POWER LINE COMMUNICATION: ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОДУКТЫ, РОЛЬ И МЕСТО В СОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ
А.Ю.Замятин – начальник департамента ИТ-консалтинга «М-РЦБ», действительный член Академии проблем качества,LFIBA, д.т.н. И.А. Байгутлина генеральный директор Центра наноидеологии и нанотехнологийА.А. Замятина – генеральный директор Компании «Telequeen», MMBA
Введение
Технология PLC (Power Line Communications – коммуникации по силовым линиям), также называемая PLT (Power Line Telecoms), является проводной технологией, направленной на использование кабельной инфраструктуры силовых электросетей для организации высокоскоростной передачи данных и голоса. В зависимости от скорости передачи делится на широкополосную (ВPL) со скоростью более 1 Мбит/с и узкополосную (NPL).
В настоящее время рынок производителей уже предлагает значительное количество изделий, относящихся к различным реализациям стандартов и технологий PLC. Материал статьи направлен на рассмотрение существующих разновидностей широкополосных PLC-систем, вариантов их аппаратной реализации и особенностей построения конкретных сетей.
Материал был подготовлен авторами в процессе выполнения проекта «Решение задачи высокоэффективного радиолокационного обнаружения живой силы и техники в различных гидрометеорологических условиях и фоно-целевой обстановки на суше и акваториях замерзающих водоемов: разработка математических моделей, алгоритмов, программно-аппаратных средств и методик» в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы (приоритетное направление: «Безопасность и противодействие терроризму»); при этом технологии и оборудование PLC применялись для осуществления оперативного развертывания пунктов обработки и управления.
1. Краткое описание технологии
Основой всех разновидностей PLC является использование частотного разделения сигнала. В настоящий момент используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Основной используемый диапазон частот – 20-300 МГц.
В большинстве случаев системы PLC классифицируются в соответствии с напряжением силовой сети, на которой они используются, и зоной действия (территорией):
- применяемые на высоковольтных линиях (HV);
- применяемые на средневольтных линиях (MV);
- применяемые на низковольтных линиях (LV):
- последняя миля;
- внутри здания;
- внутри помещения (квартиры).
2. Существующие стандарты
На момент написания статьи общепризнанные мировые стандарты в области PLC отсутствуют. Основными организациями и сообществами, занимающимися вопросами стандатизации различных аспектов этой технологии, являются IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA, UPA и HomePlug Powerline Alliance.
2.1. IEEE
В июле 2004 года IЕЕЕ объявил о создании группы, которая будет заниматься разработкой стандарта ВPL. Проект носит наименование IEEE P1675, «Standard for Broadband over Power Line Hardware». Предполагается, что разработка стандарта будет завершена к осени этого года, а окончательное принятие произойдет в 2007 году.
Помимо IEEE P1675 существуют еще три направления:
- IEEE P1775, инициированное 12 мая 2005 года с целью регламентирования PLC-оборудования, требований по электромагнитной совместимости, методов тестирования и измерения;
- IEEE P1901, «Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications», обеспечивающее описание физического уровня и уровня доступа к среде для всех классов ВPL-устройств;
- IEEE BPL Study Group, «Standardization of Broadband Over Power Line Technologies», обеспечивающее создание новых групп, связанных с BPL.
2.2. ETSI
Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций сформировал технический комитет ETSI Technical Committee Power-Line Telecommunications (ТС PLT), отвечающий за стандартизацию в области PLC.
2.3. CENELEC
CENELEC – некоммерческая организация, состоящая из Национальных электротехнических комитетов государств-членов ЕС, которая является самой значительной организацией в ЕС в области стандартизации электромагнитных полей. Применительно к PLC, CENELEC выполняет создание спецификаций PLC для физического уровня и подуровня доступа к среде передачи; принят соответствующий стандарт EN55022 [1].
2.4. OPERA
Консорциум Open PLC European Research Alliance (OPERA) создан в 2004 году в рамках европейской программы Broadband for All по продвижению технологий скоростного интернет-доступа. Работа OPERA состоит из двух этапов, на выполнение каждого из которых отведено два года.
Основным инициатором и источником финансирования является Европейская комиссия. Суммарный бюджет составляет более 20 миллионов евро, значительная часть сумм выделяется в рамках программы FP6. Завершение проекта OPERA предполагается в 2008 году. Всего в проекте участвуют более 30 компаний и исследовательских институтов из 12 стран.
