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Chiheb REBAI
Professeur - SUP’COM
Atelier d’information et d’échanges “Smart Grid en Tunisie», Tunis, 14 décembre 2017
2
Présentation de SUP’COM
Activités de recherche et développement
Systèmes de communications pour le Smart Grid
Propositions et Challenges
Activités Smart Grid à SUP’COM
5
4
3
2
1
14 Décembre 2017
3
Erigée en tant qu’école d’élite depuis 1998, assure une formation pluridisciplinaire de
haut niveau dans les TIC
Placée sous la tutelle du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche
scientifique (Université de Carthage) et du ministère des technologies de la
communication et de l’économie numérique
Assure simultanément quatre missions interdépendantes:
Formation initiale d’ingénieurs
Formation continue ou qualifiante
Formation doctorale
Recherche et Développement
14 Décembre 2017
4
Membre de la Conférence des Grandes Ecoles (France)
Programmes des études d’ingénieurs accrédité par la CTI, Euro-ACE
Ecole associée à l’Institut Télécom, France.
Membre du réseau méditerranéen des écoles d’ingénieurs (REMI)
Près de 40 accords de partenariat avec des institutions d’enseignement et de recherche
d’Europe, d’Amérique du Nord, d’Asie et d’Afrique
Mise en place et gestion de cursus de formation dans trois pays Africain (Cameroun, Côte
d’Ivoire et Sénégal), et deux sont en cours de mise en place (Congo RDC, Maroc)
14 Décembre 2017
5
80 entreprises
10 multinationales
Centres techniques
4000 cadres de haut niveau
Située au cœur d’un environnement technopolitain favorisant de nombreuses synergies entre
la formation, la production et la R&D
14 Décembre 2017
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Présentation de SUP’COM
Activités de recherche et développement
Systèmes de communications pour le Smart Grid
Propositions et Challenges
Activités Smart Grid à SUP’COM
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4
3
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1
14 Décembre 2017
7
MEDIATRON Réseaux Mobiles et Multimédia
CN&S Sécurité des Réseaux
GRES’COM Systèmes de Communications Innovants et Verts
COSIM Communications, Signaux et Images
URSN Sécurité Numérique
INNOV’COM Innovation of Communicant and Cooperative Mobiles
Les Laboratoires
Les Unités de Recherches
14 Décembre 2017
0 100 200 300
année 2012
année 2013
année 2014
année 2015Revues
Conférences
3 brevets nationaux en 2016
et un brevet Européen en 2015
Revues: 77% avec facteur
d’impact
Conférences: 65% classées
dans la liste CORE
020406080
100120140
Junior
Senior
8
Sup’
Com
Contenu : Signal, image, parole, données
Com
munic
atio
ns
nu
mé
riqu
es
Réseaux d
e
télé
com
mun
ication
s
Radiocommunications
Traitement du signal
Traitement d’images
Traitement audio
Communication sans fil
Communication RF
Communications optiques
Techniques micro-ondes
Systèmes embarqués
Réseaux sans fil
Réseaux mobiles
Réseaux de capteurs sans fil
All-Optical Routers
Switched Optical Networks
Développement de services
Services connectés
14 Décembre 2017
9
Sup’
Com
Contenu : Signal, image, parole, données
Com
munic
atio
ns
nu
mé
riqu
es
Réseaux d
e
télé
com
mun
ication
s
Radiocommunications
Sécurité
Sécurité des systèmes
d’information et des
réseaux
Network Security Risk
Management (NetRAM)
Certification des logiciels
de télécommunications
et des protocoles de
sécurité
Cryptographie
Forensic System for
Communication Networks
(FORENET)
Chaotic Image Ciphers
based on Wavelet
Transform (CHAOSLET)
14 Décembre 2017
10
Sup’
Com
Contenu : Signal, image, parole, données
Com
munic
atio
ns
nu
mé
riqu
es
Réseaux d
e
télé
com
mun
ication
s
Radiocommunications
Imagerie médicale
Protection de l’environnement
Embedded computer vision
Radio cognitive
Green wireless
QoS dans les systèmes
large bande
Smart Grid
Powerline Communication
LP-WAN, LR-PAN
5G and beyoung
Internet des objets (IoT)
E-santé (TIC et santé)
11
Projet Tuniso-Koréen,
Border Surveillance Using Wireless Sensor Networks
