Intenet z gniazdka

Dzięki nowym rozwiązaniom technologicznym opracowywanym przez firmy z sektora telekomunikacyjnego i energetycznego w przyszłości podłączenie komputera do Internetu będzie tak proste jak... włożenie wtyczki do gniazdka.

Dzięki nowym rozwiązaniom technologicznym opracowywanym przez firmy z sektora telekomunikacyjnego i energetycznego w przyszłości podłączenie komputera do Internetu będzie tak proste jak... włożenie wtyczki do gniazdka.

Do niedawna prace nad wykorzystaniem linii niskiego napięcia (w Polsce 220 V) do przesyłania danych prowadzone były przez spółkę Nor.Web, utworzoną przez Nortel i Norweb Communications. Celem projektu było zapewnienie transferu rzędu 1 Mb/s. Niestety, mimo że taka prędkość została osiągnięta, a technologia transmisji, znana pod nazwą Digital Power Line, pracowała poprawnie, projekt zarzucono ze względu na nierentowność w przypadku zastosowań komercyjnych. Rozwiązanie opracowane przez Nor.Web nie mogło konkurować z innymi, szerokopas- mowymi technologiami. Na szczęście rozwojem technologii pozwalających na szybkie przesyłanie danych liniami elektroenergetycznymi zainteresowały się Siemens i szwajcarska firma telekomunikacyjna Ascom. Na ostatnich targach CeBIT 2000 zaprezentowały one technologie Powerline Communciation (PLC) i Powerline, umożliwiające przesyłanie głosu, transmisję obrazu wideo i danych z prędkością około 1 Mb/s liniami o napięciu 230 V.

Technologie typu PLC, umożliwiające dostarczenie Internetu sieciami zasilającymi, mogą znaleźć szerokie zastosowanie na rynku

Technologie typu PLC, umożliwiające dostarczenie Internetu sieciami zasilającymi, mogą znaleźć szerokie zastosowanie na rynku

Już w latach dwudziestych sieci energetyczne były wykorzystywane do przesyłania danych. Gdy upowszechniano elektryczność i rozbudowane sieci zaczęły pokrywać terytoria krajów, konieczne stało się zapewnienie niezawodności dostarczania energii. Jej dostawcy potrzebowali w związku z tym informacji umożliwiających skuteczny monitoring, pozwalający na natychmiastową lub nawet automatyczną reakcję w przypadku np. zerwania linii. Nie było lepszego sposobu niż wykorzystanie istniejącej infrastruktury do transmisji danych. Od tego czasu systemy transmisji ewoluowały, stając się coraz bardziej niezawodne oraz umożliwiając wdrażanie nowych zastosowań. Także obecnie sieci energetyczne służą do przesyłania danych. Przykładem mogą być systemy ESB 2000 i DCS 3000 oferowane przez firmę Siemens, wykorzystujące odpowiednio linie wysokiego i średniego napięcia. Pozwalają one, w zależności od stanu technicznego linii i warunków zewnętrznych, na przesyłanie sygnałów z prędkością od 19,2 kb/s do (teoretycznie) 128 kb/s. Wystarcza to w zupełności do używania linii w celu transmisji skompresowanych danych głosowych (wymagana szerokość pasma to 64 kb/s), tworzenia kanałów telegraficznych, odczytów mierników na stacjach energetycznych i powiadamiania o uszkodzeniach linii. Odbiorcą tych systemów są między innymi Polskie Sieci Energetyczne.

Od początku lat osiemdziesiątych zaczął się rozwój technologii pozwalających na rozszerzenie możliwości domowych sieci energetycznych o zdolność przesyłania danych. Ich powstanie wiązało się z koniecznością opracowania sposobów wymiany informacji na potrzeby tzw. inteligentnych domów. Pojawił się system X-10 oraz bardziej zaawansowane Intellon CEBus i Echelon LonWorks. Niestety, nie potrafią one skutecznie radzić sobie z zakłóceniami w sieciach i oferują niski poziom transmisji danych, przez co ich szersze zastosowanie jest niemożliwe.

