CC BY
212
Технология Power Line Communication и ее применение
Шишкин Ф. Д., Бростилов С. А.
ФГБОУВПО "Пензенский государственный университет" Iamak5 [email protected]. сот
Трусов В. А.
ФГБОУВПО "Пензенский государственный университет"
trusov_y@mail. ги
Аннотация. В данной статье рассмотрена технология передачи данных по электросетям Power Line Communication (PLS). Рассмотрена краткая история развития технологии ее особенности, в том числе при практической реализации. Исследован современный PLS-адаптер, состоящий из передатчика и приемника. На основании проведенного исследования авторами выявлены основные преимущества и недостатки использования технологии PLS для коммерческих и бытовых нужд.
Ключевые слова. PLS, Ethernet, ЛЭП, электричество, частота.
Обмен информацией между удаленными устройствами имеет долгую историю и становится непременным условием в современном мире. Благодаря технологическому развитию и новым развивающимся рынкам, PLC сегодня жизнеспособная технология для низкоскоростной и высокоскоростной организации сети. Широкополосная PLC предоставляет интересную альтернативу DSL, Wi-Fi или кабельному соединению как решение «последней мили» для интернета и домашней организации сети. Эта статья призвана дать обзор состоянию тенденциям развития и проблемам PLC.
PLC является проверенной, устоявшейся и признанной технологией, которая позволяет передавать данные с узкополосной или широкополосной скоростью через электрические кабели, уже установленные в зданиях. Система PLC работает с помощью наложения модулированной несущей частоты на сигнал электросети. Самая простая PLC система состоят из передающего устройства, способного передать коммуникационный сигнал по линии электросети переменного тока (модуляция) и приемника, способного извлечь этот сигнал и создать коммуникационный уровень из него (демодуляция) [Сивагина и др., 2012] (рис. 1).
Рис. 1. Передатчик и приемник
Рассмотрим один из современных вариантов подключения к интернету по технологии PLC. На рис. 1. отображены (слева направо) приемник TL-WPA4220 и передатчик TL-PA4010. Рассмотрим способ настройки и подключения комплекта. Передатчик подключается к розетке, ближайшей к роутеру. Один конец кабеля Ethernet вставить в порт Ethernet на передатчике. Другой конец кабеля в один из разъемов на задней панели маршрутизатора, где написано LAN. Приемник необходимо вставить в розетку, ближайшую к устройству, через которое вы выходите в Интернет. Второй кабель Ethernet нужно подключить к Ethernet-порту приемника. Другой конец кабеля в устройство выхода в Интернет. Диапазон работы -300 метров по электросети. Поддержка стандарта IEEE802.11b/g/n позволяет подключать Wi-Fi-устройства с теоретической скоростью до 300 Мбит/сек [Стрельцов и др., 2014].
У PLC долгая история. Фактически, она так же стара, как сама энергосистема. Первые исследования и разработки датируются концом 19-го века. В начале 20-го века, начали работать системы передачи с частотным разделением каналов на высоковольтных линиях, затем на средних и низковольтных системах распределения для задач телеметрии. Термин Power Line Carriers появился в 1940 году. В 1970-х и 1980-х для домашнего пользования PLC устройства стали коммерчески доступны, в это же время были разработаны первые стандарты. Интерес возрос в 1990-х, наряду с такими технологиями как Х-10, CEBus и LonWorks. Задача была в том, чтобы разработать надежную и дешёвую в производстве систему, способную экономически эффективно конкурировать с беспроводными решениями. За последние 20 лет исследования в области PLC набрали силу. Новые виды модуляций, метод контроля ошибок и коррекции, а также новые стандарты были предложены промышленными объединениями и профессиональными ассоциациями. Возникшие наработки в области PLC стали перспективными для потребителей и энергетических компаний [Подложенов и др., 2012].
