Технологические предпосылки внедрения PLC-решений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологические предпосылки внедрения PLC-решений

В области современных телекоммуникаций проблема «последней мили» остается одной из самых актуальных. Очевидно, что от применяемых решений для построения сетей доступа во многом зависит успех бизнеса телекоммуникационных операторов, а также эффективное функционирование ведомственных и корпоративных сетей связи.

Волоконно-оптические линии связи обеспечивают передачу данных с большой скоростью, но до массового пользователя они пока не доходят, находя широкое применение, как правило, в корпоративном секторе.

На массовом рынке абонентского доступа сегодня наиболее востребованной считается технология xDSL, которая обеспечивает пользователям доступ к сети Интернет (Интранет) и другим инфокоммуникационным услугам по существующим телефонным линиям. Определенную долю в этом сегменте занимают также такие технологии как широкополосный беспроводный радиодоступ и спутниковый доступ, доступ по сетям кабельного телевидения, пакетная передача данных в сетях сотовой связи 2.5G/3G (GPRS/EDGE/UMTS, CDMA 2000 1X/ EV-DO).

Такие факторы, как широкая распространенность электрических сетей 0,20,4 кВ, отсутствие необходимости дорогостоящего строительства кабельной канализации, пробивки стен и прокладки кабелей связи и пр. стимулируют исследование силовых сетей как альтернативной среды передачи данных и развитие еще одной технологии широкополосного доступа - по электросетям. Эта технология получила название PLC - Power Line Communications.

Работы по созданию решений PLC на основе электрических сетей 0,20,4 кВ активно проводились в конце 20 века. Было разработано оборудование PLC первого и второго поколений Авторами выделяются три поколения решений PLC: первое - скорость передачи данных до 2 Мб/с, второе - до 14 Мб/с, поколение 2.5 - до 85 Мб/с, третье - до 200 Мб/с.. Достигнутая предельная скорость передачи данных не превышала 10-14 Мб/с. Реальная же скорость передачи данных в тестовых сетях PLC с применением этого оборудования отличалась на порядок и составляла 1-2 Мб/с. Кроме этого, абонентское оборудование PLC имело сравнительно высокую стоимость, а для электролиний, "уплотненных" PLC, был характерен высокий уровень электромагнитных излучений, обусловленный работой PLC-аппаратуры.

Поэтому до недавнего времени технология PLC применялась для коммерческого предоставления телекоммуникационных услуг в ограниченном масштабе, будучи неконкурентоспособной по отношению к другим технологиям, и прежде всего xDSL. Однако последние достижения микроэлектроники, позволившие создать системы PLC третьего поколения, которые обеспечивают скорость передачи данных до 200 Мб/с при использовании стандартных электролиний, открывают новые возможности для реализации широкополосного доступа. Это дает основания полагать, что «списывать» PLC как технологию для решения задачи последней мили, пока преждевременно.

Непосредственно PLC-технология, ее особенности и проблемы внедрения достаточно освещены в отечественной литературе (Л.1-Л.7). В предлагаемом обзоре мы рассмотрим современную элементную базу, на которой реализуются PLC-оборудование и соответствующие решения. Данная элементная база как мы уже отмечали, относится к третьему поколению, а ее появление создало предпосылки для разработки PLC-оборудования, которое позволяет реализовать системы широкополосного доступа с пиковой скоростью до 200 Мб/с.

Обзор технологий широкополосного абонентского доступа на основе PLC

Современные PLC системы, ориентированные на решение задачи широкополосного абонентского доступа, в основном используют две технологии. В первой применяется сигнал с т.н. расширением спектра (spread spectrum - SS), существенно повышающий помехоустойчивость передачи. При использовании SS-модуляции мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот, и сигнал становится незаметным на фоне помех. На принимающей стороне значимая информация выделяется из шумоподобного сигнала с использованием уникальной для данного сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой полосе частот. Описанный принцип лежит в основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокий уровень защиты информации. В качестве базовой используется QPSK-модуляция.

Вторая технология основана на ортогональном частотном уплотнении с одновременной передачей сигналов на нескольких несущих (OFDM -Orthogonal Frequency Division Multiplex). Этот метод также гарантирует высокую достоверность передачи и устойчивость к искажениям сигнала.

