Организация сети передачи данных по энергосетям с применением технологии PLC (стр. 2 из 12)
Таким образом, развитие PLC-технологий упиралось в темпы развития DSP процессоров, и как только последние стали справляться с продвинутыми алгоритмами эффективной модуляции, появились новые технологии организации таких сетей. На данный момент в PLC-технологиях используется OFDM-модуляция, которая позволяет добиваться большой скорости передачи данных и хорошей устойчивости сигнала к помехам.
- Широкополосный доступ в Интернет;
- Домашние и офисные компьютерные сети;
- VoIP – IP-телефония;
- Высокоскоростная аудио- и видеопередача;
- Офисное и домашнее (в том числе через Internet) видеонаблюдение, построение систем удаленного видеомониторинга;
- Построение каналов передачи цифровых данных для промышленной и домашней автоматизации (АИИС КУЭ, АСУ ТП(SCADA), СКУД);
- Системы безопасности (пожарно-охранная сигнализация).
1.3 Технологические предпосылки внедрения PLC-решений
От применяемых решений для построения сетей доступа во многом зависит успех бизнеса телекоммуникационных операторов, а также эффективное функционирование ведомственных и корпоративных сетей связи.
Волоконно-оптические линии связи обеспечивают передачу данных с большой скоростью, но до массового пользователя они пока не доходят, находя широкое применение, как правило, в корпоративном секторе.
На массовом рынке абонентского доступа сегодня наиболее востребованной считается технология xDSL, которая обеспечивает пользователям доступ к сети Интернет и другим инфокоммуникационным услугам по существующим телефонным линиям. Определенную долю в этом сегменте занимают также такие технологии как широкополосный беспроводный радиодоступ и спутниковый доступ, доступ по сетям кабельного телевидения, пакетная передача данных в сетях сотовой связи 2.5G/3G (GPRS/EDGE/UMTS, CDMA 2000 1X/ EV-DO).
Такие факторы, как широкая распространенность электрических сетей 0,2¸0,4 кВ, отсутствие необходимости дорогостоящего строительства кабельной канализации, пробивки стен и прокладки кабелей связи и пр. стимулируют исследование силовых сетей как альтернативной среды передачи данных и развитие еще одной технологии широкополосного доступа - по электросетям.
Было разработано оборудование PLC первого и второго поколений. Достигнутая предельная скорость передачи данных не превышала 10-14 Мб/с. Реальная же скорость передачи данных в тестовых сетях PLC с применением этого оборудования отличалась на порядок и составляла 1-2 Мб/с. Кроме этого, абонентское оборудование PLC имело сравнительно высокую стоимость, а для электролиний, "уплотненных" PLC, был характерен высокий уровень электромагнитных излучений, обусловленный работой PLC-аппаратуры.
Поэтому до недавнего времени технология PLC применялась для коммерческого предоставления телекоммуникационных услуг в ограниченном масштабе, будучи неконкурентоспособной по отношению к другим технологиям, и прежде всего xDSL. Однако последние достижения микроэлектроники, позволившие создать системы PLC третьего поколения, которые обеспечивают скорость передачи данных до 200 Мб/с при использовании стандартных электролиний, открывают новые возможности для реализации широкополосного доступа.
1.4 Обзор технологий широкополосного абонентского доступа на основе PLC
Современные PLC системы, ориентированные на решение задачи широкополосного абонентского доступа, в основном используют две технологии. В первой применяется сигнал с т.н. расширением спектра (spread spectrum - SS), существенно повышающий помехоустойчивость передачи. При использовании SS-модуляции мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот, и сигнал становится незаметным на фоне помех. На принимающей стороне значимая информация выделяется из шумоподобного сигнала с использованием уникальной для данного сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой полосе частот. Описанный принцип лежит в основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокий уровень защиты информации. В качестве базовой используется QPSK-модуляция.
Вторая технология основана на ортогональном частотном уплотнении с одновременной передачей сигналов на нескольких несущих (OFDM -Orthogonal Frequency Division Multiplex). Этот метод также гарантирует высокую достоверность передачи и устойчивость к искажениям сигнала.
