Технология передачи данных через электрические силовые линии

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.

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.

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.

Существующие стандарты

Основными организациями  и сообществами, занимающимися вопросами  стандатизации различных аспектов этой технологии, являются IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA и HomePlug Powerline Alliance.

IEEE

IЕЕЕ объявил  о создании группы, которая будет  заниматься разработкой стандарта  ВPL. Проект носит наименование IEEE P1675, «Standard for Broadband over Power Line Hardware».

Помимо IEEE P1675 существуют еще три направления:

IEEE P1775, инициированное  с целью регламентирования PLC-оборудования, требований по электромагнитной  совместимости, методов тестирования  и измерения;

IEEE P1901, «Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications»,  обеспечивающее описание физического  уровня и уровня доступа к  среде для всех классов ВPL-устройств;

IEEE BPL Study Group, «Standardization of Broadband Over Power Line Technologies», обеспечивающее создание новых групп, связанных с BPL.

ETSI

Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций сформировал технический комитет ETSI Technical Committee Power-Line Telecommunications (ТС PLT), отвечающий за стандартизацию в области PLC.

CENELEC

CENELEC - некоммерческая  организация, состоящая из Национальных  электротехнических комитетов государств-членов  ЕС, которая является самой значительной  организацией в ЕС в области  стандартизации электромагнитных  полей. Применительно к PLC, CENELEC выполняет создание спецификаций PLC для физического уровня и  подуровня доступа к среде  передачи; принят соответствующий  стандарт EN55022 [1].

OPERA

Консорциум Open PLC European Research Alliance (OPERA) создан в 2004 году в рамках европейской программы Broadband for All по продвижению технологий скоростного  интернет-доступа. Работа OPERA состоит  из двух этапов, на выполнение каждого  из которых отведено два года.

Основным инициатором  и источником финансирования является Европейская комиссия. Суммарный  бюджет составляет более 20 миллионов  евро, значительная часть сумм выделяется в рамках программы FP6. Завершение проекта OPERA предполагается в 2008 году. Всего  в проекте участвуют более 30 компаний и исследовательских институтов из 12 стран.

Подготовленные  к настоящему моменту спецификации OPERA охватывают уровни PHY, MAC и оборудование передачи данных по сетям электроснабжения.

UPA

Ассоциация UPA была официально анонсирована в декабре 2004 года. Основной декларируемой целью UPA является пропаганда технологий PLC и  демонстрация правительствам стран  и индустриальным лидерам перспектив ее масштабного использования. UPA занимается разработкой стандартов и регулирующих документов для обеспечения быстрого развития рынка PLC. Обеспечивает участников рынка сведениями об открытых стандартах, основанных на совместимости и безопасности.

HomePlug Powerline Alliance

Для широкого внедрения  и развития технологии HomePlug (одна из первых технологий передачи по силовым  линиям), стандартизации и совместимости  устройств различных изготовителей, использующих эту технологию, в 2000 году был организован международный  индустриальный альянс HomePlug Powerline. Сегодня  более 80 фирм являются спонсорами, участниками  альянса, а также придерживаются его рекомендаций. Среди них такие  известные фирмы как: Motorola, France Telecom, Philips, Samsung, Sony, Matsushita, Sanyo, Sharp, Panasonic и  многие другие. Зарегистрированный знак альянса «HomePlug Certified» на продукции  любого изготовителя означает, что  данное устройство удовлетворяет всем требованием стандарта HomePlug Powerline и  полностью совместимо с аналогичными устройствами другого изготовителя.