Дальнейшим развитием второго варианта стала технология, предложенная американской фирмой Intellon (www.intellon.com). Здесь применен модифицированный OFDM-метод, в котором исходный поток данных разбивается на пакеты и каждый из них передается в диапазоне частот 4,3-20,9 МГц с использованием относительной фазовой модуляции на собственной поднесущей (DBPSK или DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying, дифференциальная квадратурная фазовая модуляция со сдвигом). Максимальная информационная скорость передачи достигает десятков Мбит/с.

Технология PLC реализует принцип множественного доступа “точка - множество точек”. Локальная трансформаторная подстанция поставляет определенному числу зданий электроэнергию и, одновременно, обеспечивает подключенным пользователям услуги передачи данных, IP-телефонии и др.

Основным оконечным оборудованием следует считать т.н. PLC-модем, который обычно реализует интерфейс для связи с ПК: USB, либо - Ethernet. Таким образом, модем подключается к источнику информации - розетке 220В, а на выходе по соответствующему интерфейсу к ПК. Возможен вариант, когда параллельно с ПК подключается телефон, поддерживающий режим VoIP.

Типовая функциональная схема и основные компоненты PLC-модема представлены на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема PLC-модема (коммутационного узла)

Ядром PLC-модема является контроллер сетевого, канального и физического уровней. Как правило, эти компоненты реализуются на базе универсальных либо специализированных микропроцессоров и выпускаются рядом фирм в виде наборов микросхем.

Изолирующий (соединительный) модуль в общем случае осуществляет две функции: изолирует аппаратуру коммуникационного узла от напряжения питания и выделяет информационный сигнал, проходящий по электросети.

Некоторые фирмы изготавливают специальные микросхемы усилителей мощности, позволяющие передавать сигнал на большие расстояния. На основе этих компонентов может быть построен т.н. электромодем со стандартным или заказным интерфейсом пользователя.

Внутренние контроллеры организуют абонентскую сеть доступа внутри помещений здания путем объединения абонентских устройств (адаптеры), которые включаются непосредственно в розетки сети электропитания. Адаптеры, как мы отмечали, имеют набор стандартных интерфейсов типа USB, Ethernet, RS232 и т.д. для подключения терминалов (компьютеров, телефонных и факсимильных аппаратов, видеооборудования и т.д.).

Использование режима гибкого управления полосой пропускания гарантирует оптимальное использование пропускной способности и получение пользователем достаточной скорости передачи данных даже в период максимальной загрузки.

Обзор предложений ведущих поставщиков оборудования для построения сетей на основе PLC

Разработки в области PLC ведут свыше 40 компаний. Всех вендоров в этом сегменте можно подразделить на три группы: производители наборов интегральных микросхем (ИМС), производители решений потребительского класса для установки внутри помещений (In-Door), и производители, которые специализируются как на комплексных решениях на базе PLC-технологий (для транспорта на последней миле) так и на решениях In-Door.

Более 70% участников этого рынка предлагают решения потребительского класса для установки внутри помещений (In-Door). Наиболее заинтересованные производители специализируются, как на продуктах PLC для транспорта на последней миле, так и на решениях In-Door. Отметим, что основные PLC-вендоры объединены в две международные организации -- PLCForum и HomePlug Alliance. К сожалению, до сих пор мировое PLC-сообщество не смогло договориться и принять единый стандарт на PLC-оборудование.

Производители ИМС для PLC-решений

Безусловным лидером в производстве ИМС (чипов) для PLC-систем третьего поколения является компания Design of Systems on Silicon Corporation - DS2 (Испания, www.ds2.es). Она основана в 1998 г и производит функционально полный набор продуктов, позволяющий реализовать законченное решение для задачи широкополосного доступа на базе PLC. Одна из первых DS2 представила в конце 2003 г ряд ИМС третьего поколения, обеспечивающие скорость обмена до 200 Мб/с. Пока продукты DS2 не поддерживают стандарт HP v.AV.

Основные ИМС DS2:

- DSS9001: на базе данной ИМС могут быть реализованы PLC-модемы и аппаратура класса In-Door;

- DSS9002: на базе данной ИМС могут быть реализованы Излучатели и Повторители;

- DSS9003: Специализированная ИМС для сопряжения электросети и ВОЛС;

- DSS9010: Специализированная ИМС для высокоскоростных решений

Реализация PLC-системы на основе продуктов DS2 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Реализация PLC-системы на основе продуктов DS2

Другим лидером следует признать компанию Intellon Corporation (США, www.intellon.com), которая была одним из соучредителей альянса HomePlug. Для спецификации HomePlug v.1.0 Intellon подготовила следующие ИМС: INT51X1, INT5200, INT5500CS. В сентябре 2002 г. компания представила первый в мире сертифицированный модуль HomePlug 1.0 -- устройство RD51X1-AP для организации точки доступа в Internet по технологии PLC. В ноябре 2005 г компания объявила о выпуске 3-х миллионного изделия для сетей PLC.

