Технология PLC (Power Line Communication). Дипломная работа: Организация сети передачи данных по энергосетям с применением технологии PLC

26.01.2022

Для высокоскоростного информационного обмена.

В этой технологии, основанной на частотном разделении сигнала, высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной частоте с последующим их объединением в один сигнал.

При этом PLC-устройства могут «видеть» и декодировать информацию, хотя обычные электрические устройства - лампы накаливания, двигатели и т. п. - даже «не догадываются» о присутствии сигналов сетевого трафика и работают в обычном режиме.

В настоящий момент технология широко используется в Европе и Америке.

Технические основы технологии PLC

Основой технологии PowerLine является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4-21 Мгц.

Не требует настроек
Более стабильная связь
Большая безопасность информации
Подходит для передачи Multicast-трафика, например, IPTV
На качество связи не влияет материал и толщина стен в квартире
В РФ не требуется регистрация оборудования в Роскомнадзоре

Недостатки

Альянс производителей

Несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в альянсы, один из которых получил название HomePlug Powerline Alliance, а другой Universal Powerline Assosiation (UPA) с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания.Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 specification (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 г.), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек.

Применение PLC технологии

Подключение к Интернет

PLC в Российской Федерации

Коммерческий проект предоставления услуг домашним пользователям с использованием PLC (стандарт UPA) стартовал в 2006 году. Компания «СПАРК» (торговая марка холдинга «Электро-ком») построила пилотную сеть в московском районе Тушино . В дальнейшем, компания начала работать в других районах Москвы и городах Калуга, Рязань, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону.

В сентябре 2008 года появились новости о продаже абонентской сети в Москве интернет-провайдеру 2КОМ, который планирует перевести подключение абонентов на технологию Ethernet .

Региональные компании-партнёры «СПАРК» при этом продолжили работу, предоставляя услуги на базе технологий как PLC, так и Ethernet .

Решения на основе PLC также предлагают компании "ВОКС Телеком" из Москвы, Tellink из Санкт-Петербурга и "Гиперком" из г.Волжский Волгоградской области.

Некоторые из моделей электронных электросчётчиков российского производства марки «Меркурий» имеют функцию передачи данных о собранной ими информации по технологии PLC.

Оборудование

Бытовые PLC-модемы можно приобрести в розничной торговой сети. Производители, PLC-модемов продаваемых в России: Гиперком DefiDev , TelLink, QLAN, D-Link , Q-tech, ZyXEL , TP-Link .

Ссылки

Ответы на самые частые вопросы по широкополосным модемам 200Мбит
Интернет через розетку , схема подключения
Технология PLC - телекоммуникации по сетям электропитания. Журнал «Сети и системы связи», А. В. Никифоров, №5/2002 г.
Часто задаваемые вопросы по оборудованию и технологии "интернет через электросеть"

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Power line communication" в других словарях:

Power line communication - or power line carrier (PLC), also known as power line digital subscriber line (PDSL), mains communication, power line telecom (PLT), power line networking (PLN), or broadband over power lines (BPL) are systems for carrying data on a conductor… … Wikipedia

power line communication - noun The distribution of data and other signals via electric power distribution wires … Wiktionary

Power line carrier communication - (PLCC) is mainly used for telecommunication, tele protection and tele monitoring between electrical substations through power lines at high voltages, such as 110kV, 220kV, 400kV.In a PLCC system the communication is established through the power… … Wikipedia

Power Line Carrier - Als Trägerfrequenzanlage (TFA) bezeichnet man Anlagen zur Sprach oder Datenübertragung über Kommunikations oder Stromnetze, indem die Signale auf eine oder mehrere Trägerfrequenzen moduliert werden. Ein Vorteil des Systems ist, dass vorhandene… … Deutsch Wikipedia

Overhead power line - This article is about power lines for general transmission of electrical power. For overhead lines used to power road and rail vehicles, see Overhead lines. Transmission lines in Lund, Sweden … Wikipedia

Power over Ethernet - or PoE technology describes a system to transfer electrical power, along with data, to remote devices over standard twisted pair cable in an Ethernet network. This technology is useful for powering IP telephones, wireless LAN access points,… … Wikipedia

Технологии сетей представляют собой целостный комплекс правил передачи и предоставления информации в виде программных, аппаратных средств и протоколов. Передача информации осуществляется, благодаря сетевым адаптерам с драйверами, а также различным коннекторам и кабелям.

Технологии глобальных сетей

Глобальные сети необходимы для предоставления информации и своих сервисов огромному количеству абонентов, которые находятся в пределах большой территории. Такими абонентами являются как отдельные компьютеры, так и локальные сети. У каждой глобальной сети есть оператор и поставщик услуг. Услуги, предоставляемые глобальной сетью, заключаются в передаче пакетов локальной сети и компьютеров, трафика и многого другого.

Для передачи информации в глобальных сетях используются определенные виды коммутации:

пакетов - используется для передачи данных для видео- и аудиоинформации;
каналов - в этом виде коммутация используется для передачи аудиоинформации по телефонным линиям;
сообщений - используется для электронной передачи новостей или телеконференций.

Одной из самых распространенных считается глобальная сеть интернет, которая способна объединять огромное количество сетей и отдельных компьютеров для обеспечения обмена информацией по каналам общественных телекоммуникаций.

В процессе пользования интернетом происходит обмен информацией между серверами с помощью высокоскоростных каналов и магистралей.

К магистралям относятся:

телефонные линии;
цифровые линии;
оптические каналы связи;
радиоканалы;
спутниковые линии связи.

За счет этого все услуги интернета работают по принципу клиент-сервер.

Информационные технологии в глобальных сетях

Информационные технологии - это комплекс взаимосвязанных дисциплин, которые занимаются хранением и обработкой информации. Современные технологии дают возможность работать в онлайн-режиме, которые еще называются интерактивными, или в отложенном - офлайн-режиме. К онлайн-технологиям относят различные средства коммуникации и включают в себя следующие виды услуг: ISQ, интернет-телефонию и другие.

Сети интернет: технологии подключения, доступа, поиска информации

Для того чтобы использовать интернет необходимо применить один из существующих типов подключения:

Кабельное подключение - является одним из самых распространенных видов. Подключения заключается в том, что интернет-сигнал поступает по кабелю.
Локальная сеть - для того чтобы пользоваться интернетом в этом случае необходимо заключить договор с провайдером, который присвоит клиенту отдельный IP-адрес. При работе применяются два вида доступа динамический и статический IP.
Виртуальная сеть - подключение к интернету по такой технологии осуществляется методом зашифровывания обмена данными между сервером и абонентом.
Телефонная линия - в основном эта технология применяется, если по каким-то причинам использование отдельной интернет-линии невозможно или экономически невыгодно. В данном случае подключение осуществляется по двум технологиям ADSL b Dial-Up.
Телевизионный кабель - услуги связи предоставляются с помощью кабеля, который заводится в помещение и сплиттера, который распределяет сигнал.
Мобильный интернет - эта технология подключения в последнее время становится очень популярной, так как дает возможность пользоваться услугами совершенно в любом месте.
Спутниковый интернет - эта технология подключения считается самой дорогой. Но несмотря на свою стоимость, такой интернет можно использовать вдали от коммуникаций.
WiMax и Wi-Fi - этот способы передачи цифровых данных по радиоканалам. Технологии этого вида считается самым популярным. Wi-Fi применяется для домашних сетей, а WiMax предназначена для общественных мест.

