Data po elektrické síti stále oříškem

I přesto lze však současný stav lapidárně shrnout do hesla "vědecký výzkum, komerční pokusy, drobné místní sít


I přesto lze však současný stav lapidárně shrnout do hesla "vědecký výzkum,
komerční pokusy, drobné místní sítě, ale to je zatím vše". Mezi prvními zeměmi,
které se pokusily o komerční provoz, byl například jeden z našich nejbližších
sousedů Německo. Lídr v oblasti technických výrobků, společnost Siemens tuto
oblast opustila s odůvodněním, že nevidí žádné komerční využití, které by
splatilo investice do vývoje. Dalším hráčem na poli PLC technologií je
společnost RWE. Dosud sice její služby využívá přibližně 2000 zákazníků,
expanze je ovšem podle majitelů firmy na dosah. Blíže situaci v Německu
rozebírá jiná část Cover Story.
Ve Spojených státech patří k předním firmám v této oblasti společnost Amperion.
V současné době firma úspěšně provedla testy s přenosem dat prostřednictvím
nízkonapěťových linek a připravuje se na testy přenosů po dálkových
vysokonapěťových linkách. Podle optimistických odhadů představitelů společnosti
by měl být internet po drátě v USA nabízen komerčně již ve čtvrtém čtvrtletí
tohoto roku.
Poměrně vpředu je země, u které by to možná leckdo nečekal, totiž Indie. Po
dlouhém technickém testování probíhají poslední kroky před širokým komerčním
uvedením. V současné době je přibližně 500 domácností a firem pokusně připojeno
k internetu přes elektrickou síť. Kdo za to všechno může? Pobočka indického
distributora elektrické energie Singapure Power, firma SP Telecom.
Celosvětově působí společnost Main Net Plus (http://www.ma innet-plc.com),
která po prvních pokusech v Německu a Švédsku úspěšně proniká i na ostatní
trhy. Ve většině zemí se ovšem stále jedná jen o pilotní fáze projektů.
Například v Norsku je v současnosti připojeno jedno celé městečko (Stavanger),
které PLC technologii využívá jak pro připojení k internetu, tak připojení k
telefonní síti. V současné době probíhá jednání s lokálním partnerem o dalším
komerčním nasazení. Ve Španělsku byly prozatím realizovány tři pilotní projekty
(Madrid, městečko Alcala známé bídnou infrastrukturou a jedno město v oblasti
Guadalajara), ve všech případech bylo připojení k internetu úspěšné. Ve
Spojených státech dosud Main Net Plus provádí blíže nespecifikované testy a
jedná o komerčním využití.
Jelikož v každé oblasti je potřeba jisté dobrovolné standardizace, vznikla
asociace odborných firem Home Plug (HomePlug. org), která má na svých stránkách
kromě zajímavých informací i přehled certifikovaných výrobků a jejich výrobců.

Jak přenos funguje
Přenos dat po elektrické rozvodné síti se na první pohled nijak zvlášť neliší
od přenosu dat po běžných linkách (například kroucené dvoulince). Kromě
frekvence kolem 50 (respektive v některých zemích 60) Hz je celé přenosové
pásmo volně k dispozici. Praxe je však poněkud jiná. Při přenosu dat
elektrickou sítí se totiž potýkáme s nemalým rušením, jak vlivem atmosférických
jevů, tak například přeslechů při vedení více linek v bezprostřední blízkosti,
přechodových jevů napříč celým frekvenčním pásmem, třeba při připojení
indukčních spotřebičů (motorů, zářivek a podobně) atd.
Jak se tedy s těmito problémy vypořádat? Prvním zlepšením je bezpochyby
zavedení opravných kódů v co největší míře. Komunikující strany tak mohou
některé chyby vzniklé při přenosu dat detekovat, případně i úspěšně opravit,
což samozřejmě snižuje nároky na opakované zasílání poškozených dat.
Dalším vylepšením je použití technologie xDSL, konkrétně principů dělení
přenosového pásma (band splitting nebo také Direct Sequence Spread Spectrum
DSST), která spočívá v rozdělení celého dostupného přenosového pásma na velké
množství úzce definovaných kanálů. Na všech kanálech současně pak probíhá
přenos testovacího vzorku dat (například sinusový průběh definované frekvence).
Systém analyzuje kvalitu přenesených dat (tedy míru zašumění daného konkrétního
mikropásma) a využívá přednostně ta mikropásma, která přenáší data nejlépe.
Využití více mikropásem současně pak pochopitelně zvyšuje přenosovou rychlost.
Posledním problémem, se kterým je třeba se vyrovnat, je existence spínacích
stanic a transformátorů. Jelikož se jedná o problém opravdu závažný, je ve
většině případů šalamounsky obcházen. Přenos dat po elektrické rozvodné síti se
v praxi využívá k přenosu dat v rámci jednoho segmentu rozvodné sítě například
k přenosu řídicích signálů v průmyslové sféře, k přenosu dat po tzv. poslední
míli v datových sítích a podobně. Pokud je potřeba přenášet data i mimo jeden
segment rozvodné sítě, musí být k transformátoru přivedena datová linka jiným
způsobem (například optický kabel) a tato případně propojena do ostatních
segmentů sítě nebo do internetu.
Samotné zařízení je ve většině případů schopno pracovat se síťovým napětím v
rozsahu přibližně 200-250 V (v Česku sice máme v síti 230 V, povolená tolerance
je ovšem 5 procent) o frekvenci 50 nebo 60 Hz. Z důvodů omezení předepsaných
bezpečnostními normami a problémy s vytvořením takové karty, která by při svém
umístění v počítači nerušila ostatní nízkonapěťové komponenty, se nejedná o
interní kartu (tedy o obdobu například klasické ethernetové síťové karty), ale
o externí zařízení opatřené konektorem pro připojení na USB či Ethernet port. V
současné době jsou ke komerčnímu využití na trhu jak modemy pro průmyslové
řídicí systémy, které jsou schopny komunikovat rychlostmi řádově stovek bajtů
za sekundu, tak modemy pro připojení koncových počítačových stanic do sítě. Ty
jsou ovšem schopny přenášet data mnohem vyššími rychlostmi řádově desítky až
stovky megabitů za sekundu (například modem firmy Texas Instruments má
maximální teoretickou přenosovou rychlost 200 Mbitů/s).

