Технология передачи данных через электрические силовые линии

Чипсет 9010. Кол-во поддерживаемых соединений 16. Интерфейсы: Ethernet 10/100 Протоколы: DHCP, TCP/IP (IPv4), TFTP, SNMP, VLAN (802.1q), OVLAN, VPN, TFTP, STP, HTTP, UDP, 8 QoS.

Шифрование - 3DES+расширенное  Скорость - до 200 Мбит/с

CPE wall-mount TL-201WM Клиентский/магистральный  модем.

Чипсет 9001. Режимы - мастер, slave, повторитель. Кол-во поддерживаемых соединений 32. 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-201WMF

Клиентский/магистральный  модем для коаксиальных линий. Чипсет 9001. Режимы - мастер, slave, повторитель. Кол-во поддерживаемых соединений 32. 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

Slim Injector TL-202HES. Магистральный  модем. Чипсет 9002.

Кол-во соединений одновременно поддерживаемых 64, всего 1024. Режимы - мастер, slave, повторитель. Интерфейсы: Ethernet 10/100

Протоколы: DHCP, TCP/IP (IPv4), TFTP, SNMP, VLAN (802.1q), OVLAN, VPN, TFTP, STP, HTTP, UDP, 8 QoS.

Шифрование: 3DES+расширенное  Скорость - до 200 Мбит/с.

Устройство присоединения  на 0, 4 кВ для TL-202HES

Предназначено для  подключения PLC модема к 0, 4 кВ

УП К-24 Емкостное  Устройство присоединения на кабельные  линии

Номинальное напряжение: 24кВ

Полоса пропускания:2MГц-40MГц

Температура окружающей среды: от - 20 до +60 С

Изоляция конденсатора: Керамика

Габаритные размеры: 270*95мм

Масса: 3, 5кг

УП В-17 Емкостное  Устройство присоединения на воздушные  линии

Номинальное напряжение: 17кВ Полоса пропускания: 2MT^40M^ Температура  окружающей среды: от - 40 до +60 С Габаритные размеры: п=177мм, а!=112мм Масса: 1, 75кг

УП-1-500Л\Ш Индуктивное  Устройство присоединения

Номинальное напряжение: 24кВ-36кВ Полоса пропускания: 2MT^40M^ Температура: от - 40 до +85 С Габаритные размеры: 90*44*90мм Масса: 1, 2кг

Устройство присоединения  к телефонной линии УП - ТФ Предназначено  для подключения PLC модема к телефонной линии и служит для разделения частотных диапазонов PLC модема и  голосового сигнала для исключения взаимовлияния.

УП - ТФ имеет три  разъема для подключения:

- к телефонной  линии;

- к PLC модему;

- к телефонному  аппарату.

Сетевые устройства стандарта HomePlug используют для передачи данных по электросети. Оборудование работает на базе OFDM-модуляции и рассчитано на сети с напряжением LV (0, 4 кВ) и MV (6-36 кВ).

Максимальная скорость передачи составляет 14 Mb/s (HomePlug 1.0) и 200 Mb/s (HomePlug AV). Дальность - до 10 км. Новая спецификация предусматривает высококачественную передачу изображений, развлекательных программ, сигналов телевидения высокой (HDTV) и стандартной(SDTV)четкости. Для защиты информации используется алгоритм 3DES, который гарантирует практически такую же высокую защищенность трафика, как в проводных сетях. В дополнение ко всему, оборудование поддерживает функции качества обслуживания (QoS), в частности, четырехуровневую систему приоритетов и возможность сегментации сети.

Реальные возможности  технологии PLC

О технологии PLC так  или иначе слышали многие, однако о реальных возможностях технологии осведомлено лишь небольшое количество специалистов. Отчасти это связано  с информационной политикой производителей и невнятным маркетингом, который  не учитывал российские реалии, отчасти  виноваты болезни роста, поскольку  первая и вторая версия стандарта  работали не так хорошо, как хотелось бы. В это разделе я постараюсь показать возможности этой технологии, которая базируется на стандарте, одобренном UPA в 2006 году, которые я смог проанализировать и узнать. Стандарт UPA обеспечивает физическую скорость передачи данных до 200 Мбит/cек в режиме полу-дуплекс, что соответствует максимальной скорости передачи реальных данных 80 мбит/сек  в полнодуплексном режиме. Максимальная скорость ниже пропускной способности FastEthernet из-за издержек на служебный  трафик и избыточность данных для  протокола коррекции ошибок.

На отечественном  рынке технология PLC известна прежде всего решениями типа «Домашняя  сеть по электропроводке» которые представлены такими брендами как Zyxel, Dlink, Qlan. Одним  из популяризаторов этих решений  выступила компания ЭлектроКом со слоганом «Интернет из розетки», доказавшая своим примером работоспособность  технологии. В то же время, технология PLC не ограничивается только домашним применением, существует интересный класс  решений, получивший название BPL (Broadband over power line), который предназначен для  операторов связи и системных  интеграторов, занимающихся развертыванием корпоративных сетей. На данный момент на сколько мне известно в нашей  стране наиболее заметны на этом рынке  два европейских поставщика решений BPL – французская компания DefiDev и  канадско-словацкая компания Corinex . Я буу рассматривать оборудование компании Corinex, дистрибьютором которой  на данный момент в России выступает  компания «СЕТЬТЕЛЕКОМ».