Локальные и компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы

Компьютерная сеть представляет систему, которая состоит из объединенных между собой компьютеров. Такие сети в основном предназначаются для коллективного использования. В зависимости от территориального размещения компьютерные сети могут быть локальными, региональными, корпоративными или глобальными.

Локальные сети представляют объединенные между собой компьютеры. Технология подключения сети заключается в присоединении к компьютерам сетевого адаптера, который принимает и передает информацию.

Технологии современных беспроводных сетей Wi-Fi

Wi-Fi является одной из самых современных и распространенных технологий соединения компьютеров в локальную сеть. В данном случае доступ к интернету происходит по специальным радиоточкам, таким как 801.11 a; 801.11 b; 801.11 g; 801.11 n. Все эти точки работают на частоте 2,4 ГГц, только первая на 5 ГГц.

Технология пассивных оптических сетей

Основа технологии пассивных оптических сетей заключается в создании полностью пассивной оптической сети между приемопередающим модулем и удаленными абонентскими узлами. Благодаря пассивным оптическим сетям, появилась возможность для дальнейшего развития и расширения функциональных мощностей сети.

PON

PON (Passive optical network) - это пассивная оптическая сеть, которая основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах. PON обеспечивает широкополосную передачу информации.

Древовидная топология PON позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей, исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку оптического кабеля и его эксплуатацию.

GPON

Технология GPON (Gigabit PON) появилась совсем недавно и стала логичным продолжением пассивной сети PON. Главным преимуществом этого стандарта является удобство и возможность пользоваться действительно высокоскоростным интернетом без каких-либо ограничений. Обычно к оптическому модему стандарта GPON можно подключить домашний ПК либо по витой паре, либо по беспроводной связи (Wi-Fi). В таком модеме есть и порты для подключения телевизора и VoIP-телефона.

Технологии организации сети по линиям электропитания

Работы по развитию технологии организации сети по линиям электропитания относят к одним из самых перспективных. Это объясняется тем, что во многих районах нет возможности провести проводную связь, а электрические сети присутствуют повсеместно. К технологиям передачи данных по линиям электропередач относят Х-10, CEBus, LonWorks, Adaptive Networks и DPL 1000.

Телекоммуникационные технологии и сети связи

Телекоммуникационные технологии считаются универсальным инструментом, который способен переходить в различные сферы применения. Телекоммуникационными технологиями являются информационные сети, которые находятся внутри телекоммуникационной инфраструктуры. Телекоммуникационные технологии являются средством, обеспечивающим передачу, обработку и хранение информации. Основа инфраструктуры у этих технологий - это компьютерные узлы и каналы связи.

Телекоммуникационные технологии и услуги для банковских сетей

Окончательный выбор технологий для передачи данных зависит в первую очередь от географических, экономических и политических факторов. В основном все банковские сети пользуются телекоммуникационными технологиями. Среди них самыми распространенными считаются ISDN, сети X.25 и Relay.

Технология нейронных сетей

Нейронная сеть представляет собой многослойную сетевую структуру, которая состоит из простых и однотипных процессорных элементов. Все эти элементы взаимосвязаны между собой и образуют входные и выходные слои. В применяемых для прогнозирования нейронных сетях входной слой воспринимает всю полученную о параметрах ситуации информацию, а выходной в свою очередь подает сигнал о реакции на данную ситуацию. Перед тем как нейронная сеть приступает к работе она проходит обязательный этап обучения, который помогает минимизировать ошибки.

Компании-разработчики новых видов сетей

За последнее время появилось огромное количество различных фирм, которые занимаются разработкой программного обеспечения:

«Ростелеком» - эта российская компания предоставляет услуги широкополосного доступа в интернет, а также дальней и местной телефонии и цифрового телевидения.
«Энлинк» - считается одной из активно развивающихся операторов связи. Компания развивает собственное оптоволокно с использованием самых продвинутых технологий, таких как Cisco Systems, Juniper и Ericsson.
«ЭР-Телеком» - оказывает услуги кабельного телевидения и широкополосного интернета.

Читайте другие наши статьи:

Передача информации по сетям электропитания с помощью ИС компании Semtech (2015)

Номенклатура изделий, выпускаемых Semtech Corporation, включает в себя множество ИС физического уровня, позволяющих организовать передачу информации как по проводам, так и по радиоканалу (оптические приёмопередатчики, драйверы линий, радиотрансиверы и т.д.). Поглощение в начале 2015 года компании EnVerv, лидера в разработке PLC (Power Line Communications) модемов, позволило расширить линейку коммуникационной продукции Semtech за счет устройств, обеспечивающих обмен данными по типовым линиям электропередач. В рамках данной статьи остановимся на принципах функционирования и построения сетей на базе однокристальных PLC микросхем компании Semtech, рассмотрим особенности отдельных представителей нового семейства и приведем примеры практической реализации устройств на их основе.

ВВЕДЕНИЕ
Передача информации и организация питания по одним и тем же проводам достаточно эффективно используется в различных применениях. К примеру, можно вспомнить стандартные телефонные линии или Ethernet сети, выполняющие подключение удаленных узлов с помощью технологии , при которой питание осуществляется по отдельным жилам кабеля связи. Однако у большей части таких решений есть очевидный недостаток: все они в общем случае требуют проведения монтажных работ, затраты на которые зачастую составляют большую часть стоимости наладки сети. Более того, существует ряд ситуаций, при которых прокладка новых кабелей крайне нежелательна или даже невозможна – примером таких ситуаций являются недавно законченный ремонт, после которого неожиданно выясняется, что необходимо прокладывать дополнительные провода для компьютерных сетей либо арендуемый офис с непредусмотренным каналом выхода в интернет. В этих случаях почти всегда можно ограничиться существующей инфраструктурой, а именно, воспользоваться уже имеющейся практически в каждом помещении электропроводкой для организации сравнительно быстрого и надежного канала связи, разветвленного по всему зданию.

