PowerLine технология передачи данных через розетку

[He11_t0r4 0]

Технология Powerline Communications (P.L.C).

 

Подключение к глобальной сети Интернет стало неотъемлемой частью бизнеса многих компаний, и повседневной деятельности обычных граждан. На сегодняшний день построено и эксплуатируется большое число высокоскоростных магистральных сетей, однако подключение к ним конечных пользователей по-прежнему остается серьезной проблемой.

 

 

Многие организации и простые пользователи заинтересованы в относительно высокоскоростном и недорогом доступе к Интернет, так как традиционный dial-up (максимальная скорость подключения до 56 Кбит/с) уже не обеспечивает нормальную работу: долго грузятся популярные сайты, существенные задержки на сайтах закрытых различными паролями и ужасное качество web-видео. В настоящее время появились и бурно развиваются такие высокоскоростные технологии подключения по "последней миле" как: xDSL (HDSL, SDSL, ADSL и SHDSL), передача данных по сетям кабельного телевидения, Home PNA (Home Phoneline Networking Alliance), Cisco Long-Reach Ethernet и другие. Наряду с вышеперечисленными, все большую популярность завоевывает новая технология передачи данных по сетям электропитания (PowerLine Technology).

 

 

Историческая справка

В 1922 году в России был организован первый высокочастотный канал связи между Каширой и Москвой по ЛЭП 110 кВ. В других странах линии электропередачи также использовались для передачи информации (в Германии с начала 30-х годов). В наше время около 50% высоковольтных линий электропередачи в России оснащено ВЧ-каналами связи (диапазон частот 36-1000 кГц). Но скорость передачи данных по этим каналам очень низкая (2,4 Кбит/с) и большая часть информации специфическая (используется только в электроэнергетике). Передача данных возможна не только по высоковольтным ЛЭП, но и по обычной бытовой электросети, где скорости передачи данных до недавнего времени были также довольно низки.

 

 

Низкая скорость передачи обусловлена, прежде всего, сложной средой передачи и несовершенством методов модуляции (например отечественные устройства передачи данных в основном построены на аналоговой элементной базе и используют амплитудную модуляцию с подавлением одной боковой полосы [поднесущей] ). Качественные показатели среды передачи постоянно меняются в зависимости от используемой частоты, текущей нагрузки и даже местоположения линий электропередачи. В бытовой электросети большое влияние на передачу сигнала оказывают помехи, возникающие при включении различных бытовых электроприборов, ламп дневного освещения, электродрелей, микроволновых печей и других. Особенностью этих сетей также является разветвленная древовидная топология и неоднородность среды передачи (часть электропроводки может быть выполнена на медных проводах, а часть на алюминиевых). Еще одним важным моментом является обеспечение электромагнитной совместимости и экранирование процессов передачи данных от собственного электропотребления.

 

 

Все эти трудности со средой передачи, низкой скоростью, отсутствием соответствующей элементной базы и единого стандарта (что тоже являлось немаловажным фактором) долгое время сдерживали развитие технологии цифровой передачи данных по сетям электропитания (Digital Powerline). Но прогресс не стоит на месте и с появлением новых мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры) появилась возможность реализации более сложных и информационноемких способов модуляции сигналов (таких как OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing, известной с 1966 года), что дало новый толчок к развитию данной технологии.

 

 

В настоящее время существуют и активно работают на этом поприще два крупных альянса HomePlug Alliance и Internet Home Alliance, объединяющие уже более 80-ти компаний, в том числе таких мировых лидеров сетевой телекоммуникационной индустрии как Cisco Systems, Intel, Motorola, Sonicblue, Hewlett-Packard, Panasonic и многие другие. Основными задачами индустриального консорциума HomePlug Alliance является проведение научных исследований, практических испытаний и самое главное разработка и принятие единого стандарта на передачу данных по сетям электропитания. Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug 1.0 specification (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 года), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/с.

 

 

Теоретические основы технологии Powerline

Основой технологии Powerline является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей 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). Такое размещение позволяет более эффективно использовать доступную полосу частот.

 

 

Перед тем как отдельные поднесущие частоты будут объединены в один сигнал, они претерпевают фазовую модуляцию (рис.4), каждая -- своей последовательностью бит.

 

 

После этого все они проходят через PowerPacket engine и собираются в единый информационный пакет, который еще называют OFDM-symbol. На рисунке 5 приведен пример относительной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying) на каждой из 4-х 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 Мб/с.

