В рубрику "Multiplay" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Вячеслав Уютов
Руководитель дилерского направления ГК "Агат-РТ"
Технология PLC (Power Line Communication) - новая телекоммуникационная технология, так называемый "Интернет из розетки" - базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по пересылке данных с помощью электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность оставались наиболее узким местом этой технологии. Благодаря прогрессу появились более мощные DSP-процессоры (цифровые сигнальные процессоры).
Они и обеспечили возможность использования более сложных способов модуляции сигнала - например, OFDM-модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), - что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.
Несколько лет назад ряд крупных компаний, лидеров на рынке телекоммуникаций, объединились в Home-Plug Alliance с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом PowerLine стала технология PowerPacket фирмы Intel-lon, положенная в основу создания единого стандарта HomePlug1.0 specification (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 г.), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мбит/с.
Технология Powerline строится на использовании частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных потоков, после чего каждый из них передается на отдельной поднесу-щей частоте с последующим их объединением в один сигнал (рис. 1).
При использовании обычного частотного мультиплексирования (FDM -Frequency-Division Multiplexing) защитные интервалы (Guard Band) между поднесущими, необходимые для предотвращения взаимного влияния сигналов, довольно велики (рис. 2), поэтому доступный спектр используется не очень эффективно.
В случае же ортогонального частотно-разделенного мультиплексирования (OFDM) центры поднесущих частот размещены так, что пик каждого последующего сигнала совпадает с нулевым значением предыдущих (рис. 3). Такая схема позволяет более эффективно использовать доступную полосу частот.
Перед тем как отдельные поднесу-щие частоты будут объединены в один сигнал, они претерпевают фазовую модуляцию (рис. 4), каждая определяется своей последовательностью бит. После этого все они проходят через PowerPacket engine и собираются в единый информационный пакет, который еще называют OFDM-symbol. На рис. 5 приведен пример относительной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying) на каждой из 4 поднесущих частот в диапазоне 4-5 МГц.
Реально в технологии Powerline используются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4-21 МГц (рис. 6).
Теоретическая скорость передачи данных при использовании параллельных потоков с одновременным фазовым модулированием сигналов составляет более 100 Мбит/с. При передаче сигналов по бытовой сети электропитания могут возникать большие затухания в передающей функции на определенных частотах, что приведет к потере данных (рис. 7).
В технологии Powerline предусмотрен специальный метод решения этой проблемы - динамическое выключение и включение 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 (рис. 8).
Данный метод делает технологию Powerline максимально гибкой при использовании в неодинаковых условиях. Например, в разных странах существуют различные регулирующие акты, согласно которым часть диапазона частот не может быть использована. Следовательно, в случае Powerline в таком диапазоне просто не будут передаваться данные. Еще одним примером является вариант, когда некое приложение уже использует часть диапазона. Аналогично первому случаю здесь также выключается передача данных на определенных частотах, и два приложения могут спокойно сосуществовать в одной физической среде.
Другой серьезной проблемой при передаче данных по бытовой электросети считаются импульсные помехи (до 1 мкс), источниками которых могут быть галогеновые лампы (рис. 9), включение и выключение различных электроприборов и т.д.
При использовании метода динамического выключения и включения передачи сигнала система может не успеть адаптироваться к быстро изменившимся условиям, в результате часть передаваемых битов будет разрушена и утеряна. Для решения этой проблемы используется двухступенчатое (каскадное) помехоустойчивое кодирование битовых потоков, прежде чем они будут промодулированы и поступят в канал передачи данных. Суть помехоустойчивого кодирования состоит в добавлении в исходный информационный поток по определенным алгоритмам избыточных ("защитных") битов, которые используются декодером на приемном конце для обнаружения и исправления ошибок. Каскадирование блочного кода Рида-Соломона и простого сверхточного кода, декодируемого по алгоритму Витерби, позволяет исправлять не только одиночные ошибки, но и пакеты ошибок, обеспечивая тем самым гарантию целостности передаваемых данных практически в 100%. Кроме того, помехоустойчивое кодирование является и способом технического закрытия, обеспечивающего относительную безопасность передаваемой информации в общей среде передачи. Еще одним проблемным моментом является то, что сеть бытового электропитания служит общей средой передачи данных, то есть в один момент времени передачу могут осуществлять сразу несколько устройств. В этой ситуации для разрешения конфликтов столкновения трафика необходим регулирующий механизм - протокол доступа к среде. В качестве подобного протокола был выбран хорошо известный Ethernet, который в технологии Powerline был расширен путем добавления дополнительных полей приори-тезации. Такая модификация вызвана необходимостью иметь гарантированную полосу пропускания для передачи голоса и видео через IP тогда, когда величина задержки является критичным параметром. Пакеты, содержащие голос или видео, в этом случае помечаются как "timing critical", они имеют самый высокий приоритет при обработке и доступе к среде передачи.
