PLC адаптер от Ростелекома представляет собой устройство, которое позволяет передавать интернет-сигнал по электрической сети. Такое оборудование поможет избавиться от прокладки дополнительных проводов в квартире или частном доме.

Сейчас у большинства людей в собственном доме или квартире есть беспроводная сеть. Вы можете подумать, что Powerline (так называемый HomePlug), который использует электрическую проводку вашего дома как проводную сеть для передачи данных, является устаревшей и бесполезной технологией.

Такое предположение будет неверно. Да, Wi-Fi удобен и быстр – 802.11n технология широко распространена, и новейшие маршрутизаторы класса 802.11ac обеспечивают соединение со скоростью до 1300 Мбит/с.

Важно: простоту и надежность, которую предлагает Powerline, беспроводная технология до сих пор не может обеспечить. Она не предназначена для замены сети Wi-Fi. Эти технологии дополняют друг друга.

Что такое Powerline сеть?

Powerline является по существу проводной сетью. Давайте предположим, что у вас есть широкополосный маршрутизатор в коридоре и смарт-ТВ в гостиной, не поддерживающий беспроводную связь. Единственный способ, который позволит наслаждаться цифровым ТВ – кабель Ethernet, проведенный от маршрутизатора по коридору и полу гостиной. Можно попытаться скрыть шнур под плинтус. Но, если в квартире недавно сделан ремонт, начинать его заново из-за одного кабеля будет не самой лучшей идеей.

PLC адаптер от Ростелекома не потребует сложных схем для его подключения. Он практически незаметен. Базовый комплект поставляется с двумя адаптерами Powerline и несколькими короткими кабелями Ethernet.

Схема проста, подключаем один Ethernet шнур к маршрутизатору и другой к первому адаптеру. Затем вставляем его в ближайшую розетку. Подсоединяем кабель Ethernet в HDTV и второй адаптер. Вставляем последний в ближайшую розетку. Адаптеры автоматически обнаруживают друг друга (без драйверов и без длительного процесса конфигурации) и соединяются. Это позволяет передавать пакеты данных от маршрутизатора к телевизору через электрическую проводку в стенах.

Какая скорость подключения?

Когда в 2001 году был введен первый стандарт HomePlug Powerline, скорость передачи данных была ограничена 14 Мбит/c. Но новейшие PLC адаптеры для Ростелекома поддерживают Гигабитный класс сетей, обеспечивая положительные отзывы даже среди пользователей GPON интернета.

Зачем использовать Powerline сети?

Если у вас уже есть беспроводной концентратор, вы можете не увидеть смысла в приобретении Powerline адаптеров для вашей домашней сети. Но технология имеет ряд преимуществ по сравнению с Wi-Fi, а именно постоянную скорость, надежность, безопасность и простоту использования.

Настроив сеть при помощи PLC адаптера от Ростелекома, вы сможете охватить места, где беспроводное соединение имеет низкое качество из-за большого количества перекрытий или других помех на пути сигнала. Такой вариант станет также удобен при подключении оборудования без поддержки Wi-Fi, например, игровых приставок прошлых поколений, избегая загромождения вашей гостиной кабелями Ethernet. Powerline является аккуратным и эффективным сетевым решением.

Важно: Технология безопаснее чем беспроводные сети. Поскольку данные передаются по медным проводам в вашем доме, можно быть уверенным, что доступ к соединению получите только вы.

Некоторые комплекты PLC адаптеров позволяют дополнительно защитить подключение при помощи пароля.

Как работают Powerline сети?

Передача сигналов по электрическим проводам дома – не революционная идея. Энергетические компании стали посылать управляющие сигналы через такие сети еще в 1920 году. Благодаря этому счетчики электроэнергии знают, когда перейти на непиковую скорость. Электрическая проводка в домах может поддерживать различные частоты. Обычно используется 50 / 60Hz сигналы. Дополнительные данные могут быть транспортированы по той же проводке на более высоких частотах, не вызывая каких-либо помех.

Первый из стандартов позволял достигнуть скорости передачи данных 14 Мбит/с. Уже в 2005 году модернизированная версия увеличила пропускную способность до 200 Мбит/с, что более чем достаточно для потокового видео.

Перед тем как подключить PLC адаптер, необходимо осведомится о поддержке им электрической сети вашего типа при условии, что покупка производилась не у оператора Ростелеком. Устройство облегчит подсоединение к интернету для многих пользователей, которые по различным причинам не могут прокладывать Ethernet кабель.

Разберем, прежде всего, что представляет собой современная силовая сеть, обеспечивающая доставку электроэнергии потребителям (рис. 3.1). Имеется линия электропередачи ЛЭП 110 кВ, которая подходит к понижающей подстанции. Далее напряжение 110 кВ трансформируется в напряжение 10 кВ, затем на подстанции  в трехфазное напряжение 220 В. Это фазное напряжение, и таких фаз три  Ф1, Ф2, Ф3, линейное напряжение  380 В.

По готовой проводке можно легко организовать связь в любом сечении сети (см. рис. 3.1). В энергосистемах России это и делается, хотя неудовлетворительное состояние сети и алюминиевые провода весьма ограничивают этот процесс. Однако поскольку мы говорим о «последней миле», нас будет интересовать технология в относительно низковольтовой части, а именно в трехфазных бытовых сетях напряжением 220 В.

Суть понятна – не надо «тянуть» сеть, а цели следующие: низкоскоростная передача данных (управление, учет); высокоскоростная передача данных (Интернет); телефония; домашняя автоматика, сервис «умный дом».

По этой технологии связи идет вторжение в чужую сеть, и в России существует ГОСТ Р51317.3.8-99  «Передача сигналов по низковольтовым электрическим сетям», регламентирующий такое вторжение (стандартом определена полоса частот в диапазоне 3 – 525 кГц) .

В соответствии с ГОСТ Р51317.3.8-99 связь по силовой сети может быть организована в следующих диапазонах частот:

1) 3 – 9 кГц – может использоваться по согласованию с потребителями электрической энергии;

2) 9 – 95 кГц – запрещен для использования;

3) более 95 кГц – разрешен без ограничений (любой вид кодировки, модуляции).

Наиболее современной и распространенной является технология Powerline, ориентированная на цифровую обработку микропроцессором (DSP). В настоящее время с помощью этой технологии возможна передача информации со скоростью до 85 Мбит/с на расстояние 200 м.

Особенности технологии PLC:

связь возможна, если все терминалы подключены к одной фазе (см. рис. 3.1);

значительные затухания в линии;

существенные помехи кондуктивного характера (кондуктивные помехи представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и по земле);

нестабильность линии связи.

Все это накладывает существенные ограничения на использование описанной технологии. Рассмотрим методы, применяемые в настоящее время.

Проблемы помехоустойчивости решаются при кодировании и модуляции. Заметим, что такие системы строятся по адаптивному принципу. В начале передачи устанавливается пробный режим «Вкл./выкл.» и идет мониторинг линии (прежде всего по затуханию). В зависимости от состояния меняются частоты и скорость работы, т. е. идет адаптированная передача.

Импульсные помехи, возникшие при коммутациях, могут быть столь короткими (менее 1 мкс), что система может не успеть адаптироваться. Для этого применяют избыточные коды  сверточные (см. разд. 1), коды Рида – Соломона с декодированием по алгоритму Витерби.

