|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
|
|
|
Технология PLC (Powerline communications) - сеть по электрическому проводу
|
Сетевые технологии стремительно развиваются в последнее время. Основная ставка делается на увеличение скорости и
пропускной способности, одновременно нельзя забывать и об экономичности. Ведь прокладка десятков километров
оптоволокна - удовольствие чрезвычайно дорогое. Следовательно, исследуются способы создания средств информационного
обмена, которые будут достаточно дешевыми и доступными повсеместно. Этим критериям как нельзя лучше отвечают сети
электропередачи. Преимущество их неоспоримо, ведь они доходят практически до каждого помещения в любой стране мира, их
инфраструктура является едва ли не самой развитой. В последнее время ведутся разработки этой новой технологии
PLC (Powerline Communications) или PLT (Powerline Telecommunications).
Существующие технологии передачи данных по электросетям классифицируются по типу используемых линий электропередачи и
области применения. Причем приоритетным направлением является использование PLC-технологии для создания телефонной
связи и высокоскоростного доступа в Интернет на ограниченных территориях (в отдельных поселках и зданиях, на предприятиях).
Линии электропередач обладают следующими отличительными особенностями:
- высокий уровень шумов и быстрое затухание высокочастотного сигнала
- нестабильность линии связи
Коммуникационные параметры линий (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и другие) меняются во времени в
зависимости от уровня текущего энергопотребления (что особенно важно в нашей стране, характерной постоянными перебоями в
энергоснабжении), в то время как для традиционных физических сред передачи информации эти параметры более-менее
постоянны.
Поэтому требуется применение различных методов компенсации: использование помехоустойчивых методов обработки сигналов
и кодирования, высоконадежных методов доступа к среде передачи данных и т.д. Все это накладывает существенные
ограничения на использование этой технологии. Так, предлагаемое оборудование демонстрирует (без дополнительной
регенерации сигнала) в среднем дальность от 300 до 500 метров (иногда до 1000 м). Существует ограничение и на
тип электросети. Для скоростного доступа на данный момент используют сети с напряжением ~0.4 кВ (стандартное трехфазовое
напряжение). Передача данных по высоковольтным линиям электропередачи на большие расстояния пока еще затруднена из-за
значительного затухания сигнала.
Для обеспечения высокой помехоустойчивости и высокого уровня защиты информации используются алгоритмы широкополосной
SS-модуляции (Spread Spectrum), при которой мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот и сигнал
становиться незаметным на фоне помех. Выделение информации из шумоподобного сигнала производится цифровыми методами
оптимального и квазиоптимального приема с использованием уникальной для каждого сигнала псевдослучайной кодовой
последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой
полосе частот.
Наиболее широкое распространение в PLC-технологиях получила OFDM-модуляция (Orthogonal Frequency Division Modulation), которая
формирует результирующий сигнал путем мультиплексирования нескольких широкополосных сигналов с ортогональным частотным
уплотнением и обеспечивает одновременную передачу данных на разных несущих частотах сигналов с фазовой модуляцией (QPSK).
Обработка OFDM обычно происходит с использованием быстрого преобразования Фурье и инверсионного преобразования. В
качестве методов доступа к среде передачи данных на MAC-уровне используются стандартизированные методы коллективного
доступа с опознаванием несущей и обнаружением/устранением коллизий (CSMA-CD и CSMA-CA).
Внешнее оборудование доступа размещается на локальной трансформаторной подстанции, подключается к телефонной сети
и/или IP-магистрали через существующие телекоммуникации и к электрической сети. Это устройство представляет собой
шлюз между сетями общего пользования и PLC-сетью и управляет полосой пропускания между внутренними контроллерами,
установленными в помещениях здания.
