Реферат: Использование линий электропроводки в качестве среды передачи информации

Реферат: Использование линий электропроводки в качестве среды передачи информации

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РЕФЕРАТ

на тему:

«Использование линий электропроводки в

качестве среды передачи информации»

Студент гр.         К7-126   Сиднев И.Г.

2003 г.

Оглавление

1. Введение. 3

1.1 Проблема «последней мили» в сетях передачи данных. 3

1.2 Знакомство с PLC-системами. 5

1.2.1 Общая информация. 6

1.2.2 Короткая история Магистральных сигнальных систем.. 8

1.2.3 Топология PLC-систем. 8

2. PLC-системы, их внедрение и особенности использования. 9

2.1 Использование PLC.. 9

2.2  Условия применения. 10

2.2.1 Главное. 10

2.2.2  Нормативные и регуляторные условия. 10

А)  Электромагнитная совместимость как ключевой выход. 10

Б) Стандартизация и соглашения. 11

В) Стандартизация, существующие документы. 11

3. Технологические особенности PLC-систем.. 13

3.1 Электромагнитные проблемы в PLC-системах. 13

3.2 Основные технические характеристики. 13

3.2.1 Частота. 13

3.2.2 Передача сигнала. 14

3.2.3 Уровень шума и помехи проводимости в сетях низкого напряжения. 15

3.2.4 Ограничение уровня сигнала во избежание нарушения работы других сетевых устройств. 16

3.2.5 Ограничение уровня сигнала из-за излучаемых полей. 16

3.3 Измерение полей. 18

3.4 Модуляция сигнала и кодирование. 19

3.5 Руководство по определению уровня сигнала. 19

3.6 Мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам.. 20

Список Литературы.. 25

1.1 Проблема «последней мили» в сетях передачи данных.

Последняя миля (last mile) - кабельная линия связи между абонентом и телефонной/кабельной компанией. Традиционно используется медный или коаксиальный кабель. В последнее время завоевывают все большую популярность беспроводные решения "последней мили". (с сайта www.hostinfo.ru)

Под термином "проблема последней мили" понимается задача по организации канала связи для предоставления пользователю широкого спектра телекоммуникационных сервисов. В большинстве случаев эта задача решается посредством создания физического канала связи, в основе которого лежат:

·  Медные провода

·  Средства радио доступа

·  Волоконно-оптический кабель

Термин "последняя миля" мы услышали сравнительно недавно. В отечественной технической литературе это понятие стало использоваться гораздо позже, чем во всем мире. И то лишь благодаря тому, что операторы связи всего мира были обеспокоены качеством услуг, предоставляемых отечественными операторами связи. Как это часто бывает в последнее время, о нас позаботились зарубежные компании. Был разработан целый ряд современных технологий, которые решали вопросы "последней мили" в развивающихся странах с низким качеством телекоммуникационных услуг. С помощью последних разработок, которые себя прекрасно зарекомендовали в других странах, в России вопрос "последней мили" может быть решен в скором будущем.

Практически до конца 80-х годов прошлого века в экономически развитых странах население пользовалось только услугами аналоговой телефонной связи. Развитие новых информационных технологий привело к тому, что возможности аналоговой телефонии перестали удовлетворять потребностям пользователей. Модернизация сетей передачи данных и коммутационных станций, путем перевода аналогового способа передачи информации в цифровой, позволила предложить населению новые услуги, например ISDN. После этого "последняя миля" стала тем узким местом, которое не давало развиваться средствам телекоммуникации дальше.

Спрос на новые услуги цифровых станций стал неуклонно расти. Многие компании, предлагающие услуги "последней мили", пошли по пути использования обычных абонентских линий. Была разработана "Технология цифровых абонентских линий" (Digital Subscriber Loop - xDSL). Этот способ связи позволял организовать высокоскоростную передачу данных, не прибегая к замене старых абонентских линий и прокладке новых выделенных каналов. Производители коммуникационного оборудования создали целый ряд устройств для уплотнения передаваемой информации. Эффективность их использования неоспорима - некоторые устройства позволяют увеличить количество передаваемой информации в единицу времени в 30-60 раз.

Появление "Технологии цифровых абонентских линий" дало толчок развитию решений для организации "последней мили", основанных на DSL-принципах передачи данных. В последние годы появилось огромное множество разновидностей этой технологии. Наибольшее распространение получили следующие способы передачи информации:

HDSL - высокоскоростные цифровые абонентские линии;

ADSL - асимметричные цифровые абонентские линии;

ISDL - ISDN цифровые абонентские линии;

SDSL - симметричные высокоскоростные цифровые абонентские линии;

VDSL - Very HDSL;

RADSL - цифровые абонентские линии с подстройкой скорости передачи данных;

UADSL - универсальные асимметричные цифровые абонентские линии.

Стандарт IDSL был разработан фирмой Ascend. С его помощью возможна передача данных по каналам ISDN в сети с коммутацией пакетов. При этом телефонные коммутаторы остаются незадействованными. Одним из основных преимуществ данного способа передачи данных является возможность плавного перехода к более скоростным вариантам связи.

При необходимости передавать информацию на длительные расстояния рекомендуется использовать HDSL-оборудование. С его помощью возможна передача информации на расстояния до шести километров. При этом качество связи остается на довольно-таки высоком уровне, который сравним с качеством связи при использовании волоконно-оптических линий. HDSL-оборудование нашло широкое применение при построении корпоративных сетей. Но век этого стандарта тоже оказался недолог. На смену ему постепенно приходят "Асимметричные цифровые абонентские линии" (ADSL), которые позволяют передавать данные на скоростях до 8 Мбит в секунду. С этим способом передачи информации многие связывают большие надежды на будущее. Ожидается, что ADSL скоро найдет широкое применении при предоставлении услуг конечному пользователю.

Позже появились различные оптические технологии. Наибольшее распространение получили концепции Fiber to the Building (FTTB) и Fiber to the Zone (FTTZ). Эта технология не нашла широкого применения в районах с уже сложившейся инфраструктурой. Причина этого кроется в нежелании нести дополнительные расходы по организации "последней мили". А зачастую, прокладку оптических сетей делает невозможной архитектура построенных несколько лет назад зданий. В таких случаях гораздо дешевле использовать старый и проверенный xDSL. При строительстве же новых зданий оптические технологии "последней мили" прочно заняли свою нишу.

В США и странах Западной Европы операторов телекоммуникационных услуг заинтересовали обширные возможности цифровых сетей передачи данных. Для удовлетворения растущих запросов пользователей была модернизирована сеть доступа к этим услугам. В развивающихся странах, к которым по праву можно отнести и Россию, запросы и потребности операторов связи несколько отличаются от общемировых. Нельзя сказать, что в этих странах отсутствует спрос на новые виды услуг. Он есть. И спрос, даже, растет. Но по отношению к существующим аналоговым способам связи цифровые услуги составляют всего лишь несколько процентов. И то за счет столицы - Москвы. На пороге XXI век, а, тем не менее, основной задачей в области обеспечения коммуникационных услуг в России является обычная телефонизация населения посредством аналоговой связи.

Операторы связи при строительстве новых зданий изначально закладывают в архитектурный проект возможность прокладки широкополосных волоконно-оптических линий связи. Эта норма повсеместно применяется в странах Юго-Восточной Азии и континентальной Америки. Изначально эти сети используются для предоставления обычного аналогового доступа. По мере возникновения потребности у абонентов производится их переключение на цифровые стандарты передачи данных (ISDN).

Обычно подключение к Интернету осуществляется с помощью телефонной линии или через выделенное соединение. Для использования выделенного соединения необходимо проложить кабель, что является довольно таки дорогостоящим и трудоемким мероприятием. Также во многих случаях отсутствует возможность постоянного использования телефонной линии для доступа в Интернет. Сейчас многие компании занимаются разработкой технологии, которая позволит подключаться к всемирной Сети через обыкновенную бытовую электрическую розетку.

Уже разработан и обнародован промышленный стандарт передачи данных по бытовой сети. Его разработкой занималась некоммерческая ассоциация HomePlug Powerline Alliance, которая объединяет более 90 крупных компаний производящих вычислительную технику и различную бытовую электронику. Среди членов альянса, который появился в апреле 2000 года, такие известные и уважаемые компании, как Intel, Motorola, Philips и Panasonic. Кроме подключения к Интернету, стандарт позволяет создавать домашние локальные сети, в которые можно подключать компьютеры, принтеры и различную бытовую технику, поддерживающую протокол передачи данных по электрической сети. Для организации этой сети не потребуется никаких дополнительных устройств, кроме обычной домашней электрической розетки. Скорость работы подобной локальной сети будет составлять до 14 Мб в секунду.

Крупные производители бытовой техники уже заняты разработкой устройств "умеющих общаться" через электрическую розетку. Появление таких приборов ожидается уже осенью этого года. Этим разработкам предшествовал полугодовой период тестирования нового стандарта передачи данных. Специалисты занимались изучением влияния различных приборов на устойчивость работы сети и на качество передачи данных.

Большое внимание новому средству коммуникации уделяет "Германский энергетический концерн". Система, позволяющая соединять различные устройства с помощью обыкновенной электрической сети, существует уже в двух городах - Эссене и Мюльхайме. Для подключения к Интернету жителям этих городов достаточно приобрести специальный модем, который подключается к электрической сети. Стоимость доступа в Интернет составляет от 49 до 249 марок, в зависимости от используемого тарифного плана.

Не отстает от немецкого концерна и "Австрийская электротехническая компания EVN". Недавно она получила разрешение на использование нового стандарта передачи данных по электрическим сетям на территории Австрии. Компания заявляет, что имеет уже около 15 тысяч клиентов.

1.2 Знакомство с PLC-системами

1.2.1 Общая информация

PLC — это недавно появившаяся технология в области передачи информации по электрическим сетям низкого напряжения, которая обеспечивает работу в частотном диапазоне от 1 до 30 МГц. Это должно обеспечить скорость передачи данных порядка нескольких Мбит в секунду и может использоваться телефонными службами, а также для выхода в Интернет, контроля различных устройств и так далее. Однако эта технология сталкивается с некоторыми значительными трудностями, связанными с ее характеристиками, особенно в том, что касается соответствию стандарту EMC. Одна из самых критичных проблем — это испускание ЭМ-полей, которое может нарушить радиотрансляцию в том же частотном диапазоне.

Четыре прикладных области могут быть покрыты с помощью PLC-технологии:

¾ внешняя, то есть в общественной сети обеспечения: автоматизация, мониторинг, функции удаленного снятия измерений, оперативная телефонная служба. Это может быть произведено с помощью существующих распределительных сетей, без проведения дополнительных линий.

¾ внутренняя, то есть внутри здания потребителя: контроль и мониторинг, включая функции сигнализации, внутренняя система коммуникации (так называемая, «домашняя»), легкое объединение в сеть оборудования, обрабатывающего данные. Все это реализуется с использованием существующей у потребителя проводки и не требует прокладывания дополнительных линий или использования радиооборудования.

¾ граничная, то есть соединяющая внутреннюю и внешнюю PLC-области: например, службы для потребителя находятся рядом с энергообеспечением.

·          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

Страницы: 1, 2, 3