Процедуры декодирования подробно рассматриваются в теории кодирования , мы же остановимся на сути декодирования по алгоритму Витерби (алгоритм получил название декодирования по максиму правдоподобия). Допустим, имеется множество передаваемых кодовых комбинаций U i и одна из них передается. При декодировании известны возможные кодовые комбинации R j . В декодере производится вычисление условных вероятностей P(R j /U i), естественно, все они разные. Из множества этих вероятностей выбирается максимальная и принимается соответствующее ей решение  R j .

Декодирование кода Хемминга предполагает регулярное правило решения, а алгоритм Витерби – статис-тическое.

Модуляция. Высокоскоростной поток разбивается на несколько низкоскоростных, по каждому из которых передаются биты исходного слова. Эти низкоскоростные потоки подаются на частотный модулятор с несколькими несущими (поднесущими) (рис. 3.2).

При обычной FDM (частотной модуляции) между несущими вводится большой частотный интервал для лучшего разделения сигналов в приемнике, но использование спектра неэффективно, так как сигнал в целом занимает большую полосу.

Предположим, сигнал низкоскоростного потока (бит)  прямоугольный простейший импульс. По теореме о переносе спектра его спектр переносится в область поднесущей в виде двух боковых полос. И так будет у каждой поднесущей (рис. 3.3). Весь этот набор формирует полосу частот сигнала.

ВPLC-технологии применяют ортогональное частотное разделение, т. е. спектры при ортогональных несущих (рис. 3.4). Эта модуляция называется OFDM. Нетрудно заметить, что несущие частоты выбраны при значении других спектров, равных нулю. Ортогональность спектров позволила уменьшить полосу частот всего сигнала (см. рис. 3.4).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 рад/с 50

Рис. 3.3. Спектр сигнала FDM

0 3 6 9 12 15 18 21 24 рад/с 30

Рис. 3.4. Спектр сигнала при OFDM

На этом процесс модуляции не заканчивается. Каждая несущая модулируется по какому-либо закону. Это может быть, например, квадратурная амплитудная модуляция (КАМ), фазовая относительная модуляция (ОФМ) и др., но в любом случае это должна быть многопозиционная система сигналов, позволяющая повысить пропускную способность канала.

При многопозиционной ОФМ-модуляции в каждой поднесущей кодируется сразу два бита (дибит) по следующему принципу: Δφ = 0, биты 00; Δφ = = 90, биты 01; Δφ = 180, биты 10; Δφ = 270, биты 11.

Четыре поднесущие, с помощью каждой из которых реализуется ОФМ-2, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Кодирование поднесущих

Поднесущая,

После кодирования все поднесущие собираются в один пакет, несущий информацию (рис. 3.5). Таким образом передается последовательность 00100111.

В итоге сборки сформирован сигнал DQPSK – дифференциальной квадратурной фазовой манипуляции.

ВтехнологииPowerline используется 84 поднесущих с шагом в 0,2 МГц в полосе частот 4 – 21 МГц (полоса разрешена стандартом), и по каждой поднесущей передается два бита.

Вернемся к адаптации системы к переменным условиям среды. Затухание линии не постоянно, так как это бытовая сеть энергоснабжения, во время тестирования может быть обнаружено большое затухание на частотах некоторых поднесущих. В технологии предусмотрен специальный метод решения этой проблемы – динамическое включение и выключение передачи сигналов на пораженных поднесущих (рис. 3.6). Естественно, что скорость передачи при этом меняется.

Благодаря данному методу теоретическая скорость технологии Powerline может достигать 100 Мбит/с.

Обработка сигнала OFDM производится сигнальным микропроцессором, а формирование линейного сигнала – специальным модемом, для которого разработаны микросхемы. Например, на основе микросхемы К1446ХК1 разработан трансивер для клиентского модема со следующими параметрами: скорость  до 200 Мбит/с, модуляция OFDM с 1530 поднесущими (компания TelLink).

Бытовая сеть электропитания служит общей средой передачи для нескольких терминалов, и в одно время на связь могут выходить несколько устройств. Для предотвращения конфликтов и столкновения трафика необходимо придерживаться протокола доступа к среде. В данной технологии принят известный протокол Ethernet (CSMA/CD) с некоторыми добавлениями приоритета – пакеты голоса и видео передаются с максимальным приоритетом, так как для этих данных задержка недопустима.

ТехнологияPowerline не единственная в этой области. Есть технология стандарта Х.10, которая применяется при компьютеризации жилой квартиры («умный дом») . Суть этой технологии проста. Передача сигнала осуществляется на частоте 50 Гц. В момент времени перехода синусоиды через ноль вводится временное окно, через которое и происходит передача (рис. 3.7). В окно помещается радиоимпульс частотой 120 кГц, а помехи создаются «кусочком» вырезанной синусоиды . Скорость работы невелика – до 50 бит/с, но этого достаточно для управления бытовыми приборами.

Примерный состав сети, построенной на основе PLC-технологии, показан на рис. 3.8.

4. Атмосферные оптические линии

Атмосферная оптическая линия – это линия с открытым оптическим каналом через атмосферу (рис. 4.1). На рис. 4.1 приняты следующие обозначения: ФД  фотодетектор; мультиплексор  цифровое устройство, объединяющее стандартные цифровые потоки Е1; демультиплексор выполняет обратную операцию.

Поток Е1 состоит из 30 цифровых каналов, по которым информация поступает к терминалам. Так что можно считать, что система участвует в решении проблемы «последней мили».

Можно назвать следующие преимущества оптического канала:

как и в любом оптическом канале, большая пропускная способность;

отсутствие помех электромагнитного характера;

информационная безопасность. Оптический луч сфокусирован в узкий пучок и злоумышленнику невозможно «включиться» в него;

возможность быстрого развертывания системы, что особенно важно в условиях плотной городской застройки;

не требуется получения разрешения у органов надзора на использование рабочих частот.

Существенный недостаток атмосферного канала – зависимость связи от состояния атмосферы. Именно по этой причине система может перекрыть только незначительное расстояние – до 3 км. Что же представляет собой атмосферный канал? Атмосфера состоит из атомов различных веществ, и они влияют на ее прозрачность в оптическом диапазоне. Прозрачность зависит от массы воздуха, от содержания водяного пара и пыли. Затухание определяет длина волны излучения. Атмосфера прозрачна в диапазоне от 0,3 до 2 мкм. На участке видимого спектра от 0,6935 до 0,6943 мкм имеется несколько микроокон прозрачности .

На среду передачи влияют фон, естественная освещенность окружающей среды, ослабление, турбулентность, хаотические изменения скорости, температуры, давления атмосферы, что приводит к случайным замираниям сигнала.

Наиболее известны в настоящее время технологии FSO, LaserLink. Остановимся на их особенностях.

Излучатели. Работают в диапазоне 0,75 – 0,9 мкм. В качестве излучателей применяют как полупроводниковые лазеры, так и светодиоды. Отметим следующие особенности излучателей:

применяется автоматическая установка угла излучения (диаграмма направленности) в зависимости от длины трассы. Чем длиннее трасса, тем уже диаграмма, и на приемник попадает более сконцентрированная мощность. Для реализации установки используются два лазера с двумя объективами (антеннами). Один лазер имеет большой угол излучения, другой  узкий. Переключение лазеров идет автоматически;

при узком луче излучения имеется автоматическая система юстировки, точного совпадения луча с приемной антенной. Иначе принимаемый луч может потеряться;

скорость передачи зависит от затухания и меняется автоматически. При большом затухании сигнала скорость падает и наоборот;

в некоторых технических решениях приемопередающего модуля зависимость от прозрачности атмосферы исключается переходом на другую длину волны в другом окне прозрачности (резервный канал).