Projet QNRF (Qatar National Research Fund)
QoS Optimization In Broadband Wireless Networks and Development of new
value-added Mobile Systems and Services for e-advertising and e-Tourism
Projet européen FP7 (Seventh Framework Program), Firesense
Fire Detection and Management through a Multi-Sensor Network for the
Protection of Cultural Heritage Areas from the Risk of Fire and Extreme
Weather Conditions
Projet RDD (Research, Devolvement and Deployment (Analog Devices,
USA), Smart Grid
Power Line communication
14 Décembre 2017
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Présentation de SUP’COM
Activités de recherche et développement
Systèmes de communications pour le Smart Grid
Propositions et Challenges
Activités Smart Grid à SUP’COM
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3
2
1
14 Décembre 2017
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Epuisement des ressources en énergies
fossiles
Intégration des sources de production
décentralisées
Augmentation des émissions polluantes
Intégration des véhicules électriques
Croissance de la demande d’énergie
Evolution vers les réseaux électriques intelligentsO
ffre
Demande
Equilibre
Insuffisance de
puissance
Excès de
puissance
Production de l’énergie
Réseau de
transport
Réseau de
distribution
Consommateurs
Transformateur
HT/MT
Transformateur
MT/BT
14 Décembre 2017
« Les réseaux électriques intelligents ou smart grids sont des réseaux électriques capables d’intégrer efficacement les comportements et actions de tous les utilisateurs qui y sont raccordés – producteurs, consommateurs et utilisateurs à la fois producteurs et consommateurs – afin de constituer un système rentable et durable, présentant des pertes faibles et un niveau élevé de qualité et de sécurité d’approvisionnement. » d'après la Commission Européenne, « Plan européen pour l’efficacité énergétique »
14
Production
centralisée
Réseau de
transportMaison -
Immeuble
Production décentralisée
et voitures électriques
Couche
infrastructure
Couche de
communication
Couche
applications
LAN : Local
Area
Network
WAN : Wide Area Network
(Cellular, WiMAX, UHF,
Fibre optique)
FAN/AMI : Field Area
Network/Advanced Metering
Infrastructure
(CPL, Cellular, RF Mesh)
HAN : Home Area Network
BAN : Building Area Network
IAN : Industrial Area Network
(Home Plug, ZigBee, Wi-Fi,
Echnonet)
Réseau de
distribution
Postes
sources
Base de donnée Concentrateur Compteurs
Applications de
mesure
• Compteurs intelligents
(AMI)
• Phasor Measurement
Unit
• Capteurs
Applications de supervision et de contrôle
• SCADA : Supervisory Control And Data
Acquisition
• WASA/WAMS/WAAPCA : Wide-Area
Situational Awareness / Wide Area
Measurement System / Wide-area adaptive
protection, control and automation
• MDMS : Meter Data Management System
Applications de pilotage
• EMS : Energy Management System
• GIS : Geographic Information System
• DMS : Distribution Management System
• OMS : Outage Management System
• WMS : Workload Management System
• DA : Distribution Automation
• CEMS : Consumer Energy Management
Energie
Donnée
Interface de contrôle
pour les particuliersInterface de contrôle pour
les opérateurs
14 Décembre 2017
15
AM
RA
MI
Sm
art
Gri
d
Re
tou
r s
ur
inve
sti
ss
em
en
t
Investissement
communication
unidirectionnelle
communication
bidirectionnelle
capteurs
intelligents
contrôle
distribué
gestion du
réseau
applications
intelligentes
agents
connectés
Facturation automatique
Réaction à la demande
Détection de panne et restauration
Gestion d'actifs
Système d'information des clients
Automatisation de la distribution
Automatisation des postes
Prévention/auto-réparation
Gestion de la charge
Contrôle des émissions
Génération distribués
Portail client
Appareils intelligents
Technologies Fonctionnalités
Feuille de route des applications Smart Grid
Exigences de communication
Communications Requirements of Smart Grid Technologies. Washington,
DC: Dept. Energy, 2016.