Для широкополосного доступа (HomePlug v.AV specification) Intellon подготовила набор ИМС INT6000. В августе 2005 г. было объявлено, что инвестиционное подразделение Motorola Ventures начало инвестировать работы компании Intellon по развитию набора ИМС INT6000. Первые поставки ожидаются во 2 кв.2006 г.

Разработки компании Intellon реализуют технологию PowerPacket, использующую метод эффективной модуляции спектра, который дает возможность передавать данные по линиям электропередачи на очень высоких скоростях. Скорость передачи данных может достигать 100Мб/с. PowerPacket является системой с характеристиками, которые позволяют ей адаптироваться к среде с сильным многолучевым отражением, сильной узкополосной интерференцией, импульсивным помехам без выравнивания.

Компания SPiDCOM Technologies (Франция, www.spidcom.com) один из ведущих разработчиков элементной базы для решений PLC/BPL (BPL - broadband powerline, аббревиатура используемая в США для обозначения PLC). Последняя разработка компании - ИМС типа SPC200 обеспечивает скорость передачи порядка 220 Мб/с. Ее серийный запуск в производство начался в марте 2005 г. Вариант SPC200, совместимый со стандартом HomePlug v.AV, поступит в продажу во 2 кв. 2006г. ИМС SPC200 использует диапазон 2 - 30 МГц, разделенный на 7 рабочих полос. Израильская компания Yitran Communications Ltd (www.yitran.com) активно сотрудничает с HomePlug Powerline альянсом. В результате проведенных исследований в марте 2006 г решение Yitran было выбрано в качестве базовой технологии при подготовке стандарта HomePlug v.AV (раздел «Команды и управление»). Компания подготовила две ИМС третьего поколения: ITM1 и ITС1. Они позволяют реализовать пиковую скорость до 200 Мб/с. Структурная схема устройства связи на базе ИМС ITM1/ITC1 приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема устройства связи на базе ИМС ITM1|ITC1

Фирма Yitran Сommunications разработала и запатентовала технологию дифференциальной кодовой манипуляции (DCSK), позволяющую создавать недорогие сетевые компоненты с высокими техническими характеристиками. Детали DCSK не известны; сообщается лишь, что в ее основе лежат независимые от физической среды передачи методы адаптивной SS-модуляции в полосе частот 4-20 MГц с турбо-компенсацией и сжатием кода.

Аппаратные компоненты (трансиверы), созданные на основе DCSK, обеспечивают значительно более высокие скорость передачи, помехоустойчивость и защиту информации, чем существующие CEBus-трансиверы, при заметно меньшей стоимости устройств. Анонсировано несколько изделий, в частности ITM1 (скорость передачи данных - до 2,5 Мбит/с) и ITM10 (скорость передачи данных - до 12 Мбит/с).

Компания XELine (www.xeline.com, Ю.Корея) разрабатывает как ИМС, так и оборудование для PLC-решений. Компания предлагает ИМС третьего поколения типа XPLC40A, которая обеспечивает скорость доступа до 200 Мб/с. Другое изделие Xeline - ИМС типа XPLC21 обеспечивает скорость доступа до 24 Мб/с. На его основе могут быть реализованы Излучатель, повторитель и непосредственно PLC-модем. Данная ИМС реализована на базе процессора ARM9. Используемый частотный диапазон - 2-23 МГц. Структурная схема XPLC21 приведена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема ИМС типа XPLC21

Остальные поставщики пока находятся в стадии тестирования PLC-ИМС третьего поколения, продолжая выпуск аппаратуры второго поколения и поколения 2.5, т.н. стандарт HomePlug v.1.turbo (скорость до 85 Мб/с).

Обзор предложений ведущих поставщиков оборудования для систем PLC класса In-Door (установка внутри помещений).

На основе рассмотренных выше наборов ИМС вендоры выпускают PLC-оборудование и для сегмента In-Door, и для сегмента комплексных решений (для доступа на последней миле).

Изменение

Ниже мы укажем производителей оборудования класса In-Door третьего поколения.

Германская компания devolo AG (www.devolo.com) выпускает линейку PLC-продуктов dLAN, которые относятся к классу In-Door и позволяют создать локальную сеть внутри помещения на основе технологии PLC.

В марте 2006 г компания devolo AG объявила, что она подготовила к выпуску новую продуктовую линейку dLAN 200, которая обеспечивает скорость передачи информации до 200 Мб/с (HomePlug v.AV) и реализована на базе ИМС компании Intellon.

Один из лидеров в сегменте аппаратуры локальных сетей, компания NETGEAR (США, www.netgear.com) проявила интерес и к сегменту PLC-адаптеров - в феврале 2006 г NETGEAR заключила соглашение с компанией DS2 о начале совместных работ и поставке ИМС третьего поколения, которые позволят освоить производство PLC-устройств, поддерживающих скорость до 200 Мб/с. Начало поставок новой продукции намечено на третий квартал 2006 г.

Компания ELCON (Германия, www.elcon-system.de) в марте 2006 г анонсировала выпуск модели ELCONnect P-200, которая реализована на базе ИМС компании DS2, поддерживает интерфейс Ethernet и обеспечивает скорость обмена до 200 Мб/с.

Основная информация по производителям аппаратуры класса In-Door второго поколения приведена в Таблице.

К настоящему времени освоен выпуск PLC-аппаратуры как для комплексных решений, так и класса «In-Door», обеспечивающей скорость в канале 10-20 Мб/с. Основные исследования проводятся с оборудованием, поддерживающим скорость доступа до 200 Мб/с. Изготовители ИМС, поставляющие изделия для широкополосного доступа: DS2, Intellon, SPiDCOM, Yitran, XELine.

Производители начали освоение аппаратуры класса «In-Door», обеспечивающей скорость доступа до 200 Мб/с. Среди лидеров можно выделить компании devolo и XELine. Таким образом, аппаратура, представленная в данном сегменте рынка, позволяет реализовать PLC-систему широкополосного доступа различной степени сложности.

Следующий этап развития систем на основе PLC - поддержка протокола VoIP. Так в феврале 2006 г компании Ilevo и Netbricks заключили соглашение, по которому они начнут совместные исследования по созданию PLC-систем, поддерживающих протокол SIP (VoIP).

Рынок PLC-оборудования активно развивается и в сегменте аппаратуры для комплексных решений на базе PLC-технологий (для доступа на последней миле). Однако в настоящее время нет общепризнанных мировых стандартов для оборудования класса PLC. Две ассоциации HomePlug и UPA работают над стандартами, которые рассматривают PLC-решения, обеспечивающие скорость передачи информации до 200 Мб/с. В 2008 г ETSI предполагает завершить проект OPERA, одна из задач которого - стандартизация решений широкополосного доступа на основе PLC.

Каково состояние мирового рынка PLC-сетей, в чем заключаются основные проблемы стандартизации PLC-аппаратуры и соответствующей нормативно-правовой базы, как идет реализация первых PLC-проектов и каковы перспективные планы развертывания сетей на основе PLC в зарубежных странах, - на эти и ряд других вопросов по проблемам PLC можно найти ответы в исследовании «Технология PLC и ее перспективы на российском рынке широкополосного абонентского доступа», подготовленном компанией «Современные телекоммуникации».

Литература

оптический связь телекоммуникационный

1. Савин А.Ф. PLC - уже не экзотика. Вестник связи.-2004-№ 9. С. 14-16.

2. Павловский А. Соломасов С. PLC в России. Специфика, проблемы, решения, проекты. ИнформКурьерСвязь, 2003 г., № 8, С. 29-33.

3. Невдяев Л.М. Мост в Интернет по линиям электропередачи. ИнформКурьерСвязь, 2003 г., № 8, С. 25-28.

4. Курочкин Ю.С. "PLC приходит в Россию". Connect, 2004 г., № 8, С. 46-47.

5. Коноплянский Д.К. PLC - передача данных по электрическим сетям. Последняя миля, 2004 г., № 5, С. 5-7.

6. Даффи Д. BPL набирает силу. Сети, 2005 г., № 14, С. 24.

7. Морриси П. Реализация технологии BPL. Сети и системы связи, 2005 г., № 12, С. 79-81.

8. Отчет «Технология PLC и ее перспективы на российском рынке широкополосного абонентского доступа», компания «Современные телекоммуникации», Москва, 2006 г.

Размещено на Allbest.ru