Подготовленные к настоящему моменту спецификации OPERA охватывают уровни PHY, MAC и оборудование передачи данных по сетям электроснабжения [1, 2].
2.5. UPA
Ассоциация UPA была официально анонсирована в декабре 2004 года. Основной декларируемой целью UPA является пропаганда технологий PLC и демонстрация правительствам стран и индустриальным лидерам перспектив ее масштабного использования. UPA занимается разработкой стандартов и регулирующих документов для обеспечения быстрого развития рынка PLC. Обеспечивает участников рынка сведениями об открытых стандартах, основанных на совместимости и безопасности.
2.6. HomePlug Powerline Alliance
Для широкого внедрения и развития технологии HomePlug (одна из первых технологий передачи по силовым линиям), стандартизации и совместимости устройств различных изготовителей, использующих эту технологию, в 2000 году был организован международный индустриальный альянс HomePlug Powerline. Сегодня более 80 фирм являются спонсорами, участниками альянса, а также придерживаются его рекомендаций. Среди них такие известные фирмы как: Motorola, France Telecom, Philips, Samsung, Sony, Matsushita, Sanyo, Sharp, Panasonic и многие другие. Зарегистрированный знак альянса «HomePlug Certified» на продукции любого изготовителя означает, что данное устройство удовлетворяет всем требованием стандарта HomePlug Powerline и полностью совместимо с аналогичными устройствами другого изготовителя.
В основе первого стандарта HomePlug Powerline Specification 1.0 лежит технология Power Package™, предложенная компанией Intellon (USA) и принятая в качестве стандарта членами HomePlug Powerline Alliance. Принятые к настоящему моменту и находящиеся в стадии подготовки стандарты представлены в табл. 1 [4-6].
Основные стандарты HomePlug Powerline Alliance
| Наименование | Дата принятия | Примечание |
| HomePlug 1.0 | Июнь 2001 г. | Определяет технологию для обеспечения передачи данных со скоростью до 14 Мбит/с |
| HomePlug 1.0 Turbo | Декабрь 2004 г. | Является развитием спецификации 1.0 с обеспечением максимальной скорости передачи данных до 85 Мбит/с |
| HomePlug AV | Август 2005 г. | Определяет технологию PLC со скоростью передачи до 200 Mбит/с. Спецификация предусматривает обеспечение качества обслуживания, необходимого для передачи аудио– и видео потоков. Шифрование – 128-разрядное по алгоритму AES |
| HomePlug Command and Control | Сентябрь 2005 г. | Определяет управление и управление устройствами HomePlug |
| HomePlug BPL | Находится в разработке |
Позиционирование изделий DS2
| Наименование | Назначение | Примечание |
| DSS9010 | Высокоскоростные домашние мультимедийные приложения | Управление QoS. Функциональность моста 802.1d с обслуживанием до 32-х МАС-адресов |
| DSS9011 | Бюджетное решение для передачи аудиоинформации | |
| DSS9001 | Домашние приложения с раширенными возможностями и инфраструктура PLC начального уровня | Поддержка до 64-х МАС-адресов. Ориентирован на использование в составе оконечного клиентского оборудования (СРЕ). Имеет интегрированный порт VoIP |
| DSS9002 | Оборудование инфраструктуры доступа | Поддержка до 1024-х МАС-адресов. Может использоваться в: 1) модемах и повторителях низковольтных сетей; 2) шлюзах между средневольтными и низковольтными сетями; 3) шлюзах отдельных квартир или зданий |
| DSS90D3 | Оборудование инфраструктуры доступа с расширенными возможностями и оптические шлюзы для городских (Metro) сетей | Поддержка до 262144-х МАС-адресов. Обеспечивает быструю реконфигурацию с использованием оптимизированного протокола Spanning Tree |
| DSS7700 | Аналоговой блок для головного устройстаз [head end) |
3. Производители
Сегодня разработки в области PLC ведут несколько сотен компаний, занимающихся как выпуском комплектов микросхем, так и созданием на их базе законченных устройств. Вот лишь некоторые из игроков отрасли: ABB, Adaptive Networks, Alcatel, Ambient Corporation, Amperion, Ascol, Cisco Systems, Cogency, Corinex, Current Technologies, DataSoft, DefiDev, DS2 (Design of Systems on Silicon), Echelon, Eicon, Electricom, Enikia, Ericsson Austria AG, HP, llevo, Intellon, Krone AG, Linksys, Lucent Technologies, Metricom Corporation, Mitsubishi, Netgear, Northern Telecom, Nor.Web, Philips, PowerNet, PowerWAN, Schlumberger, Schneider Electric, Sumitomo Electric Industries, Telkonet.