Телекоммуникационная технология PLC, базирующаяся на использовании силовых электросетей для обмена данными путём наложения полезного сигнала поверх стандартного переменного тока частотой 50 или 60 Гц, отличается простотой реализации и оперативностью монтажа устройств на её основе. Первые системы передачи данных по электрическим сетям появились ещё в 1930-х годах, в основном они использовались для сигнализации в энергосистемах и на железных дорогах, характеризуясь при этом очень низкой пропускной способностью . В конце 1990-х годов ряд компаний реализовал первые большие проекты в этой области, однако в процессе эксплуатации были выявлены серьезные проблемы, основной из которых была слабая помехозащищенность. Работа энергосберегающих ламп, импульсных блоков питания, зарядных устройств, тиристорных диммеров и бытовых электроприборов, а также электродвигателей и сварочного оборудования, особенно включенных в непосредственной близости от PLC-модема, вызывала в незащищенных от высокочастотных излучений проводах импульсные помехи, которые приводили к резкому снижению достоверности передачи данных. Также на стабильность и скорость прохождения сигнала негативное влияние оказывала неоднородность линий связи, в частности, качество и изношенность электрических сетей, наличие стыков из материалов с разной электропроводностью (например, меди и алюминия), наличие скруток и т.д. В результате общее снижение номинальной скорости передачи данных составляло от 5 до 50 %. Кроме того, в помещениях, где работали PLC-устройства, в некоторых случаях наблюдалось нарушение радиоприёма на расстоянии порядка 3-5 метров от модема, особенно на средних и коротких волнах. Это происходило из-за того, что провода электросети начинали действовать как антенны радиоретрансляторов, излучая, по сути, весь трафик в эфир.
Технология передачи данных по электросетям получила должное коммерческое применение только в начале текущего столетия, а её внедрение и широкое распространение обусловлено появлением соответствующей элементной базы, в т.ч. высокопроизводительных микроконтроллеров и быстрых DSP процессоров (цифровых сигнальных процессоров), позволяющих реализовать сложные методы модуляции сигнала и современные алгоритмы шифрования данных. Это обеспечило не только высокий уровень достоверности при передаче информации, но и её защиту от несанкционированного доступа. Также важное значение имело решение проблемы стандартизации различных аспектов технологии. В настоящее время основными организациями и сообществами, регламентирующими требования к PLC-устройствам, являются IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA и HomePlug Powerline Alliance. Последняя из них является международным альянсом, объединяющим около 80 известных на рынке телекоммуникаций компаний, среди которых Siemens, Motorola, Samsung и Philips. Деятельность альянса, организованного в 2000 году, направлена на проведения научных исследований и практических испытаний совместимости устройств различных изготовителей, использующих данную технологию, а также поддержку и продвижение единого стандарта под названием HomePlug.
Все существующие PLC-системы принято разделять на широкополосные (BPL – Broadband over Power Lines) и узкополосные (NPL – Narrowband over Power Lines). Спектр решаемых с их помощью задач очень широк, а выбор необходимого метода основывается на характеристиках и объёме передаваемой информации. Широкополосные устройства (со скоростью от 1 до 200 Мбит/c) ориентированы на системы доступа к интернету, на создание домашних компьютерных сетей, а также на приложения, требующие высокоскоростного обмена данными: потоковое видео, системы видеоконференцсвязи, цифровой телефонии и т.д. Наибольший интерес для разработчиков аппаратуры представляют узкополосные PLC-модемы в связи с их относительной дешевизной и улучшенными характеристиками, позволяющими работать не только в обычных сетях, но и в сетях с повышенным уровнем помех. Микросхемы и модули для узкополосных модемов (с пропускной способностью канала от 0,1 до 100 Кбит/с) широко применяются в составе различных изделий бытового и промышленного назначения, при создании распределенных систем автоматизированного контроля и управления в цехах и системах жизнеобеспечения зданий (лифтах, устройствах кондиционирования и вентиляции), средств учета потребления электроэнергии, воды, газа, тепла, приборов охранной и пожарной сигнализации.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ PLC
Основой PLC-технологии является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в результирующий сигнал (рис. 1).

При использовании обычной модуляции с частотным разделением (FDM – Frequency Division Multiplexing) доступный спектр расходуется неэффективно. Связано это с наличием защитных интервалов между отдельными поднесущими, необходимых для предотвращения взаимного влияния сигналов (рис. 2а). Поэтому в PLC устройствах применяется ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing), при котором центры поднесущих частот размещаются так, что пик каждого последующего сигнала совпадал с нулевым значением предыдущего. Как видно на рис. 2б, доступная полоса частот в этом случае расходуется более рационально.

Перед объединением в один сигнал все поднесущие частоты подвергаются фазовой модуляции – каждая своей последовательностью бит. После этого они проходят через блок формирования, где собираются в единый информационный пакет, называемый еще OFDM-символом. На рисунке 3 приведен пример относительной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying) для каждой из четырех поднесущих частот в диапазоне 4,5-5,1 МГц. Реально в технологии PLC передача ведется с использованием 1536 поднесущих частот с выбором 84 наилучших на диапазоне от 2 до 32 МГц в зависимости от текущего состояния линии и наличия помех. Данный способ придает PLC технологии гибкость при использовании в различных условиях. Например, как уже было сказано выше, работающее PLC-устройство способно "глушить" радиоприём на определенных частотах, эта проблема хорошо известна радиолюбителям. Ещё одним примером является случай, когда некое приложение уже использует часть диапазона. Технически устранение нежелательного взаимного влияния реализуется путем использования настроек, так называемых Signal Mode и Power Mask на устройствах, в которых предусмотрена соответствующая возможность. Signal Mode – программный метод определения рабочего диапазона частот, а Power Mask – программный метод ограничения спектра используемых частот. За счёт этого PLC-устройства могут спокойно сосуществовать в одной физической среде и не зашумлять диапазоны частот, используемые для радиосвязи.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать значительные затухания передаваемого сигнала на определенных частотах, что может привести к потере и искажению данных. Для решения вопроса адаптации к физической среде передачи предусмотрен способ динамического включения и выключение передачи сигнала, позволяющий выполнить обнаружение и устранения ошибок и конфликтов. Суть данного метода заключается в постоянном мониторинге канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование проблемного диапазона на время прекращается до восстановления приемлемого значения затухания, а данные передаются на других частотах (рис. 4).

Другой существенной сложностью при передаче данных по бытовой электросети, теперь уже для самих устройств PLC, являются импульсные помехи, источниками которых могут быть различные зарядные устройства, галогеновые лампы, включение или выключение различных электроприборов (рис. 5). Сложность ситуации заключается в том, что, используя вышеописанный метод, PLC-модем не успевает адаптироваться к быстроменяющимся условиям, ведь их длительность может не превышать одной микросекунды, в результате часть битов может быть утеряна. Для решения этой проблемы используется двухступенчатое (каскадное) помехоустойчивое кодирование битовых потоков перед тем, как они будут промодулированы и поступят в канал передачи данных. Его суть состоит в добавлении в исходный информационный поток по определенным алгоритмам избыточных ("защитных") битов, которые используются декодером на приемной стороне для обнаружения и исправления ошибок. Каскадирование блочного кода Рида-Соломона и простого сверточного кода, декодируемого по алгоритму Витерби, позволяет исправлять не только одиночные ошибки, но и пакеты ошибок, что значительно увеличивает целостность передаваемых данных. Кроме того, помехоустойчивое кодирование увеличивает безопасность передаваемой информации с точки зрения защиты от несанкционированного доступа.

