L'adaptateur PLC de Rostelecom est un appareil qui vous permet de transmettre un signal Internet sur réseau électrique. Un tel équipement aidera à se débarrasser de la pose de fils supplémentaires dans un appartement ou une maison privée.

Aujourd'hui, la plupart des gens ont un réseau sans fil dans leur propre maison ou appartement. Vous pourriez penser que Powerline (alias HomePlug), qui utilise le câblage électrique de votre maison comme un réseau de données câblé, est une technologie obsolète et inutile.

Une telle hypothèse serait erronée. Oui, le Wi-Fi est pratique et rapide - la technologie 802.11n est répandue et les derniers routeurs de classe 802.11ac fournissent des connexions à des vitesses allant jusqu'à 1300 Mbps.

Important : la simplicité et la fiabilité qu'offre Powerline Technologie sans fil ne peut toujours pas fournir. Il n'est pas destiné à remplacer Réseaux Wi-Fi. Ces technologies se complètent.

Qu'est-ce qu'un réseau CPL ?

Powerline est essentiellement un réseau câblé. Disons que vous avez un routeur haut débit dans le couloir et une télévision intelligente dans le salon qui ne prend pas en charge Communication sans fil. La seule façon de profiter de la télévision numérique est d'utiliser un câble Ethernet reliant le routeur au couloir et au sol du salon. Vous pouvez essayer de cacher le cordon sous la plinthe. Mais, si l'appartement a été récemment rénové, tout recommencer à cause d'un seul câble ne sera pas la meilleure idée.

L'adaptateur CPL de Rostelecom ne nécessite pas de circuits complexes pour le connecter. Il est pratiquement invisible. Le kit de base est livré avec deux adaptateurs Powerline et quelques câbles Ethernet courts.

Le schéma est simple, nous connectons un câble Ethernet au routeur et l'autre au premier adaptateur. Branchez-le ensuite dans la prise la plus proche. Nous connectons le câble Ethernet au téléviseur HD et au deuxième adaptateur. Nous insérons ce dernier dans la prise la plus proche. Les adaptateurs se détectent automatiquement (pas de pilotes et pas de long processus de configuration) et se connectent. Cela permet aux paquets de données d'être transmis du routeur au téléviseur via le câblage électrique dans les murs.

Quelle est la vitesse de connexion ?

Lorsque la première norme HomePlug Powerline a été introduite en 2001, les taux de transfert de données étaient limités à 14 Mbps. Mais les derniers adaptateurs CPL pour Rostelecom prennent en charge la classe de réseaux Gigabit, fournissant des commentaires positifs même parmi les utilisateurs Internet GPON.

Pourquoi utiliser les réseaux CPL ?

Si vous avez déjà un hub sans fil, vous ne voyez peut-être pas l'intérêt d'acheter des adaptateurs CPL pour votre réseau domestique. Mais la technologie présente un certain nombre d'avantages par rapport au Wi-Fi, à savoir une vitesse, une fiabilité, une sécurité et une facilité d'utilisation constantes.

En configurant un réseau à l'aide d'un adaptateur CPL de Rostelecom, vous pouvez couvrir des endroits où connexion sans fil est de mauvaise qualité en raison d'un grand nombre de chevauchements ou d'autres interférences dans le chemin du signal. Cette option est également pratique lors de la connexion d'équipements non Wi-Fi, tels que des consoles de jeux héritées, pour éviter d'encombrer votre salon avec des câbles Ethernet. Powerline est une solution de mise en réseau soignée et efficace.

Important : La technologie est plus sûre que réseau sans fil. Étant donné que les données sont transmises sur des fils de cuivre dans votre maison, vous pouvez être sûr que vous seul aurez accès à la connexion.

Certains ensembles d'adaptateurs CPL vous permettent de protéger en plus la connexion avec un mot de passe.

Comment fonctionnent les réseaux CPL ?

Envoyer des signaux sur des fils électriques à la maison n'est pas une idée révolutionnaire. Les compagnies d'électricité ont commencé à envoyer des signaux de contrôle sur ces réseaux dès les années 1920. Cela garantit que les compteurs d'énergie savent quand passer à la vitesse hors pointe. Le câblage électrique dans les maisons peut prendre en charge différentes fréquences. Habituellement, des signaux 50/60 Hz sont utilisés. Des données supplémentaires peuvent être transportées sur le même câblage à des fréquences plus élevées sans causer d'interférences.

La première des normes a permis d'atteindre un taux de transfert de données de 14 Mbps. Déjà en 2005, la version améliorée a augmenté débit jusqu'à 200 Mbps, ce qui est plus que suffisant pour le streaming vidéo.

Avant de connecter l'adaptateur CPL, vous devez vous renseigner sur la prise en charge de votre type de réseau électrique, à condition que l'achat n'ait pas été effectué auprès de l'opérateur Rostelecom. L'appareil facilitera la connexion à Internet de nombreux utilisateurs qui, pour diverses raisons, ne peuvent pas poser de câble Ethernet.

Examinons tout d'abord ce qu'est un réseau électrique moderne qui assure la livraison d'électricité aux consommateurs (Fig. 3.1). Il y a une ligne de transport d'électricité de 110 kV qui va à une sous-station abaisseur. De plus, la tension de 110 kV est transformée en une tension de 10 kV, puis à la sous-station - en une tension triphasée de 220 V. Il s'agit d'une tension de phase, et il y a trois phases de ce type - Ф1, Ф2, Ф3, tension linéaire - 380 V.

Selon le câblage terminé, vous pouvez facilement organiser la communication dans n'importe quelle section du réseau (voir Fig. 3.1). Dans les systèmes électriques de la Russie, cela se fait, bien que l'état insatisfaisant du réseau et des fils d'aluminium limite considérablement ce processus. Cependant, puisqu'on parle du "dernier kilomètre", on va s'intéresser à la technologie dans une partie relativement basse tension, à savoir dans les réseaux domestiques triphasés 220 V.

L'essence est claire - il n'est pas nécessaire de "tirer" le réseau, et les objectifs sont les suivants : transfert de données à faible vitesse (gestion, comptabilité) ; transfert de données à haut débit (Internet); téléphonie; domotique, service de maison intelligente.

Selon cette technologie de communication, il y a une invasion d'un réseau étranger, et en Russie il y a GOST R51317.3.8-99 - "Transmission de signaux sur les réseaux électriques basse tension", qui réglemente une telle invasion (la norme définit une bande de fréquence dans la plage de 3 à 525 kHz).

Conformément à GOST R51317.3.8-99, la communication du réseau électrique peut être organisée dans les plages de fréquences suivantes :

1) 3 - 9 kHz - peut être utilisé en accord avec les consommateurs d'énergie électrique ;

2) 9 - 95 kHz - utilisation interdite ;

3) plus de 95 kHz - autorisé sans restriction (tout type de codage, modulation).

La plus moderne et la plus répandue est la technologie Powerline, centrée sur le traitement numérique par un microprocesseur (DSP). Actuellement, grâce à cette technologie, il est possible de transférer des informations à une vitesse allant jusqu'à 85 Mbps sur une distance de 200 m.

Caractéristiques de la technologie PLC :

la communication est possible si toutes les bornes sont connectées à la même phase (voir fig. 3.1) ;

atténuation importante dans la ligne ;

interférences conductrices importantes (les interférences conductrices sont le courant circulant à travers des structures conductrices et le long du sol) ;

instabilité de la ligne.

Tout cela impose des restrictions importantes à l'utilisation de la technologie décrite. Considérez les méthodes actuellement utilisées.

Les problèmes d'immunité au bruit sont résolus par codage et modulation. A noter que de tels systèmes sont construits selon le principe adaptatif. Au début du transfert, le mode test est réglé sur Marche/Arrêt. et la ligne est surveillée (principalement par atténuation). Selon l'état, les fréquences et la vitesse de fonctionnement changent, c'est-à-dire qu'une transmission adaptée est en cours.

Le bruit impulsionnel généré lors de la commutation peut être si bref (moins de 1 µs) que le système peut ne pas avoir le temps de s'adapter. Pour cela, des codes redondants sont utilisés - convolutionnels (voir section 1), codes Reed-Solomon avec décodage selon l'algorithme de Viterbi.

Les procédures de décodage sont discutées en détail dans la théorie du codage, mais nous nous concentrerons sur l'essence du décodage à l'aide de l'algorithme de Viterbi (l'algorithme est appelé décodage du maximum de vraisemblance). Supposons qu'il y ait un ensemble de combinaisons de codes transmises U i et que l'une d'entre elles soit transmise. Lors du décodage, les combinaisons de codes possibles R j sont connues. Le décodeur calcule les probabilités conditionnelles P(R j /U i), bien entendu elles sont toutes différentes. De l'ensemble de ces probabilités, la probabilité maximale est sélectionnée et la décision correspondante est prise  R j .

