Технология передачи данных через электрические силовые линии

Один из лидеров  в сегменте аппаратуры локальных  сетей, компания NETGEAR (США) проявила интерес  и к сегменту PLC-адаптеров - в феврале 2006 г NETGEAR заключила соглашение с компанией DS2 о начале совместных работ и поставке ИМС третьего поколения, которые позволят освоить производство PLC-устройств, поддерживающих скорость до 200 Мб/с. Начало поставок новой продукции намечено на третий квартал2006 г.

Компания ELCON (Германия) в марте 2006 г анонсировала выпуск модели ELCONnect P-200, которая реализована на базе ИМС компании DS2, поддерживает интерфейс Ethernet и обеспечивает скорость обмена до 200 Мб/с.

Таблица 1.2. Технические  характеристики наборов микросхем D52

Конструктив	DSS9011	DSS9010	DSS9001	DSS9002	DSS9003	DSS7700
PBGA196	PBGA196	PBGA196	PBGA256	PBGA304	QFN84
Интерфейсы
GIMMI					2
MII		1	1	2
TDM	1		1
SPI	1	1	1	1	1	1
UART	1	1	1	1	1
GPIO Pins	9	9	9	9	9
Сетевые возможности
MAC- адреса	Нет	32	64	1024	256k	Нет
QoS и широковещание	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть	Нет
CoS	Нет	Нет	Есть	Есть	Есть	Нет
VLAN		1	32	32	32
Функциональное  назначение устройств
CPE		+	+	+	+
Повторитель (repeater)			+	+	+
Головное устройство (head end)			+	+	+

Таблица 1.3. Позиционирование изделий DS2

Наименование	Назначение	Примечание
DSS9010	Высокоскоростные  домашние мультимедийные приложения	Управление QoS. Функциональность моста 802.1d с обслуживанием до 32-х  МАС-адресов
DSS9011	Бюджетное решение  для передачи аудиоинформации
DSS9001	Домашние приложения с раширенными возможностями  и инфраструктура PLC начального уровня	Поддержка до 64-х  МАС-адресов. Ориентирован на использование  в составе оконечного клиентского  оборудования (СРЕ). Имеет интегрированный  порт VoIP
DSS9002	Оборудование инфраструктуры доступа	Поддержка до 1024-х  МАС-адресов. Может использоваться в: 1) модемах и повторителях низковольтных  сетей; 2) шлюзах между средневольтными  и низковольтными сетями; 3) шлюзах отдельных  квартир или зданий
DSS90D3	Оборудование инфраструктуры доступа с расширенными возможностями  и оптические шлюзы для городских (Metro) сетей	Поддержка до 262144-х  МАС-адресов. Обеспечивает быструю  реконфигурацию с использованием оптимизированного  протокола Spanning Tree
DSS7700	Аналоговой блок для головного устройстаз [head end)

Стандарт HomePlug.

Рассмотрим один из популярных стандартов

В отличие от другой популярной технологии, которая предлагалась для построения протяженных сетей PLC – PowerLine, HomePlug лишен ряда недостатков, свойственных PowerLine. В частности, главная  проблема PowerLine состоит в том, что  при использовании этой технологии генерирует сильные помехи, которые  подавляют радиовещание. Поскольку PLC-сети HomePlug не предусматривают большой  протяженности, то уровни сигнала в  них ниже, чем в протяженных PLC-сетях  на основе технологии PowerLine, и мощность генерируемых помех, которые создают PLC-сети HomePlug, намного меньше. Поэтому  эта технология не так сильно мешает радиовещанию.

Существует несколько  редакций стандарта HomePlug. HomePlug 1.0, принятый альянсом HomePlug , обеспечивает скорость передачи данных до 14 Мб/с. Однако, необходимо понимать, что в этом случае речь идет о скорости передачи информации на физическом уровне, когда к полезной информации добавляется необходимая  служебная, и поэтому в реальности в таких сетях PLC, например, при  передаче файлов, скорость будет ниже.

Позднее появился расширение стандарта HomePlug, которое получило название Home Plug 1.0 Turbo. Этот стандарт позволяет  строить такие сети PLC, которые  обеспечивают физическую скорость передачи данных до 85 Мб/с. Это расширение позволило  сетям PLC конкурировать с распространенными Ethernet-сетями, однако таких скоростей  передачи данных не хватало для передачи данных для передачи цифрового телевидения  высокой четкости HDTV.

Поэтому появилось  следующее поколение стандарта HomePlug – HomePlug AV. Эта технология позволяет  передавать данные со скоростью до 200 Мб/с, и на основе этой технологии можно строить PLC-сети, в которых  можно использовать сети iPTV и VoIP.

Преимущества и  недостатки технологии PLC

Преимущества:

Не требуется  прокладка кабеля, заключение его  в короба, сверление стен и опорных  конструкций

Простота использования

Скорость монтажа

По сравнению  с Wi-Fi:

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:

Нарушение радиоприема  в помещениях, где работают PLC-модемы, особенно на средних и коротких волнах, [1] но на очень небольшом расстоянии порядка 3-5 метровот модема.

Пропускная способность  сети по электропроводке делится  между всеми её участниками. Например, если в одной Powerline-сети две пары адаптеров активно обмениваются информацией, то скорость обмена для  каждой пары будет составлять примерно по 50% от общей пропускной способности.

На стабильность и скорость работы PLC влияет качество выполнения электропроводки, наличие  стыков из разных материалов (например, медного и алюминиевого проводника), а также просто количество соединений проводника.

Не работает через  сетевые фильтры и ИБП, не оборудованные  специальными розетками "PLC READY".

На качество связи  могут оказывать отрицательное  влияние дешевые энергосберегающие  лампы, тиристорные диммеры, импульсные блоки питания и зарядные устройства. Максимальное влияние на скорость в  сети перечисленные устройства оказывают  при подключении в непосредственной близости от PLC-модема.

Неясные правовые аспекты  использования данной технологии в  Российской Федерации.

Состав PLC-сети:

- автоматизированные  рабочие места пользователей  (АРМ) – ПК, ноутбуки, КПК. Кроме  того, может быть подключено различное  оборудование, например, сетевые многофункциональные  устройства, телефоны/IP телефоны.

- абонентские PLC-устройства (адаптеры) с интерфейсами Ethernet (1), USB (2) или Wi-Fi (3);

- пограничный PLC-модем  со встроенными функциями маршрутизации,  аутентификации и ADSL-доступа в  магистральную телекоммуникационную  сеть;

- электропроводка:  устройства фазового сопряжения, щиты распределения электропитания (вторичные распределительные панели), автоматы электрозащиты (автоматические  выключатели), электрические розетки.

В настоящее время  с использованием PLC развернуты сети на всех континентах:

Америка - США, Канада, Мексика, Бразилия, Чили и Аргентина;

Африка - Марокко, Тунис, Алжир, Сенегал, Нигерия, ЮАР и др.;

Азия - Китай, Тайвань, Филиппины, Сингапур, Индия и Австралия;

Европа - Франция, Чехия, Словакия, Хорватия, Албания и др.

Инсталляции в России выполнены в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Тюмени и Новосибирске.

Из состава бывших республик СССР охвачены Казахстан, Узбекистан и Грузия.

Специальная часть

Принцип действия, основные возможности оборудования

Для сбора и передачи данных по линиям электропередач 0, 4-110кВ предлагается оборудование узкополосного  доступа – модемы, емкостное и  индуктивное устройства присоединения  к кабельным линиям и ЛЭП. Оборудование разработано специально для решения задач контроля и управления в области энергетики и построения систем, таких как АСКУЭ и АСУТП, передачи голоса и других данных.

Модемы PLC имеют  входные интерфейсы RS-232/485 и Ethernet и  совместимы со всеми стандартными протоколами  для данных интерфейсов. С помощью  аппаратно-программных средств модемы можно настроить на различные  режимы работы:

- Master – головной  магистральный модем;

- Repeater–повторитель;

- Slave–оконечный  модем.

Модемы, установленные  в режим Master/ Repeater имеют 16-битное адресное пространство, т.е. 65536 адресов. Экспериментально подтвержденная скорость передачи данных составляет: - для интерфейса RS-232/485 – до 100 кБит/сек., а для интерфейса Ethernet – до 60 кБит/сек. Модемы работают в частотном диапазоне 50-525 кГц, спектральная выходная мощность сигнала 38 dBm, таким  образом, при работе модемов не создается  помех для потребителей в электросети.

Существующее программное  обеспечение модемов на базе интерфейсов RS-232 и Ethernet обеспечивает возможность  построения PLC сетей различных архитектур:

- «точка-точка» - для  систем, требующих единого “жесткого”  канала связи.

- «точка-многоточка»  - для систем, использующих архитектуру  Master/Slave и прозрачность slave устройств.

- «множественная  точка-многоточка» - для глобальных  открытых информационных систем.

Скорость, устойчивость, безошибочность и надежность передачи данных, а также широкая полоса пропускания сигнала PLC модема в  реальном времени, позволяет использовать его в электросетях различного напряжения, с многочисленными узлами, поддерживающими  различные промышленные протоколы.

