A Rostelecom PLC adaptere egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi az internetes jelek továbbítását elektromos hálózat. Az ilyen berendezések segítenek megszabadulni a további vezetékek elhelyezésétől egy lakásban vagy magánházban.

Manapság a legtöbb embernek van vezeték nélküli hálózata a saját házában vagy lakásában. Azt gondolhatja, hogy a Powerline (más néven HomePlug), amely az otthoni elektromos vezetékeket vezetékes adathálózatként használja, elavult és használhatatlan technológia.

Egy ilyen feltételezés helytelen lenne. Igen, a Wi-Fi kényelmes és gyors – a 802.11n technológia széles körben elterjedt, a legújabb 802.11ac osztályú útválasztók pedig akár 1300 Mb/s sebességgel is biztosítanak kapcsolatot.

Fontos: a Powerline által kínált egyszerűség és megbízhatóság vezeték nélküli technológia továbbra sem tudja biztosítani. Nem célja, hogy lecserélje WiFi hálózatok. Ezek a technológiák kiegészítik egymást.

Mi az elektromos hálózat?

A Powerline lényegében egy vezetékes hálózat. Tegyük fel, hogy van egy szélessávú útválasztó a folyosón és egy okostévé a nappaliban, amely nem támogatja vezeték nélküli kommunikáció. A digitális TV élvezetének egyetlen módja az, ha Ethernet-kábelt vezet a routerből a folyosón és a nappali padlóján. Megpróbálhatja elrejteni a vezetéket az alaplap alá. De ha a lakás nemrég lett felújítva, akkor egy kábel miatt nem a legjobb ötlet az egészet elölről kezdeni.

A Rostelecom PLC adapterének csatlakoztatásához nincs szükség bonyolult áramkörökre. Gyakorlatilag láthatatlan. Az alapkészlet két Powerline adaptert és néhány rövid Ethernet kábelt tartalmaz.

A séma egyszerű, az egyik Ethernet kábelt az útválasztóhoz, a másikat az első adapterhez csatlakoztatjuk. Ezután dugja be a legközelebbi konnektorba. Csatlakoztatjuk az Ethernet kábelt a HDTV-hez és a második adapterhez. Ez utóbbit behelyezzük a legközelebbi konnektorba. Az adapterek automatikusan felismerik egymást (nincs illesztőprogram és nincs hosszadalmas konfigurációs folyamat), és csatlakoznak. Ez lehetővé teszi az adatcsomagok továbbítását az útválasztóról a TV-re a falakban lévő elektromos vezetékeken keresztül.

Mekkora a kapcsolat sebessége?

Amikor 2001-ben bemutatták az első HomePlug Powerline szabványt, az adatátviteli sebesség 14 Mbps-ra korlátozódott. A Rostelecom legújabb PLC-adapterei azonban támogatják a Gigabit hálózatokat, és még a GPON-internetfelhasználók körében is pozitív visszajelzést adnak.

Miért érdemes Powerline hálózatokat használni?

Ha már rendelkezik vezeték nélküli hubbal, előfordulhat, hogy nem látja értelmét Powerline adapterek vásárlásának otthoni hálózat. A technológiának azonban számos előnye van a Wi-Fi-vel szemben, nevezetesen az egyenletes sebesség, a megbízhatóság, a biztonság és a könnyű használat.

Ha hálózatot hoz létre a Rostelecom PLC-adapterével, akkor lefedhet olyan helyeket, ahol vezetéknélküli kapcsolat rossz minőségű a jelútban előforduló nagyszámú átfedés vagy egyéb interferencia miatt. Ez a lehetőség akkor is jól jöhet, ha nem Wi-Fi eszközöket, például régi játékkonzolokat csatlakoztat, így elkerülheti, hogy Ethernet-kábelek zsúfolják el nappaliját. A Powerline egy ügyes és hatékony hálózati megoldás.

Fontos: A technológia biztonságosabb, mint vezetéknélküli hálózat. Mivel otthonában rézvezetékeken keresztül továbbítják az adatokat, biztos lehet benne, hogy csak Ön férhet hozzá a kapcsolathoz.

Egyes PLC-adapterkészletek lehetővé teszik a kapcsolat további jelszóval történő védelmét.

Hogyan működnek a Powerline hálózatok?

Az otthoni elektromos vezetékeken keresztül történő jelküldés nem forradalmi ötlet. Az áramszolgáltatók már az 1920-as években elkezdtek vezérlőjeleket küldeni ilyen hálózatokon. Ez biztosítja, hogy az energiamérők tudják, mikor kell menni csúcssebességre. Az otthoni elektromos vezetékek különböző frekvenciákat támogathatnak. Általában 50/60 Hz-es jeleket használnak. További adatok is továbbíthatók ugyanazon a vezetéken, magasabb frekvencián anélkül, hogy bármilyen interferenciát okoznának.

A szabványok közül az első 14 Mbps adatátviteli sebesség elérését tette lehetővé. A frissített verzió már 2005-ben bővült áteresztőképesség akár 200 Mbps, ami több mint elég a video streaminghez.

A PLC-adapter csatlakoztatása előtt érdeklődjön az Ön elektromos hálózatának támogatásáról, feltéve, hogy a vásárlás nem a Rostelecom szolgáltatójától történt. Az eszköz megkönnyíti az internethez való csatlakozást sok olyan felhasználó számára, akik különböző okok miatt nem tudnak Ethernet-kábelt lefektetni.

Vizsgáljuk meg mindenekelőtt, hogy mi az a korszerű villamosenergia-hálózat, amely biztosítja a fogyasztók áramellátását (3.1. ábra). Van egy 110 kV-os távvezeték, amely egy lépcsős alállomásra megy. Továbbá a 110 kV-os feszültség 10 kV-os feszültséggé alakul, majd az alállomáson - 220 V-os háromfázisú feszültséggé. Ez egy fázisfeszültség, és három ilyen fázis van - Ф1, Ф2, Ф3, lineáris feszültség - 380 V.

A kész vezetékezésnek megfelelően könnyedén megszervezheti a kommunikációt a hálózat bármely szakaszán (lásd 3.1. ábra). Az oroszországi villamosenergia-rendszerekben ez megtörténik, bár a hálózat és az alumínium vezetékek nem kielégítő állapota nagymértékben korlátozza ezt a folyamatot. Mivel azonban az „utolsó mérföldről” beszélünk, a technológia egy viszonylag alacsony feszültségű részen lesz érdekelt, mégpedig a háromfázisú 220 V-os háztartási hálózatokban.

A lényeg egyértelmű - nem kell "húzni" a hálózatot, a célok pedig a következők: kis sebességű adatátvitel (menedzsment, könyvelés); nagy sebességű adatátvitel (internet); telefonálás; otthon automatizálás, okosotthon szolgáltatás.

Ennek a kommunikációs technológiának megfelelően egy külföldi hálózat inváziója van, Oroszországban pedig létezik GOST R51317.3.8-99 - „Jelátvitel kisfeszültségű elektromos hálózatokon”, amely szabályozza az ilyen inváziót (a szabvány meghatározza a frekvenciasávot 3-525 kHz tartományban).

A GOST R51317.3.8-99 szerint a hálózati kommunikáció a következő frekvenciatartományokban szervezhető meg:

1) 3 - 9 kHz - elektromos energia fogyasztókkal egyetértésben használható;

2) 9 - 95 kHz - tilos használni;

3) több mint 95 kHz - korlátozás nélkül megengedett (bármilyen típusú kódolás, moduláció).

A legmodernebb és legelterjedtebb a Powerline technológia, amely a mikroprocesszoros (DSP) digitális feldolgozásra összpontosít. Jelenleg ezzel a technológiával akár 85 Mb/s sebességgel is lehet információt továbbítani 200 m távolságon.

A PLC technológia jellemzői:

a kommunikáció akkor lehetséges, ha minden kapocs ugyanarra a fázisra van csatlakoztatva (lásd 3.1. ábra);

jelentős csillapítás a vezetékben;

jelentős vezetőképes interferencia (vezető interferencia a vezetőképes szerkezeteken és a talaj mentén folyó áram);

vonal instabilitása.

Mindez jelentős korlátozásokat támaszt a leírt technológia alkalmazásában. Vegye figyelembe a jelenleg használt módszereket.

A zajtűrési problémákat kódolással és modulációval oldják meg. Vegye figyelembe, hogy az ilyen rendszerek az adaptív elv szerint épülnek fel. Az átvitel elején a teszt mód Be/Ki állásba van állítva. és a vonalat figyelik (elsősorban csillapítással). Állapottól függően változnak a frekvenciák és a működés sebessége, azaz adaptált adás van folyamatban.

A kapcsolás során keletkező impulzuszaj olyan rövid (kevesebb, mint 1 µs) lehet, hogy a rendszernek nincs ideje alkalmazkodni. Ehhez redundáns kódokat használnak - konvolúciós (lásd 1. szakasz), Reed-Solomon kódokat a Viterbi algoritmus szerinti dekódolással.

A dekódolási eljárásokat a kódoláselmélet részletesen tárgyalja, de a Viterbi algoritmus segítségével történő dekódolás lényegére fogunk összpontosítani (az algoritmust maximum likelihood dekódolásnak nevezzük). Tegyük fel, hogy van egy U i továbbított kódkombináció halmaza, és ezek közül az egyiket elküldik. A dekódolás során ismertek az Rj lehetséges kódkombinációk. A dekóder kiszámítja a P(R j /U i) feltételes valószínűségeket, természetesen ezek mind különbözőek. Ezen valószínűségek halmazából kiválasztjuk a maximumot, és meghozzuk a megfelelő döntést  R j .

A Hamming-kód dekódolása szabályos döntési szabályt feltételez, míg a Viterbi algoritmus statisztikai jellegű.

M oduláció. A nagy sebességű adatfolyam több kis sebességűre van felosztva, amelyek mindegyike az eredeti szó bitjeit továbbítja. Ezeket a kis sebességű folyamokat egy több vivővel (alvivővel) rendelkező frekvenciamodulátorra alkalmazzák (3.2. ábra).

A hagyományos FDM (frekvenciamoduláció) nagy frekvenciatávolságot vezet be a vivők között a jobb jelelválasztás érdekében a vevőnél, de a spektrum használata nem hatékony, mivel a jel egésze nagy sávszélességet foglal el.

Tételezzük fel, hogy a kis sebességű áramlási jel (bit) egy egyszerű téglalap alakú impulzus. A spektrumátviteli tétel szerint annak spektruma két oldalsáv formájában kerül át az alvivő régióba. Így lesz ez minden alvivő esetében (3.3. ábra). Ez a teljes készlet alkotja a jel sávszélességét.

A PLC technológiák ortogonális frekvenciaosztást, azaz ortogonális vivőkkel ellátott spektrumot használnak (3.4. ábra). Ezt a modulációt OFDM-nek nevezik. Könnyen belátható, hogy a vivőfrekvenciákat úgy választjuk meg, hogy más spektrumok értéke nulla. A spektrumok ortogonalitása lehetővé tette a teljes jel sávszélességének csökkentését (lásd 3.4. ábra).

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

Rizs. 3.3. FDM jel spektrum

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

Rizs. 3.4. Jelspektrum az OFDM-nél

Ezzel még nincs vége a modulációs folyamatnak. Mindegyik vivő valamilyen törvény szerint modulált. Ez lehet például kvadratúra amplitúdó moduláció (QAM), fázisrelatív moduláció (RPM) stb., de mindenképpen többpozíciós jelrendszer legyen, amely lehetővé teszi a csatornakapacitás növelését.

Többpozíciós OFM moduláció esetén minden alvivőben egyszerre két bitet (dibit) kódolnak a következő elv szerint: Δφ = 0, bitek 00; Δφ = = 90, bitek 01; Δφ = 180, bitek 10; Δφ = 270, 11. bit.

A táblázatban négy alvivő látható, amelyek mindegyikének segítségével az OFM-2 valósul meg. 3.1.

3.1. táblázat

Alvivő kódolás

segédvivő,

A kódolás után az összes alvivőt egyetlen csomagba gyűjtik, amely információkat hordoz (3.5. ábra). Így a 00100111 sorozat kerül átvitelre.

Az összeszerelés eredményeként DQPSK jel jön létre - differenciális kvadratúra fáziseltolásos kulcsolás.

BAN BEN A Powerline technológia 84 alvivőt használ 0,2 MHz-es lépésekben a 4-21 MHz-es sávban (a szabvány által megengedett), és minden alvivőn két bitet továbbítanak.

Térjünk vissza a rendszer változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodásához. A vezeték csillapítása nem állandó, mivel itt egy hazai táphálózatról van szó, a tesztelés során egyes alvivők frekvenciáin nagy csillapítás tapasztalható. A technológia egy speciális módszert kínál ennek a problémának a megoldására - az érintett alvivők jelzéseinek dinamikus be- és kikapcsolását (3.6. ábra). Természetesen ebben az esetben az átviteli sebesség változik.

Ezzel a módszerrel a Powerline technológia elméleti sebessége elérheti a 100 Mbps-ot.

Az OFDM jelet jelmikroprocesszor dolgozza fel, a vonali jelet pedig egy speciális modem alakítja ki, amelyhez mikroáramköröket terveznek. Például a K1446XK1 chip alapján egy kliens modem adó-vevőjét fejlesztették ki a következő paraméterekkel: sebesség - akár 200 Mbps, OFDM moduláció 1530 alvivővel (TelLink cég).

A háztartási elektromos hálózat több terminál közös átviteli közegeként szolgál, és egyszerre több eszköz is kommunikálhat. Az ütközések és a közlekedési ütközések elkerülése érdekében be kell tartania a médiahozzáférési protokollt. Ez a technológia a jól ismert Ethernet protokollt (CSMA/CD) alkalmazza, néhány prioritás-kiegészítéssel – a hang- és videócsomagok továbbítása a legmagasabb prioritással történik, mivel ezeknél az adatoknál a késés elfogadhatatlan.

T A Powerline technológia nem az egyetlen ezen a területen. Létezik X.10 szabványos technológia, amelyet egy lakólakás számítógépesítésénél használnak (“ okos Ház""). Ennek a technológiának a lényege egyszerű. A jel továbbítása 50 Hz frekvencián történik. A szinusz nulláról való átmenetének időpontjában egy időablak kerül bevezetésre, amelyen keresztül az átvitel megtörténik (3.7. ábra). 120 kHz frekvenciájú rádióimpulzus kerül az ablakba, és interferenciát egy levágott szinuszos „darab” kelt. A működési sebesség alacsony - akár 50 bps, de ez elegendő a háztartási készülékek vezérléséhez.

A PLC technológia alapján kiépített hálózat hozzávetőleges összetételét a ábra mutatja. 3.8.

4. Atmoszférikus optikai vonalak

Az atmoszférikus optikai vonal az a vonal, amelynek nyílt optikai csatornája van az atmoszférán keresztül (4.1. ábra). ábrán. 4.1 a következő megnevezések elfogadottak: PD - fotodetektor; multiplexer - digitális eszköz, amely egyesíti a szabványos E1 digitális adatfolyamokat; a demultiplexer a fordított műveletet hajtja végre.

Az E1 folyam 30-ból áll digitális csatornák amelyen keresztül információ érkezik a terminálokhoz. Feltételezhetjük tehát, hogy a rendszer részt vesz az "utolsó mérföld" probléma megoldásában.

Az optikai csatorna következő előnyeit nevezhetjük meg:

mint minden optikai csatornában, nagy sávszélesség;

elektromágneses interferencia hiánya;

Információ biztonság. Az optikai sugár keskeny sugárba van fókuszálva, és lehetetlen, hogy a támadó "bekapcsoljon";

a rendszer gyors üzembe helyezésének képessége, ami különösen fontos a sűrű városi területeken;

a működési frekvenciák használatához nem szükséges engedélyt kérni a felügyelettől.

A légköri csatorna jelentős hátránya a kommunikáció függése a légkör állapotától. Ez az oka annak, hogy a rendszer csak kis távolságot képes megtenni - akár 3 km-t. Mi az atmoszférikus csatorna? A légkör különféle anyagok atomjaiból áll, és ezek befolyásolják az átlátszóságát az optikai tartományban. Az átlátszóság a levegő tömegétől, a vízgőz- és portartalomtól függ. A csillapítás határozza meg a sugárzás hullámhosszát. A légkör átlátszó a 0,3 és 2 µm közötti tartományban. A látható spektrum 0,6935 és 0,6943 µm közötti tartományában számos átlátszó mikroablak található.

Az átviteli közeget befolyásolja a háttér, a környezet természetes megvilágítása, a csillapítás, a turbulencia, a sebesség, a hőmérséklet, a légköri nyomás kaotikus változásai, ami véletlenszerű jelfakuláshoz vezet.

A legismertebb technológiák az FSO, a LaserLink. Vessünk egy pillantást a jellemzőikre.

Sugárzók. 0,75-0,9 mikron tartományban működnek. Emiterként félvezető lézereket és LED-eket egyaránt használnak. Megjegyezzük az emitterek következő jellemzőit:

a sugárzási szög (irányminta) automatikus beállítása az úthossztól függően történik. Minél hosszabb a nyomvonal, annál keskenyebb a diagram, és koncentráltabb teljesítmény éri el a vevőt. A telepítés megvalósításához két lézert használnak két lencsével (antennával). Az egyik lézer nagy sugárzási szöggel rendelkezik, a másik keskeny. A lézerek kapcsolása automatikus;

keskeny sugárnyalábbal van egy automatikus beállító rendszer, a sugár pontos egybeesése a vevőantennával. Ellenkező esetben a vett sugár elveszhet;

az átviteli sebesség a csillapítástól függ, és automatikusan változik. A jel nagy csillapításával a sebesség csökken, és fordítva;

az adó-vevő modul egyes műszaki megoldásainál a légkör átlátszóságától való függést úgy szüntetik meg, hogy egy másik transzparenciaablakban (tartalék csatornában) másik hullámhosszra váltunk.

Vevő. PIN szerkezetű fotodiódákat (P-I-N félvezető típusú szerkezet) és lavina fotodiódákat használnak (4.2. ábra). Az ilyen szerkezetek fokozott érzékenységi együtthatóval, alacsony tehetetlenséggel rendelkeznek.

Ezeknek a fotodiódáknak a specifikussága a következő. A P-I-N félvezetőben egy réteg tiszta I. félvezető van, jó optikai átlátszósággal. Az optikai hullám jelentős mélységbe hatol, és az elektronok gerjesztése bemegy nagy térfogatú. A lavina fotodiódában az áramvivő-sokszorozó lavinafolyamatok mennek végbe. Ezek a folyamatok hozzájárulnak a vevő érzékenységének növekedéséhez.

A vevőt és az adót egy adó-vevő modulba (TRM) egyesítik, amely tartalmazza a kodeket is (4.3. ábra). Az apertúra az optikai lencse azon képessége, hogy összegyűjti a fényt, és általában szögméretek jellemzik. A két- és háromnyílású rendszerek lehetővé teszik a fent felsorolt ​​problémák megoldását, nevezetesen:

átmenet a tartalék hullámhosszra a fő csillapítása esetén;

a sugárzási mintázat változása a vételi és átviteli pontok távolságától függően;

a légköri vonal optikai tengelyének helyzetének nyomon követésének és korrigálásának képessége. Ez különösen fontos városi területeken végzett munka során, mivel az épületrezgés, a szélterhelés és egyéb okok a kommunikáció megszakadásához vezethetnek.

Érdekes megoldás jelek vételére az FSO technológiában. Az adó két koherens, térben elválasztott, azonos amplitúdójú sugarat sugároz. Az egyik nyaláb referencianyaláb, a másik pedig információt hordoz, azaz fázisban modulálódik. Természetesen mindkét sugarat egyformán érintik a környezet káros hatásai és zavarai. Ezek a sugarak a fotodetektorra esnek, amely fotodiódákból álló mátrix formájában készül (4.4. ábra). A bejövő sugarak interferenciamintázatot hoznak létre a mátrix felületén. A mátrix egyes pontjain a teljes elektromágneses hullám erősödik, míg máshol gyengül, azaz sötét és világos helyek képződnek.

Ennek megfelelően a fotodiódákról vett jelek is viselkedni fognak. Ha az információnyaláb fázisa 180-kal változik, a sötét és világos területek helyzete megváltozik, és a jelek is. A mátrix nagy területtel rendelkezik, ezért nincs probléma a sugárzás vevőbe való bemenetével.

Ennek a módszernek van egy másik jellemzője. Két módszer létezik az optikai jelek vételére - a közvetlen konverzió és a heterodin (a kifejezés a rádiótechnikából származik). A direkt módszert egyszerű megvalósítani: egy nyaláb esik a fotodiódára és a feszültség megszűnik, ami a P-N átmenet fordítottja. Ezt a módszert a kábeloptikában alkalmazták.

A második módszer, a heterodin, bonyolultabb, és magában a vevőben alacsony fogyasztású forrást igényel. Tehát egy információs jel érkezett a vevő bemenetére, ez hozzáadódik a helyi oszcillátor jeléhez. Az optikai jelek elektromágneses hullámok. Jegyezzük fel őket a következőképpen: - az információs hullám elektromos mezőjének intenzitása ill
 helyi oszcillátor térerőssége. A PD mátrix helyén a jelek hozzáadódnak: . A fotodióda a beeső teljesítménnyel (a térerősség négyzetével) arányos áramot (vagy feszültséget) ad ki:

Ha megnyitjuk a koszinuszok szorzatát, akkor a fenti kifejezésben kiválaszthatjuk a φ információnyaláb fázisáról információt tartalmazó kifejezéseket. Több lesz belőlük, többek között
, ami jelentősen növeli a hasznos jel szintjét. Emlékezzünk vissza, hogy a légköri csatornában (lásd 4.1. ábra) van egy háttér. Valójában ez akadályozza a kommunikációt, és a tag rovására megy
, amely a fenti kifejezésben szerepel, a jel növekszik, a jel-zaj arány nő. Így bizonyos mértékig a zajvédelem problémája megoldódott.

Információk kódolása egy Reed–Solomon csatornakódolóba kerül.

C Az E1 digitális adatfolyamokat a pleziokron PDH elv szerint kombinálják. A HDB3 kódot az összesítéshez használják. Ez egy háromszintű kód, amelyben a nullák hosszú sorozatai ki vannak zárva. Ez az intézkedés szükséges a rendszer szinkronban tartásához. Egy ilyen kód létrehozásának elvét és az AMI kódtól való eltérését az ábra mutatja. 4.5. Az AMI kódban a hosszú nullák sorozata valójában jelvesztést jelent. Ebből a kódból nem lehet kinyerni a szinkronizáló szekvenciát.

Ha négynél több nulla van a HDB3 kódban, akkor egy szolgáltatásjel (V-jel) kerül beillesztésre az információs sorozatba, és a szinkronizálás megmarad.

A bemutatott anyag alapján a következő következtetések vonhatók le:

1) a vevő a fotodiódák mátrixcélján az interferenciamintázat tulajdonságait használja, azaz a heterodin vételi módszert alkalmazza. A második lézerjelet helyi oszcillátorként használják;

2) HDB3 háromállású kódot használnak az átvitelhez, amely lehetővé teszi a rendszer szinkronizálását;

3) LED-eket, félvezető lézereket és korrekciós eszközöket használnak az átviteli út megszervezésére;

4) speciális fotodiódákat használnak a vevőmátrix alapján.

Információátvitel elektromos hálózatokon a Semtech IS segítségével (2015)

A Semtech Corporation által gyártott termékpaletta számos fizikai rétegű IC-t tartalmaz, amelyek lehetővé teszik az információ átvitelének megszervezését mind vezetékeken, mind rádiócsatornákon keresztül (optikai adó-vevők, vonali meghajtók, rádió adó-vevők stb.). 2015 elején a PLC (Power Line Communications) modemek fejlesztésében vezető EnVerv átvétele lehetővé tette a Semtech kommunikációs termékcsalád olyan eszközökkel való bővítését, amelyek adatcserét biztosítanak a tipikus távvezetékeken. Ennek a cikknek a keretében a Semtech egychipes PLC mikroáramkörökön alapuló hálózatok működésének és kiépítésének elveire koncentrálunk, megvizsgáljuk az új család egyes képviselőinek jellemzőit, és példákat adunk az eszközök gyakorlati megvalósítására. őket.

BEVEZETÉS
Az információk továbbítása és az áramellátás megszervezése ugyanazon a vezetékeken keresztül meglehetősen hatékonyan alkalmazható különféle alkalmazásokban. Például megjegyezheti a szabványos telefonvonalakat ill Ethernet hálózatok, távoli csomópontok összekapcsolása technológia segítségével, amelyben a tápellátás a kommunikációs kábel különálló magjain keresztül történik. A legtöbb ilyen megoldásnak azonban van egy nyilvánvaló hátulütője: általában mindegyik szerelési munkát igényel, amelynek költségei gyakran a hálózat kiépítési költségének nagy részét teszik ki. Ezenkívül számos olyan helyzet van, amikor az új kábelek lefektetése rendkívül nemkívánatos, vagy akár lehetetlen is - ilyen helyzetekre példa egy nemrég befejezett javítás, amely után hirtelen kiderül, hogy további vezetékeket kell fektetni számítógépes hálózatok vagy bérelt iroda előre nem látható internetelérési csatornával. Ezekben az esetekben szinte mindig a meglévő infrastruktúrára lehet korlátozni, nevezetesen a már szinte minden helyiségben rendelkezésre álló elektromos vezetékeket felhasználni egy viszonylag gyors és megbízható, az egész épületben elágazó kommunikációs csatorna kialakítására.

