COMUNICAłII PE REłEAUA DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ DE 220Vc.a.

Transcription

1 COMUNICAłII PE REłEAUA DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ DE 220Vc.a. Stud. Eugenu Drăgoescu UTCB În epoca în care trăim, transmisia şi recepńia informańiei este un lucru pe care îl realizăm zilnic. Fie că este vorba de semnale sub formă de bińi, fie vocale sau radio, ele sunt, într-un fel sau altul, nevoite să circule printr-un aşa-numit mediu de transmisie. În cazul informańiei digitale, transmisia se poate face fie prin cabluri speciale de cupru sau din fibră optică, fie prin eter sub formă de unde radio. S-a scris mult despre reńele prin cablu coaxial, prin cablu UTP sau fibră optică. Realizarea unei astfel de reńele implică stabilirea unei infrastructuri, constând din achizińionarea cablurilor, pozarea sau montarea lor, mai mult sau mai puńin estetică, în spańiul care ne înconjoară. Dacă ne uităm mai atent, în pereńii clădirii în care locuim există deja o reńea de cabluri care, pentru moment, foloseşte doar la alimentarea cu energie a spańiului. Din moment ce, inevitabil, aceste cabluri ajung într-un fel la fiecare terminal al potenńialei reńele de calculatoare, de ce nu le-am exploata şi mai mult, obligându-le să transporte şi bińi de informańie suprapuşi peste energia de curent alternativ, de la un calculator la altul. 1. GeneralităŃi 1.1. Comenzi prin reńeaua de alimentare ReŃeaua de energie electrică este un mediu puńin ospitalier pentru transmisia de date. Acest lucru se datorează următorilor factori: semnalul transmis suferă o atenuare dependentă de frecvenńa, de până la 60 db şi variabilă în timp, şi tot acest semnal este influenńat de zgomotul în impulsuri provenit de la balasturi, startere, surse în comutańie, motoare electrice etc. Ideea transmiterii de semnal digital folosind reńeaua de alimentare cu energie nu este nouă. În prezent această tehnologie este folosită pentru a regla şi interoga în regim digital sau analogic diverse elemente de execuńie situate în clădiri sau hale industriale, fără a fi necesare conexiuni suplimentare. Semnalul transmis pe linia de alimentare este preluat de un receptor denumit responder care îl decodifică şi comandă, prin intermediul unui controler, echipamentul. Acest proces este denumit Power-Line Carrier (PLC). Cele mai multe aplicańii în domeniul transmiterii de semnale de comandă prin reńeaua de alimentare se întâlnesc în domeniul managementului energetic, al sistemelor de încălzire, ventilańie şi aer condińionat pentru clădiri comerciale, hoteluri, spańii de depozitare sau săli de spectacole. Diferitele instrumente de detecńie a temperaturii, umidităńii, presiunii, împreună cu instalańiile de securitate şi de protecńie contra incendiilor sunt comandate şi corelate în procesul de condińionare a aerului folosind semnale transmise prin cablurile de alimentare. Iluminarea, controlul ambientului, al sunetului şi imaginii în instalańiile audio-video complexe sunt, de asemenea, ajustate prin comenzi modulate în frecvenńă peste unda de curent alternativ şi decodificate la sursă. Cel mai cunoscut protocol de emisie-recepńie a semnalelor de comandă prin linia de alimentare este denumit X-10. SpecificaŃiile acestui protocol standard sunt folosite de producatorii de echipamente moderne de control ambiental, cum ar fi comutatoarele inteligente din care se pot transmite comenzi atât surselor de lumină cât şi pentru stabilirea intensităńii de iluminare. Termostatele, soneriile, instalańiile de

