Технология PLC (Powerline communications) – сеть по электрическому проводу

    Сетевые технологии стремительно развиваются в последнее время. Основная ставка делается на увеличение скорости и пропускной способности, одновременно нельзя забывать и об экономичности. Ведь прокладка десятков километров оптоволокна – удовольствие чрезвычайно дорогое. Следовательно, исследуются способы создания средств информационного обмена, которые будут достаточно дешевыми и доступными повсеместно. Этим критериям как нельзя лучше отвечают сети электропередачи. Преимущество их неоспоримо, ведь они доходят практически до каждого помещения в любой стране мира, их инфраструктура является едва ли не самой развитой. В последнее время ведутся разработки этой новой технологии PLC (Powerline Communications) или PLT (Powerline Telecommunications).
    Существующие технологии передачи данных по электросетям классифицируются по типу используемых линий электропередачи и области применения. Причем приоритетным направлением является использование PLC-технологии для создания телефонной связи и высокоскоростного доступа в Интернет на ограниченных территориях (в отдельных поселках и зданиях, на предприятиях).

Линии электропередач обладают следующими отличительными особенностями:

• высокий уровень шумов и быстрое затухание высокочастотного сигнала
• нестабильность линии связи
  

    Коммуникационные параметры линий (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и другие) меняются во времени в зависимости от уровня текущего энергопотребления (что особенно важно в нашей стране, характерной постоянными перебоями в энергоснабжении), в то время как для традиционных физических сред передачи информации эти параметры более-менее постоянны.
    Поэтому требуются применение различных методов компенсации: использование помехоустойчивых методов обработки сигналов и кодирования, высоконадежных методов доступа к среде передачи данных и т.д. Все это накладывает существенные ограничения на использование этой технологии. Так, предлагаемое оборудование демонстрирует (без дополнительной регенерации сигнала) в среднем дальность от 300 до 500 метров (иногда до 1000 м). Существует ограничение и на тип электросети. Для скоростного доступа на данный момент используют сети с напряжением ~0.4 кВ (стандартное трехфазовое напряжение). Передача данных по высоковольтным линиям электропередачи на большие расстояния пока еще затруднена из-за значительного затухания сигнала.
    Для обеспечения высокой помехоустойчивости и высокого уровня защиты информации используются алгоритмы широкополосной SS-модуляции (Spread Spectrum), при которой мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот и сигнал становиться незаметным на фоне помех. Выделение информации из шумоподобного сигнала производится цифровыми методами оптимального и квазиоптимального приема с использованием уникальной для каждого сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой полосе частот.
    Наиболее широкое распространение в PLC-технологиях получила OFDM-модуляция (Orthogonal Frequency Division Modulation), которая формирует результирующий сигнал путем мультиплексирования нескольких широкополосных сигналов с ортогональным частотным уплотнением и обеспечивает одновременную передачу данных на разных несущих частотах сигналов с фазовой модуляцией (QPSK). Обработка OFDM обычно происходит с использованием быстрого преобразования Фурье и инверсионного преобразования. В качестве методов доступа к среде передачи данных на MAC-уровне используются стандартизированные методы коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением/устранением коллизий (CSMA-CD и CSMA-CA).

    Внешнее оборудование доступа размещается на локальной трансформаторной подстанции, подключается к телефонной сети и/или IP-магистрали через существующие телекоммуникации и к электрической сети. Это устройство представляет собой шлюз между сетями общего пользования и PLC-сетью и управляет полосой пропускания между внутренними контроллерами, установленными в помещениях здания.
    Подключение внешнего оборудования доступа PLC-сети к сетям IP и ТфОП (телефонный оператор) будет варьировать, в зависимости от расстояний и условий расположения трансформаторной подстанции, от медных до оптических линий связи. Внутренние PLC-контроллеры организуют абонентскую сеть внутри помещений и объединяют устройства- адаптеры, которые включаются в розетки сети электропитания. Адаптеры имеют набор стандартных различных интерфейсов типа USB, RS-232, RJ-45, Ethernet и другие, для подключения различных терминалов (компьютеров, факсов, телефонов). 

Принцип построения офисной сети на базе PLC-технологии

Технология PLC реализует принцип “точка – множество точек”. Локальная трансформаторная подстанция будет одновременно поставлять электроэнергию и услуги передачи данных, телефонии и др. Применение режима гибкого управления полосой пропускания гарантирует оптимальное использование пропускной способности канала связи.
    Какими бы оптимистичными не были бы результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, подобная технология в нашей стране сталкивается с рядов трудностей. Технические параметры отечественных электросетей намного отличаются от их аналогов в Западной Европе и США. Проблема состоит в том, что наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшими электрическими и механическими качествами, а это – худшая электропроводность, что приведет к скорейшему затуханию сигнала и большая хрупкость алюминия по сравнению с медью. Все это обязательно негативно скажется при использовании PLC технологии в СНГ. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования PLC-технологий, а сюда входит и их сертификация, и распределение частот. И, тем не менее, эта технология имеет большой потенциал, и, вероятно, будет развиваться ускоренными темпами.