Так как в качестве среды передачи данных выбрана разветвленная сеть бытового электропитания, то в один момент времени передачу могут начать сразу несколько подключенных устройств. В такой ситуации для разрешения конфликтов столкновения траффика применяется регулирующий механизм – протокол доступа к среде CSMA/CA. Разрешение коллизий происходит на основе того или иного приоритета, задаваемого в специальных полях приоритезации пакетов данных.

ИС SEMTECH ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ PLC ТЕХНОЛОГИИ
PLC продукция компании Semtech предназначена для эксплуатации в типовых линиях электроснабжения с низким или средним рабочим напряжением . Любой модем, работающий с аналоговой физической линией, должен иметь функциональные узлы, необходимые для обработки аналоговых данных, преобразования их в цифровую форму и, конечно, для обработки цифровых данных. На стороне передачи модем также должен производить кодирование цифровых данных в соответствии с заданным алгоритмом, преобразовывать их в аналоговые и посылать в линию.
Все эти действия выполняют микросхемы серии EV8ххх. Узкополосные микросхемы, представляющие собой “системы на кристалле”, отличаются высокой степенью интеграции и содержат все необходимые структурные блоки для реализации физического, MAC и других уровней протокола (6LoWPAN и IEC). Поддерживают несколько типов модуляции, на практике наиболее часто применяется OFDM для организации устойчивого и помехозащищенного канала связи. Однокристальные ИС, прошедшие тестирование функциональной совместимости в HomePlug Alliance Netricity, отличаются универсальностью применения, на их основе проектируются как оконечные узлы, так и координаторы сети. Спецификация Netricity разработана для сетевых коммуникаций по линиям электросети большой дальности и предназначена для внедомовой инфраструктуры, интеллектуальных сетей распределения электроэнергии и управления производственными процессами. Технология может быть использована как в плотных городских, так и в сельских электросетях с использованием частот ниже 500 кГц. Она также включает уровень доступа на основе IEEE 802.15.4 (MAC), являющийся ключевым для разработки гибридных проводных/беспроводных сетей. Основные технические характеристики PLC микросхем компании Semtech представлены в таблице 1.

ИС серии EV8ххх обладают программируемыми диапазонами частот от 10 до 490 кГц, покрывая CENELEC A (10 – 95 кГц), CENELEC B (95 – 120 кГц), CENELEC C (120 – 140 кГц), FCC (10 – 490 кГц) и ARIB (10 – 490 кГц) полосы без изменений в конструкции устройства . Путем удаленной загрузки соответствующего встроенного программного обеспечения по линии электросети они могут быть настроены для работы в режимах ITU-T G.9903 (G3-PLC), ITU G.9902, ITU-T G.9904 (PRIME), IEEE P1901.2 и IEC-61334 (S-FSK). Кроме того они поддерживают фирменный высокопроизводительный режим 4GPLC. Конструктивно микросхемы семейства изготавливаются в низкопрофильных корпусах для поверхностного монтажа, предназначенных для эксплуатации в диапазоне рабочих температур от -40 до +85°C . Упрощенная структура с изображением основных функциональных узлов приведена на рис 6, здесь можно выделить следующие блоки:
Блок AFE (Analog Front-End) представляет собой набор аналоговых компонентов, обеспечивающих изоляцию при помощи трансформатора с разделительным конденсатором, фильтрацию и усиление входного сигнала, и формирование заданных уровней выходного передаваемого сигнала путем использования драйвера линии на ОУ;
PHY – это блок, предназначенный для сопряжения цифровой части микросхемы с аналоговой линией;
32-битный RISC микроконтроллер обеспечивает внутрисхемную реализацию MAC-уровня, производит обработку данных, формирование пакета, кодирование данных по симметричному алгоритму блочного шифрования AES и т.д., а также решает прикладные задачи;
Периферийные блоки, сопрягающие встроенный микропроцессор с внешними микросхемами – памятью EEPROM, АЦП с высоким разрешением и хост-контроллером. Для связи применяется аппаратная реализация широко распространенных интерфейсов SPI, I2C и UART;
Интегрированная оперативная и флэш-память. Размер встроенной памяти программ варьируется в пределах от 1 до 2 Мб, оперативной - от 256 кбайт у EV8100 до 384 кбайт у остальных, по запросу к производителю возможны иные варианты;
Блок управления тактированием;
Подсистема питания, обеспечивающая все необходимые для отдельных узлов напряжения. Как правило, применяется источник, работающий от той же сети переменного тока, что и используется для передачи данных.
Отдельно стоит отметить ИС EV8100, которая, помимо типовых узлов, содержит встроенный контроллер 6х33 сегментного LCD дисплея и драйвер сенсорной клавиатуры.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИС СЕМЕЙСТВА EV8XXX
PLC микросхемы компании Semtech ориентированы прежде всего на использование в системах автоматизации, дистанционного управления и контроля удаленными объектами, наиболее популярные сферы их применения:
Сети автоматизации зданий (AMI);
Системы управления посадочными огнями в аэропортах;
;
Домашние локальные сети;
Интеллектуальное оборудование (“умные вещи”), в т.ч. бытовая электроника;
Системы контроля и управления на солнечных электростанциях;
Сети уличного освещения;
Оборудование связи с подстанциями;
Системы управления транспортными потоками.
Среди всего вышеперечисленного основное направление - это сети AMI (Инфраструктура интеллектуального учета), объединяющие «умные счетчики», концентраторы данных, средства управления энергопотреблением, дисплеи и другие компоненты систем автоматизации зданий (рис. 7).

Связь по силовым линиям является основным элементом автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей, применяемых коммунальными службами. Основные преимущества этой технологии: возможность автоматически получать информацию от жилых и промышленных помещений, расположенных в удаленных районах с низкой плотностью населения и низким качеством инфраструктуры, большой срок службы, возможность наращивания и низкие затраты. Принцип работы системы довольно прост. Электричество от электростанции передается по высоковольтному кабелю к подстанции. Здесь происходит понижение напряжения и распределение на большое количество низковольтных трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до бытового. Обычно к одному трансформатору подсоединено от 500 до 1000 конечных потребителей. Таким образом, можно предложить следующий вариант построения PLC систем для данных целей: концентратор, действующий как центральный узел, базируется на низковольтных подстанциях и регулярно (например, раз в час) собирает результаты измерений со счетчиков (это могут быть не только счетчики электроэнергии, но и воды, тепла, газа). Далее информация пересылается на сервер для дальнейшей обработки, например по каналу GSM . Такой тип систем не ограничен только получением информации со счетчиков и может выполнять другие функции.
Для практической реализации данной системы компания Semtech предлагает стартовый набор разработчика, включающий как готовые решения на основе микросхем EV8000, EV8100 и EV8200 для максимально быстрой организации передачи данных по PLC сети, так и отладочные средства для оценки возможностей системы (таблица 2).