Приемник. Используются фотодиоды со структурой PIN (структура типа P-I-N-полупроводника) и лавинные фотодиоды (рис. 4.2). Такие структуры имеют повышенный коэффициент чувствительности, малоинерционные.

Специфика названных фотодиодов следующая. В P-I-N-полупроводнике имеется один слой чистого полупроводника I с хорошей оптической прозрачностью. Оптическая волна проникает на значительную глубину, и возбуждение электронов идет в большом объеме. В лавинном фотодиоде идут лавинные процессы размножения носителей тока. Указанные процессы способствуют увеличению чувствительности приемника.

Приемник и излучатель объединены в приемопередающий модуль (ППМ), в котором находится и кодек (рис. 4.3). Апертура  это способность оптического объектива собирать свет, обычно она характеризуется угловыми размерами. Двух- и трехапертурные системы позволяют решить перечисленные выше задачи, а именно:

переход на резервную длину волны в случае большого затухания на основной;

изменение диаграммы направленности в зависимости от расстояния меж-ду точками приема и передачи;

возможность отслеживать положение оптической оси атмосферной линии и корректировать ее. Это особенно важно при работе в условиях города, так как вибрации зданий, ветровые нагрузки и другие причины могут привести к потере связи.

Интересно решение приема сигналов в технологии FSO. В передатчике излучаются два когерентных, пространственно разнесенных луча с одинаковой амплитудой. Один луч опорный, а другой несет информацию, т. е. модулируется по фазе. Конечно, оба луча одинаково поражаются вредными воздействиями и возмущениями среды. Эти лучи попадают на фотоприемник, который выполнен в виде матрицы из фотодиодов (рис. 4.4). Пришедшие лучи создают на поверхности матрицы интерференционную картину. В некоторых точках матрицы произойдет усиление суммарной электромагнитной волны, а в других  ослабление, т. е. образуются темные и светлые места.

Соответственно поведут себя и сигналы, снятые с фотодиодов. При смене фазы в информационном луче на 180 положение темных и светлых областей поменяется, поменяются и сигналы. Матрица имеет большую площадь, и поэтому проблем с вводом излучения в приемник нет.

У данного метода есть еще одна особенность. Известны два метода приема оптических сигналов – прямого преобразования и гетеродинный (термин пришел из радиотехники). Прямой метод прост в реализации: на фотодиод падает луч и снимается напряжение, обратное для P-N-перехода. Этот метод нашел применение в кабельной оптике.

Второй метод, гетеродинный, более сложен и требует наличия маломощного источника в самом приемнике. Итак, на вход приемника пришел информационный сигнал, он складывается с сигналом гетеродина. Оптические сигналы  это электромагнитные волны. Запишем их так:  напряженность электрического поля информационной волны и
 напряженность поля гетеродина. Попав на площадку матрицы ФД, сигналы складываются: . Фотодиод выдает ток (или напряжение), пропорциональный падающей мощности (квадрату напряженности поля):

Если раскрыть произведение косинусов, то в приведенном выражении можно выделить члены, содержащие информацию о фазе информационного луча φ. Их будет несколько, и в том числе
, который значительно увеличит уровень полезного сигнала. Напомним, что в атмосферном канале (см. рис. 4.1) присутствует фон. По сути это помеха для связи, и за счет члена
, входящего в приведенное выше выражение, возрастает сигнал, увеличивается соотношение «сигнал/помеха». Таким образом, в какой-то мере решается проблема помехоустойчивости.

Кодирование информации идет в канальном кодере Рида – Соломона.

Цифровые потоки Е1 объединяются по плезиохронному принципуPDH. Для объединения используется код HDB3. Это трехуровневый код, в котором исключаются длинные последовательности нулей. Эта мера необходима для сохранения синхронизации системы. Принцип образования такого кода и его отличие от кода AMI показаны на рис. 4.5. В коде AMI длинные последовательности нулей фактически означают потерю сигнала. Выделить из этого кода синхронизирующую последовательность невозможно.

Если в коде HDB3 более четырех нулей, в информационную последовательность вставляется служебный сигнал (V-сигнал) и синхронизация сохраняется.

На основании приведенного материала можно сделать следующие выводы:

1)в приемнике используются свойства интерференционной картины на матричной мишени фотодиодов, т. е. применяется гетеродинный способ приема. В качестве гетеродина используется сигнал второго лазера;

2) для передачи используется трехпозиционный код HDB3, допускающий синхронизацию системы;

3) для организации тракта передачи применяются светодиоды, полупроводниковые лазеры и средства корректировки;

4) в основе принимающей матрицы используются специальные фотодиоды.

Передача информации по сетям электропитания с помощью ИС компании Semtech (2015)

Номенклатура изделий, выпускаемых Semtech Corporation, включает в себя множество ИС физического уровня, позволяющих организовать передачу информации как по проводам, так и по радиоканалу (оптические приёмопередатчики, драйверы линий, радиотрансиверы и т.д.). Поглощение в начале 2015 года компании EnVerv, лидера в разработке PLC (Power Line Communications) модемов, позволило расширить линейку коммуникационной продукции Semtech за счет устройств, обеспечивающих обмен данными по типовым линиям электропередач. В рамках данной статьи остановимся на принципах функционирования и построения сетей на базе однокристальных PLC микросхем компании Semtech, рассмотрим особенности отдельных представителей нового семейства и приведем примеры практической реализации устройств на их основе.

ВВЕДЕНИЕ
Передача информации и организация питания по одним и тем же проводам достаточно эффективно используется в различных применениях. К примеру, можно вспомнить стандартные телефонные линии или Ethernet сети, выполняющие подключение удаленных узлов с помощью технологии , при которой питание осуществляется по отдельным жилам кабеля связи. Однако у большей части таких решений есть очевидный недостаток: все они в общем случае требуют проведения монтажных работ, затраты на которые зачастую составляют большую часть стоимости наладки сети. Более того, существует ряд ситуаций, при которых прокладка новых кабелей крайне нежелательна или даже невозможна – примером таких ситуаций являются недавно законченный ремонт, после которого неожиданно выясняется, что необходимо прокладывать дополнительные провода для компьютерных сетей либо арендуемый офис с непредусмотренным каналом выхода в интернет. В этих случаях почти всегда можно ограничиться существующей инфраструктурой, а именно, воспользоваться уже имеющейся практически в каждом помещении электропроводкой для организации сравнительно быстрого и надежного канала связи, разветвленного по всему зданию.