Практическое описание технологии PLC (слухи и реальность)

Технология PLC проделала  непростой путь от непонятно работающих поделок до решений операторского  класса. На этом пути в разное время  у разных людей возникали различные  впечатления, которые превратились в устойчивые мифы. Рассмотрим некоторые  из них.

Считается что технология PLC медленная и ненадежная: - ранние версии стандартов работали недостаточно надежно. Версии UPA и HomePlug AV относятся  к третьему поколению, а алгоритмы  и протоколы непрерывно совершенствуются в регулярно выпускаемых обновлениях  программного обеспечения.

Говорится, что можно  включить несколько адаптеров в  розетки и получить максимальную скорость работы, а на деле результат  непредсказуем - PLC работает по электрическим  проводам, которые могут быть присоединены к трем разным фазам. В некоторых  случаях может оказаться, что  разные группы розеток подключены к  разным фазам и попросту не имеют  электрического соединения друг с другом. В этой ситуации удивительно не то, что PLC не работает, а то, что она  часто работает даже в такой сложной  ситуации благодаря взаимному влиянию  фаз. При наличии плана электросети  и опыта работы с PLC можно построить  сеть в любых условиях, но это, конечно, не получится сделать по принципу «включил и работает».

Существуют устройства, которые при включении «блокируют»  всю сеть и с этим ничего сделать  нельзя - устройства, которые оказывают  влияние на PLC, хорошо известны. Это  мощные электродвигатели, используемые в кондиционерах, холодильниках, стиральных машинах с индуктивным характером нагрузки, а так же дешевые малогабаритные блоки питания китайского производства без цепей фильтрации. Способы  борьбы тоже известны — использование  специализированных недорогих фильтров и правильный дизайн PLC сети.

После развертывания PLC сети, образуются помехи - это неправда, потому что:

- при передаче  по коаксиальному кабелю мощность  и спектр используемого сигнала  в PLC близка по параметрам к  кабельным модемам DOCSIS, а за  операторами кабельных сетей  никто не гоняется;

- при передаче  даже по очень хорошему силовому  кабелю сигнал быстро затухает, при передаче же по воздуху,  например в коттеджной застройке,  сигнал не оказывает ощутимого  влияния на технику, работающую  в поселке, поскольку линии  электропередач и оборудование  достаточно удалены друг от  друга;

- малая мощность PLC сигнала (100 мВт) небольшими  порциями распределена по широкому  спектру, в то время как большая  мощность КВ радиостанций ( 1 …  50 Вт) сконцентрирована в узком  спектре;

- и самое важное, существует гибкая возможность  конфигурации Power mask, которая позволяет  ослабить излучение произвольной  частоты на заданный уровень  мощности. На рынок поставляются  модели с предустановленными  масками полностью удовлетворяющими, например, правилам американского  регулятора FCC. В России, к сожалению,  такая работа до сих пор  не проведена, хотя разработать  эту маску легко может сообщество  квалифицированных радиолюбителей.

В России плохие электросети, поэтому у нас эта технология никогда хорошо работать не сможет - отчасти это правда, но существуют совершенно разные типы электросетей. Для технологии PLC важны материал, толщина проводов, их геометрия, качество соединений, количество разветвлений. В России была очень хорошая школа  электроэнергетики. В некоторых  местах электропроводка, проложенная 30-40 лет назад, и сейчас обслуживает  потребителей, увеличивших свое потребление  в несколько раз благодаря  советскому запасу прочности. Нет особых оснований считать наши электросети  хуже, чем во многих странах Азии или восточной Европы, которые  успешно используют решения PLC.

PLC это дорого, и  даже по таким ценам купить  негде - дорого потому что мало  покупают, мало покупают, потому  что дорого. Этот замкнутый круг  компании разорвали благодаря  серьезному подходу к этому  бизнесу, включая инвестиции в  закупку оборудования на склад  и получению партнерского статуса.  В результате сейчас у российских  потребителей появилась возможность  приобретать оборудование Corinex по  европейским ценам со склада  в Москве.

Кроме таких слухов существуют и вполне определенные факты, вызванные физическими особенностями  распространения сигнала, которые  существенно сужают сферу применения решений на базе PLC.

