPL offrant du WiFi dispose évidemment d’une section supplémentaire, dédiée à la configuration du réseau WiFi :

• Paramètres Wi-Fi : pour configurer les réseaux WiFi émis par l’adaptateur. La configuration du réseau 2,4 GHz et 5 GHz peut se faire indépendamment et il est même possible de définir la force du signal (sur trois niveaux) ;
• Filtre MAC : pour empêcher certains appareils de se connecter. Vous pouvez définir une liste noire bloquant la connexion à des appareils définis ou une liste blanche, permettant uniquement aux appareils de la liste de se connecter ;
• Wi-Fi Move : pour activer la synchronisation des paramètres aux autres adaptateurs ;
• Wi-Fi Clone : pour choisir quelle bande du réseau cloner ;
• Les clients : affiche la liste des clients connectés à l’adaptateur ;
• Horaire Wi-Fi : pour choisir des plages horaires pendant lesquelles le réseau WiFi est éteint ou allumé ;
• Contrôle parental : pour permettre à certains périphériques de se connecter uniquement à des horaires donnés de la journée ;
• Réseaux invités : pour ouvrir le réseau sur une période donnée ;
• EasyMesh : fonctionnalité spécifique aux appareils TP-Link permettant de synchroniser les paramètres avec un routeur.

De plus, l’adaptateur permet de configurer le comportement du serveur DHCP propre au réseau WiFi. Au sein d’un réseau domestique, ce service est habituellement rendu par la box Internet et il n’est donc pas utile que l’adaptateur fournisse son propre serveur DHCP. L’option « Auto » permet de détecter si un serveur DHCP est déjà en place. Dans un tel cas, le serveur DHCP du kit sera désactivé pour ne pas rentrer en conflit avec le serveur déjà en place :

Finalement, quelques autres particularités sont disponibles sur cette interface :

• la possibilité de sauvegarder dans un fichier et de restaurer la configuration ;
• la possibilité d’accéder à un journal ;
• il n’y a pas de gestion de veille : cet adaptateur n’a pas de mode veille.

TP-Link propose aussi une application pour Windows et Mac OS afin de découvrir les kits présent sur le réseau. Grâce à WinPcap, elle sera capable de trouver l’adresse IP des kits et d’afficher quelques informations telles que la vitesse de communication sur le réseau électrique.
Aussi grâce à l’utilitaire, vous pourrez accéder facilement à l’interface Web des adaptateurs.

De plus, TP-Link propose une application mobile pour Android, iPad et iPhone. Celle-ci n’est utilisable que si au moins un adaptateur CPL fournissant un réseau WiFi est disponible.
L’application permet :

• d’obtenir des informations sur le réseau CPL (liste des adaptateurs, vitesse de communication entre ceux-ci) ;
• d’allumer ou d’éteindre les LED des adaptateurs (de manière globale ou spécifique) ;
• de changer le nom du réseau CPL ;
• d’accéder à la configuration d’un adaptateur ;
• de changer les paramètres du réseau WiFi fourni par les adaptateurs ;

Le kit CPL ajoute des éléments à votre réseau local et provoque même un changement de support permettant l’inter-communication des appareils grâce aux lignes électriques. Il est donc intéressant de connaître l’impact d’un tel kit, sur la latence.

Le test consiste en l’exécution d’un ping entre un appareil et le routeur, sur une durée d’une heure (avec deux pings par seconde, soit, un échantillon de 7200 pings).

Les résultats en termes de latence sont rassurants. En effet, quel que soit le placement des kits, la latence moyenne est inférieure à 6 ms. Avec le cas ‘0’, la latence de la partie RJ-45 de l’adaptateur peut être estimée à 0,3 ms environ. La communication au travers de la ligne électrique ne semble prendre que 1 à 2 ms, suivant la distance séparant les kits. Il devient évident que la distance influe sur la latence.

IV-A-1. Stabilité▲

Comme vu précédemment, il arrive que la latence soit excessivement haute. Pour obtenir plus d’informations sur cet aspect, deux observations ont été réalisées, dans le scénario du cas D, pendant une journée de télétravail. Pour cette analyse, quatre pings par seconde sont effectuées.