Некоторые особенности PLC-технологий и их применения рассматриваются далее на примере компаний DS2 и DefiDev.
3.1. Наборы микросхем компании DS2
Испанская компания DS2, основанная в 1998 году, – один из ведущих поставщиков наборов микросхем и программного обеспечения для PLC, Компания первой предложила решения для сетей доступа и корпоративных сетей с использованием электрических сетей низкого и среднего напряжения, поддерживающие скорость передачи до 45 Мбит/с на расстоянии до 200 м. Сегодня продукты PLC производства DS2 обеспечивают максимальную канальную скорость 200 Мбит/с. Используется OFDM-модуляция с 1536 поднесущими и методом доступа TDD или FDD. Обеспечивается полное соответствие стандартам электромагнитной совместимости ETSI и CENELEC.
В 2005 году за создание наборов микросхем для PLC со скоростью до 200 Мбит/с компания DS2 была удостоена престижной награды «Best of Innovations Award» на выставке CES в Лас-Вегас. Краткая информация по наборам микросхем DS2 представлена в табл, 2, 3 [7-9], Существующая продукция DS2 относится к категории pre-UPA.
Технические характеристики наборов микросхем D52
| DSS9011 | DSS9010 | DSS9001 | DSS9002 | DSS9003 | DSS7700 | |
| Конструктив | PBGA196 | PBGA196 | PBGA196 | PBGA256 | PBGA304 | QFN84 |
| Интерфейсы | ||||||
| GIMMI | 2 | |||||
| MII | 1 | 1 | 2 | |||
| TDM | 1 | 1 | ||||
| SPI | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| UART | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| GPIO Pins | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | |
| Сетевые возможности | ||||||
| MAC-адреса | Нет | 32 | 64 | 1024 | 256k | Нет |
| QoS и широковещание | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Нет |
| CoS | Нет | Нет | Есть | Есть | Есть | Нет |
| VLAN | 1 | 32 | 32 | 32 | ||
| Функциональное назначение устройств | ||||||
| CPE | + | + | + | + | ||
| Повторитель (repeater) | + | + | + | |||
| Головное устройство (head end) | + | + | + | |||
3.2. Оборудование компании DEFIDEV
Компания DefiDev SAS, основанная в 2000 году как филиал французской компании EDF, сегодня является одним из лидеров среди разработчиков технологий связи по линиям электропередач. Штаб-квартира компании DefiDev расположена в ближайшем пригороде Парижа, южном городе Vanves, Число акционеров увеличилось в 2003 году после того, как в состав компании вошла чешская ZAT, специализирующаяся в области автоматизации и контроля.
Существующее оборудование DefiDev использует линейку наборов микросхем DS2 (DSS9001, DSS9002 и DSS9010). Основные устройства представлены в табл. 4 [10, 11]. Безопасность для всех устройств обеспечивается 56-битным DES, поддержкой VLAN и VPN. Поддерживаемые скорости – до 200 Мбит/с.
Рис. 1. Наружный вариант исполнения PLC-сети
Рис. 2. Вариант исполнения PLC-сети внутри здания: организация сегмента PLC-сети
Рис. 3. Вариант исполнения PLC-сети внутри здания: много сегментная PLC-сеть
Рис. 4. Совместное использование PLC и беспроводных технологий
Ниже представлены варианты создания сетей PLC на оборудовании DefiDev:
- наружный вариант использования средне-вольтной и низковольтной проводки (рис, 1, показаны варианты соединения с репитерами и без репитеров);
- установка внутри здания (рис, 2, 3);
- комплексное использование PLC и беспроводных техно логий (рис. 4).
Управление PLC-сетью может осуществляться как при помощи собственной системы управления (рис. 5), так и с помощью систем управления сторонних производителей, например, HP OpenView.
В настоящее время с использованием PLC-оборудования DefiDev развернуты сети на всех континентах:
- Америка – США, Канада, Мексика, Бразилия, Чили и Аргентина;
- Африка – Марокко, Тунис, Алжир, Сенегал, Нигерия, ЮАР и др.;
- Азия – Китай, Тайвань, Филиппины, Сингапур, Индия и Австралия;
- Европа – Франция, Чехия, Словакия, Хорватия, Албания и др.