Maison - ImmeubleCompteurs
électriques
Postes sources
/ concentrateur
Centre
d’information
Centre de gestion et
de supervision
FAN
CPL
GPRS
RF
• Techniques de communication pour le réseau FAN
Courants porteurs en ligne (CPL)
Réseaux cellulaires
Réseaux RF-mesh
14 Décembre 2017
AMR AMI SMART GRID
BandwidthLow –
MediumLow –
MediumMedium –
High
Latency Loose MediumMedium –
Tight
ReliabilityLow –
MediumMedium –
High High
SecurityMedium –
HighHigh High
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Présentation de SUP’COM
Activités de recherche et développement
Systèmes de communications pour le Smart Grid
Propositions et Challenges
Activités Smart Grid à SUP’COM
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4
3
2
1
14 Décembre 2017
1714 Décembre 2017
Réception S-FSK sous-optimale
Complexité de la réception à
maximum de vraisemblance
Modulation codée à décision souple
Traitements des bruits à bande étroite et impulsif
Codage canal
• Code convolutif
• Code LDPC
Minimiser les erreurs
résidueles
𝑙′ 𝑟𝑚 = 2𝑚 − 1 𝑔2 𝑟𝑚 𝜇𝑚
𝜎𝑚2 −
𝜇𝑚2
𝜎𝑚2
𝐵𝑀𝑗 =
𝑘=0
𝑛−1
𝑙𝑜𝑔 𝐼02 𝑟𝑚 𝜇𝑚
𝜎𝑚2 −
𝜇𝑚2
𝜎𝑚2
𝑖 = 𝑎𝑟𝑔 max0≤𝑘≤𝑀
𝑗=1
𝑀
𝜇𝑘 𝑟𝑗
Modulation S-FSK
Densités de probabilité
Réception
H0 ∶ 𝑠0 𝑡 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛 2𝜋𝑓0𝑡
H1 ∶ 𝑠1 𝑡 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛(2𝜋𝑓1𝑡)
𝑟 𝑡 = 𝑎0 𝑠0(𝑡, 𝜃) + 𝑛0 𝑡 𝑠𝑖 𝐻0
𝑎1 𝑠1 𝑡, 𝜃 + 𝑛1 𝑡 𝑠𝑖 𝐻1
Règle de décision à maximum de vraisemblance
𝑝 𝑟0|𝐻0 =2𝑟0𝜎0
2𝐼0
2𝑟0𝜇0𝜎0
2𝑒𝑥𝑝 −
𝑟02 + 𝜇0
2
𝜎02
𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡er 0𝑝 𝑟|𝐻0 ≷ 𝑝 𝑟|𝐻1
𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡er 1
𝑝 𝑟1|𝐻0 =2𝑟1𝜎1
2𝑒𝑥𝑝 −
𝑟12
𝜎12
Algorithme de réception S-FSK1
𝑣𝑚 = 𝑙𝑜𝑔 𝐼02 𝑟𝑚 𝜇𝑚
𝜎𝑚2 −
𝜇𝑚2
𝜎𝑚2
Démarche proposée pour la réception sous-optimale robuste
1 T. Schaub, “Spread frequency shift keying,” IEEE Transactions on
Communications, vol. 42, no. 2, pp. 1056–1064, 1994.