Адаптация к физической среде, устранение ошибок и разрешение конфликтов.

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 различных условиях. Например, в разных странах существуют различные регулирующие правила, согласно которых часть диапазона частот не может быть использована. При этом, в случае Powerline, в этом диапазоне просто не будут передаваться данные. Еще одним примером является случай, когда некое приложение уже использует часть диапазона. Аналогично первому случаю, в этом 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 являются импульсные помехи (до 1 микросекунды), источниками которых могут быть галогеновые лампы (ри.9), включение и выключение различных электроприборов и т.д.

 

 

При использовании предыдущего метода система может не успеть адаптироваться к быстро изменившимся условиям, в результате часть битов будет разрушена и утеряна. Для решения этой проблемы используется двухступенчатое (каскадное) помехоустойчивое кодирование битовых потоков перед тем, как 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 сверточного кода, декодируемого по алгоритму Витерби, позволяет исправлять не только одиночные ошибки, но и пакеты ошибок, обеспечивая тем самым практически 100% гарантию целостности передаваемых данных. Кроме того, помехоустойчивое кодирование является и способом технического закрытия, обеспечивающего относительную безопасность передаваемой информации в общей среде передачи.

Ещё 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 такой ситуации для разрешения конфликтов столкновения трафика необходим регулирующий механизм - протокол доступа к среде. В качестве такого протокола был выбран хорошо известный Ethernet, который в технологии Powerline был расширен путем добавления дополнительных полей приоритезации. Такая модификация вызвана необходимостью гарантированной полосы пропускания для передачи голоса и видео через IP, когда величина задержки является критичным параметром. Пакеты, содержащие голос или видео в этом случае помечаются как "timing critical", т. е. имеют самый высокий приоритет при обработке и доступе к среде передачи.

Практическая реализация и использование PowerLine

Итак, мы рассмотрели основные принципы технологии Powerline. К сожалению, доступ к полной версии стандарта HomePlug 1.0 specification ограничен (только члены HomePlug Alliance), и за кадром остались такие интересные вопросы как требования к электропроводке, дальности передачи и структура построения. Приблизительно оценить отдельные параметры можно на примере некоторых производителей. Так фирма Phonex предлагает устройство Phonex Broadband QX-201 NeverWire 14 (рис.10) с максимальной скоростью до 14 Мб/с.

 

 

Расстояние между отдельными точками небольшое, несколько десятков метров. Как видно из рисунка, объединение пользователей в доме можно осуществлять через сеть электропитания, а в качестве доступа к магистральной сети использовать один или несколько модемов (кабельных или DSL).

В заключении хотелось бы подвести итог всего вышеизложенного. Powerline Communication (PLC) безусловно очень интересная и перспективная технология. Основными ее преимуществами прежде всего является отсутствие необходимости в прокладке новой кабельной инфраструктуры (сети электропитания существуют повсеместно) и довольно высокая скорость передачи данных до 14Мб/с. В России всегда была проблема с телефонными емкостями, т.е. к многим домам даже не подведены телефонные кабели, а электропроводка имеется в каждом. Конечно, под большим вопросом остаются качественные показатели бытовой электросети, но разработчики PLC заявляют, что их технология очень гибкая и путем определенных доработок ее можно адаптировать практически к любой сети. Опять же, с появлением устройств для высокоскоростной передачи данных по высоковольтным линиям (ЛЭП), вырисовывается картина целой транспортной инфраструктуры, имеющей доступ практически в любой уголок нашей необъятной Родины. Таким образом, если данная технология получит дальнейшее развитие, а западные специалисты пророчат ей большое будущее, то это может серьезно изменить ситуацию на рынке телекоммуникационных услуг. Как говорится, поживем -- увидим.

 

.........................

украдено тут www.entels.ru

[He11_t0r4 0]

Уже начали появляться девайсы для подключения по этой технологии:

 

Беспроводной роутер с поддержкой HomePlug 1.0 (передача данных по бытовым электросетям)

 

 

Беспроводные технологии и технологии передачи данных через бытовую электрическую сеть развиваются гораздо быстрее по сравнению с обычными проводными технологиями. Передающая среда в этом случае больше не ограничивается физическим сетевым кабелем, а использование бытовой электросети в качестве среды передачи данных - является хорошим способом быстрого расширения сети. PRT-301W совместим со множеством стандартов: IEEE 802.3/802.3u для Ethernet, IEEE 802.11b/g для беспроводных сетей и HomePlug Powerline Alliance v1.0 для бытовых электросетей. Он легко встраивается в существующую сеть, независимо от типа. Кроме того, с помощью PRT-301W можно объединить три различные типами сетей в одну и использовать одновременно высокую скорость Ethernet, возможность свободного перемещения в беспроводной сети (Wi-Fi) и простоту подключения бытовой электросети.

