ДОСТУП
Локальная сеть - неотъемлемый атрибут любого офиса и современного жилья. Казалось бы, технологии построения LAN известны давно и здесь трудно ожидать каких-либо неожиданностей. Но одно дело прокладывать вдоль стен кабели или разворачивать точки беспроводного доступа Wi-Fi и совсем другое - использовать для передачи данных обычные электросети, которые по умолчанию есть в любом здании. Технология Power Line Communication (PLC) разработана для силовых электросетей низкого (180-400 В) и среднего (4-60 кВ) напряжения и в отношении производительности пересылки данных может служить альтернативой сетям Ethernet и xDSL.
Сама по себе возможность передавать данные по уже существующей электропроводке представляет большой практический интерес, поэтому рассмотрим подробнее технологию PLC, ее преимущества и недостатки в сравнении с традиционными методами локального обмена информацией и доступа в Интернет.
Технические основы
Надо сказать, что проблема передачи информации по силовым кабелям изучается давно: уже около 30 лет действуют десятки специальных проектов в научно-исследовательских лабораториях по всему миру. Пожалуй, именно идеи xDSL подтолкнули исследователей к работам по изучению принципов передачи широкополосных сигналов с использованием специальных типов модуляции. Заявлено, что в электросетях реально достижимым является быстродействие на уровне 14-20 Мбит/с. Поскольку среда передачи сигнала разделяема, то указанная полоса пропускания распределяется между всеми пользователями, подключенными к данному сегменту. Без регенерации информационные сигналы быстро затухают - при нынешнем уровне развития технологии PLC протяженность абонентской линии не может превышать 0,5 км, но даже при этом скорость передачи заметно падает. Определенным толчком к развитию технологии оказалось также появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры), которые дали возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие, как OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что и позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.
Пока еще нет стандартных протоколов шифрования информации в электросети, а это необходимо, поскольку в противном случае пересылаемые данные становятся "видны" всем желающим. Справедливости ради нужно сказать, что на последних моделях PLC-адаптеров стали появляться специальные кнопки включения механизмов шифрования, основанных на алгоритме DES (56 бит). Принцип построения сети абонентского доступа на базе PLC-технологии прост: внешнее телекоммуникационное оборудование размещается на локальной трансформаторной подстанции и подключается к телефонной или IP-магистрали и к электрической сети. Это оборудование представляет собой шлюз между сетями общего пользования и PLC-сетью и формирует высокоскоростное соединение с PLC-модемом, который устанавливается в помещениях пользователей. Абонентские устройства PLC по сути являются специализированными модемами с разделительными фильтрами, позволяющими отсечь силовые импульсы от высокочастотного сигнала. Они снабжены наборами стандартных интерфейсов типа USB, RS-232, RJ-45 и Ethernet для подключения различных терминалов сети передачи данных (компьютеров, факсов, телефонов).
В простейшем варианте организации доступа шлюзы к сети передачи данных можно подсоединять непосредственно к низковольтной стороне питающей подстанции и "накрывать" весь сегмент электросети, подключенный к фидеру понижающего трансформатора. Для работы подобных систем не требуется согласований с контролирующими инстанциями, однако никакого качества, помехоустойчивости и прочих характеристик прохождения сигнала не гарантируется. Разумеется, провайдеру PLC-сети нужно получить разрешение со стороны электроснабжающей компании, например Мосэнерго.
***
Технология Power Line Communication (PLC) разработана для силовых электросетей и может служить альтернативой Ethernet и xDSL.
***
Европейский институт стандартизации ETSI подготовил несколько рабочих вариантов спецификаций оборудования PLC, однако они носят концептуальный характер, а производители реализуют в готовых устройствах собственные подходы. Пару лет назад несколько крупных компаний объединились в альянс, который получил название HomePlug Alliance, с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также выработки единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом нынешнего варианта Power Line Communication явилась технология PowerPacket фирмы Intellon, на которой базируется стандарт HomePlug1.0 (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 г.).
В основу передачи данных по сети электропитания положен известный принцип частотного разделения сигнала, когда один высокоскоростной поток разбивается на несколько относительно низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте. В различных вариантах оборудования PLC задействуются 84 поднесущие в диапазоне 4-21 или 2-30 МГц.
При передаче сигналов по бытовой электросети на определенных рабочих частотах временами может резко возрастать коэффициент затухания, что способно привести к потере данных. В противовес проблеме предусмотрен метод динамического включения и выключения передачи сигнала на поднесущих, суть которого заключается в постоянном мониторинге канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта использование соответствующих частот прекращается до тех пор, пока не восстановится нормальное значение коэффициента затухания. Существует также проблема возникновения коротких импульсных помех (продолжительностью до 1 мс), источниками которых могут быть галогеновые лампы или включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оснащенных электрическими двигателями.