Телекоммуникационная технология PLC, базирующаяся на использовании силовых электросетей для обмена данными путём наложения полезного сигнала поверх стандартного переменного тока частотой 50 или 60 Гц, отличается простотой реализации и оперативностью монтажа устройств на её основе. Первые системы передачи данных по электрическим сетям появились ещё в 1930-х годах, в основном они использовались для сигнализации в энергосистемах и на железных дорогах, характеризуясь при этом очень низкой пропускной способностью . В конце 1990-х годов ряд компаний реализовал первые большие проекты в этой области, однако в процессе эксплуатации были выявлены серьезные проблемы, основной из которых была слабая помехозащищенность. Работа энергосберегающих ламп, импульсных блоков питания, зарядных устройств, тиристорных диммеров и бытовых электроприборов, а также электродвигателей и сварочного оборудования, особенно включенных в непосредственной близости от PLC-модема, вызывала в незащищенных от высокочастотных излучений проводах импульсные помехи, которые приводили к резкому снижению достоверности передачи данных. Также на стабильность и скорость прохождения сигнала негативное влияние оказывала неоднородность линий связи, в частности, качество и изношенность электрических сетей, наличие стыков из материалов с разной электропроводностью (например, меди и алюминия), наличие скруток и т.д. В результате общее снижение номинальной скорости передачи данных составляло от 5 до 50 %. Кроме того, в помещениях, где работали PLC-устройства, в некоторых случаях наблюдалось нарушение радиоприёма на расстоянии порядка 3-5 метров от модема, особенно на средних и коротких волнах. Это происходило из-за того, что провода электросети начинали действовать как антенны радиоретрансляторов, излучая, по сути, весь трафик в эфир.
Технология передачи данных по электросетям получила должное коммерческое применение только в начале текущего столетия, а её внедрение и широкое распространение обусловлено появлением соответствующей элементной базы, в т.ч. высокопроизводительных микроконтроллеров и быстрых DSP процессоров (цифровых сигнальных процессоров), позволяющих реализовать сложные методы модуляции сигнала и современные алгоритмы шифрования данных. Это обеспечило не только высокий уровень достоверности при передаче информации, но и её защиту от несанкционированного доступа. Также важное значение имело решение проблемы стандартизации различных аспектов технологии. В настоящее время основными организациями и сообществами, регламентирующими требования к PLC-устройствам, являются IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA и HomePlug Powerline Alliance. Последняя из них является международным альянсом, объединяющим около 80 известных на рынке телекоммуникаций компаний, среди которых Siemens, Motorola, Samsung и Philips. Деятельность альянса, организованного в 2000 году, направлена на проведения научных исследований и практических испытаний совместимости устройств различных изготовителей, использующих данную технологию, а также поддержку и продвижение единого стандарта под названием HomePlug.
Все существующие PLC-системы принято разделять на широкополосные (BPL – Broadband over Power Lines) и узкополосные (NPL – Narrowband over Power Lines). Спектр решаемых с их помощью задач очень широк, а выбор необходимого метода основывается на характеристиках и объёме передаваемой информации. Широкополосные устройства (со скоростью от 1 до 200 Мбит/c) ориентированы на системы доступа к интернету, на создание домашних компьютерных сетей, а также на приложения, требующие высокоскоростного обмена данными: потоковое видео, системы видеоконференцсвязи, цифровой телефонии и т.д. Наибольший интерес для разработчиков аппаратуры представляют узкополосные PLC-модемы в связи с их относительной дешевизной и улучшенными характеристиками, позволяющими работать не только в обычных сетях, но и в сетях с повышенным уровнем помех. Микросхемы и модули для узкополосных модемов (с пропускной способностью канала от 0,1 до 100 Кбит/с) широко применяются в составе различных изделий бытового и промышленного назначения, при создании распределенных систем автоматизированного контроля и управления в цехах и системах жизнеобеспечения зданий (лифтах, устройствах кондиционирования и вентиляции), средств учета потребления электроэнергии, воды, газа, тепла, приборов охранной и пожарной сигнализации.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ PLC
Основой PLC-технологии является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в результирующий сигнал (рис. 1).

При использовании обычной модуляции с частотным разделением (FDM – Frequency Division Multiplexing) доступный спектр расходуется неэффективно. Связано это с наличием защитных интервалов между отдельными поднесущими, необходимых для предотвращения взаимного влияния сигналов (рис. 2а). Поэтому в PLC устройствах применяется ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing), при котором центры поднесущих частот размещаются так, что пик каждого последующего сигнала совпадал с нулевым значением предыдущего. Как видно на рис. 2б, доступная полоса частот в этом случае расходуется более рационально.

Перед объединением в один сигнал все поднесущие частоты подвергаются фазовой модуляции – каждая своей последовательностью бит. После этого они проходят через блок формирования, где собираются в единый информационный пакет, называемый еще OFDM-символом. На рисунке 3 приведен пример относительной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying) для каждой из четырех поднесущих частот в диапазоне 4,5-5,1 МГц. Реально в технологии PLC передача ведется с использованием 1536 поднесущих частот с выбором 84 наилучших на диапазоне от 2 до 32 МГц в зависимости от текущего состояния линии и наличия помех. Данный способ придает PLC технологии гибкость при использовании в различных условиях. Например, как уже было сказано выше, работающее PLC-устройство способно "глушить" радиоприём на определенных частотах, эта проблема хорошо известна радиолюбителям. Ещё одним примером является случай, когда некое приложение уже использует часть диапазона. Технически устранение нежелательного взаимного влияния реализуется путем использования настроек, так называемых Signal Mode и Power Mask на устройствах, в которых предусмотрена соответствующая возможность. Signal Mode – программный метод определения рабочего диапазона частот, а Power Mask – программный метод ограничения спектра используемых частот. За счёт этого PLC-устройства могут спокойно сосуществовать в одной физической среде и не зашумлять диапазоны частот, используемые для радиосвязи.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать значительные затухания передаваемого сигнала на определенных частотах, что может привести к потере и искажению данных. Для решения вопроса адаптации к физической среде передачи предусмотрен способ динамического включения и выключение передачи сигнала, позволяющий выполнить обнаружение и устранения ошибок и конфликтов. Суть данного метода заключается в постоянном мониторинге канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование проблемного диапазона на время прекращается до восстановления приемлемого значения затухания, а данные передаются на других частотах (рис. 4).

Другой существенной сложностью при передаче данных по бытовой электросети, теперь уже для самих устройств PLC, являются импульсные помехи, источниками которых могут быть различные зарядные устройства, галогеновые лампы, включение или выключение различных электроприборов (рис. 5). Сложность ситуации заключается в том, что, используя вышеописанный метод, PLC-модем не успевает адаптироваться к быстроменяющимся условиям, ведь их длительность может не превышать одной микросекунды, в результате часть битов может быть утеряна. Для решения этой проблемы используется двухступенчатое (каскадное) помехоустойчивое кодирование битовых потоков перед тем, как они будут промодулированы и поступят в канал передачи данных. Его суть состоит в добавлении в исходный информационный поток по определенным алгоритмам избыточных ("защитных") битов, которые используются декодером на приемной стороне 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, что значительно увеличивает целостность передаваемых данных. Кроме того, помехоустойчивое кодирование увеличивает безопасность передаваемой информации с точки зрения защиты от несанкционированного доступа.

Так как в качестве среды передачи данных выбрана разветвленная сеть бытового электропитания, то в один момент времени передачу могут начать сразу несколько подключенных устройств. В такой ситуации для разрешения конфликтов столкновения траффика применяется регулирующий механизм – протокол доступа к среде CSMA/CA. Разрешение коллизий происходит на основе того или иного приоритета, задаваемого в специальных полях приоритезации пакетов данных.

ИС SEMTECH ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ PLC ТЕХНОЛОГИИ
PLC продукция компании Semtech предназначена для эксплуатации в типовых линиях электроснабжения с низким или средним рабочим напряжением . Любой модем, работающий с аналоговой физической линией, должен иметь функциональные узлы, необходимые для обработки аналоговых данных, преобразования их в цифровую форму и, конечно, для обработки цифровых данных. На стороне передачи модем также должен производить кодирование цифровых данных в соответствии с заданным алгоритмом, преобразовывать их в аналоговые и посылать в линию.
Все эти действия выполняют микросхемы серии EV8ххх. Узкополосные микросхемы, представляющие собой “системы на кристалле”, отличаются высокой степенью интеграции и содержат все необходимые структурные блоки для реализации физического, MAC и других уровней протокола (6LoWPAN и IEC). Поддерживают несколько типов модуляции, на практике наиболее часто применяется OFDM для организации устойчивого и помехозащищенного канала связи. Однокристальные ИС, прошедшие тестирование функциональной совместимости в HomePlug Alliance Netricity, отличаются универсальностью применения, на их основе проектируются как оконечные узлы, так и координаторы сети. Спецификация Netricity разработана для сетевых коммуникаций по линиям электросети большой дальности и предназначена для внедомовой инфраструктуры, интеллектуальных сетей распределения электроэнергии и управления производственными процессами. Технология может быть использована как в плотных городских, так и в сельских электросетях с использованием частот ниже 500 кГц. Она также включает уровень доступа на основе IEEE 802.15.4 (MAC), являющийся ключевым для разработки гибридных проводных/беспроводных сетей. Основные технические характеристики PLC микросхем компании Semtech представлены в таблице 1.