Несмотря на то, что технология давно разрабатывается, широкую известность она не приобрела. Для работы в домашних условиях на тот момент времени не было разработано единого стандарта. Так как PLC передает данные непосредственно по электропроводам, информация передаётся в высокочастотном диапазоне. При этом неизбежно появляются искажения, затухания полезного сигнала и помехи от бытовых приборов. Свойства линий электропередач сильно зависят от подключенных электроприборов, их числа, мощности и энергопотребления. Стандарты, созданные специально для бытового пользования и способные составить конкуренцию, появились сравнительно недавно. Первая спецификация называлась HomePlug 1.0 и была разработана в июне 2001 г. и позволяла развивать пиковую скорость в 14 Мбит/сек [Бростилов и др., 2014]. В 2005г. была разработана HomePlug AV(HPAV), где была увеличена скорость с 14 до 200 Мбит/сек. В 2010 была разработана HomePlug Green PHY, которая применяется в интеллектуальных системах распределения энергии. Отличие от HPAV заключаются в пониженных стоимости, энергопотреблении и пропускной способности. 30 сентября 2010 года был одобрен стандарт широкополосной связи по электросети IEEE 1901, и HPAV, как основная технология в нем, был ратифицирован и утвержден как международный стандарт. Группа компаний HomePlug Powerline Alliance является органом сертификации для всех IEEE 1901 продуктов. В ноябре 2011 4 крупных производителя чипов начали поставлять совместимые с HPAV чипсеты с поддержкой IEEE 1901 (Broadcom, Qualcomm Atheros, Sigma Designs, и SPiDCOM). Каждый месяц были отгружены миллионы единиц по всему миру. Многие HPAV совместимые продукты поставлялись от таких ключевых фирм как: TP-LINK, Cisco, ZyXEL, D-Link, Logitech, NETGEAR и Western Digital. В январе 2012 г. была представлена спецификация HomePlug AV2. Теоретическая пропускная способность была увеличена в 5 раз, достигнув 1 Гбит/сек. Появились энергосберегающие функции, расширена полоса частот с 1.8 до 30 МГц в HomePlug AV с 1.8 до 86 МГц. Более новые версии HomePlug поддерживают использование Ethernet в шинной топологии. Это достигается посредством модуляции OFDM. Поток данных разделяется на множество частотных подканалов, количество которых может доходить до тысячи [Воробьев и др., 2014]. При этом обмен информацией ведется одновременно на всех подканалах. Кроме того, технология HomePlug OFDM может выключить любые подканалы, которые перекрывают ранее выделенный радио-спектр, предотвращая интерференцию [Горячев и др., 2013].
Различают 2 класса PLC систем: узкополосной(паггошЬап(1) и широкополосной(Ьгоас1Ьапс1). Узкополосный PLC (NB-PLC) относится к линиям связи с низкой пропускной способностью, используя полосу частот ниже 500 кГц и предоставляя скорость передачи данных в десятки кбит/сек
[Петрянин и др., 2013]. Широкополосный PLC (BPL) используют гораздо более широкий частотный диапазон, и обеспечивает скорость передачи данных в сотни Мбит/сек. BPL- технология используется сегодня для требующих высокой скорости приложений передачи данных, таких как Интернет, телевидение высокой четкости. NB-PLC применяется для удаленного сбора показаний в автоматизированных системах учета расхода и управления электроэнергии, в устройствах управления уличным освещением, системах сигнализации.
Ключевое преимущество PLC состоит в использовании существующих электросетей как коммуникационной среды, что дает значительное преимущество в устранении значительных затрат на установку сетевой инфраструктуры, такую как сетевые кабели или антенны.
Линии электропитания представляют собой сложную среду для коммуникационных сетей и не были изначально спроектированы для передачи данных. Сеть электропередач имеет характеристики, которые изменяются во времени и является частотно-зависимой [Трифоненко и др., 2012]. Высокий уровень затухания сигнала и значительный шум -основные факторы, влияющие на производительность системы. Кроме того, серьезные ограничения электромагнитной совместимости накладывают существенные проблемы к применению PLC систем. Тем не менее, свое место на рынке эта технология прочно заняла. Сегодня работа интеллектуальных систем учета расходов электроэнергии, возобновляемых источников энергии, электромобилей невозможна без применения PLC. Это позволяет полагать, что у PLC хорошее будущее.
Список литературы
[Бростилов и др., 2014] Бростилов С.А, Горячев Н.В., Бростилова Т.Ю. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127-129.
[Воробьев и др., 2014] Воробьев Д.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К. Применение унифицированных электронных модулей при создании генератора гармонических колебаний // Молодой ученый. — 2014. — №20. — С. 114-117.
[Горячев и др., 2013] Горячев Н.В., Танатов М.К., Юрков Н.К. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70-75.
[Жаднов, 2012] Жаднов В.В. Методы имитационного моделирования отказов радиоэлектронной аппаратуры // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2012. № 15. С. 253-262.
[Петрянин и др., 2013] Петрянин Д.Л., Горячев Н.В., Юрков Н.К. Анализ систем защиты информации в базах данных / // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115-122.
[Подложенов И др., 2012] Подложенов К.А., Горячев Н.В., Юрков Н.К. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193-194.
[Сивагина И др., 2012] Сивагина Ю.А., Граб И.Д., Горячев Н.В., Юрков Н.К. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 393-395.
[Стрельцов И др., 2014] Стрельцов H.A. SDR-трансиверы и их применение / H.A. Стрельцов, Н.В. Горячев, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281-282.
[Трифоненко И др., 2012] Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.