Последние представляют собой модули для оконечных узлов (счетчиков) и концентраторов, в комплект поставки которых входит все необходимое, включая рекомендации по применению, а также ПО для настройки параметров отдельных узлов и мониторинга качества связи в проектируемой сети. Прилагаемый графический интерфейс пользователя позволяет запрограммировать диапазон рабочих частот, тип модуляции, скорость передачи, уровень выходной мощности и т.д., а также наглядно отследить коэффициенты ошибок PER и BER в пакетах принимаемых данных.
Отладочные комплекты EVM8K-01, EVM8K-02 и EVM8K-03 могут выступать как в качестве удаленных измерительных узлов, так и в качестве концентраторов, обеспечивающих сбор данных. Модули предназначены для эксплуатации в одно- и трехфазных сетях, запитываются от встроенного источника переменного тока с напряжением 80-280 В (EVM8K-01 и EVM8K-02) либо от постоянного со стандартным напряжением 12 В (EVM8K-01 и EVM8K-03). Связь с хост-контроллером осуществляется посредством интерфейсов RS-232 или USB. Комплект EVM8K-13 представляет собой концентратор сети, объединяющий на одной плате PLC модем на базе ИС EV8000 с 32-битным RISC микроконтроллером, необходимым для выполнения пользовательского приложения. Комплект способен обслуживать до 500 оконечных узлов (до 2000 опционально), из отличительных особенностей можно отметить наличие “на борту” 3G/EDGE/GPRS модема, GPS модуля и 8 Гб SD карты. Помимо беспроводной передачи данных на сервер можно также воспользоваться интерфейсами RS-232, USB или Ethernet. Внешний вид отладочных комплектов показан на рис. 8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Широкое распространение низковольтных электрических сетей 0,22-0,38 кВ и отсутствие необходимости проведения затратных монтажных работ для прокладки кабелей стимулируют повышенный интерес к электрическим сетям как к среде передачи данных. Текущее развитие PLC технологии во многом связано с появлением общепринятых регламентирующих стандартов и совершенствованием соответствующей элементной базы. PLC модемы компании Semtech, отличающиеся высокой степенью интеграции, обеспечивают получение устойчивого и помехозащищенного канала связи при его достаточно высокой пропускной способности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрименко В. PLC-технологии. // Электронные компоненты. 2009. №10. с. 58-62.
2. Официальный сайт компании Semtech. www.semtech.com
3. Product brochure. EV8000: Single-chip multimode PLC modem.
4. Product brochure. EV8010: Single-chip standards-based PLC modem.
5. Product brochure. EV8020: Single-chip standards-based PLC modem.
6. Product brochure. EV8100: Split-meter display SoC with integrated PLC.
7. Product brief. Power line communication products.

17.10.1999 Юрий ПОДГУРСКИЙ, Владимир Заборовский

В последнее время наблюдается всплеск интереса к средствам передачи данных по линиям электропитания. Это обусловлено, прежде всего, повсеместно возрастающей потребностью в средствах телекоммуникаций как в глобальном, так и в локальном масштабах.

Системы управления и мониторинга в промышленности и на транспорте, в медицине, энергетике, системах экологической безопасности и других областях человеческой деятельности становятся все более интеллектуальными и распределенными. Одновременно значительное распространение получают новые виды информационного обмена - средства домашней автоматики, сети малых и домашних офисов (SOHO), распределенные системы охранной и иной сигнализации, которые также нуждаются в развитой инфраструктуре средств связи. При этом определяющую роль играет экономический фактор: средства информационного обмена, являясь «инструментом» коммуникаций, должны быть дешевыми и повсеместно доступными.

На фоне слабой инфраструктуры российской проводной связи именно широкая распространенность электрических сетей, отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ, связанных с созданием траншей и колодцев, пробивкой стен и прокладкой кабелей, а также возможность формирования симметричных каналов связи (рис. 1) стимулируют повышенный интерес к электрическим сетям как среде передачи данных.

Особенности линий питания

Сложность организации связи по линиям электропитания заключается в том, что существующие электросети первоначально не предназначались для передачи данных. Они характеризуются высоким уровнем шумов и быстрым затуханием высокочастотного сигнала, а также тем, что коммуникационные параметры линии, постоянные для традиционных физических сред, существенно меняются во времени в зависимости от текущей нагрузки. Специфической особенностью линий электропитания является и их разветвленная древовидная топология. Кроме того, при организации связи должны быть обеспечены электромагнитная совместимость и экранирование процессов передачи данных от собственно электропотребления.

Реализация систем передачи данных по электрическим линиям в России связана с дополнительными трудностями, заключающимися в том, что технические характеристики отечественных электрических сетей отличаются от характеристик сетей западных и пожалуй, (более важно), отсутствуют стандарты, определяющие главные параметры систем передачи данных по линиям электропитания.

Основные области применения

В настоящее время существует несколько стандартных системных подходов к передаче информации по линиям питания. Различия между ними состоят прежде всего в ориентации на конкретный класс приложений, а также в методах и средствах обеспечения надежного информационного взаимодействия.

Важнейшие области применения средств связи на основе электрических сетей показаны на рис. 2. Каждый класс приложений характеризуется специфическими требованиями к скорости и дальности передачи, методу доступа и другим показателям, определяющим качество передачи.

К низкоскоростным распределенным системам управления и учета относятся системы автоматического управления в цехах и на производственных территориях, системы жизнеобеспечения зданий (лифты, кондиционеры, вентиляция), складские системы, средства учета энергопотребления, системы охранной и пожарной сигнализации в дачных поселках, гаражных кооперативах и т.д.

Другой класс приложений составляют средства домашней автоматики, позволяющие комплексно управлять бытовыми приборами вплоть до автоматического согласованного включения кофеварок и тостеров, а также вывода на телеэкран изображения с входной видеокамеры при появлении нежданных гостей. Сюда же можно отнести локальные сети для домашних и малых офисов, развернутые в пределах небольшого здания или отдельной квартиры.

Несомненный интерес представляют примеры успешного использования электрических сетей для организации телефонной связи в поселках и на ограниченных территориях, а кроме того, для обеспечения высокоскоростного доступа в Internet. Прогресс в этой области может не только изменить расстановку сил на рынке Internet-провайдеров, но и вызвать к жизни новые принципы проектирования силовых электрических сетей и их оптимальной структуризации с учетом как энергетических, так и коммуникационных требований.

Архитектура взаимодействия

Архитектура информационного взаимодействия на основе электросетей имеет иерархическую структуру; в обобщенном виде она представлена на рис. 3. Даже в рамках одной прикладной области конкретные ее реализации отличаются методами надежной доставки данных на различных уровнях иерархии.

Повышение надежности передачи на физическом уровне связано с выбором способа модуляции и частотного диапазона, с использованием методов цифровой обработки сигналов и адаптивного управления. Здесь в первую очередь следует отметить перспективность алгоритмов широкополосной (Spread Spectrum) модуляции, существенно повышающей 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). Технологии SS-модуляции и CDMA подробно рассмотрены в литературе (главным образом, на примерах использования в сотовых телефонных сетях). Здесь лишь отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокий уровень защиты информации.

