Etude de la combinaison des technologies PLC et VLC pour les communications intrabâtiment

Study of the combination of PLC and VLC technologies for intra-building communications

• Auteur / Autrice : Yara Yaacoub
• Direction : Fabienne Uzel-Nouvel, Jean-Yves Baudais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 28/10/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Ghaya Rekaya Ben Othman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Uzel-Nouvel, Jean-Yves Baudais, Ghaya Rekaya Ben Othman, Catherine Lepers, Andrea M. Tonello, Sébastien Roy, Nicolas Verneuil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Lepers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pilotes de périphérique (logiciels)

Modems

Télécommunications optiques

Fiabilité

Traitement du signal

Diodes électroluminescentes

Mots clés libres

PLC

VLC

Fuite du signal

Canal auxiliaire

LED

Sécurité de la couche physique

PLC

VLC

Signal leakage

Side channel

LED

Physical layer security

Résumé

Comme les lampes à LED sont naturellement connectées aux lignes électriques, l'intégration des systèmes de communication par courant porteur (PLC) et par lumière visible (VLC) peut être un sujet intéressant à inspecter. Ainsi, le premier objectif est de mettre en oeuvre un système PLC-VLC large bande à bas coût qui ne nécessite pas l'existence d'un relais qui décode et ré-encode le signal PLC avant de le transmettre au système VLC. Mais avant, une étude approfondie est menée pour évaluer le sous-système VLC, en particulier les LED. Ensuite, le banc d'essai PLC-VLC est mis en oeuvre à l'aide de modems PLC commerciaux, d'un émetteur et récepteur VLC. Après avoir validé la faisabilité de notre banc d'essai à petite échelle, une étude théorique est réalisée pour extrapoler les résultats obtenus à des applications réelles. Le deuxième objectif est d'étudier le risque de sécurité apporté par les ampoules LED au réseau PLC. La fuite de données PLC à travers les ampoules LED domestiques est examinée. Les caractéristiques du canal auxiliaire sont étudiées. De plus, le taux d'erreur binaire est calculé. Toutes ces mesures ont montré qu'il existe certaines ampoules LED susceptibles de fuir naturellement le signal PLC. De plus, des modifications intentionnelles sont apportées aux drivers des ampoules afin d'étudier la possibilité de favoriser la fuite. Après la modification des drivers, toutes les mesures susmentionnées sont répétés, il est remarqué que ces modifications ont considérablement amélioré la fuite. Enfin, la sécurité de la couche physique du système PLC est étudiée en présence d'un système VLC non légitime pour évaluer théoriquement ce risque de sécurité.

As LED lamps are naturally connected to powerline, the integration of Powerline Communication (PLC) and Visible Light Communication (VLC) systems can be an interesting topic to be investigated. Hence, the first objective of this thesis is to implement a low-cost broadband PLC-VLC system that does not require the existence of a relay that decodes a re-encode the PLC signal before transmitting it to the VLC. But before that, an in-depth study is carried out to evaluate the VLC subsystem. Then, the PLC-VLC testbed is implemented using commercial PLC modems, VLC transmitter, and receiver. After validating the feasibility of our small-scale testbed, a theoretical study is carried out to extrapolate the obtained results to real applications. The second objective is to study the security risk brought by LED bulbs to the PLC network. The PLC data leakage through the domestic LED bulbs is investigated. The characteristics of the electrical-optical side channel are inspected. Moreover, the bit error rate is calculated. All these measurements have shown that there exist some LED bulbs that are prone to leak naturally PLC signal. Moreover, intentional modifications are made to the LED bulbs drivers to study the possibility of fostering the leakage. After driver modifications, the aforementioned experiments are repeated. It is noticed that these modifications enhance considerably the PLC data leakage. Finally, the physical layer security of the PLC system is studied in the presence of a non-legitimate VLC system in order to theoretically assess this security risk.