- Инсталляции в России выполнены в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Тюмени и Новосибирске.
- Из состава бывших республик СССР охвачены Казахстан, Узбекистан и Грузия.
Выпускаемое DefiDev оборудование PLC
| Технические хазактеристики | |
| Amh-200/201 Serial (CPE) | Протоколы: DHCP, TCP/IP, TFTP, SNMP, VLAN (801.1q), STP, HTTP, QoS. Порты: 1 * RJ45. Размеры: 93 * 63 * 38 мм |
| Amh-200F/201 F Serial (CPE) | Протоколы: DHCP, TCP/IP, TFTP. SNMP, VLAN (801,1q}, STP. HTTP, QoS. Порты: 1 " RJ45, 1 " Coaxial. Размеры: ЭЗ * 63 x 38 мм |
| Acpe-200 (CPE с VoIP) | Протоколы: DHCP, TCP/IP, TFTP. SNMP, VLAN (801.1q}, STP. HTTP, QoS. Порты: 1 x RJ45, 1 к USB, 1 x RJ11. VoIP: кодеки GJHUAJ, G.729a/b, G.723.1; протоколы Н.323 v4, RTP/RTCP. Размеры: 195 * 35 * 165 мм |
| Ahes-202 (Head End/Repeater) | Протоколы: DHCP, TCP/IP, TFTP, SNMP. VLAN (801.1q), STP. HTTP, QoS. Порты: 2 x RG45. Размеры: 224 x 45 x 200 мм |
| Agw-100 (PLC NMS System Controller) | Функциональность: шлюз NAT, маршрутизатор, Firewall, системный контроллер PL С NMS. Совместимость Wi-Fi: IEEE 602.11 b/g. Порты: WAN 4 х RJ45, LAN 1 * RJ45. Процессор: 400 МГц. Оперативная память: 64 Мб. Размеры: 220 * 153 * 35 мм |
В апреле 2006 года компания «ТЕЛЕКОМСТРОЙ» стала победителем открытого конкурса предложений по разработке концепции корпоративной сети связи ОАО «Ярославская сбытовая компания». В рамках данной концепции ОАО «ТЕЛЕКОМСТРОЙ» также разработает проекты локально-вычислительной и структурированной кабельной систем и построит магистральные подсистемы здания Управления ОАО «Ярославская сбытовая компания».
Единая корпоративная сеть связи предназначена объединить 19 территориально-удаленных филиалов Ярославской сбытовой компании, расположенных на территории Ярославской области. Предлагаемая ТЕЛЕКОМСТРОЙ концепция построения корпоративной сети связи универсальна и может быть применена на других предприятиях с разветвлённой сетью малых удалённых филиалов (количество поддерживаемых абонентов в одном узле сети -от 2 до 360).
Концепция построения единой корпоративной сети связи, предлагаемая компанией ТЕЛЕКОМСТРОЙ», основана на внедрении в 19 филиалах ОАО «Ярославская сбытовая компания» комплексного решения IP Office, производства Avaya. Решение IP Office разработано специально для организаций, имеющих сети небольших филиалов, и позволяет объединить рассредоточенные объекты предприятия в единую локальную сеть связи.
Пятый юбилейный Bercut User Group 2006 прошёл в одном из самых живописных пригородов Санкт-Петербурга. В рамках прошедшей конференции была раскрыта проблематика и определена стратегия развития рынка мобильных услуг Структура мероприятия существенно отличалась от Bercut User Group 2005.
Учитывая пожелания партнеров и заказчиков, была реализована программа, состоящая из нескольких тематических блоков. Открывал Bercut User Group 2006 доклад о миссии и стратегических целях компании, был представлен новый логотип компании Bercut, обсуждались вопросы технической поддержки. Продолжил тему интересный доклад генерального партнера компании Intel о технологиях для телекоммуникаций. Так же была представлена аналитика опроса абонентов сотовой связи по вопросам предпочтений мобильного контента и статистика использования дополнительных услуг. Вызвала интерес презентация представителя офиса в Южной Африке, официально открытого 23 июня, касающаяся вопросов развития африканского рынка. Завершил первый тематический блок доклад партнера Sun Microsystems.