Nieprzyjazne sieci

Firmy pracujące nad technologiami wykorzystującymi linie energetyczne do przesyłania danych podkreślają, że opracowanie odpowiednio niezawodnego systemu transmisji jest bardzo trudne. Sieci energetyczne to środowisko o bardzo zmiennych parametrach. Mimo że łatwo przewidzieć rodzaj zakłóceń, które mogą się w nich pojawić, nie sposób określić moment ich wystąpienia. Przykładowo moduł, który wysyła dane do odbiornika, nie może przypisać linii energetycznej ustalonej impedancji, co jest niezbędne, aby odpowiednio dobrać siłę sygnału. Oporność, jaką ma w danej chwili linia, jest bowiem zdeterminowana tym, jakie urządzenia gospodarstwa domowego są do niej podłączone; niektóre mogą nawet modulować impedancję. To tylko początek problemów - wysłany sygnał może zostać osłabiony w punktach, w których łączą się linie e- nergetyczne. Jeśli takie połączenie jest nieodpowiednio wykonane, część fali niosącej informację odbije się, a amplituda sygnału może zmaleć na tyle, że jego detekcja będzie niemożliwa. Odbicia i opóźnienia w przekazywaniu sygnałów mogą doprowadzić do tego, że dwa niezależne impulsy docierające do odbiornika nałożą się na siebie. Efektem interferencji sygnałów może być całkowite ich wygaszenie lub powstanie błędnej informacji. Sygnał może zostać osłabiony także zakłóceniami generowanymi przez impulsy wytworzone przez sieć na zasadzie zjawiska samoindukcji. Inna grupa sygnałów zakłócających transmisję jest związana z tym, że sieci w budynkach działają jak wielkie anteny odbiorcze i wszelkie fale radiowe indukują w nich impulsy elektryczne. Wszystko to powoduje, że skala zakłóceń w funkcji częstotliwości fali jest losowa i zmienna w czasie - w zależności od sytuacji pasmo, którym przesyłane są dane, może zostać zagłuszone zakłóceniami o sile nawet 80 dB.

OFDM na ratunek

Opracowanie systemu, który potrafi sobie poradzić ze wszystkimi typami zakłóceń występującymi w sieciach energetycznych, to nie wszystko. Konieczne było użycie takich rozwiązań, które pozwolą na opłacalną produkcję jego komercyjnej wersji - stało się to możliwe dopiero dzięki przetwornikom cyfrowym nowej generacji. Obecnie we wszystkich projektach wykorzystania linii zasilających do przesyłania danych, niezależnie od tego, czy koncentrują się na utworzeniu domowych sieci LAN - tzw. home networking - czy na udostępnianiu Internetu, zakłada się stosowanie technologii o nazwie Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Jej początki sięgają 1966 roku, kiedy to opracowano wielokanałową transmisję sygnałów ortogonalnych w ograniczonym paśmie. Najważniejsze dla systemu w obecnej postaci było użycie na początku lat siedemdziesiątych dyskretnej transformaty Fouriera do modulacji i demodulacji.

Modem wyposażony był w dwa interfejsy w standardzie Ethernet oraz port równoległy

Modem wyposażony był w dwa interfejsy w standardzie Ethernet oraz port równoległy

Istotną zaletą OFDM jest to, że używa do transmisji danych wielu wąskopasmowych kanałów zwanych nośnikami. Nośniki nie mają na siebie wpływu, więc nie zakłócają się wzajemnie, co tłumaczy w części nazwę systemu. Przesyłanie danych w kilku pasmach eliminuje ryzyko zablokowania transmisji, jeśli w jakimś przedziale częstotliwości wystąpią poważne zakłócenia. Inteligencja OFDM przejawia się w tym, że, w zależności od stanu sieci, może włączać i wyłączać poszczególne nośniki. Przed wysyłaniem właściwych informacji system adaptuje się do istniejących warunków, wysyłając od nadajnika do odbiornika informacje przy użyciu wszystkich dostępnych nośników. Jeśli informacje wysłane w konkretnym paśmie są zagłuszane, nadajnik nie przesyła danych nośnikami przypadającymi na to pasmo. Takie rozwiązanie ma dodatkową zaletę, pozwala bowiem płynnie dostosowywać częstotliwości transmisji, tak aby zostały spełnione normy określane przez CELNEC (Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique) i inne organizacje. Stanowią one poważne ograniczenie dla rozwijanych technologii, gdyż narzucają bardzo małą moc sygnałów - największe dozwolone napięcie wynosi 1,2 V. Pasmo, jakiego obecnie używać mogą technologie PLC, jest niewystarczające: przedział częstości 3-148,5 KHz pozwala na osiągnięcie małych prędkości transmisji danych - maksymalnie 300 kb/s. Osiągnięcie prędkości 1Mb/s i większych wiąże się nierozłącznie z wykorzystaniem częstotliwości z zakresu 1-30 MHz, na to jednak potrzebna jest zgoda organizacji takich jak CELNEC. Aby przyspieszyć powstanie odpowiednich regulacji w tej dziedzinie, Siemens i inne firmy zainteresowane rozwijaniem technologii PLC utworzyły forum wymiany informacji.


Zobacz również