Le décodage du code de Hamming suppose une règle de décision régulière, tandis que l'algorithme de Viterbi est statistique.

M l'odulation. Le flux à grande vitesse est divisé en plusieurs flux à faible vitesse, dont chacun transmet des bits du mot d'origine. Ces flux bas débit sont appliqués à un modulateur de fréquence à plusieurs porteuses (sous-porteuses) (Fig. 3.2).

Le FDM (modulation de fréquence) conventionnel introduit un grand espacement de fréquence entre les porteuses pour une meilleure séparation du signal au niveau du récepteur, mais l'utilisation du spectre est inefficace car le signal dans son ensemble occupe une large bande passante.

Supposons que le signal de débit à faible vitesse (bit) est une simple impulsion rectangulaire. Selon le théorème de transfert de spectre, son spectre est transféré à la région de sous-porteuse sous la forme de deux bandes latérales. Et il en sera de même pour chaque sous-porteuse (Fig. 3.3). Cet ensemble complet forme la bande passante du signal.

Les technologies CPL utilisent la division de fréquence orthogonale, c'est-à-dire des spectres avec des porteuses orthogonales (Fig. 3.4). Cette modulation est appelée OFDM. Il est facile de voir que les fréquences porteuses sont choisies avec la valeur des autres spectres égale à zéro. L'orthogonalité des spectres a permis de réduire la bande passante de l'ensemble du signal (voir Fig. 3.4).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 rad/s 50

Riz. 3.3. Spectre des signaux FDM

0 3 6 9 12 15 18 21 24 rad/s 30

Riz. 3.4. Spectre de signal à OFDM

Ce n'est pas la fin du processus de modulation. Chaque porteuse est modulée selon une loi. Il peut s'agir, par exemple, d'une modulation d'amplitude en quadrature (QAM), d'une modulation de phase relative (RPM), etc., mais dans tous les cas, il doit s'agir d'un système de signal multiposition permettant d'augmenter la capacité du canal.

Avec la modulation OFM multiposition, deux bits (dibits) sont codés dans chaque sous-porteuse à la fois selon le principe suivant : Δφ = 0, bits 00 ; Δφ = = 90, bits 01 ; Δφ = 180, bits 10 ; Δφ = 270, bits 11.

Quatre sous-porteuses, à l'aide de chacune desquelles OFM-2 est implémenté, sont présentées dans le tableau. 3.1.

Tableau 3.1

Codage de sous-porteuse

sous-porteuse,

Après le codage, toutes les sous-porteuses sont rassemblées dans un seul paquet qui transporte des informations (Fig. 3.5). Ainsi, la séquence 00100111 est transmise.

À la suite de l'assemblage, un signal DQPSK est formé - modulation par déplacement de phase en quadrature différentielle.

DANS La technologie Powerline utilise 84 sous-porteuses par pas de 0,2 MHz dans la bande 4-21 MHz (autorisée par la norme), et deux bits sont transmis sur chaque sous-porteuse.

Revenons à l'adaptation du système à des conditions environnementales variables. L'atténuation de la ligne n'est pas constante, puisqu'il s'agit d'un réseau d'alimentation domestique, lors des tests, une grande atténuation peut être constatée aux fréquences de certaines sous-porteuses. La technologie fournit une méthode spéciale pour résoudre ce problème - l'activation et la désactivation dynamiques de la signalisation sur les sous-porteuses affectées (Fig. 3.6). Naturellement, la vitesse de transmission change dans ce cas.

Avec cette méthode, la vitesse théorique de la technologie Powerline peut atteindre 100 Mbps.

Le signal OFDM est traité par un microprocesseur de signal et le signal de ligne est formé par un modem spécial, pour lequel des microcircuits sont conçus. Par exemple, sur la base de la puce K1446XK1, un émetteur-récepteur pour un modem client a été développé avec les paramètres suivants : vitesse - jusqu'à 200 Mbps, modulation OFDM avec 1530 sous-porteuses (société TelLink).

Le réseau électrique domestique sert de support de transmission commun pour plusieurs terminaux, et plusieurs appareils peuvent communiquer en même temps. Pour éviter les collisions et les collisions de trafic, vous devez respecter le protocole d'accès au support. Cette technologie adopte le protocole Ethernet bien connu (CSMA/CD) avec une certaine priorité supplémentaire - les paquets voix et vidéo sont transmis avec la plus haute priorité, car le retard est inacceptable pour ces données.

J La technologie CPL n'est pas la seule dans ce domaine. Il existe la technologie standard X.10, qui est utilisée dans l'informatisation d'un appartement résidentiel (" Maison intelligente""). L'essence de cette technologie est simple. Le signal est transmis à une fréquence de 50 Hz. Au moment de la transition de la sinusoïde par zéro, une fenêtre temporelle est introduite, à travers laquelle la transmission a lieu (Fig. 3.7). Une impulsion radio d'une fréquence de 120 kHz est placée dans la fenêtre et une interférence est créée par un «morceau» de sinusoïde coupée. La vitesse de fonctionnement est faible - jusqu'à 50 bps, mais cela suffit pour contrôler les appareils électroménagers.

La composition approximative du réseau construit sur la base de la technologie CPL est illustrée à la fig. 3.8.

4. Lignes optiques atmosphériques

Une ligne optique atmosphérique est une ligne avec un canal optique ouvert à travers l'atmosphère (Fig. 4.1). Sur la fig. 4.1 les désignations suivantes sont acceptées : PD - photodétecteur ; multiplexeur - un appareil numérique qui combine des flux numériques E1 standard ; le démultiplexeur effectue l'opération inverse.

Le flux E1 se compose de 30 chaînes numériques par lequel les informations arrivent aux terminaux. On peut donc supposer que le système est impliqué dans la résolution du problème du "dernier kilomètre".

Les avantages suivants du canal optique peuvent être nommés :

comme dans tout canal optique, bande passante élevée ;

absence d'interférence électromagnétique ;

Sécurité des informations. Le faisceau optique est focalisé en un faisceau étroit et il est impossible pour un attaquant de "s'allumer" dedans ;

la capacité à déployer rapidement le système, ce qui est particulièrement important dans les zones urbaines denses ;

il n'est pas nécessaire d'obtenir l'autorisation des autorités de contrôle pour utiliser les fréquences de fonctionnement.

Un inconvénient important du canal atmosphérique est la dépendance de la communication à l'état de l'atmosphère. C'est pour cette raison que le système ne peut couvrir qu'une petite distance - jusqu'à 3 km. Qu'est-ce qu'une chaîne atmosphérique ? L'atmosphère est constituée d'atomes de diverses substances, et ils affectent sa transparence dans le domaine optique. La transparence dépend de la masse d'air, de la teneur en vapeur d'eau et en poussière. L'atténuation détermine la longueur d'onde du rayonnement. L'atmosphère est transparente dans la plage de 0,3 à 2 µm. Dans la région du spectre visible de 0,6935 à 0,6943 µm, il existe plusieurs microfenêtres de transparence.

Le support de transmission est affecté par l'arrière-plan, l'éclairage naturel de l'environnement, l'atténuation, la turbulence, les changements chaotiques de vitesse, de température, de pression atmosphérique, ce qui entraîne un évanouissement aléatoire du signal.

Les technologies les plus connues sont FSO, LaserLink. Jetons un coup d'œil à leurs caractéristiques.

Émetteurs. Ils fonctionnent dans la plage de 0,75 à 0,9 microns. Les lasers à semi-conducteurs et les LED sont utilisés comme émetteurs. On note les caractéristiques suivantes des émetteurs :

le réglage automatique de l'angle de rayonnement (diagramme de directivité) en fonction de la longueur du trajet est appliqué. Plus la trace est longue, plus le diagramme est étroit et plus la puissance concentrée atteint le récepteur. Pour mettre en œuvre l'installation, deux lasers à deux lentilles (antennes) sont utilisés. Un laser a un grand angle de rayonnement, l'autre un étroit. La commutation des lasers est automatique ;

avec un faisceau de rayonnement étroit, il existe un système de réglage automatique, la coïncidence exacte du faisceau avec l'antenne de réception. Sinon, le faisceau reçu peut être perdu ;

la vitesse de transmission dépend de l'atténuation et change automatiquement. Avec une forte atténuation du signal, la vitesse chute et inversement ;

dans certaines solutions techniques du module émetteur-récepteur, la dépendance à la transparence de l'atmosphère est éliminée en commutant sur une autre longueur d'onde dans une autre fenêtre de transparence (canal de secours).