1814 Décembre 2017
Modem CPL
Carte mère du modem CPL
Architecture du logiciel embarqué
Ap
plic
ati
on
de
ba
se
Application utilisateur
Plateforme matérielle
Pilotes de la librairie
CPL
Pilotes de l’application
utilisateur
Librairie de
communication CPL
Couche PHY
Sous -couche MAC
Sous-couche LLC
Librairie des applications utilisateurs
Application de test
Gestionnaire d’événements
Evé
ne
me
nts
de la lib
rairie
CP
L
Evé
ne
me
nts
de
l’a
pp
licatio
n u
tilis
ate
ur
Schéma équivalent de l’étage d’émission
Filtre de
reconstruction
Amplificateur de
puissance (PA)
Convertisseur
Numérique
Analogique (CNA)
Schéma équivalent de l’étage de réception
Filtre de sélection
de bande
Amplificateur à
gain variable
(VGA)
Convertisseur
Analogique
Numérique (CAN)
Schéma du circuit de couplage
Note : For BCD Bands use TMP-136 for L3
AGND AGND
RX_IN
TX_OUT
C5410uF
Phase
Neutral
Coupling and Protection
D1
SMBJ6.5CA
RV1Mov _420VAC
T1
K5024-X092
8
32
1
54
C530.33uF
L315uH
1914 Décembre 2017
Conditions du
test
Distance
entre
modems
Durée
du
test
Nombre des
trames
envoyées
Nombre
des trames
erronées
Taux de
trames
erronées
Réseau chargé 200 m 1 h 1000 0 0%
Réseau chargé 330 m 1 h 1000 2 0.2%
Réseau très
chargé
460 m 1 h 1000 5 0.5%
Réseau très
chargé
565 m 1 h 1000 16 1.6%
Réseau très
chargé
622 m 1 h 1000 21 2.1%
Réseau très
chargé
702 m 1 h 1000 38 3.8%
Fiabilité conforme aux exigences ENEL, Italie
Transformateur
(630 kVA)
Transformateur
(400 kVA)
Transformateur
(250 kVA)Transformateur
(100 kVA)
Tx
Rx
Rx
Rx
Rx Rx
Rx
Tx Postions de l'émetteur
Postions du récepteur
220 V220 V220 V 220 V
2014 Décembre 2017
Difficulties in PLC system performance tests and deployment
planning
Building a narrowband PLC channelemulator
Cost: Requires high volume of PLC devices (Ex. Linky lab
by Enedis)
No real conditions: Limited tools for PLC modem
manufacturer to verify and benchmark before final production
Late NB-PLC system real evaluation
Approach real channel conditions
Perform robustness tests with small setups
Allow getting performance result at early stage
2114 Décembre 2017
Phase
Neutral
Ground
R L C
G
R
R
L
L
C
C
G
G
Vg
Zg
ZC
ZBVBVCVA
ZinBZin
ZinC
g ,Z0
l1
g1 ,Z01
l3
l2
1
1
3
3
2
2
1
1
1
)1(
1
)1(.)(
l
l
l
l
gin
ine
e
e
e
e
ZZ
ZfH
g
g
g
g
A
Z1
TxB
Rx_Load
Z2Z3
d1 d2 d3 d4
d7d6d5
Z6
Z4Z5
Zk+1
Zk
dk+1dk
Length di
Cable type ti
Load model Zi
PLC channelSimulator
Branch number Ni
Channel impedance
Channel Attenuation
Channel phase
Tuned according to environement :
Industrial,rural, residential
A B
C
Tx Rx
≋
2214 Décembre 2017
AAPfAP
Sub-band Dumping factor
Δf
Δd
1 kHz - sinewave Aperiodic noise waveform
Stored AWGN samples
AAP
Cyclosationary noise
Aperiodic noise
fAP
Attenuation
Channel filter
hi
Region 1 filter
Region 2 filter
Region 3 filter
H1
Dumping factor
Sine wave
TwI,TD
H2
H3
Sampled input signal
Sampled output signal
Tx Rx
Clock
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-2
-1
0
1
2
Time (ms)
Superp
osed N
ois
e (
V)
Aperiodic noise
Cyclo-stationary noise
0 5 10 15 20 25 30-1
-0.5
0
0.5
1
Time (ms)
Norm
aliz
ed n
ois
e (
V)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-1
-0.5
0
0.5
1
Time (ms)
Aperiodic
nois
e (
V)
Cyclostationary component
Aperiodic component
Total noise
2314 Décembre 2017
NB-PLC channel emulator
LISNLISN
CC2 CC1
UPS
DUT TxDUT Rx
Serial link
‘Pure’ mains signal
‘Pure’ mains signal
Transmitted signal
Received signal Altered
ZC
Altered ZC
Transfer function
Ideal ZC signal
ZC Error Generation
e1e2
Channel Filter h(t)
PLC Noise Generation
Tx Rx
Sampled input signal
Sampled output signal
ZC filters
Attenuation filters
Noise filters
2414 Décembre 2017
Flexible hybrid communication systems for smart grid
Exhaustive exploration of communications
technologies (public/private, wired/wireless,
license/unlicensed) for DAs and AMIs
communication QoS.