Второй блок прошёл под эгидой обсуждения факторов успеха рынка VAS – новых моделей продвижения. Совместные презентации партнеров и ведущих сотрудников Bercut раскрывали успехи и неудачи мобильного маркетинга, и мобильной рекламы. В завершении участники мероприятия обсудили вопросы аналитики и прогнозы рынка VA5. Третий блок конференции затрагивал тему платежей и лояльности абонентов. В частности, прошли презентации о тарификации WAP по кликам, была проанализирована проблематика сервисов приема платежей, а также программы удержания и привлечения абонентов. В заключительном блоке был рассмотрен рынок VA5 с точки зрения эффективности его применения. Каждый блок завершался круглым столом при поддержке основных партнеров Bercut – компаний Intel, Sun, JASMiND, Brand Mobile.
Осенью 2006 года ожидается открытие производства и представительства Def iDev в Зеленограде.
Заключение
Учитывая динамику развития рынка, можно ожидать, что широкополосные технологии PLC в течение ближайших полутора лет могут найти широкое применение в самых различных отраслях – от телеметрии ресурсов коммунальных сетей до многофункциональных интеллектуальных систем отдельных помещений. После завершения работы над основными международными стандартами вероятно начало встраивания PLC-адаптеров практически во все бытовые приборы, предусматривающие возможность обмена данными с «внешним миром».
Литература
- CENELEC EN 55022:1998 Изменения 1:2000 и 2:2003 – Information technology equipment – Radio disturbance characteristics– Limits and methods of measurement.
- OPERA Technology White Paper. Open PLC European Alliance. EC/1ST FP6 Project N° 507667. January, 2006. 27 p.
- OPERA Technology Specification – Part 1. Open PLC European Alliance. EC/1ST FP6 Project № 507667. January, 2006.198 p.
- HomePlug 1.0 Technology White Paper. HonnePlua, Powerline Alliance, Inc 9 p.
- HornePluq & Service Providers: Defining the platform for high-value services in the home. HornePlug Powerline Alliance, Inc., 2004. 4 p.
- HornePlug AV White Paper. HornePlug Powerline Alliance, Inc., 2005. 11 p.
- DS2. Product Catalog 2005: Integrated Circuits, Reference Design, Software S Evaluation Equipment // Design of Systems on Silicon, 2005.18 р.
- DSS9Q0X: Power Line Communication Chipsets for Eiroadband Access Applications // Design of Systems on Silicon, 2005. 2 p.
- DSS9010: 200 Mops Power Line Communication 1С for AV Home Networking // Design of Systems on Silicon, 2005. 2 p.
- Power Line Communication. Internal Training Documents. Def iDev SAS, France, 2005. 7 p.
| BPL | Broadband over Power Lines – широкополосная передача по силовым линиям |
| CBPL | Cognitive Broadband over Power Lines – «распознаваемая» широкополосная передача по силовым линиям |
| CENELEC | Comite Europeen fie Normalisation Electnotechnique – Европейский комитет по стандартизации в области электротехники (английское наименование – Еигореаn Committee for Electrotechnical Standardization) |
| CoS | Class-of-Service – класс обслуживания |
| CPE | Customer Premises Equipment – абонентское оборудование |
| ETSI | European Telecommunications Slandartizalion Institute – Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций |
| GMII | Giqabit Media Independence Interface – гигабитный независимый от среды интерфейс |
| GPIO | General Purpose I/O – основные задачи ввода/вывода |
| FDD | Frequency Devision Duplexing – дуплексирование с частотным разделением |
| HV | High Voltage – высокое напряжение |
| LV | Low Voltage – низкое напряжение |
| MII | Media Independence Interface – независимый от среды интерфейс |
| MV | Medium Voltage – среднее напряжение |
| NMS | Network Management System – система управления сетью |
| NPL | Narrowband over Power Lines – узкополосная передача по силовым линиям |
| OFDM | Ortogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мупьтиплексирование |
| OPERA | Open PLC European Research Alliance – Европейский исследовательский альянс в области PLC |
| PLC | Power Line Communications – связь по силовым кабелям |
| PLT | Power Line Telecommunications – телекоммуникации по силовым кабелям |
| QoS | Quality-of-Service – качество обслуживания |
| SPI | Serial Peripheral Interface – последовательный периферийный интефейс |
| TDD | Time Devision Duplexing – дуплексирование с временным разделением |
| TDM | Time Devision Multiplexing – мультиплексирование с временным разделением |
| UART | Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – универсальный асинхронный приемопередатчик |
| UPA | Universal Powerline Association – ассоциация Universal Powerline |
| VLAN | Vitual LAN – виртуальная локальная сеть |
OOO «Консультационная фирма