Praktické využití
Má tedy přenos dat po elektrických rozvodech nějaké praktické využití už dnes?
Kromě jednoduchých průmyslových aplikací nenáročných na vzdálenost přenosu
(jelikož jsme omezeni sítí v rámci jedné trafostanice), jako je přenos řídicích
a kontrolních dat, může najít obrovské využití v oblasti lokálních sítí.
Například na internetových stránkách http://www.homeplugand play.com je nabízen
Instant Powerline USB Adapter v ceně 125 dolarů, který umožňuje připojit jedno
PC prostřednictvím USB portu do lokální elektrosítě. Tedy do sítě všech
počítačů připojených v rámci jedné trafostanice s využitím obdobného zařízení.
Přenosová rychlost je až 14 Mb/s, což je pro běžné domácí či kancelářské
aplikace dostačující. Pokud alespoň jeden počítač v síti je připojen do
internetu (modemem či raději jiným způsobem s vyšší přenosovou rychlostí), může
být toto spojení sdíleno v rámci celé sítě.

Data po elektrické síti stále oříškem
V celém světě v současné době probíhají série testů a pokusů s technologií
přenosu dat po elektrické síti a s možností jejího komerčního využití. Že se
jedná o problematikou komerčně zajímavou, dokazuje provádění testů v zemích,
jako jsou například Polsko, USA, Velká Británie, Francie, Španělsko, Island,
Indie, Finsko, Chile, Turecko, Austrálie, Brazílie, Korea nebo Japonsko.
I přesto lze však současný stav lapidárně shrnout do hesla "vědecký výzkum,
komerční pokusy, drobné místní sítě, ale to je zatím vše". Mezi prvními zeměmi,
které se pokusily o komerční provoz, byl například jeden z našich nejbližších
sousedů Německo. Lídr v oblasti technických výrobků, společnost Siemens tuto
oblast opustila s odůvodněním, že nevidí žádné komerční využití, které by
splatilo investice do vývoje. Dalším hráčem na poli PLC technologií je
společnost RWE. Dosud sice její služby využívá přibližně 2000 zákazníků,
expanze je ovšem podle majitelů firmy na dosah. Blíže situaci v Německu
rozebírá jiná část Cover Story.
Ve Spojených státech patří k předním firmám v této oblasti společnost Amperion.
V současné době firma úspěšně provedla testy s přenosem dat prostřednictvím
nízkonapěťových linek a připravuje se na testy přenosů po dálkových
vysokonapěťových linkách. Podle optimistických odhadů představitelů společnosti
by měl být internet po drátě v USA nabízen komerčně již ve čtvrtém čtvrtletí
tohoto roku.
Poměrně vpředu je země, u které by to možná leckdo nečekal, totiž Indie. Po
dlouhém technickém testování probíhají poslední kroky před širokým komerčním
uvedením. V současné době je přibližně 500 domácností a firem pokusně připojeno
k internetu přes elektrickou síť. Kdo za to všechno může? Pobočka indického
distributora elektrické energie Singapure Power, firma SP Telecom.
Celosvětově působí společnost Main Net Plus (http://www.ma innet-plc.com),
která po prvních pokusech v Německu a Švédsku úspěšně proniká i na ostatní
trhy. Ve většině zemí se ovšem stále jedná jen o pilotní fáze projektů.
Například v Norsku je v současnosti připojeno jedno celé městečko (Stavanger),
které PLC technologii využívá jak pro připojení k internetu, tak připojení k
telefonní síti. V současné době probíhá jednání s lokálním partnerem o dalším
komerčním nasazení. Ve Španělsku byly prozatím realizovány tři pilotní projekty
(Madrid, městečko Alcala známé bídnou infrastrukturou a jedno město v oblasti
Guadalajara), ve všech případech bylo připojení k internetu úspěšné. Ve
Spojených státech dosud Main Net Plus provádí blíže nespecifikované testy a
jedná o komerčním využití.
Jelikož v každé oblasti je potřeba jisté dobrovolné standardizace, vznikla
asociace odborných firem Home Plug (HomePlug. org), která má na svých stránkách
kromě zajímavých informací i přehled certifikovaných výrobků a jejich výrobců.

Jak přenos funguje
Přenos dat po elektrické rozvodné síti se na první pohled nijak zvlášť neliší
od přenosu dat po běžných linkách (například kroucené dvoulince). Kromě
frekvence kolem 50 (respektive v některých zemích 60) Hz je celé přenosové
pásmo volně k dispozici. Praxe je však poněkud jiná. Při přenosu dat
elektrickou sítí se totiž potýkáme s nemalým rušením, jak vlivem atmosférických
jevů, tak například přeslechů při vedení více linek v bezprostřední blízkosti,
přechodových jevů napříč celým frekvenčním pásmem, třeba při připojení
indukčních spotřebičů (motorů, zářivek a podobně) atd.
Jak se tedy s těmito problémy vypořádat? Prvním zlepšením je bezpochyby
zavedení opravných kódů v co největší míře. Komunikující strany tak mohou
některé chyby vzniklé při přenosu dat detekovat, případně i úspěšně opravit,
což samozřejmě snižuje nároky na opakované zasílání poškozených dat.
Dalším vylepšením je použití technologie xDSL, konkrétně principů dělení
přenosového pásma (band splitting nebo také Direct Sequence Spread Spectrum
DSST), která spočívá v rozdělení celého dostupného přenosového pásma na velké
množství úzce definovaných kanálů. Na všech kanálech současně pak probíhá
přenos testovacího vzorku dat (například sinusový průběh definované frekvence).
Systém analyzuje kvalitu přenesených dat (tedy míru zašumění daného konkrétního
mikropásma) a využívá přednostně ta mikropásma, která přenáší data nejlépe.
Využití více mikropásem současně pak pochopitelně zvyšuje přenosovou rychlost.
Posledním problémem, se kterým je třeba se vyrovnat, je existence spínacích
stanic a transformátorů. Jelikož se jedná o problém opravdu závažný, je ve
většině případů šalamounsky obcházen. Přenos dat po elektrické rozvodné síti se
v praxi využívá k přenosu dat v rámci jednoho segmentu rozvodné sítě například
k přenosu řídicích signálů v průmyslové sféře, k přenosu dat po tzv. poslední
míli v datových sítích a podobně. Pokud je potřeba přenášet data i mimo jeden
segment rozvodné sítě, musí být k transformátoru přivedena datová linka jiným
způsobem (například optický kabel) a tato případně propojena do ostatních
segmentů sítě nebo do internetu.
Samotné zařízení je ve většině případů schopno pracovat se síťovým napětím v
rozsahu přibližně 200-250 V (v Česku sice máme v síti 230 V, povolená tolerance
je ovšem 5 procent) o frekvenci 50 nebo 60 Hz. Z důvodů omezení předepsaných
bezpečnostními normami a problémy s vytvořením takové karty, která by při svém
umístění v počítači nerušila ostatní nízkonapěťové komponenty, se nejedná o
interní kartu (tedy o obdobu například klasické ethernetové síťové karty), ale
o externí zařízení opatřené konektorem pro připojení na USB či Ethernet port. V
současné době jsou ke komerčnímu využití na trhu jak modemy pro průmyslové
řídicí systémy, které jsou schopny komunikovat rychlostmi řádově stovek bajtů
za sekundu, tak modemy pro připojení koncových počítačových stanic do sítě. Ty
jsou ovšem schopny přenášet data mnohem vyššími rychlostmi řádově desítky až
stovky megabitů za sekundu (například modem firmy Texas Instruments má
maximální teoretickou přenosovou rychlost 200 Mbitů/s).

Praktické využití
Má tedy přenos dat po elektrických rozvodech nějaké praktické využití už dnes?
Kromě jednoduchých průmyslových aplikací nenáročných na vzdálenost přenosu
(jelikož jsme omezeni sítí v rámci jedné trafostanice), jako je přenos řídicích
a kontrolních dat, může najít obrovské využití v oblasti lokálních sítí.
Například na internetových stránkách http://www.homeplugand play.com je nabízen
Instant Powerline USB Adapter v ceně 125 dolarů, který umožňuje připojit jedno
PC prostřednictvím USB portu do lokální elektrosítě. Tedy do sítě všech
počítačů připojených v rámci jedné trafostanice s využitím obdobného zařízení.
Přenosová rychlost je až 14 Mb/s, což je pro běžné domácí či kancelářské
aplikace dostačující. Pokud alespoň jeden počítač v síti je připojen do
internetu (modemem či raději jiným způsobem s vyšší přenosovou rychlostí), může
být toto spojení sdíleno v rámci celé sítě.

Slovníček
PLC - Power Line Communications/Carrier přenos dat po vedení elektrické sítě.
xDSL - Digital Subscriber Line technologie vysokokapacitních přenosů dat po
běžných linkách. Existují různé varianty DSL ADSL, IDSL, CDSL, HDSL a podobně,
proto se souhrnně označují jako xDSL.
Last mile problem - problém poslední míle pro telekomunikační společnosti není
problém zapojit kvalitní přenosové linky mezi jednotlivými "ústřednami".
Nejnákladnější, časově nejnáročnější a tudíž nejsložitější je výměna tzv.
poslední míle (tedy například od ústředny k zákazníkovi).
DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum rozdělení přenosového pásma na více
částí.

Problémy jsou se spínanými zdroji
V minulém čísle Computerworldu jsme psali o české firmě ModemTec
(www.modemtec.cz), která vyrábí modemy pro datové "neinternetové" přenosy v
sítích elektrického napětí.
Zeptali jsme se dvou zástupců firmy Bronislava Kantora, IT manažera, a Karla
Niemczyka, obchodního manažera na současnou situaci a případné problémy
nasazení této technologie.

Můžete popsat evropskou, a zvláště českou situaci, týkající se norem a
případných zákonů upravujících datové přenosy přes elektrickou síť?

Pro datové přenosy po energetické síti platí v Evropě i v Česku společná norma
(u nás ČSN EN 50065) s názvem "Signalizace v instalacích nízkého napětí v
kmitočtovém rozsahu od 3 kHz do 148,5 kHz". Norma se týká elektrotechnických
zařízení pracujících v kmitočtovém rozsahu od 3 kHz do 148,5 kHz a vysílání v
elektrických sítích nízkého napětí buď ve veřejných rozvodných sítích nebo
uvnitř instalací v objektech odběratelů. Stanovuje kmitočtová pásma, meze
koncového výstupního napětí v pracovním pásmu a meze pro rušení šířené vedením
a vyzařováním. Udává také metody měření. Kmitočty dělí do následujících oblastí
podle použití:
První oblast se nachází v pásmu od 3 kHz do 9 kHz a její využití je omezeno
pouze na dodavatele elektrické energie. Druhá, od 9 kHz do 95 kHz, je určena
pro dodavatele elektrické energie nebo pro spotřebitele po souhlasu dodavatele.
Třetí část, od 95 kHz do 148,5 kHz, je vymezena naopak jen pro odběratele,
přičemž v pásmu 125 až 140 kHz je vyžadován protokol o přistoupení k dohodě.
V letošním roce proběhla konference v Barceloně na téma přenosu dat po
nízkonapěťovém vedení, kde mimo jiné měly být projednávány i požadavky
rozšíření přenosových pásem. Zřejmě se jedná o pásma pro šíření internetu po
230V síti. Na projektu nové evropské normy pracují mimo jiné v ETSI
(http://www. etsi.org Evropský telekomunikační standardizační institut).

Jaké jsou, podle vašich zkušeností, největší technické problémy s datovými
přenosy přes elektrickou síť?

Oblasti technických problémů lze rozdělit do dvou základních skupin: stav
elektrické sítě (rušení) a vazba užitečného signálu v jednotlivých fázích sítě.
V prvním případě dělají největší problémy spínané zdroje používané v různých
výrobcích (PC a spotřební elektronika), jejichž rušení je širokospektrální v
kmitočtovém rozsahu asi od 15 kHz do řádově stovek kHz. Ve druhém případě se
užitečný signál z PLC modemu váže na jednu fázi. Problém je v tom, že ve
většině případů se signál nepřenese na další fázi nízkonapěťové sítě, pokud na
ní někde není umístěn tzv. spřahovač fází, který propojuje fáze signálově
(bohužel včetně rušení).
Z netechnické oblasti můžeme zmínit problémy s dodávkami komponent v malých
objemech pro vývoj, což jej prodražuje.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.