С учетом того, что  пользователю доступна максимальная скорость в 100 кбит/с, на уровне приложений, это  решение наиболее подходит для систем с высокими требованиями к пропускной способности канала, систем автоматизации, мониторинга и других служб использующие высокочастотную связь по ЛЭП.

Емкостное устройство присоединения предназначено для  передачи данных по высоковольтным линиям с напряжением до 10кВ как воздушным, так и кабельным. Устройство присоединения  является неотъемлемым звеном при построении PLC сетей. УП выполняет передачу высокочастотных  сигналов PLC модема в канал связи  с номинальным напряжением до 10 кВ и обратно, обеспечивая в  свою очередь гальваническую развязку потенциалов и согласование импеданса между первичным и вторичным терминалами, соответственно, не требует дополнительного электропитания и не нуждается в каких либо настройках. Конструкция и габариты УП-10 позволяют устанавливать его как в ТП, так и в выкатных ячейках РП (РТП) и ПС, как внутри, так и вне помещения. Корпус УП изготовлен из стекловолокна с полиэстером, что обеспечивает необходимый уровень безопасности при эксплуатации и степень защиты по классу С3.

Индуктивное устройство присоединения имеет аналогичное  назначение, как и емкостное устройство присоединения, и отличается быстротой  и легкостью установки без  непосредственного контакта с токоведущими частями ЛЭП.

Опыт эксплуатации показывает, что комплект оборудования (PLC модем + УП) обеспечивает передачу данных на расстояния до 10 км.

PDSL

PDSL - технология  семейства xDSL, обеспечивающая симметричную  передачу данных со скоростью  до 2Мбит/с по силовым кабелям  (4-20 кВ), параллельно с транспортируемым  электричеством. Подключение оборудования PDSL к высоковольтным линиям осуществляется  посредством устройств сопряжения, которые устанавливаются в трансформаторных  шкафах

Малый офис (SOHO)

PowerLine технология  может быть использована при  создании локальной сети в  небольших офисах (до 10 компьютеров), где основными требованиями к  сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая  расширяемость. При этом как  вся офисная сеть, так и отдельные  её сегменты могут быть построены  с помощью PowerLine адаптеров

Домашние коммуникации

PowerLine технология  открывает новые возможности  при реализации идеи «Умного  дома», где вся бытовая электроника  была бы завязана в единую  информационную сеть с возможностью  централизованного управления. Электрическая  сеть – готовая среда передачи  управляющих сигналов между бытовыми  приборами, работающих в сети 110/220В.

Оборудование узкополосного  доступа

PLC модем TL-100MV

Магистральный модем  для передачи данных телеметрии.Скорость передачи данных 270 кбит/с, полезная - 115кбит/с  Дальность - до 10 км. Интерфейс RS232, 485. Количество поддерживаемых узлов - 65 тыс. Режимы - ведущий, ведомый, повторитель.

TL-192

PLC модуль для  передачи данных телеметрии Скорость  передачи данных на уровне PLC: 135 кбит/с, на уровне приложения: 19, 2 кбит/с. Частотный диапазон: 50-450 кГц Интерфейс - RS-232, дальность  - до 3 км. Среда применения: 0, 4/10 кВ переменного тока. Питание +5В, +12В

УП 10 Емкостное устройство присоединения

Номинальное напряжение: 10кВ Номинальная рабочая частота: 50/60кГц. Полоса пропускания: 50кГц-500кГц. Способы подключения: фаза-фаза, фаза-земля. Емкость: 5 нФ, другая под заказ. Температур: от - 40 до +50 С

Допустимая импульсная микросекундная помеха: 50кВ/50мкс Сопротивление  изоляции: 100Мом

Волновое сопроивление силовой линии: 22-75Ом. Затухание в  рабочей полосе частот < 1дБ Изоляция конденсатора: Керамика Габаритные размеры: 450*300*190мм Масса: 5, 5кг

УП-i-500NB Индуктивное  Устройство присоединения

Номинальное напряжение: 24кВ-36кВ Полоса пропускания: 50кГц-500кГц  Температура: от - 40 до +60 С Габаритные размеры: 100*50*100мм Масса: 1, 5кг

Оборудование широкополосного  доступа

CPE wall-mount TL-200WM Клиентский  модем.

Чипсет 9010. Кол-во поддерживаемых соединений 16. Интерфейсы: Ethernet 10/100 Протоколы: DHCP, TCP/IP (IPv4), TFTP, SNMP, VLAN (802.1 q), OVLAN, VPN, TFTP, STP, HTTP, UDP, 8 QoS. Шифрование - 3DES+расширенное  Скорость - до 200 Мбит/с.

CPE wall-mount TL-200WMF Клиентский  модем для коксиальных линий.