В основе первого  стандарта HomePlug Powerline Specification 1.0 лежит  технология Power Package™, предложенная компанией Intellon (USA) и принятая в качестве стандарта  членами HomePlug Powerline Alliance. Принятые к  настоящему моменту и находящиеся  в стадии подготовки стандарты представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Основные стандарты HomePlug Powerline Alliance

Наименование	Дата принятия	Примечание
HomePlug 1.0	Июнь 2001 г.	Определяет технологию для обеспечения передачи данных со скоростью до 14 Мбит/с
HomePlug 1.0 Turbo	Декабрь 2004 г.	Является развитием  спецификации 1.0 с обеспечением максимальной скорости передачи данных до 85 Мбит/с
HomePlug AV	Август 2005 г.	Определяет технологию PLC со скоростью передачи до 200 Mбит/с. Спецификация предусматривает обеспечение  качества обслуживания, необходимого для передачи аудио- и видео потоков. Шифрование - 128-разрядное по алгоритму AES
HomePlug Command and Control	Сентябрь 2005 г.	Определяет управление и управление устройствами HomePlug
HomePlug BPL	Находится в разработке

Производители

Сегодня разработки в области PLC ведут несколько сотен  компаний, занимающихся как выпуском комплектов микросхем, так и созданием  на их базе законченных устройств. Вот лишь некоторые из игроков отрасли: ABB, Adaptive Networks, Alcatel, Ambient Corporation, Amperion, Ascol, Cisco Systems, Cogency, Corinex, Current Technologies, DataSoft, DefiDev, DS2 (Design of Systems on Silicon), Echelon, Eicon, Electricom, Enikia, Ericsson Austria AG, HP, llevo, Intellon, Krone AG, Linksys, Lucent Technologies, Metricom Corporation, Mitsubishi, Netgear, Northern Telecom, Nor.Web, Philips, PowerNet, PowerWAN, Schlumberger, Schneider Electric, Sumitomo Electric Industries, Telkonet.

Производители ИМС  для PLC-решений

Безусловным лидером  в производстве ИМС (чипов) для PLC-систем третьего поколения является компания Design of Systems on Silicon Corporation - DS2 (Испания). Она  основана в 1998 г и производит функционально полный набор продуктов, позволяющий реализовать законченное решение для задачи широкополосного доступа на базе PLC. Одна из первых DS2 представила в конце 2003 г ряд ИМС третьего поколения, обеспечивающие скорость обмена до 200 Мб/с. Пока продукты DS2 не поддерживают стандарт HP v.AV.

Основные ИМС DS2:

- DSS9001: на базе  данной ИМС могут быть реализованы  PLC-модемы и аппаратура класса In-Door;

- DSS9002: на базе  данной ИМС могут быть реализованы  Излучатели и Повторители;

- DSS9003: Специализированная  ИМС для сопряжения электросети  и ВОЛС;

- DSS9010: Специализированная  ИМС для высокоскоростных решений

Реализация PLC-системы  на основе продуктов DS2 представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Реализация PLC-системы на основе продуктов DS2.

Другим лидером  следует признать компанию Intellon Corporation (США), которая была одним из соучредителей  альянса HomePlug. Для спецификации HomePlug v.1.0 Intellon подготовила следующие ИМС: INT51X1, INT5200, INT5500CS. В сентябре 2002 г. компания представила первый в мире сертифицированный модуль HomePlug 1.0 — устройство RD51X1-AP для организации точки доступа в Internet по технологии PLC. В ноябре 2005 г компания объявила о выпуске 3-х миллионного изделия для сетей PLC.

Для широкополосного  доступа (HomePlug v.AV specification) Intellon подготовила  набор ИМС INT6000. В августе 2005 г. было объявлено, что инвестиционное подразделение Motorola Ventures начало инвестировать работы компании Intellon по развитию набора ИМС INT6000. Первые поставки ожидаются во 2 кв.2006 г.

Разработки компании Intellon реализуют технологию PowerPacket, использующую метод эффективной модуляции  спектра, который дает возможность  передавать данные по линиям электропередачи  на очень высоких скоростях. Скорость передачи данных может достигать 100Мб/с. PowerPacket является системой с характеристиками, которые позволяют ей адаптироваться к среде с сильным многолучевым отражением, сильной узкополосной интерференцией, импульсивным помехам без выравнивания.