Flexible transmitter for DA and AMI with
standard's coexistence on the same
frequency ranges and optimal choice of the
frequency band for transmission.
Multistandard radio receiver of DA and
AMI communication signals by proposing
new signal processing methods to optimize
cost, silicon area and power consumption.
Use of environmental diversity PLC/RF to
leverage an hybrid communication scheme
taking advantage of each channel strengths
depending on the real-time characteristics of
the grid and the radio channel.
2514 Décembre 2017
CLK
ADC
Etage en bande de base
Tra
item
ent
nu
mér
iqu
e
enban
de
de
base
Mélangeurs
LNA
Multi- bande
Filtres RF
0°
90°
I
Q
Antenne
Multi- bande
Commutateur
RF
ADC
Front-end RF
AAF
programmable
AAF
programmable
VGA
VGA
VGA
VGA
Amplificateurs
à gain variable
Filtres
anti-
repliement
Amplificateurs
à gain variable
Convertisseur
analogique
numérique
Tx_DAC RX
Sine/cosine
generator
@ fs
@ fs
I/Q
modulatorBB
processing
FPGA Platform
FSM
IF
RF
High Power Multi-
carrier Amplifier
USRP SDN + Open BTS
Data Concentrator Flexible receiver
Data Concentrator Flexible transmitter
2614 Décembre 2017
P/STransformée
de Fourier Discrète
Suppression du préfixe cyclique
S/PMise en
forme g(n)
Convertisseur analogique numérique
+PLC
X
X
Demappingdes symboles
Estimation du canal
BruitPLC
Convertisseur analogique numérique
+
BruitRF
RF
Combinaison des signauxDécodage
Transformée de Fourier
Discrète
N
N Mise en forme g(n)
P/STransformée
de Fourier Discrète
Suppression du préfixe cyclique
S/P
X
X
Demappingdes symboles
Transformée de Fourier
Discrete
Estimation du canal
PLC/RF hybrid receiver
S/P
Transformée de Fourier
Discrete Inverse
Données numériques
à émettre
ajout dupréfixe
cyclique P/S
g(n)mise en forme
Convertisseur numérique-analogique
PLC
RF
N
PLC/RF hybrid Transmitter
27
Présentation de SUP’COM
Activités de recherche et développement
Systèmes de communications pour le Smart Grid
Propositions et Challenges
Activités Smart Grid à SUP’COM
5
4
3
2
1
14 Décembre 2017
28
• Propositions
Fédérer les efforts avec une stratégie nationale pour le Smart Grid: définition de la vision, des axes stratégiques, les actions à accomplir, promotion de la coopération (cluster)
Définir un « Focal point » : assurer le suivi de la coopération et faciliter la communication entre les institutions, le tissu industriel, les centres techniques et les universités
Faciliter le transfert technologique (Formation/Expertise) : mettre à disposition pour le secteur industriel le matériel, les laboratoires et les chercheurs universitaires seniors de l’université pour accompagner les projets Smart Grid en Tunisie
• Chalenges
Financement
Gestion/Gouvernance
Cadre juridique
14 Décembre 2017
Merci pour votre attention
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