 

PRT-301W имеет межсетевой экран с расширенными возможностями, обеспечивающий защиту от DoS атак, контроль доступа пользователей, DMZ и поддержку Виртуального сервера. Он имеет дружественный пользовательский WEB интерфейс, который позволяет настроить Wi-Fi, передачу данных по бытовой электросети и, вдобавок ко всему, имеет сетевой шлюз для того чтобы пользователь мог иметь постоянный доступ в Интернет. PRT-301W обеспечивает идеальное решение, для высокоскоростного, широкополосного подключения вашей сети различными способами. Эта решение, способно удовлетворить все ваши потребности.

 

Применение

 

Подключите PRT-301W к широкополосному соединению, так вы можете получить три технологии, которые обеспечивают большую гибкость, мощность, и производительность. Встроенный 3-х портовый коммутатор обеспечивает высокую пропускную способность (10/100M Fast Ethernet) сети. Беспроводной модуль 802.11b/g позволяет организовать беспроводный доступ клиентов и совместное использование сетевых ресурсов. Передача данных по бытовым электросетям позволяет организовать простое объединение ваших устройств (с поддержкой Powerline) в одну локальную сеть со скоростью передачи данных до 14Мбит/c.

 

 

Возможности

 

- Совместное использование Интернет подключений для каждого узла с одним внешним IP

- Поддержка Homeplug Powerline Alliance v1.0

- Поддержка 802.11b беспроводных LAN, и 802.3/802.3u 10M/100M Ethernet

- Три порта 10/100Мбит/с с поддержкой автосогласования и автоопределения MDI, MDI-X

- Поддержка 64 и 128 битного WEP шифрования (Wired Equivalent Privacy)

- Дружественный интерфейс пользователя позволяющий выполнять конфигурирование через WEB-браузер

- Поддержка DHCP сервера и клиента

- Поддержка фильтрации MAC адресов

 

-V-

Planet.com.ru

[Гость Metal-Wolf]

да я про эту шнягу читал, единтвенный ее минус как локалки, в том что преградой сигналу может стать любой большой электорсетевой трансформатор, так что придеца абщаца по дому, или между 2-3 домов=)

[Sapphire.exe 0]

На самом деле рульная вешь.Используют в Германии,да и в Москве уже готовы подключить таким образом.Главный плюс-подключиться можно везде,где только есть электричество(а где его сейчас нет B) ),также-простота подключения и высокая скорость-20 мбит/с.PLC-модем сейчас стоит меньше 90 баксов.У нас сейчас уже подключают по этой технологии.Из недостатков-зависимость скорости от качества электропроводки.

[Михаил 0]

Технология Powerline Communications (P.L.C).

 

Качественные показатели среды передачи постоянно меняются в зависимости от используемой частоты, текущей нагрузки и даже местоположения линий электропередачи. В бытовой электросети большое влияние на передачу сигнала оказывают помехи,

<{POST_SNAPBACK}>

 

Я конечно не крупный специалист в данной теме, но есть ещё такие штуки как частота эл. сети (50 Гц, 100 Гц и т.д.) и напряжение (110 в, 220 в и т.д.). В разных странах эти показатели тоже разные. Ведь закон Ома и три правила Кирхгофа никто не отменял.

[Captain 0]

Ведь закон Ома и три правила Кирхгофа никто не отменял.

<{POST_SNAPBACK}>

А при чём здесь эти люди ? ? ?

 

 

 

 

На самом деле технология существует уже наверное лет 10 как. И я не сказал бы, что это какой-то там супер-пупер. Дальность ограничена, скорость ограничена, железки дорогие. Етхернету пока альтернативы нет.

[Sector 0]

На самом деле технология существует уже наверное лет 10 как. И я не сказал бы, что это какой-то там супер-пупер. Дальность ограничена, скорость ограничена, железки дорогие. Етхернету пока альтернативы нет.

<{POST_SNAPBACK}>

Полностью согласен, да и 20 мегабит не такая уж большая скорость по сегодняшним меркам, где в материнские платы встраивают сетевухи на 1000.