Сравнение современных реализаций широкополосной передачи данных по электросети 0,4/6/10/20 кВ

Системы BPL получили достаточно широкое распространение в Европе, они также представлены и на российском рынке. Их работа базируется на двух основных технологиях – DS2 и Home Plug 1.0..

В настоящее время широкополосные системы связи по электросети – BPL (Broadband over Powerline) приобретают все большее распространение в мире и связано это, прежде всего, с простотой организации доступа к информационной среде, ведь электросеть имеется в каждом доме, а доступ к сети с точки зрения конечного пользователя обеспечивается простым включением модема BPL в розетку.

Скорость связи по технологии BPL достаточна как для передачи технологической информации в режиме реального времени при построении Smart Grid, так и для современных интернет-сервисов рынка услуг широкополосного доступа: Voice over IP, Video On-Demand и других.

Новая технология BPL продолжает развиваться. Исследования в области широкополосной связи по электросети ведут крупнейшие мировые компании:

Системы BPL получили достаточно широкое распространение в Европе, также системы представлены и на российском рынке. Их работа базируется на двух основных технологиях – DS2 и Home Plug 1.0.

Описание принципов организации связи BPL в реализации DS2

В оборудовании для доступа к среде передачи данных – электропроводке, при реализации по технологии DS2, – используется алгоритм TDMA (Time Division Multiple Access — множественный доступ с разделением по времени).

Суть TDMA состоит в том, что каждому клиентскому устройству, присоединенному к головному устройству, передается маркер на определенный интервал времени. В течение этого интервала времени владения маркером устройство может передавать данные в полосе пропускания, определенной качеством соединения с головным устройством.

Для увеличения площади покрытия и количества устройств в сегменте при реализации по технологии DS2 производителями стандартно предлагается применять репитеры с разделением времени – TD (Time Division) репитеры. Очевидно, что с увеличением числа устройств, присоединенных к одному головному устройству, время владения маркером будет делиться между всеми устройствами, в том числе и между TD репитерами. Следовательно, в какой-то момент устройствам станет не хватать времени, чтобы передавать сколько-нибудь значительные количества данных, несмотря на то, что физическое соединение с головным устройством или с TD репитером будет хорошим.

Описанная ситуация проиллюстрирована на рисунке:

Очевидно, что при использовании TD репитеров большое увеличение количества устройств в одном сегменте не представляется возможным, то есть не получается добиться значительного увеличения длины канала связи.

Также следует отметить возможность возникновения затруднений у оконечных устройств с выбором мастера, к которому следует присоединиться – головное устройство или TD репитер.

Для решения указанных проблем была введена концепция репитера с разделением частоты – FD (Frequency Division) репитер, отсюда – FDMA (Frequency Division Multiple Access) – множественный доступ с разделением каналов по частоте. Данный принцип реализован, например, в стандарте GSM. FD репитер состоит из двух модемов, один из которых настроен как головное устройство (HE (head end) – головной модем), а второй – как оконечное (CPE (customer premises equipment) – модем клиента). Полоса частот делится на три моды, и каждая пара HE – CPE соединяется в своей части диапазона:

Так строится многослойный канал связи, в каждом звене которого приемо-передача данных происходит в своем частотном диапазоне. Это решение позволяет передавать данные на большие расстояния, однако, стоимость такого канала становится высокой, поскольку количество модемов в каждом звене удваивается.

Количество конечных устройств, присоединенных к одному головному модему BPL, в реализации DS2 не превышает 64 шт.

Описание принципов организации связи BPL в реализации Home Plug

В оборудовании связи BPL при реализации по технологии Home Plug применяется другой метод доступа к среде – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance «множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий»). Этот метод доступа используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11, а также в похожем новом европейском стандарте беспроводной связи HiperLAN\2.

Поскольку доступ к среде при реализации по технологии Home Plug является случайным (происходит «прослушивание» линии и, если другие CPE не передают, конечное устройство связи начинает передачу), количество устройств, присоединенных к одному головному модему, определяется размером домена коллизий. Количество конечных модемов BPL, работающих за одним головным модемом, по технологии Home Plug может составлять до 252 шт.

Технологию Home Plug для построения сетей использует крупный европейский производитель BPL систем – компания Power Plus Communications (PPC). Официальный представитель PPC в России – ООО «ПроГрид».

При организации сетей компанией PPC применяется концепция самостоятельной ячейки, образуемой головным устройством. Оконечное устройство можно сконфигурировать как принадлежащее к определенной ячейке, и тогда оно не будет пытаться выбрать наилучшего мастера.

Каждое устройство связи PPC является репитером, что позволяет осуществлять маршрутизацию пакетов в линии в зависимости от состояния канала:

Большой размер домена коллизий позволяет построить достаточно протяженную линию связи, чтобы сигнал от предыдущего головного устройства не становился шумом для следующего.

Проблема присоединения пограничных CPE решается посредством конфигурирования ячеек с помощью специализированного программного обеспечения.

Такой подход не позволяет организовать локальную сеть между клиентами, присоединенными к CPE и находящимся за одним HE, но это и не требуется для организации канала связи «точка-точка»:

Выводы по сравнению различных реализаций технологии связи BPL: