Дипломная работа: Устройства передачи информации по сети электропитания

При современном уровне развития компьютерной техники и сетевых технологий, к компьютерным сетям предъявляются жесткие требования. Компьютерная сеть должна обеспечивать требуемую для конкретных условий скорость передачи; так же она должна быть мобильной, с большим количеством точек доступа, при этом не должна требоваться прокладка кабеля; сеть должна иметь простое администрирование; она должна обеспечивать высокую надежность при простых технических решениях; сеть должна поддерживать все возможные типы сетевого оборудования и при всем этом она должна быть дешевой.

Все сетевые технологии в разной степени удовлетворяют всем этим требованиям. Поскольку многие требования являются противоречивыми. Поэтому производители сетевого оборудования пытаются удовлетворить либо все требования в равной степени, либо только наиболее важные, но с высоким качеством.

При всеобщей глобальной компьютеризации, как простого населения, так и предприятий, организаций и спецслужб появилась необходимость организации временных компьютерных сетей в очень короткое время. В основном такая необходимость возникает на предприятиях и организациях занятых исследовательской деятельностью или раздельным выполнением одного проекта, а так же у организаций занятых ликвидацией чрезвычайных ситуаций.

Стандартные методы организации локальных сетей, в этом случае, будут неэффективными. При использовании стандартных методов появиться большое количество проблем, связанных с тем, что если сеть организовывается на короткий интервал времени, то необходимо каждый раз организовывать новую кабельную систему. Что является слишком дорогостоящим мероприятием. Так же прокладка новой кабельной системы будет занимать длительное время, что в некоторых случаях является довольно критичным фактором. Сейчас существуют технологии, позволяющие организовать беспроводные локальные сети (RadioEthernet, сети на инфракрасном излучении и лазерные сети). Однако эти методы также отличаются сложностью организации и дороговизной. Кроме того, область их использования довольно ограничена, так как сигналы высокой частоты, на которых построены эти сети, не проходят сквозь металлоконструкции и железобетонные стены. Организация компьютерной сети по телефонным линиям так же довольно проблематична, поскольку не в каждом помещении имеется телефонный кабель с разъемом.

Таким образом, альтернативой рассмотренных методов является организация локальной компьютерной сети по энергосети. Достоинствами этого метода являются: наличие разветвленной и распространенной сети электропитания; кабельная система электропитания отличается своей надежностью; нет необходимости в прокладке кабеля; легкодоступность энергосети позволяет без больших затрат времени организовать подключение. Исходя из всего этого, можно сделать вывод, что данный метод организации локальной сети является наиболее простым в реализации, наиболее дешевым и сеть, организованная данным методом, является наиболее мобильной. Однако существуют и некоторые недостатки, например, разное качество энергосетей, наличие в сети электропитания развязывающих трансформаторов (т. е. для организации сети необходимо иметь точную схему электропроводки), низкая степень обеспечения защиты информации, а так же сравнительно невысокая производительность.

В 1998 году появилось устройство PassPortPlug-InNetworkKit фирмы Intelogis, которое позволяет объединить до 20 компьютеров в сеть посредством обычной энергосети. Для установки PassPort необходимо подключить адаптер к энергосети и соединить его с параллельным портом компьютера. Это устройство отличается низкой ценой, по сравнению с устройствами беспроводной связи или устройствами кабельных сетей. Недостатком устройства PassPort является низкая производительность (350 кБит/с) [5].

2. ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕАЛЬНОГО КАНАЛА СВЯЗИ. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

При проектировании системы передачи данных, исходными предпосылками являются частотный диапазон, в котором будет происходить передача, и сигналы помехи, существующие в данной среде. Для уже существующей среды передачи производиться измерение амплитудно-частотной характеристики, а также определение существующих помех, их амплитуды и частоты, методы борьбы с помехами и наиболее подходящие диапазоны частот для передачи данных в данной среде. Зная распределение помех, можно выделить полезный сигнал, увеличив амплитуду полезного сигнала до допустимого соотношения сигнал-шум. Зная частоты, на которых действуют помехи, можно выбрать для передачи полезного сигнала тот частотный диапазон, где действие помех наименьшее.