Основные способы повышения надежности передачи на канальном уровне следующие:

разбиение пакетов данных на кадры небольшой длины;
использование корректирующих кодов для выявления и исправления ошибок;
применение низкоуровневых протоколов надежной передачи на основе подтверждений приема коротких кадров;
использование эффективных методов управления доступом к среде передачи данных.

Короткие пакеты позволяют увеличить не только вероятность достоверной передачи порции данных, но и эффективность адаптации передающей стороны к быстро меняющимся характеристикам сети. При использовании широкополосной модуляции это выражается в оптимальном перераспределении мощности сигнала в полосе частот с учетом фактического спектра помех.

Некоторые фирмы разработали оптимизированные протоколы доступа к среде, учитывающие особенности «электросетевых» приложений и зашумленность линий питания. Поскольку значительная часть таких приложений (автоматический учет, охранная сигнализация, домашняя автоматика) предполагает наличие в сети одного активного узла, для обеспечения доступа целесообразно использовать методы опроса или передачи маркера. Это снимает проблемы распознавания несущей в зашумленных сетях и необходимость выявления коллизий. В целях повышения надежности самого управления доступом используется принцип «трехкратного рукопожатия» при передаче маркера.

Базовые компоненты

Типовая функциональная схема и основные компоненты коммуникационного узла «электрической сети связи» представлены на рис. 4.

Ядром коммуникационного узла являются контроллеры сетевого, канального и физического уровней; последние часто называются также приемопередатчиками или трансиверами. Как правило, эти компоненты реализуются на базе универсальных либо специализированных микропроцессоров и выпускаются рядом фирм в виде наборов микросхем.

Изолирующий (соединительный) модуль в общем случае осуществляет две функции: изолирует аппаратуру коммуникационного узла от напряжения питания и выделяет информационный сигнал из силового напряжения. Обычно этот модуль выполняется из отдельных радиоэлектронных компонентов.

Некоторые фирмы изготавливают специальные микросхемы усилителей мощности, позволяющие передавать сигнал на большие расстояния. На основе этих компонентов может быть построен электромодем со стандартным или заказным интерфейсом пользователя.

Для обеспечения совместимости изделий различных производителей (в рамках одного класса приложений) предпринимаются усилия по стандартизации технологий передачи информации по линиям питания.

Технологии и продукты

Наиболее распространенными технологиями передачи данных по электрическим сетям 120/220 В являются:

X-10 одноименной фирмы (http://www.x10.com );
CEBus компании Intellon (http://www.intellon.com );
LonWorks корпорации Echelon (http://www.echelon.com );
Adaptive Networks, предложенная фирмой с таким же названием (http://www.adaptivenetworks.com );
DPL 1000 производства NOR.WEB (http://www.nor.webdpl.com ).

Технология X-10 разработана в 1978 г. корпорацией Х-10 с ориентацией на задачи дистанционного управления светильниками и простейшими бытовыми приборами. Для передачи двоичной информации здесь используется генерация коротких радиоимпульсов частотой 120 кГц в момент перехода переменного напряжения через ноль. Выбор такой схемы кодирования обусловлен тем, что нулевое значение напряжения характеризуется меньшими уровнями шумов и влияния других устройств, подключенных к сети.

Двоичной «1» соответствует передача частоты 120 кГц в течение 1 мс, а двоичному «0» - отсутствие радиоимпульса. В целях уменьшения ошибок для передачи одного бита используются два перехода через ноль. Поэтому скорость передачи ограничена величиной 60 бит/с (для сети 120 B, 60 Гц).

Прикладному уровню соответствует язык управления простейшими устройствами. Полная команда Х-10 состоит из двух пакетов, разделяемых интервалами в три периода для ее передачи требуется 47 циклов или приблизительно 0,8 с.

Контроллеры и адаптеры Х-10 выпускаются многими фирмами США. В ряде стран Европы доступны продукты Х-10, адаптированные к европейским электросетям. Стоимость модулей Х-10 колеблется от 8 долл. за пассивный приемник до 50-100 долл. за многофункциональное активное устройство.

Основными недостатками системы на базе Х-10 являются низкая скорость передачи и функциональная ограниченность.

Технология Intellon CEBus (Intellon SSC) создавалась компанией Intellon для передачи данных по линиям электропитания (120 В, 60 Гц) в соответствии со стандартом домашней сети CEBus (более подробную информацию об этом стандарте можно найти в Internet по адресу http://www.CEBus.com ). Стандарт CEBus (EIA-600) определяет требования, которые сделают возможным взаимодействие бытовых приборов и устройств домашней автоматики на основе различных физических сред передачи: линий электропитания, радио- и инфракрасных каналов, коаксиального кабеля и др. Модель CEBus включает протоколы прикладного, сетевого, канального и физического уровней эталонной модели OSI.

Функции прикладного уровня выполняет язык приложений CAL (Common Application Language), описанный в документе EIA-721. Он определяет унифицированный синтаксис для описания функционирования различных устройств и набор типовых команд. CAL является объектно-ориентированным языком, позволяющим задавать прикладные контексты взаимодействия, в частности звуковое управление телевизором, музыкальным центром, видеомагнитофоном и СD-плейером. Каждый контекст далее разбивается на объекты, представляющие собой такие параметры управления, как громкость, яркость и т.д.

Протокол сетевого уровня формирует пакеты данных, содержащие всю необходимую информацию об адресах источника и приемника.

Стандартом CEBus предусмотрена одноранговая модель взаимодействия, при которой любой узел имеет свободный доступ к сети. Для предотвращения коллизий на канальном уровне задействован механизм CSMA/CDCR.

На физическом уровне Intellon CEBus Powerline Carrier Protocol использует технологию SS-модуляции, предусматривающую передачу каждого бита данных в полосе частот 100-400 кГц.

Компания Intellon предлагает семейство продуктов Power Line Evaluation Kit, реализующих технологию Intellon CEBus: от комплекта микросхем до системного решения и средств проектирования сети. Его стоимость - 245 долл. По имеющейся информации, Microsoft приобрела лицензию на использование технологии Intellon CEBus для передачи данных по электрическим сетям.

Технология LonWorks (Local Operation NetWorks) разработана американской корпорацией Echelon с целью создания распределенных систем (сетей) управления промышленного и бытового назначения. LonWorks предоставляет средства и конструктивные блоки, необходимые для проектирования, монтажа и обслуживания интеллектуальных взаимодействующих узлов и подсистем, включающих различные типы датчиков, устройств управления, индикации и т.д.

Основными компонентами технологии LonWorks являются:

протокол LonTalk;
микропроцессор Neuron Chip (3 х 8 бит ЦП, 10 Кбайт ОЗУ, 10 Кбайт ПЗУ);
специализированные модули - трансиверы для различных сред передачи, управляющие модули, сетевые адаптеры и маршрутизаторы;
средства проектирования - LonBuilder (конфигурирование и отладка сетей LonWorks), NodeBuilder (конфигурирование отдельного узла), LonMaker (анализ протоколов);
программные шлюзы - Ethernet, Т1, Х.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (цифровой), OptoMux, Modbus, ISAbus, STD32 bus, PC/104, VMEbus и EXMbus.