Подключение внешнего оборудования доступа PLC-сети к сетям IP и ТфОП (телефонный оператор) будет варьировать, в
зависимости от расстояний и условий расположения трансформаторной подстанции, от медных до оптических линий
связи. Внутренние PLC-контроллеры организуют абонентскую сеть внутри помещений и объединяют устройства- адаптеры,
которые включаются в розетки сети электропитания. Адаптеры имеют набор стандартных различных интерфейсов
типа USB, RS-232, RJ-45, Ethernet и другие, для подключения различных терминалов (компьютеров, факсов, телефонов).
Технология PLC реализует принцип "точка - множество точек". Локальная трансформаторная подстанция будет одновременно
поставлять электроэнергию и услуги передачи данных, телефонии и др. Применение режима гибкого управления полосой
пропускания гарантирует оптимальное использование пропускной способности канала связи.
Какими бы оптимистичными не были бы результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, подобная технология
в нашей стране сталкивается с рядов трудностей. Технические параметры отечественных электросетей намного отличаются от их
аналогов в Западной Европе и США. Проблема состоит в том, что наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия,
а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшими электрическими и
механическими качествами, а это - худшая электропроводность, что приведет к скорейшему затуханию сигнала. Все это
обязательно негативно скажется при использовании PLC технологии в СНГ. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих
пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования PLC-технологий, а сюда входит и их
сертификация, и распределение частот. И, тем не менее, эта технология имеет большой потенциал, и, вероятно, будет
развиваться ускоренными темпами.
|
|
|
Применение решений на базе PLC-технологий на рынке
современных телекоммуникаций для домашних сетей (0,2 - 0,4 кВ)
|
Распространение сети Интернет повлекло за собой обострение и особую актуальность решения проблемы "последней
мили". "Последняя миля" - это канал связи между пользователем и обслуживающим его сегментом
быстрой сетевой магистрали.
В области современных коммуникаций данная проблема,
пожалуй, одна из самых наболевших. Высокоскоростные оптоволоконные линии передают данные с большой скоростью,
но когда дело доходит до непосредственной точки назначения, то есть до конечного пользователя, то сигнал чаще всего должен
пройти по низкоскоростным телефонным линиям, прежде чем попасть в дом или офис. Десятки компаний пытались решить эту
проблему, вложив сотни миллионов долларов в самые различные технологии, начиная с хDSL, коаксиальных телевизионных
кабелей, беспроводного радиодоступа и заканчивая передачей данных через спутник.
В сегодняшнем мире для передачи энергии и информации применяются прежде всего кабели. И проблема "последней
мили" чаще всего сводится к привычному стереотипу - "Как выбрать наиболее дешевый, но при этом быстрый и
надежный физический канал передачи информации из имеющегося разнообразия".
Все чаще дает себя знать и проблема "последнего дюйма". Количество кабелей, шнуров, проводов, которые
буквально оплетают сегодня ПК, музыкальные центры и другие предметы домашней электроники, неудержимо растет
(в элитной 150-метровой квартире прокладывается до 3 километров различных кабелей).
Стоимость реализации технологий "последней мили" в зависимости от их типа можно разделить на стоимость
линейной инфраструктуры (примерно 60 - 80% от общей стоимости), стоимость оборудования (20 - 30%) и стоимость
проектирования, подготовительных инжиниринговых работ, частотных присвоений и т.д. (10 - 20%).
Широкая распространенность электрических сетей 0,2 - 0,4 кВ, отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ,
связанных с созданием траншей и колодцев, пробивкой стен и прокладкой кабелей, стимулируют повышенный интерес к ним как
среде передачи данных.
PLC - технологии открывают энергетическим компаниям прямой путь на новые рынки, так как превращают линии электропередачи
в сеть передачи данных.
Энергетические и муниципальные компании, используя PLC-технологии для "домашних сетей", имеют возможность
постоянного дистанционного мониторинга всех характеристик и параметров потребления электроэнергии, воды, газа, тепла,
транзакций по оплате любых видов услуг.