PLC távközlési technológia, amely az elektromos hálózatok adatcserére történő felhasználásán alapul, hasznos jelet egy szabványos jel fölé helyezve váltakozó áram 50 vagy 60 Hz-es frekvenciával megkülönböztethető a könnyű megvalósítás és az ezen alapuló eszközök telepítésének sebessége. Az első elektromos hálózatokon keresztüli adatátviteli rendszerek az 1930-as években jelentek meg, főként villamosenergia-rendszerekben, ill. vasutak, nagyon alacsony áteresztőképességgel. Az 1990-es évek végén számos vállalat hajtotta végre az első nagy projekteket ezen a területen, de a működés során komoly problémákat azonosítottak, amelyek közül a fő a rossz zajvédelem volt. Munka energiatakarékos lámpák, kapcsolóüzemű tápegységek, töltők, tirisztoros fényerő-szabályozók és háztartási elektromos készülékek, valamint villanymotorok és hegesztőberendezések, különösen a PLC modem közvetlen közelében lévők, impulzuszajt okoztak a nagyfrekvenciás sugárzástól nem védett vezetékekben, ami az adatátvitel megbízhatóságának meredek csökkenése. Ezenkívül a jel stabilitását és sebességét negatívan befolyásolta a kommunikációs vonalak heterogenitása, különösen az elektromos hálózatok minősége és romlása, a különböző elektromos vezetőképességű anyagokból (például réz és alumínium) készült csatlakozások jelenléte, csavarok jelenléte stb. Ennek eredményeként a névleges adatsebesség általános csökkenése 5 és 50% között mozgott. Ezenkívül azokban a helyiségekben, ahol a PLC-eszközök működtek, bizonyos esetekben a modemtől körülbelül 3-5 méteres távolságban megsértették a rádióvételt, különösen közepes és rövid hullámokon. Ez annak volt köszönhető, hogy az elektromos hálózat vezetékei antennaként kezdtek működni a rádiós átjátszók számára, és valójában az összes forgalmat a levegőbe sugározták.
Az elektromos hálózatokon történő adatátvitel technológiája csak a század elején kapott megfelelő kereskedelmi alkalmazást, bevezetése és széleskörű elterjedése a megfelelő elembázis megjelenésének köszönhető, pl. nagy teljesítményű mikrokontrollerek és gyors DSP processzorok (digitális jelfeldolgozók), amelyek komplex jelmodulációs módszerek és modern adattitkosítási algoritmusok megvalósítását teszik lehetővé. Ez nemcsak az információtovábbítás magas szintű megbízhatóságát, hanem az illetéktelen hozzáférés elleni védelmét is biztosította. Szintén fontos volt a technológia különböző aspektusainak szabványosítási problémájának megoldása. Jelenleg a PLC-eszközökre vonatkozó követelményeket szabályozó fő szervezetek és közösségek az IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA és a HomePlug Powerline Alliance. Ezek közül az utolsó egy nemzetközi szövetség, amely a távközlési piacon mintegy 80 jól ismert céget egyesít, köztük a Siemenst, a Motorolát, a Samsungot és a Philipst. A szövetség 2000-ben megszervezett tevékenysége a különböző gyártók készülékeinek kompatibilitásának tudományos kutatását és gyakorlati tesztelését célozza. ezt a technológiát, valamint a HomePlug nevű egységes szabvány támogatása és népszerűsítése.
Az összes létező PLC rendszert általában széles sávra (BPL – Broadband over Power Lines) és keskeny sávra (NPL – Narrowband over Power Lines) osztják. A segítségükkel megoldott feladatok köre igen széles, a szükséges módszer kiválasztása a továbbított információ jellemzői és mennyisége alapján történik. A szélessávú (1-200 Mbit/s sebességű) eszközök az internetelérési rendszerekre, az otthoni számítógépes hálózatok létrehozására, valamint a nagy sebességű adatcserét igénylő alkalmazásokra összpontosítanak: streaming video, videokonferencia rendszerek, digitális telefonálás stb. . A hardverfejlesztők érdeklődésére leginkább a keskeny sávú PLC modemek állnak, viszonylag olcsóságuk és továbbfejlesztett jellemzőik miatt, amelyek lehetővé teszik, hogy ne csak a hagyományos hálózatokban működjenek, hanem a magas interferenciaszintű hálózatokban is. A keskeny sávú modemekhez (0,1-100 Kbps csatornakapacitású) mikroáramkörök és modulok széles körben használatosak különféle háztartási és ipari termékek részeként, amikor elosztott rendszereket hoznak létre az automatizált vezérléshez és menedzsmenthez műhelyekben és épületek életfenntartó rendszereiben (liftek) , berendezések légkondicionáló és szellőztetés), áram-, víz-, gáz-, hő-, biztonsági és tűzjelző készülékek fogyasztásának mérése.

PLC TECHNOLÓGIAI JELLEMZŐK
A PLC technológia alapja a jel frekvenciaosztásának alkalmazása, melynek során egy nagy sebességű adatfolyamot több viszonylag kis sebességűre osztanak fel, amelyek mindegyikét külön alvivő frekvencián továbbítják, majd egyesítik az így kapott jel (1. ábra).

Ha hagyományos modulációt használ frekvenciaosztás(FDM – Frequency Division Multiplexing) a rendelkezésre álló spektrumot nem hatékonyan használják fel. Ennek oka az egyes alvivők közötti védőintervallumok jelenléte, amelyek a jelek kölcsönös befolyásolásához szükségesek (2a. ábra). Ezért a PLC eszközök ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelést (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) alkalmaznak, amelyben az alvivő frekvenciák középpontjait úgy helyezik el, hogy minden egyes következő jel csúcsa egybeessen az előző nulla értékével. ábrán látható módon. A 2b. ábra szerint a rendelkezésre álló frekvenciasávot ebben az esetben ésszerűbben használjuk.

Mielőtt egy jelbe egyesítené, az összes alvivő frekvenciát fázismodulálják – mindegyik saját bitsorozattal. Ezt követően áthaladnak a formációs blokkon, ahol egyetlen információs csomagba állnak össze, amelyet OFDM szimbólumnak is neveznek. A 3. ábra egy példát mutat a relatív kvadratúra fáziseltolásos kulcsozásra (DQPSK – Differential Quadrature Phase Shift Keying) mind a négy alvivő esetében a 4,5-5,1 MHz tartományban. A valóságban a PLC technológiában az átvitel 1536 segédvivő-frekvenciával történik, 84 legjobb közül választható a 2 és 32 MHz közötti tartományban, a vonal aktuális állapotától és az interferencia jelenlététől függően. Ez a módszer rugalmasságot biztosít a PLC technológiának a különféle környezetekben való használathoz. Például, mint fentebb említettük, egy működő PLC-eszköz bizonyos frekvenciákon képes "akadályozni" a rádióvételt, ezt a problémát a rádióamatőrök jól ismerik. Egy másik példa, amikor egy alkalmazás már használja a tartomány egy részét. Technikailag a nem kívánt kölcsönös befolyásolás kiküszöbölése a beállítások, az úgynevezett Signal Mode és Power Mask használatával valósul meg a megfelelő képességet biztosító eszközökön. Jel mód- programmódszer a működési frekvencia tartomány meghatározása, a Power Mask pedig egy szoftveres módszer a használt frekvenciák spektrumának korlátozására. Ennek köszönhetően a PLC-eszközök könnyen együtt élhetnek ugyanabban a fizikai környezetben, és nem zavarják a rádiókommunikációhoz használt frekvenciasávokat.

Ha háztartási tápegységen keresztül továbbítjuk a jeleket, bizonyos frekvenciákon az átvitt jel jelentős csillapítása léphet fel, ami adatvesztéshez és sérüléshez vezethet. A fizikai átviteli közeghez való alkalmazkodás problémájának megoldására egy módszert biztosítunk a jelátvitel dinamikus engedélyezésére és letiltására, amely képes észlelni és megoldani a hibákat és konfliktusokat. Ennek a módszernek a lényege az átviteli csatorna folyamatos figyelése annak érdekében, hogy azonosítani lehessen a spektrum egy bizonyos csillapítási küszöbértéket meghaladó részét. Ha ez a tény észlelhető, a probléma tartomány használata egy időre leáll, amíg az elfogadható csillapítási érték vissza nem áll, és más frekvenciákon továbbítják az adatokat (4. ábra).

A háztartási elektromos hálózaton keresztüli adatátvitel másik jelentős nehézsége, ma már maguknak a PLC-készülékeknek is, az impulzuszaj, amelynek forrásai sokfélék lehetnek. töltőkészülék, halogénlámpák, különféle elektromos készülékek be- és kikapcsolása (5. ábra). A helyzet bonyolultsága abban rejlik, hogy a fenti módszerrel a PLC modemnek nincs ideje alkalmazkodni a gyorsan változó körülményekhez, mert azok időtartama nem haladhatja meg az egy mikroszekundumot, ennek következtében egyes bitek elveszhetnek. A probléma megoldására a bitfolyamok kétlépcsős (lépcsőzetes) hibajavító kódolását alkalmazzák, mielőtt azok modulálnának és belépnének az adatcsatornába. Lényege, hogy hozzá kell adni az eredetihez információáramlás bizonyos redundáns ("védő") bitek algoritmusai szerint, amelyeket a vevőoldali dekóder a hibák észlelésére és javítására használ. A blokk Reed-Solomon kód és a Viterbi algoritmussal dekódolt egyszerű konvolúciós kód kaszkádolása lehetővé teszi nemcsak az egyes hibák, hanem a hibakitörések kijavítását is, ami jelentősen növeli a továbbított adatok integritását. Ezenkívül a zaj-immun kódolás növeli a továbbított információk biztonságát az illetéktelen hozzáférés elleni védelem szempontjából.

Mivel adatátviteli közegként kiterjedt háztartási áramellátó hálózatot választanak, egyszerre több csatlakoztatott eszköz is elindíthatja az adatátvitelt. Ilyen helyzetben a forgalmi ütközési konfliktusok megoldására szabályozó mechanizmust használnak - a CSMA / CA médiahozzáférési protokollt. Az ütközésfeloldás a speciális adatcsomag-prioritási mezőkben meghatározott egyik vagy másik prioritás alapján történik.

A SEMTECH A PLC TECHNOLÓGIA MEGVALÓSÍTÁSÁT SZOLGÁLJA
A Semtech PLC termékeit tipikus kis- és középfeszültségű vezetékekben való használatra tervezték. Bármilyen modem, amely analóg módon működik fizikai vonal, rendelkeznie kell az analóg adatok feldolgozásához, digitális formába alakításához és természetesen a digitális adatok feldolgozásához szükséges funkcionális egységekkel. Az átviteli oldalon a modemnek digitális adatokat is kódolnia kell egy adott algoritmus szerint, azokat analógra kell konvertálnia és vonalra küldenie.
Mindezeket a műveleteket az EV8xxx sorozatú mikroáramkörök hajtják végre. A keskeny sávú mikroáramkörök, amelyek "rendszerek egy chipen", erősen integráltak, és tartalmazzák az összes szükséges építőelemet a fizikai, MAC és egyéb protokollrétegek (6LoWPAN és IEC) megvalósításához. Többféle modulációt támogatnak, a gyakorlatban az OFDM-et leggyakrabban egy stabil és zajmentes kommunikációs csatorna szervezésére használják. A HomePlug Alliance Netricity együttműködési tesztelésen átesett egychipes IC-ket sokoldalúságuk jellemzi, a végcsomópontokat és a hálózati koordinátorokat is ezek alapján tervezték. A Netricity specifikációt nagy távolságú távvezetékeken keresztüli hálózati kommunikációra tervezték, és külső infrastruktúrához, áramelosztási intelligens hálózatokhoz és ipari folyamatvezérléshez készült. A technológia 500 kHz alatti frekvenciát használó sűrű városi és vidéki áramhálózatokban egyaránt használható. Tartalmaz egy IEEE 802.15.4 (MAC) alapú hozzáférési réteget is, amely kulcsfontosságú a hibrid vezetékes/vezeték nélküli hálózatok fejlesztésében. Fő specifikációk A Semtech PLC chipjeit az 1. táblázat mutatja.

Az EV8xxx sorozatú IC-k 10 és 490 kHz közötti programozható frekvenciatartományokkal rendelkeznek, amelyek lefedik a CENELEC A (10 - 95 kHz), a CENELEC B (95 - 120 kHz), a CENELEC C (120 - 140 kHz), az FCC (10 - 490 kHz) és a (10 - 490 kHz) sávok az eszköz kialakításának változtatása nélkül. A megfelelő beépített távoli betöltésével szoftver tápvezetéken keresztül konfigurálhatók úgy, hogy az ITU-T G.9903 (G3-PLC), ITU G.9902, ITU-T G.9904 (PRIME), IEEE P1901.2 és IEC-61334 (S-) szabványokban működjenek. FSK) módok). Ezenkívül támogatják a szabadalmaztatott, nagy teljesítményű 4GPLC módot. Szerkezetileg a család mikroáramköreit alacsony profilú, felületre szerelt csomagokban gyártják, amelyeket -40 és +85°C közötti üzemi hőmérsékleti tartományban történő működésre terveztek. A fő funkcionális egységeket ábrázoló egyszerűsített struktúra a 6. ábrán látható, itt a következő blokkok különböztethetők meg:
Az AFE (Analog Front-End) blokk olyan analóg komponensek összessége, amelyek egy csatolókondenzátoros transzformátor segítségével leválasztást biztosítanak, szűrik és erősítik a bemeneti jelet, és előállítják a kimenő jel meghatározott szintjeit egy műveleti erősítő vonal használatával. sofőr;
A PHY egy blokk, amelyet a mikroáramkör digitális részének analóg vonallal való összekapcsolására terveztek;
A 32 bites RISC mikrokontroller biztosítja a MAC szint áramkörön belüli megvalósítását, adatfeldolgozást, csomagképzést, adatkódolást végez az AES szimmetrikus blokk titkosítási algoritmussal stb., valamint megoldja az alkalmazott problémákat is;
Perifériás blokkok, amelyek a beágyazott mikroprocesszort külső mikroáramkörökkel kapcsolják össze - EEPROM memória, nagy felbontású ADC és gazdavezérlő. A kommunikációhoz a széles körben használt SPI, I2C és UART interfészek hardveres megvalósítását használják;
Integrált RAM és flash memória. A beépített programmemória mérete 1 és 2 MB között változik;
Óravezérlő egység;
Energiaellátási alrendszer, amely biztosítja az egyes csomópontok számára szükséges összes feszültséget. Általában olyan forrást használnak, amely ugyanabból a váltakozó áramú hálózatról működik, mint az adatátvitelhez.
Külön érdemes megemlíteni az EV8100 IC-t, amely a tipikus csomópontok mellett egy beépített 6x33-as szegmensvezérlőt is tartalmaz. LCD kijelzöés az érintőbillentyűzet illesztőprogramja.

EV8XXX CSALÁDI ALKALMAZÁSOK
A Semtech PLC chipjeit elsősorban automatizálási rendszerekben való használatra szánják, távirányítóés távoli objektumok vezérlése, alkalmazásuk legnépszerűbb területei:
Épületautomatizálási hálózatok (AMI);
Leszállási fényvezérlő rendszerek repülőtereken;
;
Otthoni helyi hálózatok;
Intelligens berendezések („okos dolgok”), beleértve a a fogyasztói elektronika;
Felügyeleti és vezérlőrendszerek naperőművekhez;
Utcai világítási hálózatok;
Kommunikációs berendezések alállomásokkal;
Forgalomirányítási rendszerek.
A fentiek közül a fő hangsúly az AMI (Smart Metering Infrastructure) hálózatokon van, amelyek integrálják az intelligens mérőket, adatkoncentrátorokat, energiamenedzsment eszközöket, kijelzőket és az épületautomatizálási rendszerek egyéb összetevőit (7. ábra).

A terepi vonali kommunikáció a fő elem automatizált rendszerek a közművek által használt energiahordozók ellenőrzése, elszámolása. Ennek a technológiának a fő előnyei a következők: az alacsony népsűrűségű és rossz infrastruktúra-minőségű távoli területeken található lakossági és ipari helyiségekből származó információk automatikus fogadása, hosszú élettartam, skálázhatóság és alacsony költségek. A rendszer működési elve meglehetősen egyszerű. Az erőműből származó villamos energia nagyfeszültségű kábelen keresztül jut el az alállomásra. Itt csökken a feszültség és az elosztás nagyszámú kisfeszültségű transzformátor alállomások, a háztartási feszültség csökkentése. Általában 500-1000 végfogyasztó csatlakozik egy transzformátorhoz. Így a következő lehetőséget kínáljuk a PLC-rendszerek ilyen célú kiépítésére: egy központi csomópontként működő koncentrátor kisfeszültségű alállomásokra épül, és rendszeresen (például óránként egyszer) gyűjti a mérési eredményeket a mérőórákból (ezek ne csak villanyóra legyen, hanem víz, hő, gáz is). Továbbá az információt továbbítják a szerverhez további feldolgozás céljából, például a GSM csatornán keresztül. Az ilyen típusú rendszerek nem korlátozódnak a mérőóráktól származó információk fogadására, és más funkciókat is elláthatnak.
A rendszer gyakorlati megvalósításához a Semtech egy fejlesztői indítókészletet kínál, amely EV8000, EV8100 és EV8200 chipeken alapuló kész megoldásokat tartalmaz a PLC hálózaton keresztüli adatátvitel leggyorsabb megszervezéséhez, valamint hibakereső eszközöket a rendszer képességeinek kiértékeléséhez. (2. táblázat).

Utóbbiak a végcsomópontok (mérők) és koncentrátorok moduljai, amelyek csomagjában minden szükséges, beleértve a használati ajánlásokat, valamint az egyes csomópontok paramétereinek beállításához és a kommunikáció minőségének figyeléséhez szükséges szoftvereket a tervezett hálózatban. Csatolt GUI lehetővé teszi a működési frekvencia tartomány, a modulációs típus, az átviteli sebesség, a kimeneti teljesítményszint stb. programozását, valamint a vett adatcsomagok PER és BER hibaarányának vizuális megfigyelését.
Az EVM8K-01, EVM8K-02 és EVM8K-03 hibakereső készletek távoli mérőcsomópontként és adatgyűjtést biztosító koncentrátorként is működhetnek. A modulokat egyedi és háromfázisú hálózatok, 80-280 V feszültségű beépített váltakozó áramú forrásból (EVM8K-01 és EVM8K-02) vagy 12 V szabványos feszültségű egyenáramú forrásból (EVM8K-01 és EVM8K-03) táplálják. A gazdavezérlővel való kommunikáció RS-232 vagy USB interfészen keresztül történik. Az EVM8K-13 készlet egy hálózati hub, amely egyetlen PLC kártyán egyesíti az EV8000 alapú modemet a felhasználói alkalmazások futtatásához szükséges 32 bites RISC mikrokontrollerrel. A készlet akár 500 végcsomópont kiszolgálására is alkalmas (opcionálisan 2000-ig) A megkülönböztető jellemzők között megemlíthető egy 3G/EDGE/GPRS modem, egy GPS modul és egy 8 GB-os SD kártya „a fedélzeten” megléte. . A szerver felé történő vezeték nélküli adatátvitel mellett RS-232, USB vagy Ethernet interfészt is használhat. Kinézet a hibakereső készleteket az ábra mutatja. 8.

KÖVETKEZTETÉS
A 0,22-0,38 kV-os kisfeszültségű elektromos hálózatok széles körű elterjedése és a kábelfektetés költséges szerelési munkáinak hiánya felkelti az érdeklődést az elektromos hálózatok, mint adatátviteli közeg iránt. Jelenlegi PLC fejlesztés A technológia nagyrészt az általánosan elfogadott szabályozási szabványok megjelenésének és a megfelelő elembázis fejlesztésének köszönhető. A Semtech nagyfokú integrációval jellemezhető PLC modemei stabil és zajmentes kommunikációs csatornát biztosítanak kellően nagy áteresztőképességgel.