Encore une fois, les pics montrant une augmentation de la latence sont toujours visibles (avec les pires cas, au-dessus de 100 ms). Toutefois, il est à noter que la moyenne est toujours autour de 6/7 ms et ce, sur plus de 100 000 requêtes. Aussi, en réalité, ces pics sont isolés. En effet, les statistiques montrent leur rareté :

	Journée 1		Journée 2
	Nombre	Pourcentage	Nombre	Pourcentage
Nombre de requêtes	113238	100,00 %	114715	100,00 %
Requêtes > 20ms	2759	2,43 %	3212	2,79 %
Requêtes > 50ms	74	0,06 %	77	0,06 %
Requêtes > 100ms	16	0,01 %	21	0,01 %

Les pics proviennent probablement d’interférences sur la ligne électrique, toutefois ceux-ci sont rares et isolés. Dans une utilisation quotidienne, en télétravail, l’utilisation des adaptateurs CPL est invisible et ce même lors des visioconférences ou pour suivre une conférence en ligne.

La deuxième métrique intéressante sur une connexion est le débit. Les tests ont été réalisés avec iperf3 sur une durée de deux minutes. Chaque test est effectué trois fois : une fois du PC 1 vers le PC 2, une deuxième fois en sens inverse et la troisième fois, les deux PC en même temps :

Pour ce test, les PC disposent d’adaptateurs Ethernet 2.5 Gbit/s, offrant donc un débit de 2 350 Mbits/s dans iperf3. Dans le cas 0, une fois connecté à un adaptateur CPL, le débit diminue à 940 Mbits/s. En effet, les adaptateurs offrent des connexions RJ-45 de 1 Gbits/s.
Le cas A offre une vision du cas optimal des kits TP-Link : les deux adaptateurs sont branchés sur un même mur, à quelques mètres d’écart, les perturbations sont donc moindres. Par conséquent, ce débit est certainement ce que l’on obtiendra de mieux dans l’habitation. Par contre, ce n’est pas un cas pratique.
Ensuite, plus les adaptateurs sont éloignés, plus le débit diminue. Cela est visible directement avec le cas B où les deux adaptateurs sont toujours dans la même pièce, mais le débit est inférieur à celui obtenu dans le cas A.
Finalement, on pourra remarquer que la couverture complète de l’habitation est possible et le débit sera supérieur à 100 Mbit/s.

[ ID] Interval           Transfer     Bitrate
[  5]   0.00-1.00   sec  9.00 MBytes  75.4 Mbits/sec                  
[  5]   1.00-2.00   sec  16.6 MBytes   139 Mbits/sec                  
[  5]   2.00-3.00   sec  17.1 MBytes   144 Mbits/sec                  
[  5]   3.00-4.00   sec  22.6 MBytes   190 Mbits/sec                  
[  5]   4.00-5.00   sec  26.1 MBytes   219 Mbits/sec                  
[  5]   5.00-6.00   sec  26.1 MBytes   219 Mbits/sec                  
[  5]   6.00-7.00   sec  26.9 MBytes   225 Mbits/sec                  
[  5]   7.00-8.00   sec  26.8 MBytes   224 Mbits/sec                  
[  5]   8.00-9.00   sec  26.6 MBytes   223 Mbits/sec                  
[  5]   9.00-10.00  sec  26.9 MBytes   225 Mbits/sec

Sachant que les adaptateurs CPL utilisent le réseau électrique de l’habitation pour échanger des données, ceux-ci peuvent être impactés par les autres appareils électriques présents. C’est d’ailleurs une possible explication des pics de latence à plus de 50 ms, mais cela reste difficile à vérifier en raison de la fréquence de ceux-ci et du comportement irrégulier de certains appareils électriques (par exemple, un réfrigérateur qui fonctionne par cycle).