2 supraveghere şi detectoarele de fum realizate în tehnologie X-10 sunt elemente ale unei locuinńe automatizate BiŃi la curent alternativ Dacă mai întâi Internetul s-a dezvoltat prin conectarea pe linia telefonică, apoi prin cablu TV, trecând prin fibre optice directe, ajungând la transmisia radio, prin eter, odată cu crearea unei tehnologii fiabile şi robuste care să permită transmisia informańiei prin cablul de alimentare, reńeaua mondială revine cu picioarele pe pământ, dar fără a-şi pierde din avântul de viteză şi lăńimea de bandă pe care le solicită în mod constant. Numeroase firme aduc speranńe noi privind posibilitatea transmiterii în lăńimi de bandă impresionante a bińilor de informańie prin reńeaua de alimentare. De exemplu, la CEBIT 99 compania elveńiană Ascom a arătat că Internetul poate fi accesat în orice punct al unei reńele clasice de alimentare cu energie electrică, pornind de la transformatorul de alimentare până la, virtual, orice priză a unei clădiri sau grup de locuinńe. În acelaşi mod s-a transmis şi semnal vocal, video şi frecvenńe de emisie radio şi TV. Dispozitivul PLAN (Power LAN) al firmei americane Altcom este un adaptor de reńea LAN cu toate atributele unui dispozitiv similar Ethernet, care foloseşte ca mediu de transmisie reńeaua de alimentare, pentru a putea conecta, virtual, orice stańie de lucru. Spre deosebire de modemurile radio, a căror funcńionare este împiedicată de obstacole metalice şi interferenńe electromagnetice, modemurile PLAN sunt fiabile, uşor de instalat prin simpla introducere în priza de alimentare şi oferă acces la imprimante, servere sau provideri de Internet amplasańi în zona deservită de acelaşi transformator de putere. Sistemul este extrem de simplu. În stańia de transformare este instalat un modem PLC care modulează semnalul de date la frecvenńe înalte din trunchiul reńelei de comunicańie peste frecvenńa de 50 Hz a tensiunii de alimentare. Ratele de transfer, în cele mai noi dispozitive, pot depăşi 1 Mb/s (adică de 10 de ori mai mari decât viteza sistemului ISDN) la distanńe mai mari de 300 m. În afara bińilor de informańie se poate acum transmite, prin acelaşi cablu, trafic de telefonie. Fiecare modem PLC asigură două interfeńe transparente pentru protocolul TCP/IP, poate asigura transmisia telefonică prin internet (Voice over IP) şi aplicańii de securitate O tehnologie revoluńionară După cum am văzut, cea mai importantă problemă a transmisiei de semnal prin cablul de alimentare este pozińia receptorului şi emińătorului fańă de secundarul transformatorului de alimentare. Dacă cei doi actori se află pe reńele de alimentare diferite, între care există cel puńin un transformator de putere, cu dispozitivele enumerate mai sus comunicarea nu poate fi stabilită. SoluŃia acestei probleme este într-adevăr revoluńionară şi vine de la firma Media Fusion, o companie recent infiinńată, dar care deńine deja patentul metodei şi sistemului care poate transmite date la viteze apropiate de cea a luminii, virtual la orice distanńă în jurul lumii, indiferent de circuitul pe care un utilizator este conectat la linia de alimentare. Dezvăluirile privind procedeul sunt aproape inexistente, criptice, însă principiul, dezvăluit în catevă rânduri, este acela al utilizării câmpului magnetic creat în jurul oricărei reńele de alimentare. În termeni simpli, procesul de Modulare-avansată-sub-purtătoare (Advanced Sub-Carrier Modulation) scrie datele în unda magnetică ce înconjoară linia de putere, folosind un hardware şi software propriu. Aş încerca o explicańie a fenomenului. Se ştie că înscrierea informańiei pe banda magnetică sau pe platanul unui harddisk presupune crearea unui câmp electric intens care polarizează materialul în mod diferit, în funcńie de valoarea bińilor de informańie (1 sau 0).