BIBLIOGRÁFIA
1. Okhrimenko V. PLC-technológiák. // Elektromos alkatrészek. 2009. 10. sz. Val vel. 58-62.
2. A Semtech hivatalos oldala. www.semtech.com
3. Termékismertető. EV8000: Egylapkás multimódusú PLC modem.
4. Termékismertető. EV8010: Egylapkás szabvány alapú PLC modem.
5. Termékismertető. EV8020: Egylapkás szabvány alapú PLC modem.
6. Termékismertető. EV8100: Osztott méteres kijelzős SoC integrált PLC-vel.
7. Termékismertető. elektromos vezetékes kommunikációs termékek.

Kommunikációs technológiák és szabványok

A LON egy helyi hálózat. Az intelligens otthoni hálózatok megvalósításához olyan 1998-ban megjelent hálózati technológiákat használnak, mint a LonWorks, a HomeRF és a Bluetooth.
otthoni rádióhálózat Kezdőlap RFáltal kifejlesztett kollektív vezeték nélküli hozzáférés nyílt ipari protokollján (Shared Wireless Acess Protocol – SWAP) alapul. munkacsoport otthoni rádiófrekvenciás rendszerek gyártói (Home Radio Frequency Working Group – HomeRF). Az 1998 márciusában alakult csoport több mint 90 gyártót tömörített (köztük az Intel). A használt frekvenciasáv 2,4 GHz frekvenciaugrásos képességgel. A hálózat zajszerű jellel (NLS) működik, és 2 Mbps adatátviteli sebességet támogat 50 m távolságig.. A piacon olyan termékek vannak, mint az AnyPoint sorozatú hálózati eszközök az Intel általés Farallon HomeLINE. Az AnyPoint tartalmaz egy adaptert, amellyel USB-porton keresztül több számítógépet csatlakoztathat a legközelebbi telefonaljzathoz.
Népszerű Bluetooth platform 2,45 GHz-es sávra tervezték. Frekvencia ugrásos adó-vevő (1600 ugrás/s) használatát és időmultiplex üzemmódban történő működést biztosít. A 10 cm és 10 m közötti tartományban az adatátviteli sebesség 1 Mbps. A hatótávolság rövid, de az átvitt jel teljesítményének növelésével 100 m-re növelhető

Automaták - Vissza a kezdőlapra

17.10.1999 Jurij PODGURSKIJ, Vlagyimir Zaborovszkij

A közelmúltban megnőtt az érdeklődés a vezetékeken keresztüli adatátvitel eszközei iránt. Ez elsősorban a távközlés iránti egyre növekvő globális és lokális igénynek köszönhető.

Az iparban és a közlekedésben, az orvostudományban, az energetikában, a környezetbiztonsági rendszerekben és az emberi tevékenység más területein az irányítási és felügyeleti rendszerek egyre intelligensebbek és elosztottabbak. Ezzel párhuzamosan teret hódítanak az információcsere új típusai - az otthoni automatizálás, a kis- és otthoni irodák hálózatai (SOHO), az elosztott biztonsági és egyéb jelzőrendszerek, amelyekhez szintén fejlett kommunikációs infrastruktúra szükséges. Ugyanakkor a gazdasági tényező döntő szerepet játszik: az információcsere eszközeinek a kommunikáció „eszközeként” olcsónak és széles körben elérhetőnek kell lenniük.

Az orosz vezetékes kommunikáció gyenge infrastruktúrájának hátterében az elektromos hálózatok széles körben elterjedt használata, az árkok és kutak létrehozásával, a falak kilyukálásával és a kábelek lefektetésével járó költséges munkák szükségességének hiánya, valamint a lehetőség. szimmetrikus kommunikációs csatornák kialakítása (1. ábra), amelyek felkeltik az érdeklődést az elektromos hálózatok, mint kommunikációs közeg iránt.

Az elektromos vezetékek jellemzői

A vezetékes kommunikáció megszervezésének bonyolultsága abban rejlik, hogy a meglévő villamos hálózatokat eredetileg nem adatátvitelre szánták. Jellemzőjük a magas zajszint és a nagyfrekvenciás jel gyors csillapítása, valamint az a tény, hogy a vonal hagyományos fizikai környezetre állandó kommunikációs paraméterei az aktuális terheléstől függően idővel jelentősen változnak. . Az elektromos vezetékek sajátossága az elágazó fa topológiája. Emellett a kommunikáció szervezésekor biztosítani kell az adatátviteli folyamatok elektromágneses kompatibilitását és árnyékolását a tényleges fogyasztástól.

Az oroszországi elektromos vezetékeken keresztüli adatátviteli rendszerek megvalósítása további nehézségekkel jár, amelyek abból állnak, hogy a hazai elektromos hálózatok műszaki jellemzői eltérnek a nyugati hálózatok jellemzőitől, és talán (ami még ennél is fontosabb), nincsenek szabványok, amelyek meghatározza a villamos vezetékeken keresztüli adatátviteli rendszerek főbb paramétereit.

Fő alkalmazások

Jelenleg több szabvány létezik rendszerszemléletű megközelítések az információ átviteléhez távvezetékeken. A köztük lévő különbségek elsősorban az alkalmazások egy adott osztályára való összpontosításban, valamint a megbízhatóságot biztosító módszerekben és eszközökben rejlenek információcsere.

Az elektromos hálózatokon alapuló kommunikáció legfontosabb alkalmazási területei a 2. ábrán láthatók. 2. Minden alkalmazási osztályt az átvitel sebességére és tartományára, a hozzáférési módra és az átvitel minőségét meghatározó egyéb mutatókra vonatkozó sajátos követelmények jellemzik.

Az alacsony sebességű elosztott vezérlési és könyvelési rendszerek rendszereket tartalmaznak automatikus vezérlésüzletekben és termelési területeken, épületek életfenntartó rendszerei (lift, klíma, szellőztetés), tárolórendszerek, energiafogyasztás mérés, üdülőfalukban biztonsági és tűzjelző rendszerek, garázsszövetkezetek stb.

Az alkalmazások másik osztályát az otthoni automatizálási eszközök jelentik, amelyek lehetővé teszik a háztartási gépek átfogó vezérlését a kávéfőzők és kenyérpirítók automatikus összehangolt bekapcsolásáig, valamint a bemeneti videokamera képének megjelenítését a TV képernyőjén, ha váratlan vendégek jelennek meg. Ez magában foglalja a kis épületben vagy külön lakásban telepített otthoni és kis irodák helyi hálózatait is.

Kétségtelenül érdekesek példák az elektromos hálózatok sikeres felhasználására a szervezet számára telefonos kommunikáció településeken és korlátozott körzetekben, valamint ezen felül nagy sebességű internet-elérés biztosítására. Az ezen a területen elért előrelépés nemcsak az ISP-piac erőviszonyokat változtathatja meg, hanem új elveket is életre hívhat az erősáramú elektromos hálózatok tervezésében és optimális strukturálásában, figyelembe véve mind az energetikai, mind a kommunikációs követelményeket.

Interakciós architektúra

Az elektromos hálózatokon alapuló információs interakció architektúrája hierarchikus felépítésű; általánosított formában az ábrán látható. 3. Még ugyanazon az alkalmazási területen belül is a specifikus megvalósítások különböznek a megbízható adatszolgáltatás módszereitől a hierarchia különböző szintjein.

A fizikai szintű átvitel megbízhatóságának javítása a modulációs módszer és a frekvenciatartomány megválasztásával, digitális jelfeldolgozással és adaptív vezérlési módszerekkel jár együtt. Itt mindenekelőtt meg kell jegyezni, hogy ígéretesek a szélessávú (Spread Spectrum) moduláció algoritmusai, amelyek jelentősen növelik az átvitel zajvédelmét.

Az SS moduláció használatakor a jelteljesítmény széles frekvenciasávon oszlik el, és a jel láthatatlanná válik az interferencia hátterében. A vételi oldalon a zajszerű jelből értelmes információt nyernek ki egyedi segítségével adott jelet pszeudo-véletlen kódsorozat. Különböző kódok segítségével egy széles frekvenciasávban egyszerre több üzenetet is továbbíthatunk. A leírt elv a kódosztásos többszörös hozzáférésű (CDMA) módszer alapja. Az SS-modulációs és CDMA-technológiákat a szakirodalom részletesen tárgyalja (főleg a cellás telefonhálózatok példáival). Itt csak azt jegyezzük meg, hogy a zajvédelem mellett az SS-moduláció magas szintű információvédelmet biztosít.

A kapcsolati rétegben az átvitel megbízhatóságának javításának fő módjai a következők:

• adatcsomagok felosztása kis hosszúságú keretekre;
• javító kódok használata a hibák észlelésére és javítására;
• alacsony szintű megbízható átviteli protokollok alkalmazása rövid keret nyugtázáson alapulóan;
• használat hatékony módszerek hozzáférés szabályozása az adatátviteli közeghez.