Основу технологии LonWorks составляет протокол LonTalk, используемый узлами сети для обмена информацией. Каждый узел сети должен содержать микропроцессор, реализующий функции данного протокола.

Протокол LonTalk является открытым и может быть «встроен» в любой подходящий микропроцессор. Примером такого встраивания является упомянутый выше микропроцессор Neuron Chip, который разработан по технологии LonWorks и производится компаниями Motorola и Toshiba. Этот чип обеспечивает эталонную реализацию LonTalk и допускает использование как в задачах управления обменом данных, так и для тестирования других реализаций указанного протокола.

LonTalk представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, позволяющий осуществлять надежную передачу данных через различные физические среды - витую пару, радиоканал (RF), инфракрасный канал, линии электропитания, коаксиальный или оптический кабель. Для среды каждого типа разработаны трансиверы, поддерживающие работу сети при различных длинах каналов, скоростях передачи и сетевых топологиях. Применяемый метод доступа - CSMA.

Для линий электропитания 24/120/220/380/480 В переменного (50/60/400 Гц) и постоянного тока разработано несколько трансиверов (PLT), выполненных в виде микросхем и микросборок.

Цена компонентов LonWorks достаточно велика: 42 долл. - за трансивер, от 2000 долл. - за систему программирования.

Технология LonWorks находит применение прежде всего в системах жизнеобеспечения зданий, промышленной и домашней автоматики. Она является одной из лидирующих в области распределенных управляющих сетей. Это подтверждается и тем, что в последнее время к разработкам домашних сетей на основе LonWorks активно подключилась Microsoft, а компания Cisco Systems продемонстрировала возможность доступа через Internet к узлам сети LonWorks с помощью обычных браузеров.

Корпорация Adaptive Networks (ANI) выпускает ряд продуктов, поддерживающих высоконадежную передачу данных по любым видам электропроводки, в том числе соответствующим европейскому стандарту CENELEC. Технология, запатентованная ANI, обеспечивает эффективную скорость передачи до 115 кбит/с (физическая скорость 268 кбит/c) и надежность, сопоставимую с таковой для специальной выделенной кабельной инфраструктуры.

В 1991 г. технология Adaptive Networks была утверждена в качестве стандарта передачи данных для систем контроля в бортовых холодильных контейнерах (ISO 10368). Ее отличительными особенностями являются:

обеспечение надежной передачи данных при высоком уровне помех за счет быстрой адаптации широкополосного сигнала к реальным характеристикам электросети;
возможность работы с существующим сетевым ПО, ориентированным на витую пару или другой вид кабеля;
использование прозрачного, надежного протокола канального уровня с исправлением ошибок (вероятность ошибочной передачи бита равна 10 -9);
интегральная реализация, не требующая дополнительной интерфейсной логики;
гибридная схема маркерного доступа к среде, используемая при достаточно большой загруженности сети.

В настоящее время выпускаются комплекты микросхем и модули, обеспечивающие эффективную пропускную способность 4,8 (AN48), 19,2 (AN192) и 100 кбит/с (AN1000). Для каждого набора микросхем предлагаются средства проектирования (Evaluation Kit). Стоимость компонентов и инструментальных средств достаточно высока.

Технология DPL 1000, позволяющая передавать данные по электросетям со скоростью до 1 Мбит/с, разработана английской компанией NOR.WEB (совместное предприятие Nortel Networks и United Utilities).

DPL 1000 можно по праву считать революционным шагом в развитии средств передачи данных по линиям электропитания, поскольку она открывает возможность практически всеобщего прямого доступа в Internet по крайне низким ценам. Если испытания, проводимые в настоящее время в нескольких странах Европы, подтвердят работоспособность систем на основе DPL1000, то в будущем можно ожидать существенных изменений на рынке провайдерских услуг и снижения расценок на доступ в Internet.

Новая технология базируется на запатентованных средствах экранирования данных от электрических наводок. Технические подробности ее реализации в доступных источниках практически отсутствуют. DPL 1000 представляет собой законченное решение для передачи данных от понижающей трансформаторной подстанции до конечного пользователя в доме или офисе.

В соответствии с технологией DPL 1000 производится определенная настройка рабочих параметров фрагмента распределительной электрической сети, подключенного к низковольтной обмотке понижающего трансформатора, после чего он может использоваться в качестве локальной сети. При этом снимается проблема «последней мили» для Internet-провайдеров и обеспечивается постоянный прямой доступ пользователей к Internet без загрузки телефонных абонентских линий.

В локальные сети на основе DPL 1000 входят следующие аппаратные компоненты:

центральная станция, которая обеспечивает подключение локальной сети к магистральным каналам связи и сетевое администрирование;
базовая станция, размещаемая на трансформаторной подстанции и реализующая подключение информационной локальной сети к низковольтным силовым линиям питания;
присоединительное устройство, которое устанавливается на входе силового кабеля в дом (рядом с электросчетчиком) и обеспечивает стыковку с внутренней информационной сетью;
коммуникационный модуль, подключаемый к компьютеру, на котором устанавливается коммуникационное ПО.

В настоящее время в нескольких европейских странах развернуты демонстрационные зоны для «обкатки» технологии DPL 1000. Например, в Великобритании с ее помощью к Internet подключена общеобразовательная школа, а в Германии на основе DPL 1000 первые пользователи получили постоянный выход во Всемирную сеть со скоростью до 1 Мбит/с в обоих направлениях.

Отдельные компоненты для передачи данных по электросетям создают и другие фирмы, среди которых следет отметить Intelogis и ITRAN.

Список используемых сокращений

AMR (Automated Meter Reading) - автоматическое считывание показаний счетчиков.

ASK (Amplitude-Shift Keying) - амплитудная манипуляция.

ASST (Adaptive Spread Spectrum Transmission) - адаптивная широкополосная передача; патентованная технология компании Adaptive Networks.

BPSK (Binary Phase-Shift Keying) - двухпозиционная фазовая манипуляция.

CAL (Сommon Application Language) - унифицированный язык приложений стандарта CEBus.

CEBus (Consumer Electronics Bus) - шина бытовой электроники; стандарт взаимодействия на основе домашней сети, разработанный ассоциацией EIA.

CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standartization) - Европейский комитет стандартов по электротехнике.

CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением каналов. Метод доступа при использовании широкополосной (SS) модуляции. Осуществляется за счет перемножения последовательности полезных битов информации на индивидуальную псевдослучайную последовательность более коротких импульсов.

DCSK (Differential Code Shift Keying) - дифференциальная кодовая манипуляция; технология широкополосной модуляции, разработанная фирмой ITRAN Сommunications.

DPL (Digital Power Line) - «цифровая» линия электропитания.

EIA (Electronics Industry Association) - Ассоциация электронной промышленности.

FCC (Federal Communications Commission) - Федеральная комиссия связи (США).

FSK (Frequency-Shift Keying) - частотная манипуляция.

ICSS (Integrated Circuit/Spread Spectrum) - интегральные микросхемы для широкополосной модуляции; торговая марка фирмы National Semiconductor.