ИС серии EV8ххх обладают программируемыми диапазонами частот от 10 до 490 кГц, покрывая CENELEC A (10 – 95 кГц), CENELEC B (95 – 120 кГц), CENELEC C (120 – 140 кГц), FCC (10 – 490 кГц) и ARIB (10 – 490 кГц) полосы без изменений в конструкции устройства . Путем удаленной загрузки соответствующего встроенного программного обеспечения по линии электросети они могут быть настроены для работы в режимах ITU-T G.9903 (G3-PLC), ITU G.9902, ITU-T G.9904 (PRIME), IEEE P1901.2 и IEC-61334 (S-FSK). Кроме того они поддерживают фирменный высокопроизводительный режим 4GPLC. Конструктивно микросхемы семейства изготавливаются в низкопрофильных корпусах для поверхностного монтажа, предназначенных для эксплуатации в диапазоне рабочих температур от -40 до +85°C . Упрощенная структура с изображением основных функциональных узлов приведена на рис 6, здесь можно выделить следующие блоки:
Блок AFE (Analog Front-End) представляет собой набор аналоговых компонентов, обеспечивающих изоляцию при помощи трансформатора с разделительным конденсатором, фильтрацию и усиление входного сигнала, и формирование заданных уровней выходного передаваемого сигнала путем использования драйвера линии на ОУ;
PHY – это блок, предназначенный для сопряжения цифровой части микросхемы с аналоговой линией;
32-битный RISC микроконтроллер обеспечивает внутрисхемную реализацию MAC-уровня, производит обработку данных, формирование пакета, кодирование данных по симметричному алгоритму блочного шифрования AES и т.д., а также решает прикладные задачи;
Периферийные блоки, сопрягающие встроенный микропроцессор с внешними микросхемами – памятью EEPROM, АЦП с высоким разрешением и хост-контроллером. Для связи применяется аппаратная реализация широко распространенных интерфейсов SPI, I2C и UART;
Интегрированная оперативная и флэш-память. Размер встроенной памяти программ варьируется в пределах от 1 до 2 Мб, оперативной - от 256 кбайт у EV8100 до 384 кбайт у остальных, по запросу к производителю возможны иные варианты;
Блок управления тактированием;
Подсистема питания, обеспечивающая все необходимые для отдельных узлов напряжения. Как правило, применяется источник, работающий от той же сети переменного тока, что и используется для передачи данных.
Отдельно стоит отметить ИС EV8100, которая, помимо типовых узлов, содержит встроенный контроллер 6х33 сегментного LCD дисплея и драйвер сенсорной клавиатуры.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИС СЕМЕЙСТВА EV8XXX
PLC микросхемы компании Semtech ориентированы прежде всего на использование в системах автоматизации, дистанционного управления и контроля удаленными объектами, наиболее популярные сферы их применения:
Сети автоматизации зданий (AMI);
Системы управления посадочными огнями в аэропортах;
;
Домашние локальные сети;
Интеллектуальное оборудование (“умные вещи”), в т.ч. бытовая электроника;
Системы контроля и управления на солнечных электростанциях;
Сети уличного освещения;
Оборудование связи с подстанциями;
Системы управления транспортными потоками.
Среди всего вышеперечисленного основное направление - это сети AMI (Инфраструктура интеллектуального учета), объединяющие «умные счетчики», концентраторы данных, средства управления энергопотреблением, дисплеи и другие компоненты систем автоматизации зданий (рис. 7).

Связь по силовым линиям является основным элементом автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей, применяемых коммунальными службами. Основные преимущества этой технологии: возможность автоматически получать информацию от жилых и промышленных помещений, расположенных в удаленных районах с низкой плотностью населения и низким качеством инфраструктуры, большой срок службы, возможность наращивания и низкие затраты. Принцип работы системы довольно прост. Электричество от электростанции передается по высоковольтному кабелю к подстанции. Здесь происходит понижение напряжения и распределение на большое количество низковольтных трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до бытового. Обычно к одному трансформатору подсоединено от 500 до 1000 конечных потребителей. Таким образом, можно предложить следующий вариант построения PLC систем для данных целей: концентратор, действующий как центральный узел, базируется на низковольтных подстанциях и регулярно (например, раз в час) собирает результаты измерений со счетчиков (это могут быть не только счетчики электроэнергии, но и воды, тепла, газа). Далее информация пересылается на сервер для дальнейшей обработки, например по каналу GSM . Такой тип систем не ограничен только получением информации со счетчиков и может выполнять другие функции.
Для практической реализации данной системы компания Semtech предлагает стартовый набор разработчика, включающий как готовые решения на основе микросхем EV8000, EV8100 и EV8200 для максимально быстрой организации передачи данных по PLC сети, так и отладочные средства для оценки возможностей системы (таблица 2).

Последние представляют собой модули для оконечных узлов (счетчиков) и концентраторов, в комплект поставки которых входит все необходимое, включая рекомендации по применению, а также ПО для настройки параметров отдельных узлов и мониторинга качества связи в проектируемой сети. Прилагаемый графический интерфейс пользователя позволяет запрограммировать диапазон рабочих частот, тип модуляции, скорость передачи, уровень выходной мощности и т.д., а также наглядно отследить коэффициенты ошибок PER и BER в пакетах принимаемых данных.
Отладочные комплекты EVM8K-01, EVM8K-02 и EVM8K-03 могут выступать как в качестве удаленных измерительных узлов, так и в качестве концентраторов, обеспечивающих сбор данных. Модули предназначены для эксплуатации в одно- и трехфазных сетях, запитываются от встроенного источника переменного тока с напряжением 80-280 В (EVM8K-01 и EVM8K-02) либо от постоянного со стандартным напряжением 12 В (EVM8K-01 и EVM8K-03). Связь с хост-контроллером осуществляется посредством интерфейсов RS-232 или USB. Комплект EVM8K-13 представляет собой концентратор сети, объединяющий на одной плате PLC модем на базе ИС EV8000 с 32-битным RISC микроконтроллером, необходимым для выполнения пользовательского приложения. Комплект способен обслуживать до 500 оконечных узлов (до 2000 опционально), из отличительных особенностей можно отметить наличие “на борту” 3G/EDGE/GPRS модема, GPS модуля и 8 Гб SD карты. Помимо беспроводной передачи данных на сервер можно также воспользоваться интерфейсами RS-232, USB или Ethernet. Внешний вид отладочных комплектов показан на рис. 8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Широкое распространение низковольтных электрических сетей 0,22-0,38 кВ и отсутствие необходимости проведения затратных монтажных работ для прокладки кабелей стимулируют повышенный интерес к электрическим сетям как к среде передачи данных. Текущее развитие PLC технологии во многом связано с появлением общепринятых регламентирующих стандартов и совершенствованием соответствующей элементной базы. PLC модемы компании Semtech, отличающиеся высокой степенью интеграции, обеспечивают получение устойчивого и помехозащищенного канала связи при его достаточно высокой пропускной способности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрименко В. PLC-технологии. // Электронные компоненты. 2009. №10. с. 58-62.
2. Официальный сайт компании Semtech. www.semtech.com
3. Product brochure. EV8000: Single-chip multimode PLC modem.
4. Product brochure. EV8010: Single-chip standards-based PLC modem.
5. Product brochure. EV8020: Single-chip standards-based PLC modem.
6. Product brochure. EV8100: Split-meter display SoC with integrated PLC.
7. Product brief. Power line communication products.