A rövid csomagok nemcsak az adatok egy részének megbízható átvitelének valószínűségét teszik lehetővé, hanem az átviteli oldal gyorsan változó hálózati jellemzőihez való alkalmazkodásának hatékonyságát is. Szélessávú moduláció használatakor ez a frekvenciasávban a jelteljesítmény optimális újraelosztásában fejeződik ki, figyelembe véve a tényleges interferenciaspektrumot.

Egyes cégek olyan optimalizált médiahozzáférési protokollokat fejlesztettek ki, amelyek figyelembe veszik a "grid" alkalmazások sajátosságait és az elektromos vezetékek zajosságát. Mivel az ilyen alkalmazások jelentős része (automatikus könyvelés, biztonsági riasztó, otthoni automatizálás) feltételezi egy aktív csomópont jelenlétét a hálózatban, célszerű lekérdezési vagy token átadási módszereket használni a hozzáférés biztosításához. Ez megszünteti a vivőfelismerési problémákat a zajos hálózatokban, és megszünteti az ütközések észlelésének szükségességét. Maga a hozzáférés-vezérlés megbízhatóságának növelése érdekében a „három kézfogás” elvét alkalmazzák a token átadásakor.

Alapkomponensek

Tipikus funkcionális diagramábrán láthatók az "elektromos kommunikációs hálózat" kommunikációs csomópontjának fő összetevői. 4.

A kommunikációs csomópont magja a hálózat, a csatorna és a fizikai szintek vezérlői; ez utóbbiakat gyakran adó-vevőnek vagy adó-vevőnek is nevezik. Ezeket az alkatrészeket általában univerzális vagy speciális mikroprocesszorok alapján hajtják végre, és számos vállalat gyártja chipkészletek formájában.

A leválasztó (összekötő) modul általában két funkciót lát el: leválasztja a kommunikációs csomópont berendezését a tápfeszültségtől, és elválasztja az információs jelet a tápfeszültségtől. Általában ez a modul különálló elektronikus alkatrészekből készül.

Egyes cégek speciális teljesítményerősítő chipeket gyártanak, amelyek lehetővé teszik a jelek nagy távolságra történő továbbítását. Ezen komponensek alapján szabványos vagy egyedi felhasználói felülettel rendelkező elektromos modem építhető.

A különböző gyártók termékei (ugyanazon alkalmazási osztályon belüli) kompatibilitásának biztosítása érdekében erőfeszítéseket tesznek a vezetékeken keresztüli információtovábbítási technológiák szabványosítására.

Technológiák és termékek

A 120/220 V-os elektromos hálózatokon történő adatátvitel leggyakoribb technológiái a következők:

• X-10 ugyanannak a cégnek ( http://www.x10.com);
• Intellon CEBus ( http://www.intellon.com);
• Echelon Corporation LonWorks ( http://www.echelon.com);
• Adaptív hálózatok, amelyeket egy azonos nevű cég kínál ( http://www.adaptivenetworks.com);
• DPL 1000 gyártó: NOR.WEB ( http://www.nor.webdpl.com).

X-10 technológia 1978-ban fejlesztette ki az X-10 vállalat, a lámpák és egyszerű háztartási készülékek távvezérlésére összpontosítva. Az átvitelhez bináris információ itt a 120 kHz frekvenciájú rövid rádióimpulzusok generálását használják abban a pillanatban, amikor a váltakozó feszültség átmegy a nullán. Ennek a kódolási sémának a megválasztása annak köszönhető, hogy nulla érték A feszültséget alacsonyabb zajszint és a hálózatra csatlakoztatott egyéb eszközök hatása jellemzi.

A bináris "1" a 120 kHz-es frekvencia átvitelének 1 ms-ig, a bináris "0" pedig a rádióimpulzus hiányának felel meg. A hibák csökkentése érdekében két nulla keresztezést használnak egy bit átvitelére. Ezért az átviteli sebesség 60 bps-ra korlátozódik (120 V-os, 60 Hz-es hálózatnál).

Az alkalmazási réteg a legegyszerűbb eszközök vezérlési nyelvének felel meg. Egy teljes X-10 parancs két csomagból áll, amelyeket három periódusnyi időközök választanak el egymástól, és 47 ciklust vagy körülbelül 0,8 másodpercet vesz igénybe az átvitel.

Az X-10 vezérlőket és adaptereket számos amerikai cég gyártja. Számos európai országban kaphatók X-10 termékek, amelyek az európai elektromos hálózatokhoz igazodnak. Az X-10 modulok ára a passzív vevő 8 dollártól a többfunkciós aktív eszköz 50-100 dollárig terjed.

Az X-10 alapú rendszer fő hátrányai az alacsony átviteli sebesség és a korlátozott funkcionalitás.

Intellon CEBus technológia (Intellon SSC) Az Intellon az adatátvitelhez távvezetékeken (120 V, 60 Hz) alkotta meg a CEBus otthoni hálózati szabványnak megfelelően (tovább részletes információk ez a szabvány megtalálható az interneten a címen http://www.CEBus.com). A CEBus szabvány (EIA-600) meghatározza azokat a követelményeket, amelyek lehetővé teszik a háztartási gépek és az otthoni automatizálási eszközök interakcióját különböző fizikai átviteli médiumokon: elektromos vezetékek, rádió- és infravörös csatornák, koaxiális kábel stb. A CEBus modell alkalmazási protokollokat tartalmaz, az OSI referenciamodell hálózati, csatorna- és fizikai rétegei.

Az alkalmazási réteg funkcióit az EIA-721 dokumentumban leírt Common Application Language (CAL) végzi. Egységes szintaxist határoz meg a működés leírására különféle eszközökés egy sor szabványos parancsot. A CAL egy objektum-orientált nyelv, amely lehetővé teszi az interakció alkalmazási környezetének beállítását, különösen a TV hangvezérlését, zenei központ, VCR és CD lejátszó. Minden kontextus további objektumokra van bontva, amelyek olyan vezérlőelemeket képviselnek, mint például a hangerő, a fényerő és így tovább.

A hálózati réteg protokoll adatcsomagokat generál, amelyek tartalmazzák az összes szükséges információt a forrás- és célcímekről.

A CEBus szabvány egy peer-to-peer interakciós modellt biztosít, amelyben bármely csomópont szabad hozzáféréssel rendelkezik a hálózathoz. A CSMA/CDCR mechanizmus az ütközések megelőzésére szolgál a kapcsolati rétegben.

A fizikai rétegben az Intellon CEBus Powerline Carrier Protocol SS modulációs technológiát használ a 100-400 kHz-es frekvenciasávban lévő adatbitek továbbítására.

Az Intellon Power Line Evaluation Kit termékcsaládot kínál, amely megvalósítja az Intellon CEBus technológiát, a chipkészlettől egészen a lapkakészletig rendszermegoldásés hálózattervező eszközök. 245 dollárba kerül.. A Microsoft állítólag licencet szerzett az Intellon CEBus technológiájának használatára az áramhálózatokon keresztüli adatátvitelre.

LonWorks (Local Operation Networks) technológia az amerikai Echelon vállalat fejlesztette ki azzal a céllal, hogy elosztott vezérlőrendszereket (hálózatokat) hozzanak létre ipari és háztartási célokra. A LonWorks biztosítja az intelligens együttműködő csomópontok és alrendszerek tervezéséhez, telepítéséhez és karbantartásához szükséges eszközöket és építőelemeket, beleértve a Különféle típusokérzékelők, vezérlőeszközök, jelzések stb.

A LonWorks technológia fő összetevői a következők:

• Lontalk protokoll;
• Neuron Chip mikroprocesszor (3 x 8 bites CPU, 10 KB RAM, 10 KB ROM);
• speciális modulok - adó-vevők különböző adathordozókhoz, vezérlőmodulok, hálózati adapterekés útválasztók;
• tervezőeszközök - LonBuilder (LonWorks hálózatok konfigurálása és hibakeresése), NodeBuilder (egyetlen csomópont konfigurálása), LonMaker (protokollelemzés);
• szoftver átjárók - Ethernet, T1, X.25, Bitbus, Profibus, CAN, Modnet, SINEC, Grayhill, Opto22 (digitális), OptoMux, Modbus, ISAbus, STD32 busz, PC/104, VMEbus és EXMbus.

A LonWorks technológia a hálózati csomópontok által információcserére használt LonTalk protokollon alapul. Minden hálózati csomópontnak tartalmaznia kell egy mikroprocesszort, amely megvalósítja ennek a protokollnak a funkcióit.

A LonTalk protokoll nyitott, és bármely megfelelő mikroprocesszorba "beágyazható". Ilyen beágyazásra példa a fent említett Neuron Chip mikroprocesszor, amelyet LonWorks technológiával fejlesztettek ki, és a Motorola és a Toshiba gyártja. Ez a chip a LonTalk referencia implementációja, és mind adatcsere-vezérlési feladatokhoz, mind a protokoll egyéb megvalósításainak teszteléséhez használható.

A LonTalk egy hétrétegű kommunikációs protokoll, amely megbízható adatátvitelt tesz lehetővé számos fizikai adathordozón – csavart érpár, rádiócsatorna (RF), infravörös csatorna, elektromos vezetékek, koaxiális vagy optikai kábel. Minden típusú környezethez olyan adó-vevőket fejlesztettek ki, amelyek támogatják a hálózat működését különböző csatornahosszúságokon, átviteli sebességeken és hálózati topológiákon. A használt hozzáférési mód a CSMA.