Le test suivant montre la latence, sur une durée de trente minutes, entre deux PC, dans le cas D. Toutefois, au cours de ce test, l’aspirateur a été branché sur une prise dans la même pièce qu’un des adaptateurs entre la neuvième et dixième minute. De plus, entre la dix-septième et dix-huitième minute, l’aspirateur a été débranché et rebranché dans autre pièce (où aucun adaptateur n’est présent).

On remarque que l’utilisation de l’aspirateur, à partir de la septième minute, jusqu’à la 16^e minute ne montre aucune altération dans le graphe. Par contre, deux segments (au début du test et à partir de la quinzième minute, pendant quatre minutes) informent d’une dégradation de la latence, mais sans lien avec l’utilisation de l’aspirateur. Voici les statistiques de cette session :

Un test similaire peut être réalisé pour le débit. Le test suivant se déroule dans les mêmes conditions, mais repose sur iperf3 pour établir un échange bidirectionnel. La première minute, l’aspirateur est débranché. La deuxième minute, l’aspirateur est en marche. La troisième minute, l’aspirateur est éteint.

Encore une fois, l’utilisation de l’aspirateur peine à être visible. La moyenne du débit pour le segment pendant lequel l’aspirateur a été utilisé, est inférieur de 10 Mbits/s par rapport aux autres segments sans aspirateur.

En résumé, l’aspirateur n’est pas un élément perturbateur pour les adaptateurs CPL G.hn de TP-Link. Par contre, il semble être possible que les adaptateurs puissent être impactés par d’autres appareils (comme vu dans les graphiques de stabilité de la latence sur une journée), toutefois, l’impact visible n’est pas alarmant et le réseau Ethernet continuera d’être utilisable.

Finalement, un autre point intéressant est lié à la consommation électrique. Voici un récapitulatif des observations réalisées :

• le PG2400P consomme environ 3.6 W lorsque branché, sans qu’une connexion RJ-45 ne soit établie. Une fois une connexion établie, la consommation passe à 4.2 W. S’il existe un échange d’un débit de 250 Mbits/s sur le réseau alors la consommation sera autour de 5.2 W. Il n’y a pas de différence visible entre le fait que les DEL soient allumées ou éteintes. Il n’y a pas non plus de différence entre une connexion CPL établie et aucune connexion CPL. En veille, l’adaptateur consomme 0.8 W.
• le PGW2440 consomme environ 7.6 W lorsque branché. Lorsqu’un transfert est en cours, la consommation augmente jusqu’à 10.3 W pour un débit de 200 Mbits/s. La modification de la force du signal WiFi ne semble pas changer la consommation, du moins lorsque les clients sont proches. Encore une fois, la connexion RJ-45 active consomme autour de 0.4 W supplémentaires.

Dans les deux cas, il est certain que la consommation sera plus grande si les débits des données transférées seront plus grands.

La documentation officielle mentionne :

• pour le PG2400P, une consommation maximale de 6,32 W et de 0,98 W en veille ;
• pour le PGW24440, une consommation maximale de 15,9 W et typique de 9,2 W.

Il est peu pratique d’avoir l’adresse MAC à l’arrière des adaptateurs. Cela nécessite de les débrancher pour lire l’adresse MAC. Sinon, il est possible d’utiliser les LED et notamment, le fait de pouvoir les éteindre pour retrouver quel adaptateur correspond à quelle adresse IP.

Sur une utilisation en télétravail reprenant le cas D, l’utilisation d’un kit CPL n’est pas contraignante. Par contre, sachant que les connexions Internet dépassent maintenant la centaine de Mbits/s, l’utilisation d’un tel kit ralentira la connexion, dans les scénarios de téléchargement de fichiers. Dans les autres cas, il est probable que la différence ne se fasse pas sentir, grâce la faible latence ajoutée.

Il est intéressant d’avoir un adaptateur avec deux ports RJ-45 pour celui placé à proximité du routeur. En effet, l’utilisation de l’adaptateur occupera un port RJ-45 sur le routeur et un port RJ-45 sur l’adaptateur. Grâce à un tel adaptateur, vous obtenez un port RJ-45 supplémentaire, ce qui peut être pratique.