Destinataire. Des photodiodes à structure PIN (structure de type semi-conducteur P-I-N) et des photodiodes à avalanche sont utilisées (Fig. 4.2). De telles structures ont un coefficient de sensibilité accru, une faible inertie.

La spécificité de ces photodiodes est la suivante. Dans un semi-conducteur P-I-N, il y a une couche de semi-conducteur pur I avec une bonne transparence optique. L'onde optique pénètre à une profondeur considérable, et l'excitation des électrons va dans grand volume. Dans une photodiode à avalanche, des processus d'avalanche de multiplication de porteurs de courant ont lieu. Ces processus contribuent à augmenter la sensibilité du récepteur.

Le récepteur et l'émetteur sont combinés dans un module émetteur-récepteur (TRM), qui contient également le codec (Fig. 4.3). L'ouverture est la capacité d'une lentille optique à collecter la lumière et est généralement caractérisée par des dimensions angulaires. Les systèmes à deux et trois ouvertures permettent de résoudre les problèmes énumérés ci-dessus, à savoir :

passage à la longueur d'onde de réserve en cas de forte atténuation sur la principale ;

modification du diagramme de rayonnement en fonction de la distance entre les points de réception et d'émission ;

la possibilité de suivre la position de l'axe optique de la ligne atmosphérique et de la corriger. Ceci est particulièrement important lorsque vous travaillez dans des zones urbaines, car les vibrations des bâtiments, les charges de vent et d'autres causes peuvent entraîner une perte de communication.

Une solution intéressante pour la réception de signaux en technologie FSO. L'émetteur émet deux faisceaux cohérents et spatialement séparés avec la même amplitude. Un faisceau est un faisceau de référence, et l'autre porte une information, c'est-à-dire qu'il est modulé en phase. Bien sûr, les deux rayons sont également affectés par les influences néfastes et les perturbations de l'environnement. Ces rayons tombent sur le photodétecteur, qui se présente sous la forme d'une matrice de photodiodes (Fig. 4.4). Les rayons entrants créent un motif d'interférence sur la surface de la matrice. À certains points de la matrice, l'onde électromagnétique totale sera renforcée, tandis qu'à d'autres, elle sera affaiblie, c'est-à-dire que des endroits sombres et lumineux se formeront.

En conséquence, les signaux provenant des photodiodes se comporteront également. Lorsque la phase du faisceau d'information change de 180, la position des zones sombres et claires change, ainsi que les signaux. La matrice a une grande surface et il n'y a donc aucun problème d'entrée de rayonnement dans le récepteur.

Cette méthode a une autre caractéristique. Il existe deux méthodes pour recevoir des signaux optiques - la conversion directe et l'hétérodyne (le terme vient de l'ingénierie radio). La méthode directe est simple à mettre en œuvre : un faisceau tombe sur la photodiode et la tension est supprimée, ce qui est l'inverse de la jonction P-N. Cette méthode a trouvé une application dans le câble optique.

La deuxième méthode, hétérodyne, est plus compliquée et nécessite une source de faible puissance dans le récepteur lui-même. Ainsi, un signal d'information est venu à l'entrée du récepteur, il est ajouté au signal de l'oscillateur local. Les signaux optiques sont des ondes électromagnétiques. Inscrivons-les comme suit : - l'intensité du champ électrique de l'onde d'information et
 Intensité du champ de l'oscillateur local. Une fois sur le site de la matrice DP, les signaux sont additionnés : . La photodiode délivre un courant (ou tension) proportionnel à la puissance incidente (carré de l'intensité du champ) :

Si nous ouvrons le produit des cosinus, alors dans l'expression ci-dessus, nous pouvons sélectionner des termes contenant des informations sur la phase du faisceau d'informations φ. Il y en aura plusieurs, dont
, ce qui augmentera considérablement le niveau du signal utile. Rappelons que dans le canal atmosphérique (voir Fig. 4.1) il y a un bruit de fond. En fait, c'est un frein à la communication, et aux dépens d'un membre
, qui est inclus dans l'expression ci-dessus, le signal augmente, le rapport signal sur bruit augmente. Ainsi, dans une certaine mesure, le problème de l'immunité au bruit est résolu.

Encodage des informations va dans un encodeur de canal Reed-Solomon.

C Les flux numériques E1 sont combinés selon le principe PDH plésiochrone. Le code HDB3 est utilisé pour l'agrégation. Il s'agit d'un code à trois niveaux dans lequel les longues séquences de zéros sont exclues. Cette mesure est nécessaire pour maintenir le système synchronisé. Le principe de formation d'un tel code et sa différence avec le code AMI sont illustrés à la Fig. 4.5. Dans le code AMI, de longues séquences de zéros signifient en fait une perte de signal. Il est impossible d'extraire la séquence de synchronisation de ce code.

S'il y a plus de quatre zéros dans le code HDB3, un signal de service (signal V) est inséré dans la séquence d'informations et la synchronisation est maintenue.

Sur la base du matériel présenté, les conclusions suivantes peuvent être tirées :

1) le récepteur utilise les propriétés du motif d'interférence sur la cible matricielle des photodiodes, c'est-à-dire que la méthode de réception hétérodyne est utilisée. Le second signal laser est utilisé comme oscillateur local ;

2) le code à trois positions HDB3 est utilisé pour la transmission, permettant la synchronisation du système ;

3) Des LED, des lasers à semi-conducteurs et des outils de correction sont utilisés pour organiser le chemin de transmission ;

4) des photodiodes spéciales sont utilisées dans la base de la matrice de réception.

Transmission d'informations sur les réseaux électriques à l'aide de Semtech IS (2015)

La gamme de produits fabriqués par Semtech Corporation comprend de nombreux circuits intégrés de couche physique qui permettent d'organiser la transmission d'informations à la fois sur des fils et sur un canal radio (émetteurs-récepteurs optiques, pilotes de ligne, émetteurs-récepteurs radio, etc.). Début 2015, le rachat d'EnVerv, leader dans le développement de modems CPL (Courant Porteur en Ligne), a permis d'étoffer la gamme de produits de communication Semtech avec des appareils permettant l'échange de données sur des lignes électriques typiques. Dans le cadre de cet article, nous nous concentrerons sur les principes de fonctionnement et de construction de réseaux basés sur des microcircuits PLC monopuce de Semtech, examinerons les caractéristiques des représentants individuels de la nouvelle famille et donnerons des exemples de mise en œuvre pratique de dispositifs basés sur eux.

INTRODUCTION
La transmission d'informations et l'organisation de l'alimentation électrique sur les mêmes fils sont assez efficacement utilisées dans diverses applications. Par exemple, vous pouvez vous rappeler des lignes téléphoniques standard ou Réseaux Ethernet, connectant des nœuds distants à l'aide d'une technologie dans laquelle l'alimentation est fournie par des conducteurs séparés du câble de communication. Cependant, la plupart de ces solutions présentent un inconvénient évident : elles nécessitent toutes généralement des travaux d'installation dont les coûts représentent souvent une part importante du coût de mise en place du réseau. De plus, il existe un certain nombre de situations dans lesquelles la pose de nouveaux câbles est hautement indésirable, voire impossible - un exemple de telles situations est une réparation récemment terminée, après quoi il s'avère soudainement qu'il est nécessaire de poser des fils supplémentaires pour réseaux informatiques ou un bureau loué avec un canal d'accès Internet imprévu. Dans ces cas, il est presque toujours possible de se limiter à l'infrastructure existante, à savoir utiliser le câblage électrique déjà disponible dans presque toutes les pièces pour organiser un canal de communication relativement rapide et fiable qui se ramifie dans tout le bâtiment.