3 Acum, curentul sinusoidal care trece printr-un conductor creează, în jurul acestuia, un câmp magnetic a cărui frecvenńă este egală cu cea a curentului. Acest câmp magnetic va fi înscris cu informańia utilă. În condińiile în care peste frecvenńa fundamentală a curentului se aplică un semnal de o frecvenńă mai mare, forma de undă va conńine armonici suplimentare care se vor regăsi, proporńional, în câmpul magnetic din jurul conductorului. El se va transforma într-un ghid de undă, în acelaşi fel în care la ieşirea unui laser se folosesc materiale optice pentru a amplifica sau diminua nivelele de frecvenńă ale emisiei stimulate. Capacitatea crescută de comunicańie prin intermediul reńelelor de alimentare cu energie va avea un impact crucial asupra fiecărei laturi a vieńii cotidiene, de la educańie la condińiile de muncă, de la medicină la produse de larg consum, de la tranzacńiile financiare la explorarea spańiului. Puterea computańională a reńelei va fi exponenńial mai mare decât a oricărui supercomputer actual. Mult mai mulńi consumatori vor putea avea acces la o mai largă varietate de servicii la costuri mici. Zonele defavorizate, cum ar fi cele rurale, fără telefon şi cu acces dificil al surselor media, vor putea dispune acum de telefon, Internet şi TV prin cablu, folosind simpla reńea de alimentare cu energie. 2. O revoluńie în conectarea la Internet! Echipamentele Corinex Powerline permit comunicarea între calculatoarele dintr-o clădire prin reńeaua electrică de 220 V. NU AVEłI NEVOIE DE CABLAJE SUPLIMENTARE. Fig. 1. Un posibil model de conectare folosind echipamentele de la Corinex SoluŃie ideală pentru clădiri necablate: hoteluri, muzee, şcoli, licee, adimistrańia publică, clădiri istorice sau culturale etc. Conectarea la Internet prin reńeaua electrică de 220 V reprezintă cea mai recentă şi inovativă tehnologie de transmisie de date, nemaifiind necesar instalarea de cabluri speciale

4 de date în clădire. Întreaga reńea din clădire poate fi uşor monitorizată folosind Open Powerline Management Software. Acest tip de echipamente transformă reńeaua electrică de 220 V dintr-o clădire într-o reńea locală (LAN) de calculatoare de bandă largă: - uşor de instalat şi utilizat; - acces de bandă largă, 14 Mbps, permińând transmisii audio, video, multimedia; - nivel ridicat de securitate, transmisie criptată, cheia de criptare este fixată de utilizator; criptarea se face pe 56 bińi şi foloseşte standardul DES; - distanńa maximă de comunicańie pe cablul electric de 220 V este de 200 m, peste 200 m se poate configura un nou segment prin reinjectarea semnalului Ethernet, folosind o altă cheie de criptare; - comunicańia de date este multiprotocol: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX; - funcńionarea este independentă de sistemul de operare (Windows 98/ME/NT/2000/XP, MAC OS X, Linux, IOS pentru router Cisco etc.); - se foloseşte multiplexarea cu divizare în frecvenńă ortogonală (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) prin tehnici sofisticate de prelucrare a semnalului care asigură o funcńionare sigură în condińii de zgomot (perturbańii) pe reńeaua electrică; - adaptare inteligentă a canalului de transmisie, asigurând transferul maxim de date în condińii de perturbańii severe pe reńeaua electrică; - facilităńi integrate de asigurare a calităńii serviciului (QoS); - implementează o schemă de transmisie pe priorităńi şi repetare a cererii pentru a asigura livrarea sigură a pachetului de date prin reńeaua Ethernet pe cablu electric; - toate echipamentele Corinex din reńea pot fi uşor administrate prin sistemul "Corinex Open Powerline Management"; - pentru comunicańia LAN se foloseşte standardul IEEE 802.3; - echipamentele sunt conforme standardului HomePlug v 1.1.1; - certificat FCC şi CE; - număr maxim de echipamente powerline pe un segment Ethernet: 16; pentru un număr mai mare de 16 echipamente, se configurează un nou segment Ethernet în care se injectează semnalul cu o altă cheie de criptare; - afară de cazul când este nevoie de schimbarea cheii de criptare, nu este necesară configurarea echipamentelor; acestea funcńionează cu setările implicite din fabrică; - software-ul de modificare a cheii de criptare se livrează pe CD şi poate fi folosit sub sistem de operare Windows 98/ME/NT/2000/XP Exemple de configurańii folosind echipamente Corinex Powerline Echipamentele Corinex sunt folosite pentru a realiza o reńea de calculatoare în interiorul unei clădiri. - Dacă doreşti acces la Internet din clădire, ai nevoie să aduci o conexiune Internet în clădire prin cablu, modem DSL, linie telefonică, satelit sau alt mediu de comunicańie asigurat de furnizorul tău de servicii Internet. - Pentru a distribui semnalul Internet în reńeaua electrică de 220 V, conectează unul din echipamentele Corinex Powerline Ethernet Wall Mount, Corinex Powerline Ethernet Adaptor sau Corinex Powerline Router la un port Ethernet (RJ45 - UTP) în router-ul, switch-ul sau HUB-ul central conectat la legatura ta externă de Internet pe de o parte şi alimentează-l într-o priză în perete; în felul acesta injectezi semnale Ethernet în reńeaua electrică de 220 V pe care ai transformat-o într-un LAN;