Факт 1. Некоторые  электрические счетчики блокируют  сигнал PLC. Существует три возможных  варианта влияния счетчиков на работу PLC в зависимости от их конструкции:

Счетчик не оказывает  влияния на сигнал. Ослабление около 5 дБ;

Счетчик ослабляет PLC сигнал. Ослабление 5-40 дБ. В этом случае можно подключать сигнал после счетчика и обеспечить нормально качество работы PLC сети;

Счетчик шунтирует PLC сигнал. В этом случае большая  часть сигнала ослабляется через  встроенный ВЧ шунт, PLC подключение  не работает ни до счетчика, ни после  счетчика. Единственный вариант установить связь отступить от счетчика по кабелю направленному в сторону потребителей от 10 метров и выше.

Факт 2. В алюминиевой  проводке затухание сигнала сильнее, чем в медной, что сокращает  дальность связи примерно в 2 раза.

Факт 3. В подземных  кабелях из-за свойств земли затухание  сигнала в 2-3 раза больше. Однако на передачу сигнала в электросетях, в основном, влияет не ослабление, а  уровень шума, который в подземных  коммуникациях существенно ниже.

Факт 4. Чем больше разветвлений (автоматов) в электрощите, тем сильнее падает мощность сигнала  прямо в точке подключения  сигнала.

На реальных объектах сочетание нескольких неблагоприятных  факторов может сделать развертывание PLC невыгодным или принципиально  невозможным, поэтому перед развертыванием сети всегда необходимо собирать максимальное количеств информации, включая план электросети, тип кабельной проводки, схемы щитов и автоматов, и  что особенно важно, сверить полученную информацию с реальностью.

Замечательным свойством  технологии является умение подстраивать степень модуляции по каждой несущей  под затухание, т. е. адаптация к  амплитудно-частотной характеристики линии. Таким образом «заваленные» частоты продолжают использоваться для передачи полезного сигнала, пусть и с меньшим количеством  символов на несущую.

В решениях класса Home нет никакой возможности управления спектром передаваемого сигнала, поэтому  качество работы на существующих сетях  может оказаться неоптимальным. В операторских решениях существует возможность выбора режима работы (Mode), всего этих режимов 13 и они серьезно отличаются по характеру применения. Home решения используют только режим 13, средневольтовые решения Access используют режимы 1-3, низковольтовые решения Access по умолчанию используют режим 6.

Спектр живого сигнала  полученного с коаксиального  выхода PLC шлюза доступа компании Corinex показан на Рис. 2.1.

Характеристики PLC сетей

Два первых вопроса, которые задает любой потенциальный  пользователь оборудования PLC это: «Какая максимальная скорость?» и «Какое максимальное расстояние?» Мгновенная физическая скорость линии может  достигать 220 Мбит. Скорость, которую  выдает «эстиматор», чуть ниже. При  установлении соединения может пройти несколько минут, прежде чем модем  определит оптимальную скорость передачи данных.

В свою очередь между  физической скоростью и реальной скоростью передачи данных существует определенная зависимость. Не стоит  забывать, что в физической среде PLC протокол работает в режиме half-duplex, поэтому указанное значение делится  на два направления, как правило, с небольшой асимметрией.

Производители говорят  о типовой дальности работы PLC сетей в 300 метров, но из-за большого количества факторов, влияющих на распространение сигнала невозможно, в общем случае, гарантировать ту или иную скорость или расстояние. В реальности, определяющую роль на скорость и дистанцию оказывает не затухание, а отношение сигнал/шум. Стоить отметить, что в разветвленных и некачественных электросетях уровень шума оказывается весьма значительным. В таблице 2.1. приведены примеры расстояний и скоростей при разных параметрах линии.

Таблица 2.1.

Дальность	RX, Мбит/c.	Потери	SNR
60	55	68	10
90	13	61	8
90	29	60	10
90	44	60	11
120	51	60	4

PLC и коаксиальные  сети

Несмотря на то, что оборудование PLC предназначено  для работы по силовой электропроводке, в силу физических причин, коаксиальные подключения играют очень важную роль. Коаксиальный кабель является наилучшей  средой передачи данных для PLC сигнала. Именно поэтому все головные станции  линейки Access оснащаются коаксиальными  выходами. При подключении к средневольтовым  электрическим сетям напряжением  до 10 кВ вольт используются только каплеры  с коаксиальными разъемами. Другой особенностью PLC модемов с коаксиальными  выходами является их полная совместимость  с современными сетями кабельного телевидения. Полевые испытания показали, что  на отечественных сетях КТВ с  использованием полосы обратного канала 5-34 МГц (ГОСТ Р 52023) практически полученные результаты хорошо совпадают с расчетом. Количество проделанной работы тянет  на отдельный интересный обзор, и  я надеюсь, что мы сможем подготовить  и опубликовать результаты в скором времени. Пока можно сказать, что PLC over Сoaxial является привлекательным решением для предоставления услуг по небольшим  сетям кабельного телевидения в  многоэтажной застройке, в условиях когда на развертывание DOCSIS либо нет  средств либо оно экономически неоправданно. Другим интересным вариантом применения PLC является строительство небольших  коаксиальных сетей для услуг  телевидения и доступа в Интернет в сельской местности, там, где недостаточный  объем платежеспособного спроса не позволяет внедрить оптику.