Technologie de télécommunication CPL basée sur l'utilisation des réseaux électriques pour l'échange de données en superposant un signal utile à un signal standard courant alternatif avec une fréquence de 50 ou 60 Hz, se distingue par la facilité de mise en œuvre et la rapidité d'installation des appareils basés sur celle-ci. Les premiers systèmes de transmission de données sur les réseaux électriques sont apparus dans les années 1930, ils étaient principalement utilisés pour la signalisation dans les réseaux électriques et sur les chemins de fer, avec un très faible débit. À la fin des années 1990, un certain nombre d'entreprises ont mis en œuvre les premiers grands projets dans ce domaine, mais de graves problèmes ont été identifiés lors de l'exploitation, dont le principal était une mauvaise immunité au bruit. Emploi lampes à économie d'énergie, les alimentations à découpage, les chargeurs, les gradateurs à thyristor et les appareils électroménagers, ainsi que les moteurs électriques et les équipements de soudage, en particulier ceux connectés à proximité immédiate du modem CPL, provoquaient des bruits impulsionnels dans les câbles non protégés des rayonnements haute fréquence, ce qui une forte diminution de la fiabilité de la transmission des données. De plus, la stabilité et la vitesse du signal ont été affectées négativement par l'hétérogénéité des lignes de communication, en particulier la qualité et la détérioration des réseaux électriques, la présence de joints en matériaux de conductivité électrique différente (par exemple, le cuivre et l'aluminium), la présence de torsions, etc. En conséquence, la réduction globale du débit de données nominal variait de 5 à 50 %. De plus, dans les pièces où les appareils CPL fonctionnaient, dans certains cas, il y avait une violation de la réception radio à une distance d'environ 3 à 5 mètres du modem, en particulier sur les ondes moyennes et courtes. Cela était dû au fait que les fils du réseau électrique ont commencé à agir comme des antennes pour les répéteurs radio, rayonnant, en fait, tout le trafic dans les airs.
La technologie de transmission de données sur les réseaux électriques n'a reçu une utilisation commerciale appropriée qu'au début de ce siècle, et son introduction et sa large diffusion sont dues à l'apparition d'une base d'éléments appropriée, incl. des microcontrôleurs hautes performances et des processeurs DSP rapides (processeurs de signal numérique), qui permettent de mettre en œuvre des méthodes complexes de modulation du signal et des algorithmes modernes de cryptage des données. Cela a fourni non seulement un haut niveau de fiabilité dans la transmission des informations, mais également sa protection contre les accès non autorisés. La solution du problème de la normalisation de divers aspects de la technologie était également importante. Actuellement, les principales organisations et communautés qui réglementent les exigences relatives aux dispositifs CPL sont l'IEEE, l'ETSI, le CENELEC, l'OPERA, l'UPA et la HomePlug Powerline Alliance. La dernière d'entre elles est une alliance internationale qui réunit environ 80 entreprises bien connues sur le marché des télécommunications, dont Siemens, Motorola, Samsung et Philips. L'activité de l'alliance, organisée en 2000, vise à mener des recherches scientifiques et des tests pratiques de compatibilité d'appareils de différents fabricants utilisant cette technologie, ainsi que le support et la promotion d'une norme unique appelée HomePlug.
Tous les systèmes CPL existants sont généralement divisés en large bande (BPL - Broadband over Power Lines) et en bande étroite (NPL - Narrowband over Power Lines). L'éventail des tâches résolues avec leur aide est très large et le choix de la méthode nécessaire est basé sur les caractéristiques et la quantité d'informations transmises. Les appareils haut débit (avec des débits de 1 à 200 Mbit/s) sont axés sur les systèmes d'accès à Internet, sur la création de réseaux informatiques domestiques, ainsi que sur les applications qui nécessitent des échanges de données à haut débit : streaming vidéo, systèmes de visioconférence, téléphonie numérique, etc. . Les modems CPL à bande étroite intéressent au plus haut point les développeurs de matériel en raison de leur faible coût relatif et de leurs caractéristiques améliorées, qui leur permettent de fonctionner non seulement dans les réseaux conventionnels, mais également dans les réseaux à haut niveau d'interférence. Les microcircuits et les modules pour modems à bande étroite (avec une capacité de canal de 0,1 à 100 Kbps) sont largement utilisés dans le cadre de divers produits ménagers et industriels, lors de la création de systèmes distribués pour le contrôle et la gestion automatisés dans les ateliers et les systèmes de survie des bâtiments (ascenseurs , appareils de climatisation et de ventilation), comptage des consommations d'électricité, d'eau, de gaz, de chauffage, d'appareils de sécurité et d'alarme incendie.

CARACTÉRISTIQUES DE LA TECHNOLOGIE CPL
La base de la technologie PLC est l'utilisation de la division de fréquence du signal, dans laquelle un flux de données à grande vitesse est divisé en plusieurs flux à vitesse relativement faible, chacun étant transmis à une fréquence de sous-porteuse distincte, puis combiné dans le résultat signal (Fig. 1).

Lors de l'utilisation d'une modulation conventionnelle avec division de fréquence(FDM - Frequency Division Multiplexing) le spectre disponible est utilisé de manière inefficace. Cela est dû à la présence d'intervalles de garde entre les sous-porteuses individuelles, qui sont nécessaires pour empêcher l'influence mutuelle des signaux (Fig. 2a). Par conséquent, les dispositifs CPL utilisent le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), dans lequel les centres des fréquences des sous-porteuses sont placés de manière à ce que le pic de chaque signal suivant coïncide avec la valeur nulle du précédent. Comme on le voit sur la fig. 2b, la bande de fréquence disponible est utilisée plus rationnellement dans ce cas.

Avant de se combiner en un seul signal, toutes les fréquences de sous-porteuse sont modulées en phase - chacune avec sa propre séquence de bits. Après cela, ils traversent le bloc de formation, où ils sont assemblés en un seul paquet d'informations, également appelé symbole OFDM. La figure 3 montre un exemple de modulation par déplacement de phase en quadrature relative (DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying) pour chacune des quatre sous-porteuses dans la plage de 4,5 à 5,1 MHz. En réalité, en technologie CPL, la transmission s'effectue à l'aide de 1536 fréquences de sous-porteuses avec un choix de 84 meilleures dans la gamme de 2 à 32 MHz, selon l'état actuel de la ligne et la présence d'interférences. Cette méthode donne à la technologie PLC la flexibilité d'être utilisée dans une variété d'environnements. Par exemple, comme mentionné ci-dessus, un appareil CPL en état de marche est capable de "brouiller" la réception radio à certaines fréquences, ce problème est bien connu des radioamateurs. Un autre exemple est lorsqu'une application utilise déjà une partie de la gamme. Techniquement, l'élimination de l'influence mutuelle indésirable est mise en œuvre en utilisant les paramètres, appelés mode de signal et masque de puissance sur les appareils qui offrent la capacité appropriée. Mode signal- méthode du programme déterminer la gamme de fréquences de fonctionnement, et Power Mask est une méthode logicielle pour limiter le spectre des fréquences utilisées. De ce fait, les équipements CPL peuvent facilement coexister dans le même environnement physique et n'interfèrent pas avec les bandes de fréquences utilisées pour la communication radio.

Lors de la transmission de signaux sur une alimentation électrique domestique, une atténuation significative du signal transmis à certaines fréquences peut se produire, ce qui peut entraîner une perte et une corruption des données. Pour résoudre le problème d'adaptation au support de transmission physique, un procédé est fourni pour activer et désactiver dynamiquement la transmission de signal, qui peut détecter et résoudre des erreurs et des conflits. L'essence de cette méthode réside dans la surveillance constante du canal de transmission afin d'identifier une partie du spectre avec un dépassement d'une certaine valeur seuil d'atténuation. Si ce fait est détecté, l'utilisation de la plage problématique est interrompue pendant un certain temps jusqu'à ce qu'une valeur d'atténuation acceptable soit restaurée et que les données soient transmises à d'autres fréquences (Fig. 4).

Une autre difficulté importante pour transmettre des données sur un réseau électrique domestique, désormais pour les équipements CPL eux-mêmes, est le bruit impulsionnel dont les sources peuvent être diverses chargeur, lampes halogènes, allumer ou éteindre divers appareils électriques (Fig. 5). La complexité de la situation réside dans le fait qu'en utilisant la méthode ci-dessus, le modem CPL n'a pas le temps de s'adapter aux conditions changeantes rapidement, car leur durée ne peut pas dépasser une microseconde, par conséquent, certains bits peuvent être perdus. Pour résoudre ce problème, un codage de correction d'erreurs en deux étapes (en cascade) des flux binaires est utilisé avant qu'ils ne soient modulés et n'entrent dans le canal de données. Son essence est d'ajouter à l'original flux d'information selon certains algorithmes de bits redondants ("de protection"), qui sont utilisés par le décodeur côté réception pour détecter et corriger les erreurs. La mise en cascade d'un bloc de code Reed-Solomon et d'un simple code convolutif décodé à l'aide de l'algorithme de Viterbi permet de corriger non seulement des erreurs uniques, mais également des rafales d'erreurs, ce qui augmente considérablement l'intégrité des données transmises. De plus, le codage insensible au bruit augmente la sécurité des informations transmises en termes de protection contre les accès non autorisés.

Étant donné qu'un vaste réseau d'alimentation électrique domestique est choisi comme support de transmission de données, plusieurs appareils connectés peuvent démarrer la transmission en même temps. Dans une telle situation, pour résoudre les conflits de collision de trafic, un mécanisme de régulation est utilisé - le protocole d'accès aux médias CSMA / CA. La résolution des collisions se produit sur la base de l'une ou l'autre priorité spécifiée dans des champs spéciaux de priorisation des paquets de données.

SEMTECH EST POUR LA MISE EN ŒUVRE DE LA TECHNOLOGIE PLC
Les produits PLC de Semtech sont conçus pour être utilisés dans les lignes électriques typiques à basse ou moyenne tension. Tout modem qui fonctionne avec l'analogique ligne physique, doivent disposer des unités fonctionnelles nécessaires au traitement des données analogiques, à leur conversion sous forme numérique et, bien entendu, au traitement des données numériques. Côté émission, le modem doit également coder les données numériques selon un algorithme donné, les convertir en analogique et les envoyer sur la ligne.
Toutes ces actions sont réalisées par des microcircuits de la série EV8xxx. Les microcircuits à bande étroite, qui sont des "systèmes sur puce", sont hautement intégrés et contiennent tous les blocs de construction nécessaires pour implémenter les couches physiques, MAC et autres protocoles (6LoWPAN et IEC). Ils supportent plusieurs types de modulation ; en pratique, l'OFDM est le plus souvent utilisé pour organiser un canal de communication stable et sans bruit. Les circuits intégrés à puce unique qui ont réussi les tests d'interopérabilité dans le cadre de la Netricity HomePlug Alliance se distinguent par leur polyvalence, les nœuds d'extrémité et les coordinateurs de réseau sont conçus sur leur base. La spécification Netricity est conçue pour les communications réseau sur les lignes électriques longue distance et est destinée aux infrastructures hors site, aux réseaux intelligents pour la distribution d'énergie et au contrôle des processus industriels. La technologie peut être utilisée dans les réseaux électriques denses urbains et ruraux utilisant des fréquences inférieures à 500 kHz. Il comprend également une couche d'accès basée sur IEEE 802.15.4 (MAC), qui est essentielle au développement de réseaux hybrides filaires/sans fil. Principal Caractéristiques Les puces PLC de Semtech sont présentées dans le tableau 1.

Les circuits intégrés de la série EV8xxx ont des plages de fréquences programmables de 10 à 490 kHz, couvrant CENELEC A (10 - 95 kHz), CENELEC B (95 - 120 kHz), CENELEC C (120 - 140 kHz), FCC (10 - 490 kHz) et ARIB (10 - 490 kHz) sans modification de la conception de l'appareil. En téléchargeant le fichier intégré approprié logiciel sur la ligne électrique, ils peuvent être configurés pour fonctionner dans ITU-T G.9903 (G3-PLC), ITU G.9902, ITU-T G.9904 (PRIME), IEEE P1901.2 et IEC-61334 (S- FSK) modes ). De plus, ils prennent en charge le mode propriétaire 4GPLC hautes performances. Structurellement, les microcircuits de la famille sont fabriqués dans des boîtiers montés en surface à profil bas conçus pour fonctionner dans la plage de températures de fonctionnement de -40 à +85°C. Une structure simplifiée décrivant les principales unités fonctionnelles est illustrée à la figure 6, ici les blocs suivants peuvent être distingués :
Le bloc AFE (Analog Front-End) est un ensemble de composants analogiques qui fournissent une isolation à l'aide d'un transformateur avec un condensateur de couplage, filtrant et amplifiant le signal d'entrée et générant les niveaux spécifiés du signal de sortie transmis à l'aide d'une ligne d'amplificateur opérationnel. conducteur;
PHY est un bloc destiné à interfacer la partie numérique du microcircuit avec une ligne analogique ;
Le microcontrôleur RISC 32 bits fournit une implémentation en circuit du niveau MAC, effectue le traitement des données, la formation des paquets, le codage des données à l'aide de l'algorithme de chiffrement par blocs symétriques AES, etc., et résout également les problèmes appliqués ;
Blocs périphériques qui interfacent le microprocesseur intégré avec des microcircuits externes - mémoire EEPROM, ADC haute résolution et contrôleur hôte. Pour la communication, une implémentation matérielle des interfaces SPI, I2C et UART largement utilisées est utilisée ;
RAM et mémoire flash intégrées. La taille de la mémoire programme intégrée varie de 1 à 2 Mo ;
Unité de contrôle de l'horloge ;
Un sous-système d'alimentation qui fournit toutes les tensions nécessaires aux nœuds individuels. En règle générale, une source est utilisée qui fonctionne à partir du même secteur AC qui est utilisé pour la transmission de données.
Séparément, il convient de noter le circuit intégré EV8100, qui, en plus des nœuds typiques, contient un contrôleur de segment 6x33 intégré. affichage LCD et pilote de clavier tactile.

APPLICATIONS DE LA FAMILLE EV8XXX
Les puces PLC de Semtech sont principalement destinées à être utilisées dans les systèmes d'automatisation, télécommande et le contrôle d'objets distants, les domaines les plus populaires de leur application :
Réseaux d'automatisation du bâtiment (AMI);
Systèmes de contrôle des phares d'atterrissage dans les aéroports ;
;
Réseaux locaux domestiques ;
Équipement intelligent ("choses intelligentes"), incl. électronique grand public;
Systèmes de surveillance et de contrôle pour centrales solaires;
Réseaux d'éclairage public ;
Équipement de communication avec les sous-stations ;
Systèmes de gestion du trafic.
Parmi tout ce qui précède, l'accent est mis sur les réseaux AMI (Smart Metering Infrastructure) qui intègrent des compteurs intelligents, des concentrateurs de données, des outils de gestion de l'énergie, des écrans et d'autres composants des systèmes d'automatisation des bâtiments (Fig. 7).

La communication sur le terrain est l'élément principal systèmes automatisés contrôle et comptabilisation des vecteurs énergétiques utilisés par les services publics. Les principaux avantages de cette technologie sont : la capacité de recevoir automatiquement des informations provenant de locaux résidentiels et industriels situés dans des zones reculées à faible densité de population et de mauvaise qualité des infrastructures, longue durée de vie, évolutivité et faibles coûts. Le principe de fonctionnement du système est assez simple. L'électricité de la centrale électrique est transmise par un câble à haute tension à la sous-station. Ici, il y a une diminution de la tension et de la distribution à un grand nombre de sous-stations de transformation basse tension, abaissant la tension aux ménages. Habituellement, de 500 à 1000 consommateurs finaux sont connectés à un transformateur. Ainsi, nous pouvons proposer l'option suivante pour construire des systèmes CPL à ces fins : un concentrateur, agissant comme un nœud central, est basé sur des sous-stations basse tension et collecte régulièrement (par exemple, une fois par heure) les résultats de mesure des compteurs (ceux-ci peuvent être non seulement des compteurs d'électricité, mais aussi d'eau, de chaleur, de gaz). En outre, les informations sont envoyées au serveur pour un traitement ultérieur, par exemple via le canal GSM. Ce type de système ne se limite pas à recevoir des informations des compteurs et peut remplir d'autres fonctions.
Pour la mise en œuvre pratique de ce système, Semtech propose un kit de démarrage pour développeur qui comprend à la fois des solutions prêtes à l'emploi basées sur les puces EV8000, EV8100 et EV8200 pour l'organisation la plus rapide du transfert de données sur un réseau CPL, ainsi que des outils de débogage pour évaluer les capacités du système. (Tableau 2).

Ces derniers sont des modules pour les nœuds terminaux (compteurs) et les concentrateurs, dont le package comprend tout ce dont vous avez besoin, y compris des recommandations d'utilisation, ainsi qu'un logiciel permettant de définir les paramètres des nœuds individuels et de surveiller la qualité de la communication dans le réseau conçu. Ci-joint interface graphique vous permet de programmer la plage de fréquences de fonctionnement, le type de modulation, le taux de transmission, le niveau de puissance de sortie, etc., ainsi que de surveiller visuellement les taux d'erreur PER et BER dans les paquets de données reçus.
Les kits de débogage EVM8K-01, EVM8K-02 et EVM8K-03 peuvent agir à la fois comme nœuds de mesure à distance et comme concentrateurs assurant la collecte de données. Les modules sont conçus pour les célibataires et réseaux triphasés, alimenté par une source CA intégrée avec une tension de 80-280 V (EVM8K-01 et EVM8K-02) ou par une source CC avec une tension standard de 12 V (EVM8K-01 et EVM8K-03). La communication avec le contrôleur hôte s'effectue via des interfaces RS-232 ou USB. Le kit EVM8K-13 est un concentrateur réseau qui combine un modem basé sur EV8000 sur une seule carte PLC avec un microcontrôleur RISC 32 bits requis pour exécuter une application utilisateur. Le kit est capable de desservir jusqu'à 500 nœuds d'extrémité (jusqu'à 2000 en option).Parmi les caractéristiques distinctives, on peut noter la présence d'un modem 3G/EDGE/GPRS, d'un module GPS et d'une carte SD de 8 Go "à bord" . En plus du transfert de données sans fil vers le serveur, vous pouvez également utiliser les interfaces RS-232, USB ou Ethernet. Apparence kits de débogage est illustré à la fig. 8.

CONCLUSION
La large diffusion des réseaux électriques basse tension 0,22-0,38 kV et l'absence de travaux d'installation coûteux pour la pose des câbles stimulent un intérêt accru pour les réseaux électriques en tant que support de transmission de données. Actuel Développement API La technologie est largement due à l'émergence de normes réglementaires généralement acceptées et à l'amélioration de la base d'éléments correspondante. Les modems CPL de Semtech, qui se caractérisent par un haut degré d'intégration, fournissent un canal de communication stable et insensible au bruit avec un débit suffisamment élevé.

BIBLIOGRAPHIE
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3. Brochure produit. EV8000 : Modem CPL multimode monopuce.
4. Brochure produit. EV8010 : Modem CPL basé sur des normes monopuce.
5. Brochure produit. EV8020 : Modem CPL basé sur des normes monopuce.
6. Brochure produit. EV8100 : SoC à affichage split-mètre avec API intégré.
7. Fiche produit. produits de communication par courants porteurs en ligne.

Technologies et normes de communication

LON est un réseau d'exploitation local. Pour mettre en œuvre des réseaux domestiques intelligents, des technologies de réseau apparues en 1998, telles que LonWorks, HomeRF et Bluetooth, sont utilisées.
réseau radio domestique Accueil RF basé sur le protocole industriel ouvert d'accès sans fil collectif (Shared Wireless Acess Protocol - SWAP), développé par groupe de travail fabricants de systèmes RF domestiques (Home Radio Frequency Working Group - HomeRF). Le groupe, formé en mars 1998, rassemblait plus de 90 constructeurs (dont Intel). La bande de fréquence utilisée est de 2,4 GHz avec une capacité de saut de fréquence. Le réseau fonctionne avec un signal de type bruit (NLS) et prend en charge un débit de données de 2 Mbps à une distance allant jusqu'à 50 m. Des produits tels que les outils réseau de la série AnyPoint sont sur le marché par Intel et HomeLINE de Farallon. AnyPoint comprend un adaptateur pour connecter plusieurs PC via un port USB à la prise téléphonique la plus proche.
Populaire Plateforme Bluetooth conçu pour la bande 2,45 GHz. Il prévoit l'utilisation d'un émetteur-récepteur à saut de fréquence (1600 sauts/s) et le fonctionnement en mode multiplex temporel. Dans la plage de 10 cm à 10 m, le débit de données est de 1 Mbps. La portée est courte, mais peut être portée à 100 m en augmentant la puissance du signal émis

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17.10.1999 Youri PODGURSKI, Vladimir Zaborovsky

Récemment, il y a eu un regain d'intérêt pour les moyens de transmission de données sur les lignes électriques. Cela est dû, tout d'abord, au besoin toujours croissant de télécommunications, tant au niveau mondial que local.

Les systèmes de contrôle et de surveillance dans l'industrie et les transports, la médecine, l'énergie, les systèmes de sécurité environnementale et d'autres domaines de l'activité humaine deviennent de plus en plus intelligents et distribués. Dans le même temps, de nouveaux types d'échange d'informations gagnent du terrain - la domotique, les réseaux de petits bureaux et de bureaux à domicile (SOHO), la sécurité distribuée et d'autres systèmes de signalisation, qui nécessitent également une infrastructure de communication développée. Dans le même temps, le facteur économique joue un rôle décisif : les moyens d'échange d'informations, étant un "outil" de communication, doivent être bon marché et largement disponibles.

Dans le contexte de la faiblesse de l'infrastructure de la communication filaire russe, c'est l'utilisation généralisée des réseaux électriques, l'absence de travaux coûteux associés à la création de tranchées et de puits, le poinçonnage des murs et la pose de câbles, ainsi que la possibilité de former des canaux de communication symétriques (Fig. 1) qui stimulent l'intérêt accru pour les réseaux électriques en tant que moyen de communication.

Caractéristiques des lignes électriques

La complexité de l'organisation de la communication sur les lignes électriques réside dans le fait que les réseaux électriques existants n'étaient pas initialement destinés à la transmission de données. Ils se caractérisent par un niveau de bruit élevé et une atténuation rapide du signal haute fréquence, ainsi que par le fait que les paramètres de communication de la ligne, constants pour les environnements physiques traditionnels, changent considérablement dans le temps en fonction de la charge actuelle . Une caractéristique spécifique des lignes électriques est leur topologie arborescente ramifiée. De plus, lors de l'organisation de la communication, la compatibilité électromagnétique et la protection des processus de transmission de données contre la consommation d'énergie réelle doivent être assurées.

La mise en œuvre de systèmes de transmission de données sur des lignes électriques en Russie est associée à des difficultés supplémentaires, qui consistent dans le fait que les caractéristiques techniques des réseaux électriques nationaux diffèrent des caractéristiques des réseaux occidentaux et, peut-être (plus important encore), qu'il n'existe pas de normes qui définir les principaux paramètres des systèmes de transmission de données sur les lignes électriques.

Applications principales

Il existe actuellement plusieurs normes approches systémiquesà la transmission d'informations sur les lignes électriques. Les différences entre eux consistent principalement à se concentrer sur une classe spécifique d'applications, ainsi qu'aux méthodes et moyens d'assurer la fiabilité échange d'informations.

Les domaines d'application les plus importants des communications basées sur les réseaux électriques sont illustrés à la fig. 2. Chaque classe d'applications est caractérisée par des exigences spécifiques concernant la vitesse et la portée de transmission, la méthode d'accès et d'autres indicateurs qui déterminent la qualité de la transmission.

Les systèmes de contrôle et de comptabilité distribués à faible vitesse comprennent des systèmes contrôle automatique dans les magasins et les zones de production, les systèmes de maintien de la vie des bâtiments (ascenseurs, climatiseurs, ventilation), les systèmes de stockage, les compteurs de consommation d'énergie, les systèmes de sécurité et d'alarme incendie dans les villages de vacances, les coopératives de garage, etc.

Une autre classe d'applications sont les outils domotiques qui permettent un contrôle complet des appareils électroménagers jusqu'à l'allumage coordonné automatique des cafetières et des grille-pain, ainsi que l'affichage de l'image de la caméra vidéo d'entrée sur un écran de télévision lorsque des invités inattendus apparaissent. Cela inclut également les réseaux locaux pour la maison et les petits bureaux déployés dans un petit immeuble ou un appartement séparé.

D'un intérêt incontestable sont des exemples d'utilisation réussie des réseaux électriques pour l'organisation connexion téléphonique dans les agglomérations et dans des zones limitées, et en outre, pour fournir un accès Internet à haut débit. Les progrès dans ce domaine peuvent non seulement modifier les rapports de force sur le marché des FAI, mais aussi faire émerger de nouveaux principes pour la conception des réseaux électriques de puissance et leur structuration optimale, en tenant compte à la fois des besoins énergétiques et de communication.

Architecture interactive

L'architecture de l'interaction de l'information basée sur les réseaux électriques a une structure hiérarchique ; sous une forme généralisée, il est présenté dans la Fig. 3. Même dans le même domaine d'application, ses implémentations spécifiques diffèrent dans les méthodes de livraison de données fiables à différents niveaux de la hiérarchie.

L'amélioration de la fiabilité de la transmission au niveau physique est associée au choix de la méthode de modulation et de la gamme de fréquences, en utilisant le traitement numérique du signal et les méthodes de contrôle adaptatif. Ici, tout d'abord, il convient de noter que les algorithmes de modulation à large bande (Spread Spectrum), qui augmentent considérablement l'immunité au bruit de transmission, sont prometteurs.

Lors de l'utilisation de la modulation SS, la puissance du signal est répartie sur une large bande de fréquences et le signal devient invisible sur fond d'interférences. À l'extrémité réceptrice, des informations significatives sont extraites du signal de type bruit à l'aide d'un signal donné séquence de code pseudo-aléatoire. À l'aide de différents codes, il est possible de transmettre plusieurs messages à la fois dans une large bande de fréquences. Le principe décrit sous-tend la méthode d'accès multiple par répartition en code (CDMA). Les technologies de modulation SS et CDMA sont discutées en détail dans la littérature (principalement à l'aide d'exemples dans les réseaux de téléphonie cellulaire). Ici, nous notons seulement qu'en plus de l'immunité au bruit, la modulation SS offre un niveau élevé de protection des informations.