Технологии и стандарты связи

LON - это локальная операционная сеть. Для реализации сетей умного дома используются появившиеся в 1998 году сетевые технологии, такие как LonWorks, HomeRF и Bluetooth.
Домашняя радиосеть HomeRF выполнена на базе открытого промышленного протокола коллективного беспроводного доступа (Shared Wireless Acess Protocol – SWAP), разработанного рабочей группой фирм-производителей домашних ВЧ-систем (Home Radio Frequency Working Group – HomeRF). Группа, образованная в марте 1998 года, объединила более 90 производителей (в том числе и Intel). Используется полоса частот 2,4 ГГц с возможностью перескока частоты. Сеть работает с шумоподобным сигналом (ШПС) и поддерживает скорость передачи данных 2 Мбит/с на расстояние до 50 м. На рынке представлены такие изделия, как сетевые средства серии AnyPoint фирмы Intel и HomeLINE компании Farallon. В AnyPoint входят адаптер для подключения нескольких ПК через USB-порт к ближайшей телефонной розетке.
Популярная платформа Bluetooth рассчитана на полосу 2,45 ГГц. Она предусматривает применение трансивера с перескоком частоты (1600 перескоков/с) и работу в режиме временного уплотнения. В диапазоне от 10 см до 10 м скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с. Дальность действия невелика, но может быть увеличена до 100 м за счет наращивания мощности передаваемого сигнала

Торговые автоматы - Вернуться на главную страницу

17.10.1999 Юрий ПОДГУРСКИЙ, Владимир Заборовский

В последнее время наблюдается всплеск интереса к средствам передачи данных по линиям электропитания. Это обусловлено, прежде всего, повсеместно возрастающей потребностью в средствах телекоммуникаций как в глобальном, так и в локальном масштабах.

Системы управления и мониторинга в промышленности и на транспорте, в медицине, энергетике, системах экологической безопасности и других областях человеческой деятельности становятся все более интеллектуальными и распределенными. Одновременно значительное распространение получают новые виды информационного обмена - средства домашней автоматики, сети малых и домашних офисов (SOHO), распределенные системы охранной и иной сигнализации, которые также нуждаются в развитой инфраструктуре средств связи. При этом определяющую роль играет экономический фактор: средства информационного обмена, являясь «инструментом» коммуникаций, должны быть дешевыми и повсеместно доступными.

На фоне слабой инфраструктуры российской проводной связи именно широкая распространенность электрических сетей, отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ, связанных с созданием траншей и колодцев, пробивкой стен и прокладкой кабелей, а также возможность формирования симметричных каналов связи (рис. 1) стимулируют повышенный интерес к электрическим сетям как среде передачи данных.

Особенности линий питания

Сложность организации связи по линиям электропитания заключается в том, что существующие электросети первоначально не предназначались для передачи данных. Они характеризуются высоким уровнем шумов и быстрым затуханием высокочастотного сигнала, а также тем, что коммуникационные параметры линии, постоянные для традиционных физических сред, существенно меняются во времени в зависимости от текущей нагрузки. Специфической особенностью линий электропитания является и их разветвленная древовидная топология. Кроме того, при организации связи должны быть обеспечены электромагнитная совместимость и экранирование процессов передачи данных от собственно электропотребления.

Реализация систем передачи данных по электрическим линиям в России связана с дополнительными трудностями, заключающимися в том, что технические характеристики отечественных электрических сетей отличаются от характеристик сетей западных и пожалуй, (более важно), отсутствуют стандарты, определяющие главные параметры систем передачи данных по линиям электропитания.

Основные области применения

В настоящее время существует несколько стандартных системных подходов к передаче информации по линиям питания. Различия между ними состоят прежде всего в ориентации на конкретный класс приложений, а также в методах и средствах обеспечения надежного информационного взаимодействия.

Важнейшие области применения средств связи на основе электрических сетей показаны на рис. 2. Каждый класс приложений характеризуется специфическими требованиями к скорости и дальности передачи, методу доступа и другим показателям, определяющим качество передачи.

К низкоскоростным распределенным системам управления и учета относятся системы автоматического управления в цехах и на производственных территориях, системы жизнеобеспечения зданий (лифты, кондиционеры, вентиляция), складские системы, средства учета энергопотребления, системы охранной и пожарной сигнализации в дачных поселках, гаражных кооперативах и т.д.

Другой класс приложений составляют средства домашней автоматики, позволяющие комплексно управлять бытовыми приборами вплоть до автоматического согласованного включения кофеварок и тостеров, а также вывода на телеэкран изображения с входной видеокамеры при появлении нежданных гостей. Сюда же можно отнести локальные сети для домашних и малых офисов, развернутые в пределах небольшого здания или отдельной квартиры.

Несомненный интерес представляют примеры успешного использования электрических сетей для организации телефонной связи в поселках и на ограниченных территориях, а кроме того, для обеспечения высокоскоростного доступа в Internet. Прогресс в этой области может не только изменить расстановку сил на рынке Internet-провайдеров, но и вызвать к жизни новые принципы проектирования силовых электрических сетей и их оптимальной структуризации с учетом как энергетических, так и коммуникационных требований.

Архитектура взаимодействия

Архитектура информационного взаимодействия на основе электросетей имеет иерархическую структуру; в обобщенном виде она представлена на рис. 3. Даже в рамках одной прикладной области конкретные ее реализации отличаются методами надежной доставки данных на различных уровнях иерархии.

Повышение надежности передачи на физическом уровне связано с выбором способа модуляции и частотного диапазона, с использованием методов цифровой обработки сигналов и адаптивного управления. Здесь в первую очередь следует отметить перспективность алгоритмов широкополосной (Spread Spectrum) модуляции, существенно повышающей помехоустойчивость передачи.

При использовании SS-модуляции мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот, и сигнал становится незаметным на фоне помех. На принимающей стороне значимая информация выделяется из шумоподобного сигнала с использованием уникальной для данного сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой полосе частот. Описанный принцип лежит в основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Технологии SS-модуляции и CDMA подробно рассмотрены в литературе (главным образом, на примерах использования в сотовых телефонных сетях). Здесь лишь отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокий уровень защиты информации.

Основные способы повышения надежности передачи на канальном уровне следующие:

• разбиение пакетов данных на кадры небольшой длины;
• использование корректирующих кодов для выявления и исправления ошибок;
• применение низкоуровневых протоколов надежной передачи на основе подтверждений приема коротких кадров;
• использование эффективных методов управления доступом к среде передачи данных.

Короткие пакеты позволяют увеличить не только вероятность достоверной передачи порции данных, но и эффективность адаптации передающей стороны к быстро меняющимся характеристикам сети. При использовании широкополосной модуляции это выражается в оптимальном перераспределении мощности сигнала в полосе частот с учетом фактического спектра помех.