5 - Foloseşte un al doilea echipament de tip Corinex Powerline Ethernet Wall Mount, Corinex Powerline Ethernet Adaptor sau Corinex Powerline USB Adaptor, pońi acum conecta un calculator în reńeaua LAN prin orice priză electrică din clădirea ta. Folosind un echipament CORINEX pońi crea un punct de acces Internet în orice loc în care ai o priză electrică în clădirea ta. Fig. 2. O altă posibilă schemă de conectare cu precizarea echipamentelor folosite Fig. 3. Schema unei reńele tip WLAN

6 Corinex Powerline Router furnizează şi funcńii de "firewall", server DHCP, NAT, ceea ce asigură o protecńie mărită la acces neautorizat din afară în calculatoarele din reńeaua ta LAN de pe reńeaua electrică. Corinex Powerline Router poate fi conectat direct la furnizorul tău de servicii Internet prin conector RJ45 (la modem de cablu sau DSL), pe de o parte, iar pe de altă parte, alimentându-l în priza electrică din perete injectează în reńeaua electrică şi pachetele de date Ethernet. Folosind Corinex Wireless to Powerline Acces Point, pońi extinde reńeaua LAN în holuri sau săli de conferinńă, permińând accesul de tip "wireless" (radio) la viteza de 11Mbps în conformitate cu standardul IEE802.11b. În felul acesta pońi avea acces Internet de pe un LAPTOP din hol, oriunde în sala de conferinńe, altă cameră din clădire sau din grădina casei, pe o distanńă de până la m în funcńie de condińiile de propagare radio. Pentru a putea comunica între ele, echipamentele Corinex Powerline trebuie conectate pe aceeaşi fază de curent de 220 V. Dacă în clădire se foloseşte curent trifazat, semnalul Ethernet poate fi injectat pe cele trei faze de curent 220 V ca în figura de mai jos. Fig. 4. Schema de conectare pentru o clădire alimentată la o reńea trifazată 2.2. Câteva precizari referitoare la echipamentele CORINEX 1. Ce mediu de comunicańie folosesc echipamentele CORINEX? CORINEX produce echipamente de comunicańie prin: - priza electrică de 220V; - radio (wireless) în banda de frecvenńe de 2,4 GHz; - pe cablu coaxial TV de 75 ohmi - pe linie telefonică. 2. La ce viteze de transmisie de date funcńionează echipamentele CORINEX? Echipamentele de conectare prin priza electrică funcńionează la viteze de 14 şi 200 Mbps, în funcńie de tipul de produs. Echipamentele wireless funcńionează la viteze de 11 sau 54 Mbps, în funcńie de tipul de produs. Echipamentele de comunicańie prin cablu TV funcńionează la viteze de 14, 128 sau 200 Mbps, în funcńie de tipul de produs.