Les principaux moyens d'améliorer la fiabilité de la transmission au niveau de la couche liaison sont les suivants :

• diviser les paquets de données en trames de petite longueur ;
• utilisation de codes correctifs pour détecter et corriger les erreurs ;
• application de protocoles de transmission fiables de bas niveau basés sur des acquittements de trames courtes ;
• usage méthodes efficaces contrôle d'accès au support de transmission de données.

Les paquets courts permettent d'augmenter non seulement la probabilité d'une transmission fiable d'une partie des données, mais également l'efficacité de l'adaptation du côté émetteur aux caractéristiques changeantes du réseau. Lors de l'utilisation d'une modulation à large bande, cela se traduit par la redistribution optimale de la puissance du signal dans la bande de fréquences, en tenant compte du spectre réel des interférences.

Certaines entreprises ont développé des protocoles d'accès aux médias optimisés qui tiennent compte des particularités des applications « réseau » et du bruit des lignes électriques. Étant donné qu'une partie importante de ces applications (comptabilité automatique, alarme de sécurité, domotique) suppose la présence d'un nœud actif dans le réseau, il est conseillé d'utiliser des méthodes d'interrogation ou de passage de jetons pour fournir l'accès. Cela supprime les problèmes de reconnaissance de porteuse dans les réseaux bruyants et la nécessité de détecter les collisions. Afin d'augmenter la fiabilité du contrôle d'accès lui-même, le principe des "trois poignées de main" est utilisé lors du passage du jeton.

Composants de base

Typique schéma fonctionnel et les principaux composants du nœud de communication du "réseau de communication électrique" sont représentés sur la fig. 4.

Le cœur du nœud de communication est constitué des contrôleurs des niveaux réseau, canal et physique ; ces derniers sont souvent aussi appelés émetteurs-récepteurs ou émetteurs-récepteurs. En règle générale, ces composants sont implémentés sur la base de microprocesseurs universels ou spécialisés et sont produits par un certain nombre d'entreprises sous la forme de chipsets.

Le module d'isolement (de connexion) remplit généralement deux fonctions : il isole l'équipement du nœud de communication de la tension d'alimentation et sépare le signal d'information de la tension d'alimentation. Habituellement, ce module est fabriqué à partir de composants électroniques séparés.

Certaines entreprises fabriquent des puces d'amplification de puissance spéciales qui vous permettent de transmettre un signal sur de longues distances. Sur la base de ces composants, un modem électrique avec une interface utilisateur standard ou personnalisée peut être construit.

Afin d'assurer la compatibilité des produits de fabricants différents (au sein d'une même classe d'applications), des efforts sont faits pour standardiser les technologies de transmission d'informations sur les lignes électriques.

Technologies et produits

Les technologies les plus courantes pour la transmission de données sur les réseaux électriques 120/220 V sont :

• X-10 de la même société ( http://www.x10.com);
• CEBus d'Intellon ( http://www.intellon.com);
• Echelon Corporation LonWorks ( http://www.echelon.com);
• Adaptive Networks, proposé par une firme du même nom ( http://www.adaptivenetworks.com);
• DPL 1000 fabriqué par NOR.WEB ( http://www.nor.webdpl.com).

Technologie X-10 développé en 1978 par la société X-10 avec un accent sur le contrôle à distance des lampes et des appareils ménagers simples. Pour transmission informations binaires ici, la génération d'impulsions radio courtes à une fréquence de 120 kHz est utilisée au moment où la tension alternative passe par zéro. Le choix de ce schéma de codage est dû au fait que valeur zéro tension se caractérise par des niveaux de bruit plus faibles et l'influence d'autres appareils connectés au réseau.

Le "1" binaire correspond à la transmission d'une fréquence de 120 kHz pendant 1 ms, et le "0" binaire - l'absence d'impulsion radio. Afin de réduire les erreurs, deux passages par zéro sont utilisés pour transmettre un bit. Par conséquent, le débit de transmission est limité à 60 bps (pour un réseau 120 V, 60 Hz).

La couche application correspond au langage de contrôle pour les appareils les plus simples. Une commande X-10 complète se compose de deux paquets séparés par des intervalles de trois périodes et prend 47 cycles ou environ 0,8 seconde pour être transmise.

Les contrôleurs et adaptateurs X-10 sont fabriqués par de nombreuses sociétés américaines. Dans un certain nombre de pays européens, des produits X-10 sont disponibles et adaptés aux réseaux électriques européens. Le coût des modules X-10 varie de 8 $ pour un récepteur passif à 50-100 $ pour un appareil actif multifonctionnel.

Les principaux inconvénients du système basé sur le X-10 sont une faible vitesse de transmission et des fonctionnalités limitées.

Technologie Intellon CEBus (Intellon SSC) a été créé par Intellon pour la transmission de données sur les lignes électriques (120 V, 60 Hz) conformément à la norme de réseau domestique CEBus (plus des informations détaillées cette norme peut être consultée sur Internet à l'adresse http://www.CEBus.com). La norme CEBus (EIA-600) définit les exigences qui permettront l'interaction des appareils électroménagers et des dispositifs domotiques basés sur différents supports physiques de transmission : lignes électriques, canaux radio et infrarouge, câble coaxial, etc. Le modèle CEBus comprend des protocoles d'application, couches réseau, canal et physique du modèle de référence OSI.

Les fonctions de la couche application sont assurées par le Common Application Language (CAL), décrit dans le document EIA-721. Il définit une syntaxe unifiée pour décrire le fonctionnement divers appareils et un ensemble de commandes standard. CAL est un langage orienté objet qui permet de définir des contextes applicatifs d'interaction, notamment le contrôle du son d'un téléviseur, centre de musique, magnétoscope et lecteur de CD. Chaque contexte est ensuite décomposé en objets représentant des commandes telles que le volume, la luminosité, etc.

Le protocole de couche réseau génère des paquets de données contenant toutes les informations nécessaires sur les adresses source et de destination.

La norme CEBus prévoit un modèle d'interaction peer-to-peer, dans lequel tout nœud a un accès libre au réseau. Le mécanisme CSMA/CDCR est utilisé pour empêcher les collisions au niveau de la couche liaison.

Au niveau de la couche physique, le protocole Intellon CEBus Powerline Carrier utilise la technologie de modulation SS pour transmettre chaque bit de données dans la bande de fréquence 100-400 kHz.

Intellon propose une famille de produits Power Line Evaluation Kit qui implémentent la technologie Intellon CEBus, du chipset au solution système et des outils de conception de réseau. Il en coûte 245 $.Microsoft aurait acquis une licence pour utiliser la technologie CEBus d'Intellon pour transmettre des données sur les réseaux électriques.

Technologie LonWorks (Local Operation Networks) développé par la société américaine Echelon dans le but de créer des systèmes de contrôle distribués (réseaux) à des fins industrielles et domestiques. LonWorks fournit les outils et les blocs de construction nécessaires pour concevoir, installer et maintenir des nœuds et des sous-systèmes coopérants intelligents, y compris Divers types capteurs, dispositifs de contrôle, indications, etc.

Les principaux composants de la technologie LonWorks sont :

• protocole Lontalk ;
• Microprocesseur Neuron Chip (CPU 3 x 8 bits, 10 Ko de RAM, 10 Ko de ROM) ;
• modules spécialisés - émetteurs-récepteurs pour divers supports de transmission, modules de contrôle, adaptateurs réseau et routeurs ;
• outils de conception - LonBuilder (configuration et débogage des réseaux LonWorks), NodeBuilder (configuration d'un seul nœud), LonMaker (analyse de protocole) ;
• passerelles logicielles - Ethernet, T1, X.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (numérique), OptoMux, Modbus, ISAbus, bus STD32, PC/104, VMEbus et EXMbus.

La technologie LonWorks est basée sur le protocole LonTalk utilisé par les nœuds du réseau pour échanger des informations. Chaque nœud du réseau doit contenir un microprocesseur qui implémente les fonctions de ce protocole.

Le protocole LonTalk est ouvert et peut être "intégré" dans n'importe quel microprocesseur approprié. Un exemple d'un tel encastrement est le microprocesseur Neuron Chip mentionné ci-dessus, qui a été développé en utilisant la technologie LonWorks et est fabriqué par Motorola et Toshiba. Cette puce fournit une implémentation de référence de LonTalk et peut être utilisée à la fois dans des tâches de contrôle d'échange de données et pour tester d'autres implémentations de ce protocole.