Компания SPiDCOM Technologies (Франция, www.spidcom.com) один из ведущих  разработчиков элементной базы для  решений PLC/BPL (BPL – broadband powerline, аббревиатура используемая в США для обозначения PLC). Последняя разработка компании – ИМС типа SPC200 обеспечивает скорость передачи порядка 220 Мб/с. Ее серийный запуск в производство начался в марте 2005 г. Вариант SPC200, совместимый со стандартом HomePlug v.AV, поступит в продажу во 2 кв. 2006г. ИМС SPC200 использует диапазон 2 – 30 МГц, разделенный на 7 рабочих полос.

Израильская компания Yitran Communications Ltd активно сотрудничает с HomePlug Powerline альянсом. В результате проведенных исследований в марте 2006 г решение Yitran было выбрано в качестве базовой технологии при подготовке стандарта HomePlug v.AV (раздел «Команды и управление»).

Компания подготовила  две ИМС третьего поколения: ITM1 и ITС1. Они позволяют реализовать  пиковую скорость до 200 Мб/с. Структурная  схема устройства связи на базе ИМС ITM1/ITC1 приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная  схема устройства связи на базе ИМС ITM1|ITC1.

Фирма Yitran Сommunications разработала и запатентовала  технологию дифференциальной кодовой  манипуляции (DCSK), позволяющую создавать  недорогие сетевые компоненты с  высокими техническими характеристиками. Детали DCSK не известны; сообщается лишь, что в ее основе лежат независимые  от физической среды передачи методы адаптивной SS-модуляции в полосе частот 4-20 MГц с турбо-компенсацией и сжатием кода.

Аппаратные компоненты (трансиверы), созданные на основе DCSK, обеспечивают значительно более  высокие скорость передачи, помехоустойчивость и защиту информации, чем существующие CEBus-трансиверы, при заметно меньшей  стоимости устройств. Анонсировано несколько изделий, в частности ITM1 (скорость передачи данных – до 2, 5 Мбит/с) и ITM10 (скорость передачи данных – до 12 Мбит/с).

Компания XELine (Ю.Корея) разрабатывает как ИМС, так и  оборудование для PLC-решений. Компания предлагает ИМС третьего поколения  типа XPLC40A , которая обеспечивает скорость доступа до 200 Мб/с.

Другое изделие Xeline – ИМС типа XPLC21 обеспечивает скорость доступа до 24 Мб/с. На его  основе могут быть реализованы Излучатель, повторитель и непосредственно PLC-модем. Данная ИМС реализована на базе процессора ARM9. Используемый частотный диапазон – 2-23 МГц. Структурная схема XPLC21 приведена  на рис. 1.4.

Рис.1.4. Структурная  схема ИМС типа XPLC21

Остальные поставщики пока находятся в стадии тестирования PLC-ИМС третьего поколения, продолжая  выпуск аппаратуры второго поколения  и поколения 2.5, т.н. стандарт HomePlug v.1.turbo (скорость до 85 Мб/с).

Обзор предложений  ведущих поставщиков оборудования для систем PLC класса In-Door (установка  внутри помещений).

На основе рассмотренных  выше наборов ИМС вендоры выпускают PLC-оборудование и для сегмента In-Door, и для сегмента комплексных решений (для доступа на последней миле).

Ниже мы укажем производителей оборудования класса In-Door третьего поколения.

Германская компания devolo AG выпускает линейку PLC-продуктов dLAN, которые относятся к классу In-Door и позволяют создать локальную  сеть внутри помещения на основе технологии PLC.

В марте 2006 г компания devolo AG объявила, что она подготовила к выпуску новую продуктовую линейку dLAN 200, которая обеспечивает скорость передачи информации до 200 Мб/с (HomePlug v.AV) и реализована на базе ИМС компании Intellon.