07.04.2009. Данные из розетки

Локальная сеть — неотъемлемый атрибут любого офиса и современного жилья. Казалось бы, технологии построения LAN известны давно, и здесь трудно ожидать каких-либо неожиданностей. Но одно дело — прокладывать вдоль стен кабели или разворачивать точки беспроводного доступа, а другое — использовать для передачи данных обычные электросети, которые есть в каждом здании

Технология Power Line Communication (PLC) разработана для силовых электросетей низкого (180–400 В) и среднего (4—60 кВ) напряжения и по скорости пересылки данных может служить альтернативой Ethernet и xDSL.

Сама по себе возможность передавать данные по существующей электропроводке представляет большой практический интерес. Рассмотрим подробнее технологию PLC, ее преимущества и недостатки по сравнению с традиционными методами локального обмена информацией и доступа к Internet.

Технические основы

Проблема передачи информации по силовым кабелям изучается около 30 лет в рамках десятков специальных проектов в научно-исследовательских лабораториях по всему миру. Пожалуй, именно идеи xDSL подтолкнули к изучению принципов передачи широкополосных сигналов с использованием специальных типов модуляции. Уже заявлено, что в электросетях реально достижимо быстродействие на уровне 14—20 Мбит/с. Поскольку среда передачи сигнала разделяема, указанная полоса пропускания распределяется между всеми пользователями, подключенными к конкретному сегменту. Без регенерации информационные сигналы быстро затухают. При нынешнем уровне развития технологии PLC протяженность абонентской линии не может превышать 0,5 км, но даже в таких случаях скорость передачи заметно падает.

Пока не разработаны стандартные протоколы шифрования информации в электросети, а это необходимо, поскольку без шифрования пересылаемые данные «видны» всем желающим. Правда, в последние полгода на PLC-адаптерах стали появляться специальные кнопки включения механизмов шифрования, основанных на алгоритме DES (56 бит). Появление более мощных цифровых сигнальных процессоров (DSP) дало возможность использовать достаточно сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что позволило значительно продвинуться вперед по пути совершенствования PLC.

Принцип построения сети абонентского доступа на базе PLC несложен. Внешнее телекоммуникационное оборудование размещается на локальной трансформаторной подстанции и подключается к телефонной или IP-магистрали и к электрической сети. Это оборудование представляет собой шлюз между сетями общего пользования и PLC-сетью и формирует высокоскоростное соединение с PLC-модемом, который устанавливается в помещениях пользователей. Абонентские устройства PLC, по сути, являются специализированными модемами с разделительными фильтрами, позволяющими отсекать силовые импульсы от ВЧ-сигналов. PLC-модемы снабжены наборами стандартных интерфейсов (таких как USB, RS-232, RJ-45 и Ethernet) для подключения терминалов сети передачи данных (компьютеров, факсов, телефонов).

Как сообщил директор по перспективному развитию «Комстар Объединенные Телесистемы» Александр Кархов, при простейшем варианте организации доступа можно подключать шлюзы к сети передачи данных непосредственно к низковольтной стороне питающей подстанции и «накрывать» весь сегмент электросети, подключенный к фидеру понижающего трансформатора. Для работы таких систем не требуется согласований с контролирующими инстанциями, но ни качество, ни помехоустойчивость, ни прочие характеристики прохождения сигнала не гарантируются. Разумеется, провайдеру PLC-сети нужно получить разрешение электроснабжающей компании, например «Мосэнерго».

Европейский институт стандартизации ETSI подготовил несколько рабочих вариантов спецификаций PLC-оборудования, но они имеют концептуальный характер, а производители реализуют в готовых устройствах собственные подходы. Пару лет назад несколько крупных компаний объединились в альянс HomePlug Alliance для проведения совместных исследований, испытаний и выработки единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом нынешнего варианта Power Line Communication стала технология PowerPacket фирмы Intellon, на которой базируется стандарт HomePlug1.0 (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 года).

В основу передачи данных по сети электропитания положен известный принцип частотного разделения сигнала: один высокоскоростной поток разбивается на несколько относительно низкоскоростных и каждый из них передается на отдельной поднесущей частоте. В разных вариантах оборудования PLC задействуются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4—21 или 2—30 МГц.

При передаче сигналов по бытовой электросети на определенных рабочих частотах временами может резко возрастать коэффициент затухания, что приводит к потере данных. Для решения проблемы применяется метод динамического включения/выключения передачи сигнала на поднесущих, суть которого заключается в постоянном мониторинге канала передачи в целях выявления участка спектра с превышением порогового значения затухания. При обнаружении данного факта использование соответствующих частот прекращается до восстановления нормального значения коэффициента затухания. Существует также проблема возникновения коротких импульсных помех (продолжительностью до 1 мс), источниками которых могут быть галогеновые лампы или включение/выключение мощных бытовых электроприборов с электрическими двигателями.

PLC на практике

Доступная полоса пропускания в сети PLC позволяет передавать и принимать не только компьютерные данные, но и голосовую и видеоинформацию. С использованием специальных адаптеров можно строить локальные сети в пределах офиса, отдельного здания и даже организовывать инфраструктуры, охватывающие несколько зданий. При этом какого-либо инженерного опыта настройки локальных сетей не требуется, а установка оборудования осуществляется за несколько минут.

В локальную сеть на основе электропроводки могут включаться компьютеры, серверы и периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы и др.), а также концентраторы и коммутаторы, которые позволяют перенаправлять данные между узлами. Объекты в локальной PLC-сети располагаются на расстоянии до 50—150 м друг от друга, а общая протяженность используемой линии электропроводки не должна превышать 300 м. При переносе устройств из одного места в другое дополнительные настройки не нужны.

Итак, сегодня есть два основных варианта использования технологии PLC.

Во-первых, это системы, предназначенные для создания локальной среды передачи в пределах нескольких комнат. Они отличаются максимальной простотой инсталляции, но имеют ряд ограничений. Как правило, архитектура таких сетей не предусматривает единых механизмов управления подключаемыми устройствами. Они весьма ограничены по радиусу действия, и в них не входят специализированные устройства для агрегации и локализации трафика.

Во-вторых, решения для организации сети передачи на участках «последней мили» и «последнего фута». Они более сложны и дороги, зато позволяют создавать развернутые архитектуры, объединяющие в себе функции «домашних» сетей и обеспечения высокоскоростного доступа к Internet довольно больших групп пользователей. Без применения специальных повторителей оборудование для таких сетей поддерживает передачу данных на расстоянии 250—300 м (в определенных условиях до 500 м), а при наличии оных — до нескольких километров. Кроме того, в системах имеются развитые средства управления устройствами и сервисами, за счет чего их внедрение становиться рентабельным при решении широкого круга задач, в том числе организации IP-телефонии для конечного потребителя.

Развертывание систем PLC позволяет строить надежные недорогие системы технологической связи. Сети доступа на основе PLC дают возможность контролировать станционное и абонентское оборудование, считывать показания счетчиков и передавать полученные данные в центральный офис компании для выставления счетов абонентам и контроля над оплатой услуг. А вот пустит ли электрическая компания в свою сеть оператора связи — отдельный вопрос, решаемый в каждом случае индивидуально, ведь регулирующих правил на этот счет в России нет.