7 3. Pot avea acces la Internet acasă folosind echipamentele CORINEX Powerline? Echipamentele CORINEX Powerline sunt folosite pentru a distribui în clădire serviciile Internet după ce clădirea a fost conectată la un furnizor de servicii Internet prin tehnicile furnizate de acesta. 3. Exemple de implementări folosind echipamente Corinex 3.1. SoluŃii pentru şcoli şi instituńii publice SoluŃii pentru unităńi de învăńământ (şcoli, licee, universităńi), blocuri rezidenńiale, întreprinderi mici şi mijlocii, unităńi din administrańia publică (primării, prefecturi, etc.) O reńea de acces la Internet în sediul unei întreprinderi, şcoli, bloc de locuinńe, poate fi uşor instalată, nemaifiind necesar să se tragă cabluri prin clădire. Eventual se pot combina accesul la priza electrică de 220 V cu accesul prin radio (wireless). Echipamentele Corinex sunt proiectate pentru a folosi prizele existente de curent electric din clădire ca mediu de transmisie a datelor. Folosind multiplexarea cu divizarea în frecvenńă ortogonală (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), se asigură o funcńionare robustă, neperturbată de zgomotele din reńeaua electrică. Metoda folosită asigură adaptarea transmisiei la caracteristicile reale ale reńelei electrice privind atenuarea şi nivelul de zgomote. Tehnologia OFDM detectează banda de frecvenńe pentru care nivelul zgomotului şi atenuarea semnalului sunt cele mai mici şi foloseşte acea bandă de frecvenńe pentru transmisia de date. Echipamentele Corinex au fost optimizate pentru a asigura timpi mici de întârziere şi nivel ridicat de fiabilitate în funcńionare. Cu echipamentele Corinex, orice priză din clădire, casă sau apartament poate deveni un punct de acces la servicii internet.instalarea este de tip "plug and play", având o viteză de transmisie a datelor prin reńeaua electrică de până la 14 Mbps. Echipamentele Corinex se încadrează în categoria de echipamente de bandă largă (broadband), permińând aplicańii audio, video, multimedia, videostreaming, telefonie de tip VOIP etc. Prin criptarea datelor transmise prin reńeaua electrică creşte securitatea reńelei, utilizatorul având posibilitatea de a defini cheia proprie de criptare. Produsul Powerline Management Software asigură funcńii de administrare a reńelei prin protocolul SNMP. Conectarea la calculator este simplă şi uşor de folosit prin adaptoare cu interfeńe Ethernet, USB, IEEE b. Exemple de implementări folosind echipamente Corinex, care integrează tehnologia "powerline" (prin reńelele electrice de 220 V) cu tehnologia "wireless" (radio, fără fir) şi tehnologia prin cablu UTP. Exemplul 1. Şcoala Machino (Escola Básica e Secundária de Machino) Localitatea: Oraşul Machino, Insula Madeira, Portugalia Scurtă descriere: Şcoala Machino este cea mai mare şcoala din insula Madeira, Portugalia, 2500 de elevi şi 117 săli de clasă, 8 clădiri. Folosind echipamente de reńea Corinex a fost posibilă distribuirea accesului Internet de bandă largă în toate sălile de clasă ale şcolii. Şcoala are 28 laptop-uri folosite de profesori, care le iau în sălile de clasă atunci când au nevoie de acces la internet. ReŃeaua are două segmente LAN folosind reńelele electrice de 220V şi foloseşte două LAN-uri de cablu pentru a extinde reńeaua între clădiri la o distanńă de 750m. Numărul de adaptoare Corinex folosite: 32 Alte tehnologii integrate cu tehnologia Corinex "powerline": LAN pe cablu, ADSL, Firewall, cablu UTP categoria 5, Fast Ethernet (100 BaseT).

8 Fig. 5. Exemplu de conectare folosit în şcoala Machino Exemplul 2. Şcoala ESPAV (Escola Secundá Padre António Vieira) Localitatea: Lisabona, Portugalia Scurtă descriere: Şcoala ESPAV este una din cele mai mari scoli din Lisabona, cu 70 săli de clasă, distribuite pe 4 etaje şi având un pavilion foarte larg. Folosind echipamente Corinex, a fost posibil să se distribuie accesul de bandă largă la Internet în toate sălile de clasă ale şcolii. Şcoala are 18 tablouri electrice (switch borad) ca în figura de mai jos. Semnalul de date a fost injectat în liniile electrice din două tablouri electrice principale şi au fost folosite două faze de curent electric 220 V. ReŃeaua are două segmente pe reńelele electrice de 220 V care se integrează cu reńeua existentă de cablu UTP. În holul de la intrare în şcoală s-a instalat un punct de acces Corinex Wireless to Powerline. Fig. 6. Exemplu de conectare folosit în şcoala ESPAV