Дальнейшим развитием второго варианта стала технология, предложенная американской фирмой Intellon. Здесь применен модифицированный OFDM-метод, в котором исходный поток данных разбивается на пакеты, и каждый из них передается в диапазоне частот 4,3-20,9 МГц с использованием относительной фазовой модуляции на собственной поднесущей (DBPSK или DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying, дифференциальная квадратурная фазовая модуляция со сдвигом). Максимальная информационная скорость передачи достигает десятков Мбит/с.
Технология PLC реализует принцип множественного доступа “точка - множество точек”. Локальная трансформаторная подстанция поставляет определенному числу зданий электроэнергию и, одновременно, обеспечивает подключенным пользователям услуги передачи данных, IP-телефонии и др.
Основным оконечным оборудованием следует считать PLC-модем, который обычно реализует интерфейс для связи с ПК: USB, либо – Ethernet. Таким образом, модем подключается к источнику информации – розетке 220В, а на выходе по соответствующему интерфейсу к ПК. Возможен вариант, когда параллельно с ПК подключается телефон, поддерживающий режим VoIP.
Типовая функциональная схема и основные компоненты PLC-модема представлены на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Компоненты PLC-модема
Соединение с сетью Интернет в этой инновационной технологии называется Broadband over power lines (BPL).
В отличие от DSL-соединения, посредством домашней сети технология позволяет большему количеству людей иметь широкополосный доступ в Интернет.
Технология PLC – самый дешевый способ создания домашней сети, так как не требует от пользователя установки дополнительных кабелей питания и позволяет подключить к сети PLC жителей целого квартала. Одно мастер-устройство способно обеспечить доступ в Internet через сеть PLC для 500 пользователей. Для этого пользователи должны иметь у себя в квартирах адаптерные устройства, содержащие модемы PLC.
Конечно же, больше всего успешных проектов по организации широкополосного доступа через электросети реализовано в США – на родине Интернета. Известны такие компании как New Visions(Нью-Йорк), Communications Technologies (шт. Виргиния), Cinergy (шт. Огайо).
В Германии PLC предлагают Vype; Piper-Net и PowerKom; в Австрии – Speed-Web; в Швеции – ENkom; в Нидерландах – Digistroom; в Шотландии – Broadband.
В 2005 году в Российской Федерации началось развертывание сетей доступа в Интернет через бытовые электрические сети по технологии PLC.
Доступ в Интернет эволюционирует, и скоро даже у себя на даче, где нет телефонной и кабельной линий, можно будет подключиться к Интернет.
1.5 Технические основы технологии PLC
В большинстве случаев системы PLC классифицируются в соответствии с напряжением силовой сети, на которой они используются, и зоной действия (территорией):
применяемые на высоковольтных линиях (HV);
применяемые на средневольтных линиях (MV);
применяемые на низковольтных линиях (LV):
последняя миля;
внутри здания;
внутри помещения (квартиры).
PLC включает B, обеспечивающий передачу данных со скоростью более 1 Мбит в секунду, и NPL с намного меньшими скоростями передачи данных.
При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать большие затухания в передающей функции на определенных частотах, что может привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специальный метод решения этой проблемы – динамическое включение и выключение передачи сигнала (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть данного метода заключается в том, что устройство осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затухания.
Существует также проблема возникновения импульсных помех (до 1 микросекунды), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных электрическими двигателями.
1.5.1 Проблемы развития технологии PLC
Какими бы оптимистичными ни были результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, в нашей стране эта технология рискует столкнуться с рядом трудностей. Отечественная электрическая проводка выполнена в основном из алюминия, а не из меди, которая нашла применение в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшей электропроводностью, что приводит к более быстрому затуханию сигнала. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования таких технологий. Впрочем, последнее актуально и для Запада. Главным фактором, сдерживающим быстрое развитие высокоскоростных систем PLC, является отсутствие стандартов на широкополосные PLC-системы и, как следствие, большой риск несовместимости с другими службами, использующими те же или близкие диапазоны частот. В 2001 г. международный консорциум HomePlug Powerline Alliance принял отраслевой стандарт для построения домашних сетей через линии бытовой электропроводки - спецификацию HomePlug 1.0. Но этот стандарт регламентирует построение "домашних" сетей, то есть сетей в пределах одной квартиры (коттеджа). Полноценный же стандарт для широкополосных PLC пока не разработан.