24/120/220/380/480 V AC (50/60/400 Hz) és egyenáram több adó-vevőt (PLT) fejlesztettek ki, amelyek mikroáramkörök és mikroösszeállítások formájában készültek.

A LonWorks alkatrészek ára meglehetősen magas: 42 dollár egy adó-vevő, 2000 dollárból egy programozó rendszer.

A LonWorks technológiát elsősorban életfenntartó rendszerek épületében, ipari és otthoni automatizálásban használják. Ez az egyik vezető elosztott vezérlőhálózat a területen. Ezt az is megerősíti, hogy az utóbbi időben a Microsoft aktívan részt vett a LonWorks alapú otthoni hálózatok fejlesztésében, a Cisco Systems pedig bebizonyította, hogy a LonWorks hálózati csomópontjait az interneten keresztül, közönséges böngészők segítségével is elérheti.

Vállalat Adaptív hálózatok (ANI) egy sor olyan terméket gyárt, amely támogatja a rendkívül megbízható adatátvitelt bármilyen típusú elektromos vezetéken, beleértve az európai CENELEC szabványnak megfelelőket is. Az ANI szabadalmaztatott technológia biztosítja effektív sebesség 115 kb/s-ig terjedő átvitel (fizikai sebesség 268 kbps) és a dedikált kábeles infrastruktúrához hasonló megbízhatóság.

1991-ben az Adaptive Networks technológiát a fedélzeti hűtőkonténerekben lévő vezérlőrendszerek adatkommunikációs szabványaként hagyták jóvá (ISO 10368). Megkülönböztető jellemzői a következők:

• megbízható adatátvitel biztosítása, amikor magas szint interferencia a szélessávú jelnek az elektromos hálózat aktuális jellemzőihez való gyors alkalmazkodása miatt;
• a sodrott érpárra vagy más típusú kábelre összpontosító meglévő hálózati szoftverekkel való munkavégzés képessége;
• átlátható, megbízható protokoll használatával link réteg hibajavítással (a bit hibás átvitelének valószínűsége 10 -9);
• integrált megvalósítás, amely nem igényel további interfész logikát;
• a környezethez való token hozzáférés hibrid sémája, amelyet akkor használnak, ha a hálózat meglehetősen elfoglalt.

A chipkészletek és modulok már elérhetőek a 4,8 (AN48), 19,2 (AN192) és 100 kbps (AN1000) hatékony átviteli sebesség biztosítására. Minden lapkakészlethez tervezőeszközöket (értékelőkészlet) kínálunk. Az alkatrészek költsége és eszközöket elég magas.

TechnológiaDPL 1000, az angol NOR.WEB (a Nortel Networks és a United Utilities vegyes vállalata) által kifejlesztett, akár 1 Mbps sebességű adatátvitelt lehetővé tevő hálózatokon keresztül.

A DPL 1000 joggal tekinthető egy forradalmi lépésnek az elektromos vezetékeken keresztüli adatátvitel fejlesztésében, mivel megnyitja a szinte univerzális lehetőség közvetlen hozzáférés legalábbis az interneten alacsony árak. Ha a jelenleg több európai országban zajló tesztek igazolják a DPL1000 alapú rendszerek működőképességét, akkor a jövőben jelentős változásokra számíthatunk a szolgáltatói szolgáltatások piacán és az internetelérés árának csökkenésére.

Az új technológia az adatok elektromos interferencia elleni védelmének szabadalmaztatott eszközén alapul. Megvalósításának technikai részletei gyakorlatilag nincsenek elérhető forrásokban. A DPL 1000 egy komplett adatátviteli megoldás a lecsökkent transzformátor alállomástól az otthoni vagy irodai végfelhasználóig.

A DPL 1000 technológiának megfelelően a leléptető transzformátor kisfeszültségű tekercséhez csatlakoztatott elosztó elektromos hálózat egy része működési paramétereinek bizonyos beállítása történik, amely után használható helyi hálózat. Ez kiküszöböli az „utolsó mérföld” problémáját az internetszolgáltatók számára, és folyamatos közvetlen hozzáférést biztosít a felhasználók számára az internethez telefon-előfizetői vonalak letöltése nélkül.

A DPL 1000 alapú LAN-ok a következő hardverösszetevőket tartalmazzák:

• központi állomás, amely biztosítja a helyi hálózat csatlakozását a fő kommunikációs csatornákhoz és a hálózat adminisztrációját;
• egy transzformátor alállomáson elhelyezett bázisállomás, amely egy információs helyi hálózat kisfeszültségű távvezetékekhez való csatlakozását valósítja meg;
• csatlakozó eszköz, amely a ház tápkábelének bejáratánál van elhelyezve (a villanyóra mellett), és biztosítja a dokkolást a belső információs hálózathoz;
• kommunikációs modul olyan számítógéphez csatlakoztatva, amelyre kommunikációs szoftver telepítve van.

Jelenleg több európai országban demonstrációs zónákat telepítettek a DPL 1000 technológia "tesztelése" céljából, Nagy-Britanniában például egy átfogó iskola csatlakozik az internetre a segítségével, Németországban pedig a DPL 1000 alapján az első felhasználók állandó hozzáférést kaptak a világhálóhoz mindkét irányban, akár 1 Mbps sebességgel.

Az elektromos hálózatokon keresztüli adatátvitelhez különálló komponenseket készítenek más cégek, amelyek közül kiemelendő az Intelogis és az ITRAN.

A használt rövidítések listája

AMR (automatikus mérőleolvasás)- Automatikus mérőleolvasás. ASK (amplitúdó-eltolásos kulcsozás)- amplitúdó manipuláció. ASST (Adaptive Spread Spread Spectrum Transmission)- adaptív szélessávú átvitel; Az Adaptive Networks szabadalmaztatott technológiája. BPSK (bináris fáziseltolásos kulcsozás)- kétállású fáziseltolásos kulcsozás. CAL (általános alkalmazásnyelv)- a CEBus szabvány egységes alkalmazási nyelve. CEBus (Consumer Electronics Bus)- szórakoztató elektronikai busz; az EIA által kifejlesztett otthoni hálózati kommunikációs szabvány. CENELEC (Európai Elektrotechnikai Szabványügyi Bizottság)- Európai Elektromos Szabványok Bizottsága. CDMA (kódosztásos többszörös hozzáférés)- kódosztásos többszörös hozzáférés. Hozzáférés módja szélessávú (SS) moduláció használatakor. Ezt úgy hajtják végre, hogy a hasznos információbitek sorozatát megszorozzák rövidebb impulzusok egyedi pszeudovéletlen sorozatával. DCSK (differenciális kódeltolásos kulcsozás)- differenciálkód kulcsolás; az ITRAN Communications által kifejlesztett szélessávú modulációs technológia. DPL (Digital Power Line)- "digitális" tápvezeték. EIA (Elektronikai Ipari Szövetség)- Elektronikai Ipari Szövetség. FCC (Szövetségi Kommunikációs Bizottság)- Szövetségi Kommunikációs Bizottság (USA). FSK (Frekvencia-eltolásos kulcsozás)- frekvenciaváltó kulcsolás. ICSS (integrált áramkör/szórt spektrum)- integrált áramkörök szélessávú modulációhoz; a National Semiconductor védjegye. PLT (Power Line Transceiver)- adó-vevő adatátvitelhez az elektromos vezetéken keresztül. PSK (Phase-Shift Keying)- fáziskulcsolás, amelyben a vivőfázis csak rögzített sorozatból vesz fel megengedett értékek(például 0, 90, 180 és 270 fok), és az információ beágyazódik a vivőfázis változásaiba. SOHO (kis iroda/otthoni iroda)- kis/otthoni iroda. SSC (Spread Spectrum Carrier)- "szélessávú" szolgáltató. SST (szórt spektrumú átvitel)- szélessávú átvitel.

EM-20 és EM-30 elektromodemek

Gyártó: RTK Központi Kutatóintézet Eszköztípus: az információ továbbításának eszközei a 220/380 V táphálózaton keresztül Kommunikációs vonalak: hálózati tápellátás 24/120/220/380 V AC (50/60/400 Hz) vagy DC, valamint feszültségmentesített vezetékek Sebességváltó hatótáv, km: 0,5-1,0 (egy alállomás területe) Átviteli sebesség, kbps: 4,8; 9.6 vagy 50.0 Interfészek: RS-232, RS-485, személyre szabott Közvetlen hívás lehetőség Kétirányú képesség Többcsatornás beszédátvitel Felhasználási területek: integrált biztonsági rendszerek (biztonság, tűz, vészriasztó garázsokban, kertszövetkezetekben, múzeumokban, természetvédelmi területeken, szállodákban); a paraméterek távoli elszámolására és az elosztott vezérlésre szolgáló rendszerek (helyi energiatakarékos rendszerek, szivattyú- és tárolórendszerek); gyorsan kiépített információátviteli rendszerek (kiállítások, helyszíni rendezvények); különleges rendszerű épületek és objektumok automatizálása; helyi adat- és beszédhálózatok meglévő 220/380 V-os távvezetékekre épülve.