Некоторые фирмы разработали оптимизированные протоколы доступа к среде, учитывающие особенности «электросетевых» приложений и зашумленность линий питания. Поскольку значительная часть таких приложений (автоматический учет, охранная сигнализация, домашняя автоматика) предполагает наличие в сети одного активного узла, для обеспечения доступа целесообразно использовать методы опроса или передачи маркера. Это снимает проблемы распознавания несущей в зашумленных сетях и необходимость выявления коллизий. В целях повышения надежности самого управления доступом используется принцип «трехкратного рукопожатия» при передаче маркера.

Базовые компоненты

Типовая функциональная схема и основные компоненты коммуникационного узла «электрической сети связи» представлены на рис. 4.

Ядром коммуникационного узла являются контроллеры сетевого, канального и физического уровней; последние часто называются также приемопередатчиками или трансиверами. Как правило, эти компоненты реализуются на базе универсальных либо специализированных микропроцессоров и выпускаются рядом фирм в виде наборов микросхем.

Изолирующий (соединительный) модуль в общем случае осуществляет две функции: изолирует аппаратуру коммуникационного узла от напряжения питания и выделяет информационный сигнал из силового напряжения. Обычно этот модуль выполняется из отдельных радиоэлектронных компонентов.

Некоторые фирмы изготавливают специальные микросхемы усилителей мощности, позволяющие передавать сигнал на большие расстояния. На основе этих компонентов может быть построен электромодем со стандартным или заказным интерфейсом пользователя.

Для обеспечения совместимости изделий различных производителей (в рамках одного класса приложений) предпринимаются усилия по стандартизации технологий передачи информации по линиям питания.

Технологии и продукты

Наиболее распространенными технологиями передачи данных по электрическим сетям 120/220 В являются:

• X-10 одноименной фирмы (http://www.x10.com );
• CEBus компании Intellon (http://www.intellon.com );
• LonWorks корпорации Echelon (http://www.echelon.com );
• Adaptive Networks, предложенная фирмой с таким же названием (http://www.adaptivenetworks.com );
• DPL 1000 производства NOR.WEB (http://www.nor.webdpl.com ).

Технология X-10 разработана в 1978 г. корпорацией Х-10 с ориентацией на задачи дистанционного управления светильниками и простейшими бытовыми приборами. Для передачи двоичной информации здесь используется генерация коротких радиоимпульсов частотой 120 кГц в момент перехода переменного напряжения через ноль. Выбор такой схемы кодирования обусловлен тем, что нулевое значение напряжения характеризуется меньшими уровнями шумов и влияния других устройств, подключенных к сети.

Двоичной «1» соответствует передача частоты 120 кГц в течение 1 мс, а двоичному «0» - отсутствие радиоимпульса. В целях уменьшения ошибок для передачи одного бита используются два перехода через ноль. Поэтому скорость передачи ограничена величиной 60 бит/с (для сети 120 B, 60 Гц).

Прикладному уровню соответствует язык управления простейшими устройствами. Полная команда Х-10 состоит из двух пакетов, разделяемых интервалами в три периода для ее передачи требуется 47 циклов или приблизительно 0,8 с.

Контроллеры и адаптеры Х-10 выпускаются многими фирмами США. В ряде стран Европы доступны продукты Х-10, адаптированные к европейским электросетям. Стоимость модулей Х-10 колеблется от 8 долл. за пассивный приемник до 50-100 долл. за многофункциональное активное устройство.

Основными недостатками системы на базе Х-10 являются низкая скорость передачи и функциональная ограниченность.

Технология Intellon CEBus (Intellon SSC) создавалась компанией Intellon для передачи данных по линиям электропитания (120 В, 60 Гц) в соответствии со стандартом домашней сети CEBus (более подробную информацию об этом стандарте можно найти в Internet по адресу http://www.CEBus.com ). Стандарт CEBus (EIA-600) определяет требования, которые сделают возможным взаимодействие бытовых приборов и устройств домашней автоматики на основе различных физических сред передачи: линий электропитания, радио- и инфракрасных каналов, коаксиального кабеля и др. Модель CEBus включает протоколы прикладного, сетевого, канального и физического уровней эталонной модели OSI.

Функции прикладного уровня выполняет язык приложений CAL (Common Application Language), описанный в документе EIA-721. Он определяет унифицированный синтаксис для описания функционирования различных устройств и набор типовых команд. CAL является объектно-ориентированным языком, позволяющим задавать прикладные контексты взаимодействия, в частности звуковое управление телевизором, музыкальным центром, видеомагнитофоном и СD-плейером. Каждый контекст далее разбивается на объекты, представляющие собой такие параметры управления, как громкость, яркость и т.д.

Протокол сетевого уровня формирует пакеты данных, содержащие всю необходимую информацию об адресах источника и приемника.

Стандартом CEBus предусмотрена одноранговая модель взаимодействия, при которой любой узел имеет свободный доступ к сети. Для предотвращения коллизий на канальном уровне задействован механизм CSMA/CDCR.

На физическом уровне Intellon CEBus Powerline Carrier Protocol использует технологию SS-модуляции, предусматривающую передачу каждого бита данных в полосе частот 100-400 кГц.

Компания Intellon предлагает семейство продуктов Power Line Evaluation Kit, реализующих технологию Intellon CEBus: от комплекта микросхем до системного решения и средств проектирования сети. Его стоимость - 245 долл. По имеющейся информации, Microsoft приобрела лицензию на использование технологии Intellon CEBus для передачи данных по электрическим сетям.

Технология LonWorks (Local Operation NetWorks) разработана американской корпорацией Echelon с целью создания распределенных систем (сетей) управления промышленного и бытового назначения. LonWorks предоставляет средства и конструктивные блоки, необходимые для проектирования, монтажа и обслуживания интеллектуальных взаимодействующих узлов и подсистем, включающих различные типы датчиков, устройств управления, индикации и т.д.

Основными компонентами технологии LonWorks являются:

• протокол LonTalk;
• микропроцессор Neuron Chip (3 х 8 бит ЦП, 10 Кбайт ОЗУ, 10 Кбайт ПЗУ);
• специализированные модули - трансиверы для различных сред передачи, управляющие модули, сетевые адаптеры и маршрутизаторы;
• средства проектирования - LonBuilder (конфигурирование и отладка сетей LonWorks), NodeBuilder (конфигурирование отдельного узла), LonMaker (анализ протоколов);
• программные шлюзы - Ethernet, Т1, Х.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (цифровой), OptoMux, Modbus, ISAbus, STD32 bus, PC/104, VMEbus и EXMbus.

Основу технологии LonWorks составляет протокол LonTalk, используемый узлами сети для обмена информацией. Каждый узел сети должен содержать микропроцессор, реализующий функции данного протокола.

Протокол LonTalk является открытым и может быть «встроен» в любой подходящий микропроцессор. Примером такого встраивания является упомянутый выше микропроцессор Neuron Chip, который разработан по технологии LonWorks и производится компаниями Motorola и Toshiba. Этот чип обеспечивает эталонную реализацию LonTalk и допускает использование как в задачах управления обменом данных, так и для тестирования других реализаций указанного протокола.

LonTalk представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, позволяющий осуществлять надежную передачу данных через различные физические среды - витую пару, радиоканал (RF), инфракрасный канал, линии электропитания, коаксиальный или оптический кабель. Для среды каждого типа разработаны трансиверы, поддерживающие работу сети при различных длинах каналов, скоростях передачи и сетевых топологиях. Применяемый метод доступа - CSMA.