PLC в реальной жизни
Доступная полоса пропускания в сети PLC позволяет передавать и принимать не только компьютерные данные, но и голосовую и видеоинформацию. С использованием специальных адаптеров можно построить локальную сеть в пределах офиса или дома и даже организовать более развернутую инфраструктуру, охватывающую несколько зданий. При этом никакого инженерного опыта настройки локальных сетей не требуется, а установка оборудования осуществляется в течение нескольких минут.
В локальную сеть, основанную на электропроводке, могут включаться компьютеры, серверы и периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы и др.). Такие сети могут иметь в своей структуре концентраторы и коммутаторы, позволяющие перенаправлять данные между узлами. Объекты в локальной PLC-сети можно располагать на расстоянии 50-150 м друг от друга, а общая протяженность используемой линии электропроводки не должна превышать 300 м. При переносе устройств из одного места в другое дополнительные настройки не нужны. При этом любая электрическая розетка в здании может стать точкой выхода в глобальную сеть Интернет. Причем при грамотном планировании такого вида подключения все, что требуется от пользователя, - это лишь наличие PowerLine-модема (сетевого адаптера), который должен быть соответствующим образом настроен для связи с аналогичным устройством, установленным, как правило, в электрощитовой здания и подключенным к высокоскоростному интернет-каналу.
Технологию PowerLine можно использовать при создании локальных сетей в небольших офисах (до десяти компьютеров), где основными требованиями являются простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные ее сегменты могут быть построены с помощью PowerLine-адаптеров. Очень часто встречается ситуация, когда в уже действующую сеть необходимо включить удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате либо на другой стороне здания.
***
Различные приборы смогут принимать и передавать данные через собственные цепи питания, можно организовать передачу аудиоданных и данных с датчиков охранной сигнализации.
***
С помощью адаптеров PowerLine эту проблему можно решить за 15 мин.
PowerLine-технология открывает новые горизонты при реализации идеи "умного дома", где вся бытовая электроника завязывается в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления. Электрическая сеть - идеальная среда передачи управляющих сигналов между бытовыми приборами, работающими под стандартным напряжением 110/220 В. В ближайшее время появится чип для встраивания в различные приборы, которые смогут принимать и передавать данные через собственные цепи питания. Кроме того, с помощью данного чипа можно организовать передачу аудиоданных и данных с датчиков охранной сигнализации, расширять и продлять телефонные линии и т. д.
Как видно из вышесказанного, на сегодня есть два основных варианта использования технологии PLC. Во-первых, это системы, предназначенные для создания локальной среды передачи в пределах нескольких комнат, отличающиеся максимальной простотой инсталляции, но имеющие ряд ограничений. Как правило, архитектура таких сетей не предусматривает единых механизмов управления подключаемыми устройствами. Они весьма ограничены по радиусу действия и, кроме того, не содержат в своем составе специализированных устройств для агрегации и локализации трафика.
Во-вторых, это решения для организации сети передачи на участках "последней мили" и "последнего фута". Они сложнее и дороже, зато позволяют создавать развернутые архитектуры, объединяющие в себе функции "домашних" сетей и систем обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет для довольно больших групп пользователей. Оборудование для таких сетей способно поддерживать передачу данных на расстояниях 250-300 м (при определенных условиях - до 500 м) без применения специальных повторителей, а при наличии оных - и до нескольких километров. Кроме того, в этих системах присутствуют развитые средства управления устройствами и сервисами, за счет чего их внедрение становится рентабельным при решении широкого круга задач, в том числе организации IP-телефонии для конечного потребителя.
Развертывание PLC-систем поможет и энергокомпаниям в построении надежных и недорогих систем технологической связи. Сети доступа, основанные на PLC, позволяют контролировать станционное и абонентское оборудование, считывать показания счетчиков и передавать полученные данные в центральный офис предприятия для выставления счетов абонентам и контроля оплаты услуг. А вот пустит ли эта электрическая компания в свою сеть оператора связи - вопрос, решаемый в каждом случае индивидуально, ведь никаких регулирующих правил на этот счет в России нет.
Коммерческие проекты
Любая новая технология сначала тестируется в лабораторных условиях, потом используется в рамках локальных проектов, и только после того, когда все проблемы будут устранены, она становится отраслевым стандартом. Так же обстоит дело и с PLC - с той поправкой, что до третьей стадии здесь пока не дошло.