PLT (Power Line Tranceiver) - трансивер для передачи данных по линии электропитания.

PSK (Phase-Shift Keying) - фазовая манипуляция, при которой фаза несущей принимает только фиксированные из ряда допустимых значений (например, 0, 90, 180 и 270 град.), а информация закладывается в изменения фазы несущей.

SOHO (Small Office/Home Office) - малый/домашний офис.

SSC (Spread Spectrum Carrier) - «широкополосная» несущая.

SST (Spread Spectrum Transmission) - широкополосная передача.

Электромодемы ЭМ-20 и ЭМ-30

Производитель: ЦНИИ РТК

Тип устройства: средство передачи информации по сети электропитания 220/380 В

Линии связи: сети питания 24/120/220/380 В переменного (50/60/400 Гц) или постоянного тока, а также обесточенные линии

Дальность передачи, км: 0,5-1,0 (территория одной подстанции)

Скорость передачи, кбит/с: 4,8; 9,6 или 50,0

Интерфейсы: RS-232, RS-485, заказные

Возможность адресного вызова

Возможность двунаправленной передачи

Многоканальная передача речи

Области применения:

комплексные системы безопасности (охранная, пожарная, аварийная сигнализация в гаражах, садовых кооперативах, музеях, заповедниках, отелях);
системы удаленного учета параметров и распределенного управления (локальные системы энергосбережения, перекачивающие и складские системы);
оперативно разворачиваемые системы передачи информации (выставки, выездные мероприятия);
автоматика зданий и объектов особого режима;
локальные сети передачи данных и речи на основе существующих линий электропитания 220/380 В.

Технология PLC (Power Line Communication) — современная телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной технологии. Но прогресс не стоит на месте, и появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дало возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.

Следует учесть, что в своем сравнительно небольшом отрезке исторического развития, применение данной технологии столкнулось с некоторыми трудностями, о которых я расскажу немного позже.

Возможности технологии PLC

Подключение к глобальной сети Интернет широко развивающийся бизнес, интернет-провайдеры предоставляют услуги связи практически повсеместно в офисе и дома. На сегодняшний день построено и эксплуатируется большое число высокоскоростных магистральных сетей, однако, подключение к ним конечных пользователей по-прежнему остается серьезной, часто бюрократической проблемой. Сегодня большинство конечных подключений осуществляется посредством прокладки кабеля от высокоскоростной линии до квартиры или офиса потребителя. Пожалуй, это наиболее дешевое решение, но в силу ряда причин прокладка кабеля крайне затруднительна или даже невозможна. Часто это вызвано разграничением зон влияния между интернет-провайдерами. В определенных территориальных областях конечный клиент вынужден, для осуществления подключения к сети Интернет, обращаться к провайдеру – который является непосредственным владельцем узла связи, территориально близко располагающегося по отношению к узлу клиента.

Не все провайдеры способны осуществить проброс оптико-волоконного кабеля через определенные объекты до конечного клиента, не имея на то разрешения, а стандартный UTP-кабель поддерживает стабильное соединение при длине не более 100 метров. Таким образом, в некоторых областях провайдерам просто невыгодно организовывать высокоскоростной доступ к Интернету, из-за стратегической неокупаемости затрат на специалистов и оборудование.

Так почему же не использовать уже имеющуюся в каждом здании систему силовых электрических коммуникаций. При этом любая электрическая розетка в здании может стать точкой выхода в глобальную сеть Интернет. Причем при грамотном планировании такого вида подключения, все, что требуется от потребителя – лишь наличие PowerLine модема (сетевого адаптера), соответствующим образом настроенного для связи с аналогичным устройством, установленным, как правило, в электрощитовой здания и подключенным к высокоскоростному каналу Интернет.

Такая технология как PLC может быть использована при создании локальной сети в небольших офисах, где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные ее сегменты могут быть построены с помощью PowerLine адаптеров. Очень часто встречается ситуация, когда необходимо включить в уже существующую сеть удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате или даже в другом конце здания. С помощью PowerLine адаптеров эту проблему можно решить за 15 минут. Подобные решения возможны и при других типах соединения, однако PLC не призвана быть их абсолютной заменой, но является мощной альтернативой. Имея некоторые ограничения, данная система ничем не отличается от любых других типов интернет соединения.

Проблемы развития технологии PLC

Именно для успешного разрешения актуальных проблем связи была и создана технология PLC. Но тут следует оговориться! Подобные решения – не панацея, ведь всем известна популярность сетей WI-FI, по которым можно легко осуществлять беспроводную передачу данных, а также 3G и 4G.

На территории западных государств данная технология широко используется локальными провайдерами и простыми пользователями, также PLC применяется некоторыми интернет-провайдерами в РФ. Вообще, для западных систем связи эта технология представлялась и представляется очень перспективной. Тамошние электросети регулярно модернизируются, а электрификация затронула даже самые отдаленные территории и области.

Но беспроводные технологии более привлекательны как для западного, так и отечественного потребителя. Беспроводные сети и способы шифрования передаваемого сигнала первого поколения были не достаточно надежны для применения в ответственных отраслях. Оставляла желать лучшего и пропускная способность беспроводных каналов связи, скорость подобных соединений. В процессе своего развития и совершенствования беспроводные решения взяли вверх над PLC и даже над стандартным кабельным соединением. Появились новые технологические стандарты WI-FI сетей. Повсеместно стали использоваться устройства – репитеры, позволяющие расширить зону охвата беспроводного сигнала. Надо заметить, что во многих странах мира под гражданские системы беспроводной связи, под нужды рядовых граждан выделены самые выигрышные частоты. В наших с вами отечественных реалиях такие частоты закреплены за военными и правительственными учреждениями.

Однако, какими бы оптимистичными ни были результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, в нашей стране эта технология столкнулась с рядом трудностей. Наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшей электропроводностью, что приводит к более быстрому затуханию сигнала.

Другая проблема заключалась в том, что у нас до сих пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования таких технологий. Впрочем, последняя проблема актуальна и для Запада.

Считалось, что эта технология, а вернее совместимые устройства заполонят в огромных долях рынок HI-TECH оборудования. Открывались новые возможности при реализации идей умного дома, где вся бытовая электроника завязана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления. Электрическая сеть – идеальная среда передачи управляющих сигналов между бытовыми приборами, работающими в сети 110/220В. Но и среди решений умного дома взял верх именно беспроводной способ обмена короткими управляющими сигналами, не особо требовательными к качеству соединения и пропускной способности.

Все эти факторы сдерживали и сдерживают повсеместное развитие . Тем не менее, PLC успешно применяется на деле некоторыми интернет-провайдерами в новых зданиях, с современным электрооборудованием, а также энтузиастами в условиях квартиры или загородного дома. На рынке существует немалое количество приборов гибридного типа, совмещающих в себе и PowerLine, и WI-FI технологии одновременно!

Проблемы развития и особенности технологии PLC was last modified: Март 3rd, 2016 by Admin