LonTalk est un protocole de communication à sept couches qui permet une transmission fiable des données sur une variété de supports physiques - paire torsadée, canal radio (RF), canal infrarouge, lignes électriques, câble coaxial ou optique. Pour chaque type d'environnement, des émetteurs-récepteurs ont été développés pour prendre en charge le fonctionnement du réseau à différentes longueurs de canal, débits de transmission et topologies de réseau. La méthode d'accès utilisée est CSMA.

Pour 24/120/220/380/480 V CA (50/60/400 Hz) et courant continu plusieurs émetteurs-récepteurs (PLT) ont été développés, réalisés sous forme de microcircuits et de microensembles.

Le prix des composants LonWorks est assez élevé : 42 $ pour un émetteur-récepteur, contre 2 000 $ pour un système de programmation.

La technologie LonWorks est principalement utilisée dans les systèmes de survie des bâtiments, la domotique et la domotique. C'est l'un des principaux réseaux de contrôle distribué dans le domaine. Ceci est confirmé par le fait que Microsoft a récemment rejoint activement le développement de réseaux domestiques basés sur LonWorks, et Cisco Systems a démontré la capacité d'accéder aux nœuds de réseau LonWorks via Internet à l'aide de navigateurs ordinaires.

société Réseaux adaptatifs (ANI) fabrique une gamme de produits prenant en charge une transmission de données hautement fiable sur tout type de câblage électrique, y compris ceux correspondant à la norme européenne CENELEC. La technologie brevetée ANI fournit vitesse effective des transmissions jusqu'à 115 kbps (vitesse physique 268 kbps) et une fiabilité comparable à celle d'une infrastructure de câble dédiée dédiée.

En 1991, la technologie Adaptive Networks a été approuvée comme norme de communication de données pour les systèmes de contrôle dans les conteneurs réfrigérés embarqués (ISO 10368). Ses traits distinctifs sont :

• assurer une transmission fiable des données lorsque haut niveau interférence due à l'adaptation rapide du signal large bande aux caractéristiques réelles du réseau électrique ;
• la possibilité de travailler avec un logiciel de réseau existant axé sur une paire torsadée ou un autre type de câble ;
• en utilisant un protocole transparent et fiable couche de liaison avec correction d'erreur (la probabilité d'une transmission erronée d'un bit est de 10 -9) ;
• mise en œuvre intégrée qui ne nécessite pas de logique d'interface supplémentaire ;
• un schéma hybride d'accès symbolique à l'environnement, utilisé lorsque le réseau est assez occupé.

Des jeux de puces et des modules sont désormais disponibles pour fournir des débits effectifs de 4,8 (AN48), 19,2 (AN192) et 100 kbps (AN1000). Des outils de conception (Evaluation Kit) sont proposés pour chaque chipset. Le coût des composants et outils assez haut.

TechnologieDPL 1000, permettant de transmettre des données sur des réseaux électriques à des vitesses allant jusqu'à 1 Mbps, développé par la société anglaise NOR.WEB (une joint-venture entre Nortel Networks et United Utilities).

Le DPL 1000 peut à juste titre être considéré comme une étape révolutionnaire dans le développement de la transmission de données sur les lignes électriques, car il ouvre la possibilité d'une accès direct sur Internet au moins bas prix. Si les tests actuellement menés dans plusieurs pays européens confirment l'opérabilité des systèmes basés sur le DPL1000, on peut s'attendre à l'avenir à des changements significatifs sur le marché des services des fournisseurs et à une baisse des prix de l'accès à Internet.

La nouvelle technologie est basée sur des moyens brevetés de protection des données contre les interférences électriques. Il n'y a pratiquement pas de détails techniques sur sa mise en œuvre dans les sources disponibles. Le DPL 1000 est une solution complète de transmission de données depuis le poste de transformation abaisseur jusqu'à l'utilisateur final à la maison ou au bureau.

Conformément à la technologie DPL 1000, un certain ajustement des paramètres de fonctionnement d'un fragment du réseau électrique de distribution connecté à l'enroulement basse tension du transformateur abaisseur est effectué, après quoi il peut être utilisé comme réseau local. Cela élimine le problème du "dernier kilomètre" pour les fournisseurs d'accès Internet et fournit un accès direct constant des utilisateurs à Internet sans télécharger les lignes d'abonnés téléphoniques.

Les LAN basés sur DPL 1000 incluent les composants matériels suivants :

• la station centrale, qui assure la connexion du réseau local aux principaux canaux de communication et l'administration du réseau ;
• une station de base située au niveau d'un poste de transformation et réalisant le raccordement d'un réseau local d'information aux lignes électriques basse tension ;
• dispositif de connexion, qui est installé à l'entrée du câble d'alimentation de la maison (à côté du compteur électrique) et assure la connexion au réseau d'information interne ;
• module de communication connecté à un ordinateur sur lequel un logiciel de communication est installé.

À l'heure actuelle, des zones de démonstration ont été déployées dans plusieurs pays européens pour "tester" la technologie DPL 1000. Par exemple, au Royaume-Uni, une école polyvalente est connectée à Internet avec son aide, et en Allemagne, basée sur le DPL 1000, les premiers utilisateurs ont reçu un accès permanent au World Wide Web à une vitesse allant jusqu'à 1 Mbps dans les deux sens.

Des composants séparés pour la transmission de données sur les réseaux électriques sont créés par d'autres sociétés, parmi lesquelles Intelogis et ITRAN doivent être notés.

Liste des abréviations utilisées

AMR (relevé de compteur automatisé)- Lecture automatique des compteurs. ASK (modulation par décalage d'amplitude)- manipulation d'amplitude. ASST (transmission adaptative à spectre étalé)- transmission large bande adaptative ; technologie brevetée d'Adaptive Networks. BPSK (Binary Phase-Shift Keying)- modulation par déplacement de phase à deux positions. CAL (langage d'application commun)- langage d'application unifié du standard CEBus. CEBus (bus électronique grand public)- bus électronique grand public ; une norme de communication de réseau domestique développée par l'EIA. CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique)- Comité européen des normes électriques. CDMA (accès multiple par répartition en code)- accès multiple au code de division. Méthode d'accès lors de l'utilisation de la modulation à large bande (SS). Elle est réalisée en multipliant une séquence d'informations utiles par une séquence individuelle pseudo-aléatoire d'impulsions plus courtes. DCSK (manipulation par décalage de code différentiel)- saisie de code différentiel ; technologie de modulation à large bande développée par ITRAN Communications. DPL (ligne électrique numérique)- ligne électrique "numérique". EIA (Association de l'industrie électronique)- Association de l'industrie électronique. FCC (Commission fédérale des communications)- Commission fédérale des communications (États-Unis). FSK (Frequency-Shift Keying)- modulation par déplacement de fréquence. ICSS (circuit intégré/spectre étalé)- circuits intégrés pour la modulation large bande ; marque déposée de National Semiconductor. PLT (émetteur-récepteur de ligne électrique)- un émetteur-récepteur pour la transmission de données sur la ligne électrique. PSK (Phase-Shift Keying)- modulation de phase, dans laquelle la phase porteuse ne prend que fixe d'une série valeurs autorisées(par exemple, 0, 90, 180 et 270 degrés), et les informations sont intégrées dans les changements de phase de la porteuse. SOHO (petit bureau/bureau à domicile)- petit bureau/bureau à domicile. SSC (Spread Spectrum Carrier)- opérateur "haut débit". SST (transmission à spectre étalé)- transmission à large bande.

Electromodems EM-20 et EM-30

Fabricant: Institut central de recherche de RTK Type d'appareil: moyens de transmission d'informations sur le réseau d'alimentation 220/380 V Lignes de communication : alimentation secteur 24/120/220/380 V AC (50/60/400 Hz) ou DC, ainsi que lignes hors tension Portée de transmission, km : 0,5-1,0 (territoire d'une sous-station) Taux de transfert, kbps : 4,8 ; 9,6 ou 50,0 Interfaces : RS-232, RS-485, personnalisé Capacité d'appel direct Capacité bidirectionnelle Transmission vocale multicanal Domaines d'utilisation : systèmes de sécurité intégrés (sécurité, incendie, alarmes d'urgence dans les garages, coopératives de jardinage, musées, réserves naturelles, hôtels); systèmes de décompte des paramètres à distance et de contrôle distribué (systèmes locaux d'économie d'énergie, systèmes de pompage et de stockage); des systèmes de transmission d'informations rapidement déployés (expositions, animations terrain) ; automatisation des bâtiments et objets à régime spécial; réseaux locaux de données et de parole basés sur les lignes électriques 220/380 V existantes.