9 Numărul de adaptoare Corinex folosite: 22 Tehnologii integrate cu Corinex Powerline: Wireless, ADSL, RDIS, cablu UTP categoria 5, Fast Ethernet (100 BaseT). Fig. 7. Schema electrică a şcolii "Padre Antonio Vieira"

10 Fig. 8. Vitezele de transfer experimentate în ianuarie 2004

11 Fig. 9. Vitezele de transfer experimentate în ianuarie SoluŃii pentru hoteluri În ultimii ani, facilitatea de acces la Internet a devenit un serviciu standard pe care clienńii unui hotel se aşteaptă să-l poată folosi pe durata sejurului, fie că sunt în interes de serviciu sau în concediu. Majoritatea hotelurilor nu au fost dotate cu infrastructură de cabluri pentru transmisia de date şi este destul de costisitor pentru a trage cabluri noi în clădire. Gama de echipamente Corinex permite furnizarea accesului la Internet într-un hotel folosind reńeaua existentă de curent electric şi cea de cablu TV. Combinată şi cu instalarea de puncte de acces radio, constituie soluńia ideală pentru un hotel. Spre deosebire de tehnologia radio, comunicańiile prin reńeaua electrică nu au restricńii de distanńă şi de securitate de acces. Punctele de acces radio (wireless) pot fi însă folosite pentru sălile de conferinńă, cafenele, lobby sau alte spańii similare din hotel.

12 Viteza de transmisie a datelor prin reńeaua electrică este de până la 14 Mbps. Exemplu: Hotelul Quinta Bela de São Tiago Localitatea: Funchal, insula Madeira, Portugalia Scurtă descriere: Hotelul Quinta Bela de São Tiago este un hotel de lux, de 4 stele, în insula Madeira, Funchal, Portugalia ( cu 60 camere şi 6 etaje. Folosind echipamentele de reńea Corinex a devenit posibilă distribuirea accesului Internet de bandă largă în toate camerele hotelului. Când un client doreşte acces Internet în cameră, i se dă de la recepńie un echipament de tip "powerline" configurat deja, pe care clientul îl poate imediat folosi pentru acces Internet din cameră. Proiectul foloseşte o combinańie de routere Powerline, adaptoare Powerline Ethernet, Cable LAN şi software de management OPM. În hol, bar şi restaurant au fost instalate două puncte de acces "Wireless to Powerline" pentru acces de tip mobil la Internet. Numărul de adaptoare Corinex folosite: 2 routere, 2 puncte de acces "Wireless to Powerline", 2 Cable LAN, 3 adaptoare Powerline Ethernet şi 8 adaptoare Powerline Ethernet Wall Mount. Numărul de licenńe pentru Corinex OPM Management: 25 Alte tehnologii integrate cu Corinex Powerline: Wireless, ADSL, RDIS, cablu UTP categoria 5, Fast Ethernet (100 BaseT). Fig. 10. Schema de instalare folosită în hotelul Quinta Bela de São Tiago

13 4. Concluzii Implementarea unui astfel de sistem de transmitere a datelor poate să ducă în final la: - cost redus de furnizare serviciu de acces Internet fără a fi necesară instalarea de noi cabluri; - uşor de instalat şi folosit (plug and play); - timp scurt de instalare (câteva zile); - este un mediu de comunicańie mai sigur decât altele; - flexibilitate în configurare; - nu se limitează la anumite spańii; - siguranńă în funcńionare; - disponibilitate 24 ore din 24; - asigură cea mai mare penetrare a serviciului Internet în zonele rezidenńiale, în clădirile ce nu sunt prevăzute cu infrastructură de cabluri de date; - constituie o alternativă pentru dezvoltarea de noi servicii complexe de comunicańii electronice: voce, audio, video, multimedia, acces la baze de date şi informańii de interes public, telefonie prin Internet etc.; - aduce venit suplimentar utilizatorilor prin economiile care se fac. 5. Bibliografie