В 2003 г. для продвижения новых технологий в США создан промышленный альянс Power Line Communications Association. В него вошли несколько энергетических компаний и Earthlink, третий по величине американский интернет-провайдер. Проводимое с тех пор фирмами Ameren и PLL тестирование передачи данных по электрическим сетям пока не дало видимого результата. Тогда же канадская компания Hydro-Quebec организовала высокоскоростной доступ в Интернет по линиям электропередач, прибегнув при этом к уже имеющемуся опыту передачи сигнала по силовому кабелю для управления светофорами. Такая система работает вполне успешно, и некоторые эксперты полагают, что ее вполне можно приспособить и для передачи данных через Интернет, причем со скоростью, в пять раз превышающей скорость работы кабельных модемов.
Годом позже американская корпорация Cinergy, которой принадлежат несколько электроэнергетических фирм на Среднем Западе США, образовала два совместных предприятия с частной компанией Current Communications Group для предоставления услуг быстрого доступа в Интернет по электропроводам. Чтобы получить одобрение Федеральной комиссии по электросвязи на введение в эксплуатацию этого сервиса, партнерам пришлось основательно напрячься. Дело в том, что идея развернуть технологию доставки сигнала по электрическим проводам в США натыкается на недоверие военных и представителей некоторых гражданских служб, опасающихся, что разветвленная сеть ЛЭП, через которую пропустят интернет-трафик, может стать мощным генератором помех и будет забивать эфир.
***
Можно построить локальную сеть дома и даже организовать более развернутую инфраструктуру, охватывающую несколько зданий.
***
Инженеры из Cinergy решили проблему, разработав комбинированное решение: на "национальном" уровне данные перегоняются через обычное оптоволокно и только в квартиры доставляются по линиям электропередач, рассчитанным на относительно малые нагрузки. Таким образом одновременно решаются и проблема создания помех, и проблема "последней мили": если кабельным и телефонным компаниям приходится немалые деньги вкладывать в подготовку домов для подключения к высокоскоростному Интернету, то энергетической компании достаточно дотянуть кабель до ближайшей трансформаторной будки и поставить там специальный маршрутизатор. Подготовка соответствующей сети в штате Цинциннати обошлась компаниям в 70 млн. долл.
"Обкатку" технологии все еще проводит и ОАО "Мосэнерго" - в Зеленограде, на территории 19-го района Московских электрических сетей. Здесь с 2001 г. создается система дистанционного получения данных о режиме работы оборудования распределительных и трансформаторных подстанций. В диспетчерскую оператора по обычным силовым кабелям стекается разнообразная информация, отображаемая на дисплее. В результате работники диспетчерской службы в реальном времени отслеживают рабочие параметры электросети (напряжение и нагрузку) и могут сразу узнать, если дверь в подстанцию открыли неизвестные и проникли туда, скажем, ради охоты за цветными металлами.
На практике ввод подобных систем в коммерческую эксплуатацию сдерживается нерешенными проблемами с быстрым затуханием сигнала и сложностью реализации PLC-проектов в домах старой постройки, где проложены низкокачественные алюминиевые провода. Помимо этого необходимо учитывать, что сеть PLC функционирует только на однофазных линиях, поэтому если к квартире подведено несколько фаз электрического тока, то далеко не все розетки можно использовать для подключения устройств к "домашней" сети.
Разумность инноваций
Итак, технология передачи данных по сетям электропитания - вещь безусловно нужная и полезная. Уже сейчас обеспечиваемая ею скорость вполне может соперничать с производительностью традиционных LAN, так что для подключения отдельных сегментов корпоративных сетей вполне подойдет обычная электропроводка. Но существуют и сдерживающие факторы развития этого сегмента рынка, и технологические, и организационные. Причем решение технологических проблем, таких, как низкая помехоустойчивость и дальность связи, зависит от того, насколько скоро в этот сегмент придут крупные телекоммуникационные производители и установят здесь индустриальные стандарты.
На современном этапе PLC может найти применение в элитном жилье - для контроля и управления оборудованием энергообеспечения, инженерными службами здания и охранной сигнализацией. Голосовые и видеоуслуги лучше всего предоставлять по отдельной распределительной сети (скажем, Ethernet или пассивной оптике), а для подключения пользователей к интернет-магистрали - применять проверенные временем технологии ADSL или ADSL2+, потому что пока только таким образом можно обеспечить доступ к сетевым сервисам с гарантированным QoS.
Ситуация с внедрением технологии PLC может измениться довольно скоро. Венчурные фирмы, осваивающие инвестиции ИТ-корпораций, готовы выйти на рынок с эффективными промышленными продуктами. В Москве, Подмосковье и нескольких областных центрах России запускаются опытные зоны, где электрическая и интернет-магистрали объединены в одном силовом кабеле.
С автором можно связаться по адресу: Mb@viem.ru.
