Реферат: Использование линий электропроводки в качестве среды передачи информации
· мониторинг работы систем с обеспечением соответствующей реакции
· удаленный контроль оборудования (такого как электрические нагреватели или кипятильники).
· удаленное чтение показаний ¾ сегодня уже достигнутое некоторыми коммунальными службами, относящимися к потребителям со специальными тарифами: измерение степени загруженности сети, так же как и мониторинг загруженности в системах потребителей, получение соответствующих данных, передаваемых с помощью PLC в контрольный центр коммунальных услуг и их дальнейшая обработка с целью оптимизации управления загруженностью.
¾ Обеспечение общественных телекоммуникационных служб, путем связи внешней PLC-системы с телекоммуникационной основой: например, высокоскоростного интернет-доступа, общественной телефонии, при необходимости видео.
Архитектура информационного взаимодействия на основе электросетей имеет эталонную семиуровневую модель OSI. Даже в рамках одной прикладной области конкретные ее реализации отличаются методами надежной доставки данных на различных уровнях иерархии. Повышение надежности передачи на физическом уровне связано с выбором способа модуляции и частотного диапазона, с использованием методов цифровой обработки сигналов и адаптивного управления. Здесь в первую очередь следует отметить перспективность алгоритмов широкополосной (Spread Spectrum) модуляции, существенно повышающей 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). Технологии SS-модуляции и CDMA подробно рассмотрены в литературе (главным образом, на примерах использования в сотовых телефонных сетях). Отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокий уровень защиты информации. Еще одно большое достоинство широкополосных технологий - относительно низкая стоимость соответствующих устройств. Дело в том, что все преобразования сигнала осуществляются на уровне одной микросхемы (которая при массовом производстве оказывается очень дешевой).
Основные способы повышения надежности передачи на канальном уровне следующие:
¾ разбиение пакетов данных на кадры небольшой длины;
¾ спользование корректирующих кодов для выявления и исправления ошибок;
¾ применение низкоуровневых протоколов надежной передачи на основе
подтверждений приема коротких кадров;
¾ использование эффективных методов управления доступом к среде передачи
данных.
Короткие пакеты позволяют увеличить не только вероятность достоверной передачи порции данных, но и эффективность адаптации передающей стороны к быстро меняющимся характеристикам сети. При использовании широкополосной модуляции это выражается в оптимальном перераспределении мощности сигнала в полосе частот с учетом фактического спектра помех.
Некоторые фирмы разработали оптимизированные протоколы доступа к среде, учитывающие особенности “электросетевых” приложений и зашумленность линий питания. Поскольку значительная часть таких приложений (автоматический учет, охранная сигнализация, домашняя автоматика) предполагает наличие в сети одного активного узла, для обеспечения доступа целесообразно использовать методы опроса или передачи маркера. Это снимает проблемы распознавания несущей в зашумленных сетях и необходимость выявления коллизий. В целях повышения надежности самого управления доступом используется принцип “трехкратного рукопожатия” при передаче маркера. Типовая функциональная схема и основные компоненты коммуникационного узла “электрической сети связи” представлены на рис. 1.
 |
|
В сеть 220 В
 | ||
 | | |
Рис. 1 Функциональная схема коммутационного узла.
Ядром коммуникационного узла являются контроллеры сетевого, канального и физического уровней; последние часто называются также приемопередатчиками или трансиверами. 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 из силового напряжения. Обычно этот модуль выполняется из отдельных радиоэлектронных компонентов.
Некоторые фирмы изготавливают специальные микросхемы усилителей мощности, позволяющие передавать сигнал на большие расстояния. На основе этих компонентов может быть построен электромодем со стандартным или заказным интерфейсом пользователя.
Для обеспечения совместимости изделий различных производителей (в рамках одного класса приложений) предпринимаются усилия по стандартизации технологий передачи информации по линиям электропередачи.
1.2.2 Короткая история Магистральных сигнальных систем
Идея использования развитых энергетических систем также для передачи сигналов — под общепринятым названием «Магистральная передача» — возникла впервые еще в конце 19 века, когда два французских инженера в 1898 году запатентовали свое изобретение. Практическое применение эта идея нашла в начале 20 века во французской мультичастотной «системе контроля», но реальное распространение этой технологии произошло после 1950 года. «Система контроля» работала в низкочастотном диапазоне от 110 до 1000 Гц, пользуясь успехом по всему миру. Она и сейчас является весьма распространенным сетевым оборудованием. В мире установлено несколько тысяч систем и существует около 30-40 миллионов пользователей. «Система контроля» — это узкополосная система, направленная от подстанции к пользователю. В 70-х годах 20 века были разработаны несколько подходов с так называемыми системами с «Несущими энерголиниями», работающими в килогерцовом диапазоне от 3 до 150 кГц. Эти системы были двунаправленными. Но особым успехом эти разработки не увенчались. В 90-х годах 20 века огромное распространение электроники и телекоммуникационных технологий позволило начать новые разработки систем уже в мегагерцовом диапазоне и дало жизнь новым широкополосным приложениям с общим названием «Power Line Communications» (PLC). Они и сейчас находятся в процессе усовершенствования.
1.2.3 Топология PLC-систем.
Нужно учитывать — как будет объяснено дальше — что, с одной стороны, высокие частоты предоставляют широкий частотный диапазон, необходимый для высокоскоростных приложений; с другой стороны, на этих частотах происходит сильное ослабление сигнала в линии. Это делает передачу сигнала с удовлетворительным качеством возможным в основном только в сетях с низким напряжением. Следует рассмотреть две системы (рис. 1)
¾ внешнюю, на силовых линиях: «Систему доступа» для коммунальных целей
¾ находящуюся внутри дома: «Домашнюю систему» для частных целей (следует заметить, что Коммунальная система тоже может выполнять свои функции внутри здания)
Рисунок 1 представляет классическую европейскую сеть с топологией «звезда». Основной трансформатор поддерживает несколько домов (или одно большое производственное здание). Внешние линии представляют собой 3ф кабели в городах или надземные линии в сельской местности. Проводка внутри зданий сделана на основе 2ф или 3ф +N проводников (Американские и Японские сети имеют абсолютно другую структуру). Практически работать в сетях с низким напряжением в мегагерцовом диапазоне очень сложно: существует множество абсолютно различных конфигураций, постоянно меняется загруженность сети, и большинство PLC-характеристик должны учитываться статистически. Высокая частота приводит к возникновению резонансных эффектов.
«Хребет» на рисунке 1 — это классический широкополосный канал: контрольный кабель коммунальной системы, радио связь, телевизионный кабель и т.д.
В случае если длина линии низкого напряжения превышает радиус распространения сигнала, необходимо устанавливать повторители и шлюзы.
Рисунок 1.