1. Подключение к сети Интернет
Подключение к Глобальной сети стало неотъемлемой частью бизнеса многих компаний, превратилось в составляющую повседневной деятельности обычных граждан. Уже построено и эксплуатируется большое число высокоскоростных магистральных сетей, однако подключение к ним конечных пользователей по-прежнему остается серьезной проблемой. Сегодня большинство конечных подключений осуществляется посредством прокладки кабеля от высокоскоростной линии до квартиры или офиса пользователя. Пожалуй, это наиболее дешевое решение; однако как быть, если в силу ряда причин прокладка кабеля крайне нежелательна или даже невозможна? Ответ найден: использовать уже имеющуюся в каждом здании систему силовых электрических коммуникаций. Ведь любая электрическая розетка в помещении способна стать точкой выхода в сеть Интернет. При грамотном планировании такого вида подключения все, что требуется от пользователя, - это лишь наличие Power-Line-модема (сетевого адаптера), соответствующим образом настроенного для связи с аналогичным устройством, которое установлено, как правило, в электрощитовой здания и подключено к высокоскоростному каналу Интернета.
2. Малый офис (SOHO)
PowerLine-технология подходит для использования при создании локальной сети в небольших офисах (до 10 компьютеров), где основными требованиями является простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость.
Заметим, что как вся офисная сеть, так и отдельные ее сегменты могут быть построены с помощью PowerLi-ne-адаптеров. Очень распространенной является 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.
3. Домашние коммуникации
PowerLine-технология открывает новые возможности при реализации идеи "умного дома", где вся бытовая электроника интегрирована в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления. Электрическая сеть - идеальная среда передачи управляющих сигналов между бытовыми приборами, работающими в сети 110/220 В. В ближайшее время появится чип, позволяющий встраивать его в различные приборы, которые будут иметь возможность принимать и передавать данные через собственные цепи питания. Кроме того, с помощью такого чипа можно организовать передачу аудиоданных, данных с датчиков охранной сигнализации, расширять и продлять телефонные линии и т.д. Будем надеяться, что недалеко то время, когда PLC-тех-нология войдет в каждый дом.
Тестирование службы широкополосного доступа в Интернет через электросеть было запущено в Шотландии. Эта инициатива принадлежит электроэнергетической компании Scottish Hydro Electrics. Как сообщает британское издание PC Advisor, в тестировании "Интернета через розетку" было задействовано около 150 пользователей. Каждый абонент получил доступ в Интернет на скорости 2 Мбит/с. По цене это было более чем в два раза выгоднее предложения другого провайдера Интернета. По словам Энтони Лоули (Scottish Hydro-Electrics), интерес к новой службе проявили уже несколько энергетических компаний страны. Кроме того, динамично внедряет PLC ведущий поставщик электроэнергии в Германии компания RWE. Например, в Германии люди даже квитанции за электроэнергию не заполняют: информация со счетчиков приходит напрямую к поставщику электричества по электропроводке. Аналогичные проекты запущены в Италии и Швеции.
В России первый этап строительства сети на базе PLC-технологии выполнялся компанией "Спарк" и завершился в октябре 2005 г. На тот момент сеть включала в себя более 750 узлов доступа, расположенных в жилых домах. Все узлы доступа объединены магистральной оптической сетью Gigabit Ethernet. В 2006 г. стартовал пилотный проект по вводу в эксплуатацию технологии PLC в районе Южное Тушино, а в 2007 г. началось активное строительство сети и подключение абонентов.
Невысокая плата за доступ в Интернет обеспечивает хорошую конкурентоспособность, но качество порой вызывает нарекания потенциальных и настоящих абонентов (если судить по многочисленным дискуссиям на форумах). Например, пользователи сетуют на проблему возможности подключения к Сети только через определенную розетку в квартире, что не всегда бывает удобно абоненту, а также на снижение скорости при включении электроприборов. Это обусловлено общим состоянием электропроводки квартиры, но такие проблемы решаются специалистами провайдера. К тому же во избежание каких-либо проблем рекомендуется включать пользовательское устройство в отдельную розетку. Тем не менее эксперты телекоммуникационной отрасли придерживаются невысокой оценки потенциала развития PLC-сетей. Причиной этого является сама технология. Для передачи данных от компьютера к компьютеру специально разрабатывалась технология Ethernet, в результате при ее использовании стоимость оконечного оборудования самая низкая, да и скоростные характеристики наилучшие. Любые же попытки приспособить для передачи данных среду, изначально к тому не предназначенную, приводят к более высокой стоимости оборудования и к худшим техническим характеристикам. Это относится и к телефонному медному проводу (коммутируемые модемы или ADSL), и к силовым сетям (технология 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.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2007
Посещений: 12425
Автор
| |||
В рубрику "Multiplay" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