Поскольку энергосеть имеет свои отличительные особенности от других сред передачи данных, такие как высокое напряжение (220/380 В) и промчастоту (50 Гц), то для организации высокочастотной связи необходимо использовать устройства присоединения, которые соединяют передатчик (приемник) к среде. Устройством присоединения обычно является полосовой фильтр, включающий в себя конденсаторы присоединения, и выполняющий следующие функции:

- отсекает промчастоту и пропускает только полезный высокочастотный сигнал;

- служит заградительным устройством для высокого напряжения;

- служит согласующим элементом между высокочастотным кабелем и линейным трактом, так как волновое сопротивление кабеля не равно характеристическому сопротивлению линейного тракта [6].

Для проведения измерений амплитудно-частотных характеристик линий энергосети так же необходимо использовать устройство присоединения.

Заранее можно предположить, что на низких частотах в энергосети будет иметь место сильное влияние промчастоты, а так же сильные помехи от переходных процессов, регулярно присутствующих в энергосети. Поэтому область нижних частот не подходит для передачи данных и измерения амплитудно-частотной характеристики энергосети целесообразно проводить на высоких частотах (более 200 кГц).

Для проведения измерений было выбрано устройство присоединения, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.1, со значениями С=100 нФ, R=2.2 кОм.

Значения элементов схемы выбраны с учетом обеспечения максимального коэффициента передачи в используемой полосе частот. Такое устройство присоединения имеет следующие амплитудно-частотные характеристики (рис. 2.2 и 2.3).

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема устройства присоединения построенного на RC-фильтре

Рисунок 2.2 – Амплитудно-частотная характеристика устройства присоединения со стороны входа.

Рисунок 2.3 – Амплитудно-частотная характеристика устройства присоединения со стороны линии.

Амплитудно-частотные характеристики позволили определить диапазон, частот в котором устройство присоединения имеет минимальное влияние. Таким диапазоном оказался диапазон от 200 кГц и выше, в котором устройство имеет характеристики удовлетворяющие условиям проведения измерений и организации передачи данных.

Таким образом, для определения усредненной амплитудно-частотной характеристики сетей электропитания, провелся ряд экспериментальных измерений. Измерения проводились в условиях наиболее приближенным к условиям эксплуатации разрабатываемого устройства. Для получения наиболее точных данных было проведено большое количество измерений на различных участках энергосети, что позволило определить общий характер помех в энергосети. Во время проведения измерений на диапазоне частот до 500 кГц были выявлены помехи, имеющие случайный характер с большими амплитудами. Это помехи от переходных процессов и они имеют большое влияние в полосе частот до 500 кГц. С ростом частоты помехи имеют меньшие амплитуды и их спектральные составляющие расположены довольно редко, что позволяет найти диапазоны, в которых можно передавать данные. Однако так же с ростом частоты в энергосети увеличивается затухание передаваемых сигналов [6]. Эти условия вынуждают ограничить возможный частотный диапазон передачи данных от 500 кГц до 1 МГц.

Измерения проводились с помощью следующих приборов: генератор стандартных сигналов Г4-18А, генератор сигналов низкочастотный Г3-102, генератор сигналов низкочастотный Г3-56/1, осциллограф универсальный С1-70, анализатор спектра С4-25.

По результатам измерений был построен спектр сети электропитания (рис. 2.4).

Исходя из полученного спектра, видно, что уровни помех на данном частотном диапазоне не превышают 300 мкВ. Не смотря на то, что уровень помех не велик для обеспечения наиболее надежной передачи данных, выбирается диапазон частот с наименьшими помехами.

Рисунок 2.4 – Распределение помех в частотной области канала связи