Для линий электропитания 24/120/220/380/480 В переменного (50/60/400 Гц) и постоянного тока разработано несколько трансиверов (PLT), выполненных в виде микросхем и микросборок.

Цена компонентов LonWorks достаточно велика: 42 долл. - за трансивер, от 2000 долл. - за систему программирования.

Технология LonWorks находит применение прежде всего в системах жизнеобеспечения зданий, промышленной и домашней автоматики. Она является одной из лидирующих в области распределенных управляющих сетей. Это подтверждается и тем, что в последнее время к разработкам домашних сетей на основе LonWorks активно подключилась Microsoft, а компания Cisco Systems продемонстрировала возможность доступа через Internet к узлам сети LonWorks с помощью обычных браузеров.

Корпорация Adaptive Networks (ANI) выпускает ряд продуктов, поддерживающих высоконадежную передачу данных по любым видам электропроводки, в том числе соответствующим европейскому стандарту CENELEC. Технология, запатентованная ANI, обеспечивает эффективную скорость передачи до 115 кбит/с (физическая скорость 268 кбит/c) и надежность, сопоставимую с таковой для специальной выделенной кабельной инфраструктуры.

В 1991 г. технология Adaptive Networks была утверждена в качестве стандарта передачи данных для систем контроля в бортовых холодильных контейнерах (ISO 10368). Ее отличительными особенностями являются:

• обеспечение надежной передачи данных при высоком уровне помех за счет быстрой адаптации широкополосного сигнала к реальным характеристикам электросети;
• возможность работы с существующим сетевым ПО, ориентированным на витую пару или другой вид кабеля;
• использование прозрачного, надежного протокола канального уровня с исправлением ошибок (вероятность ошибочной передачи бита равна 10 -9);
• интегральная реализация, не требующая дополнительной интерфейсной логики;
• гибридная схема маркерного доступа к среде, используемая при достаточно большой загруженности сети.

В настоящее время выпускаются комплекты микросхем и модули, обеспечивающие эффективную пропускную способность 4,8 (AN48), 19,2 (AN192) и 100 кбит/с (AN1000). Для каждого набора микросхем предлагаются средства проектирования (Evaluation Kit). Стоимость компонентов и инструментальных средств достаточно высока.

Технология DPL 1000, позволяющая передавать данные по электросетям со скоростью до 1 Мбит/с, разработана английской компанией NOR.WEB (совместное предприятие Nortel Networks и United Utilities).

DPL 1000 можно по праву считать революционным шагом в развитии средств передачи данных по линиям электропитания, поскольку она открывает возможность практически всеобщего прямого доступа в Internet по крайне низким ценам. Если испытания, проводимые в настоящее время в нескольких странах Европы, подтвердят работоспособность систем на основе DPL1000, то в будущем можно ожидать существенных изменений на рынке провайдерских услуг и снижения расценок на доступ в Internet.

Новая технология базируется на запатентованных средствах экранирования данных от электрических наводок. Технические подробности ее реализации в доступных источниках практически отсутствуют. DPL 1000 представляет собой законченное решение для передачи данных от понижающей трансформаторной подстанции до конечного пользователя в доме или офисе.

В соответствии с технологией DPL 1000 производится определенная настройка рабочих параметров фрагмента распределительной электрической сети, подключенного к низковольтной обмотке понижающего трансформатора, после чего он может использоваться в качестве локальной сети. При этом снимается проблема «последней мили» для Internet-провайдеров и обеспечивается постоянный прямой доступ пользователей к Internet без загрузки телефонных абонентских линий.

В локальные сети на основе DPL 1000 входят следующие аппаратные компоненты:

• центральная станция, которая обеспечивает подключение локальной сети к магистральным каналам связи и сетевое администрирование;
• базовая станция, размещаемая на трансформаторной подстанции и реализующая подключение информационной локальной сети к низковольтным силовым линиям питания;
• присоединительное устройство, которое устанавливается на входе силового кабеля в дом (рядом с электросчетчиком) и обеспечивает стыковку с внутренней информационной сетью;
• коммуникационный модуль, подключаемый к компьютеру, на котором устанавливается коммуникационное ПО.

В настоящее время в нескольких европейских странах развернуты демонстрационные зоны для «обкатки» технологии DPL 1000. Например, в Великобритании с ее помощью к Internet подключена общеобразовательная школа, а в Германии на основе DPL 1000 первые пользователи получили постоянный выход во Всемирную сеть со скоростью до 1 Мбит/с в обоих направлениях.

Отдельные компоненты для передачи данных по электросетям создают и другие фирмы, среди которых следет отметить Intelogis и ITRAN.

Список используемых сокращений

AMR (Automated Meter Reading) - автоматическое считывание показаний счетчиков. ASK (Amplitude-Shift Keying) - амплитудная манипуляция. ASST (Adaptive Spread Spectrum Transmission) - адаптивная широкополосная передача; патентованная технология компании Adaptive Networks. BPSK (Binary Phase-Shift Keying) - двухпозиционная фазовая манипуляция. CAL (Сommon Application Language) - унифицированный язык приложений стандарта CEBus. CEBus (Consumer Electronics Bus) - шина бытовой электроники; стандарт взаимодействия на основе домашней сети, разработанный ассоциацией EIA. CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standartization) - Европейский комитет стандартов по электротехнике. CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением каналов. Метод доступа при использовании широкополосной (SS) модуляции. Осуществляется за счет перемножения последовательности полезных битов информации на индивидуальную псевдослучайную последовательность более коротких импульсов. DCSK (Differential Code Shift Keying) - дифференциальная кодовая манипуляция; технология широкополосной модуляции, разработанная фирмой ITRAN Сommunications. DPL (Digital Power Line) - «цифровая» линия электропитания. EIA (Electronics Industry Association) - Ассоциация электронной промышленности. FCC (Federal Communications Commission) - Федеральная комиссия связи (США). FSK (Frequency-Shift Keying) - частотная манипуляция. ICSS (Integrated Circuit/Spread Spectrum) - интегральные микросхемы для широкополосной модуляции; торговая марка фирмы National Semiconductor. PLT (Power Line Tranceiver) - трансивер для передачи данных по линии электропитания. PSK (Phase-Shift Keying) - фазовая манипуляция, при которой фаза несущей принимает только фиксированные из ряда допустимых значений (например, 0, 90, 180 и 270 град.), а информация закладывается в изменения фазы несущей. SOHO (Small Office/Home Office) - малый/домашний офис. SSC (Spread Spectrum Carrier) - «широкополосная» несущая. SST (Spread Spectrum Transmission) - широкополосная передача.

Электромодемы ЭМ-20 и ЭМ-30

Производитель: ЦНИИ РТК Тип устройства: средство передачи информации по сети электропитания 220/380 В Линии связи: сети питания 24/120/220/380 В переменного (50/60/400 Гц) или постоянного тока, а также обесточенные линии Дальность передачи, км: 0,5-1,0 (территория одной подстанции) Скорость передачи, кбит/с: 4,8; 9,6 или 50,0 Интерфейсы: RS-232, RS-485, заказные Возможность адресного вызова Возможность двунаправленной передачи Многоканальная передача речи Области применения: комплексные системы безопасности (охранная, пожарная, аварийная сигнализация в гаражах, садовых кооперативах, музеях, заповедниках, отелях); системы удаленного учета параметров и распределенного управления (локальные системы энергосбережения, перекачивающие и складские системы); оперативно разворачиваемые системы передачи информации (выставки, выездные мероприятия); автоматика зданий и объектов особого режима; локальные сети передачи данных и речи на основе существующих линий электропитания 220/380 В.