PLC-технологии для "домашних сетей", как никакое иное решение,
позволяют решить с максимальной эффективностью (набор и качество услуг при минимальной стоимости) задачу реализации
концепции "интеллектуального дома", что позволяет говорить не только о предоставлении мультимедийных услуг с
применением PLC-технологий, но и целого ряда услуг по дистанционному мониторингу, охране жилища, управлению его режимами,
ресурсами и пр.
|
Преимущества PLC-технологии
|
- Не требует дорогостоящих работ, связанных с прокладкой дополнительного кабеля.
- Не требует частотного ресурса.
- Обеспечивает:
- быстрое развертывание и возможность поэтапного наращивания по мере необходимости;
- предоставление мультимедийных и всего спектра телекоммуникационных услуг (Интернет, телефония, цифровое
телевидение и др.);
- предоставление энергетических услуг и услуг по управлению "интеллектуальным домом" (автоматическое
снятие показаний различных счетчиков, дистанционный мониторинг, сигнализация, биллинг и др.);
- возможность комплексного предоставления энергетических и телекоммуникационных услуг одним поставщиком, то
есть является настоящей альтернативой существующим технологиям "последней мили".
|
|
|
Принцип организации передачи сигналов связи
|
Для передачи информации используется диапазон частот от 1 до 30 МГц.
На физическом уровне (Physical layer, 1 уровень OSI) используются системы, реализующие
принцип многочастотной модуляции, в большинстве случаев - OFDM (метод ортогонального частотного уплотнения каналов).
Для обработки сигналов применяется быстрое преобразование Фурье (FFT) в масштабе реального времени. Практическая
реализация этих методов стала возможным в последние годы с появлением высокоскоростных цифровых сигнальных
процессоров (DSP-процессоры).
На канальном уровне (Data Link, 2 уровень OSI) в основном применяется протокол доступа к
среде (MAC layer) CSMA/CA (множественный доступ с детектированием несущей и предупреждением коллизий).
Высшие уровни семиуровневой эталонной коммуникационной модели "Взаимодействие Открытых Систем" OSI
(Международная организация по стандартизации) аналогичны общепринятым для информационных сетей.
|
Стандарты для высокоскоростных PLC-технологий
|
В Европе существует общеевропейский стандарт EN50065-1 1999 года, который регламентирует работу низкоскоростных
PLC-изделий в полосе частот от 3 до 148,5 кГц.
В США Федеральная комиссия по связи (FCC) регламентирует работу "Carrier Current Systems" (Системы
тока несущей частоты) в диапазоне от 9 до 490 кГц.
В России стандартов для высокоскоростных изделий передачи данных
по сетям электропередачи напряжением 0,2 - 0,4 кВ не существует.
|
Внедрения PLC-технологий
|
Проблемами внедрения PLC-технологий в мире занимаются около 100 организаций - ведущие компании в энергетических,
телекоммуникационных и полупроводниковых отраслях промышленности. Они объединены в основном в две международные
организации - PLCForum
(Швейцария) и HomePlug Alliance
(США), которые продвигают PLC-технологии на рынок телекоммуникационных и энергетических услуг и защищают интересы
этих компаний в международных регулирующих организациях.
Ведущими компаниями в производстве полупроводниковых микросхем для PLC-технологий являются:
- Ascom Powerline Communications AG (Швейцария);
- Design of Systems on Silicon (DS2) Corporation (Испания);
- Cogency Semiconductor Inc. (Канада);
- Enikia Inc. (США);
- Inari Incorporation (США);
- Intellon Corporation (США);
- ITRAN Communication (Израиль);
- XELine (Ю.Корея).
Ведущими компаниями в производстве функционально законченных изделий, систем и сетей связи на основе PLC-технологий являются:
- Ascom Powerline Communications AG (Швейцария);
- Design of Systems on Silicon (DS2) Corporation (Испания);
- Siemens (Германия);
- RWE Powerline GmbH (Германия);
- PolyTrax Information Technology AG (Германия);
- MainNet Communication Ltd (Израиль);
- NisCom (Израиль);
- PLCom Corporation Ltd (Ю.Корея ).
|
|
|
|
.: НА ГЛАВНУЮ :.