Передачи данных по электропроводке. создании локальной сети на электропроводке. PowerLine-устройства.
Автор: Федор Черников
Источник: CHIP 10/2005
Можно ли быстро и с малыми затратами организовать
домашнюю локальную сеть? Безусловно, если
воспользоваться некоторыми сетевыми технологиями
Cегодня
не редки случаи, когда в доме используется несколько
компьютеров. Кроме того, в квартирах наверняка найдутся
принтеры, сканеры, медиа-центры, цифровые камеры, а
также прочая подключаемая к ПК периферийная техника.
Поэтому вопрос - как быстро и с минимальными затратами
объединить все эти устройства в локальную сеть да еще
обеспечить пользователям совместный выход в Интернет,
становится весьма актуальным. Однако дома с "классической" Ethernet не очень
хочется возиться. Ведь надо покупать кабель
(UTP/STP/Fiber), розетки, а также инсталлировать их,
делать отверстия в стенах и выполнять прочие работы. На
помощь могут прийти Wi-Fi-сети (см. ЧИП 11/2004, с.
108). Однако удобная во всех отношениях беспроводка
также имеет некоторые недостатки. Прежде всего, это
вероятность появления "мертвых зон" (участки, не
досягаемые для радиоволн), а также дополнительные
сложности с настройкой безопасности.
Оказывается, есть решения, которые лишены этих
недостатков. Так, для создания "локалки" можно
использовать уже то, что давно есть в каждом доме, -
электрическую проводку 220/110 вольт.
Истоки технологии
В мире мобильной связью сегодня пользуется более 1,7
миллиарда человек. Стационарный телефон есть у 1,1
миллиарда жителей нашей планеты (данные МСЭ). А вот
лампочка светит у более чем 95 % населения земного шара
(нас около 6,5 миллиардов).
Столь высокое проникновение электричества подтолкнуло
изобретателей к использованию электросетей не по
назначению, а точнее для передачи данных. Первые
эксперименты по трансляции в энергосистемах тоновой
сигнализации для железных дорог состоялись еще в 30-х
годах прошлого века. Практически тогда и появился термин
PowerLine Communication (PLC) - связь по электросетям.
|
Важный компонент сетей на
электропроводке - PowerLine-мосты, обеспечивающие
передачу данных на скоростях до 14 Мб/с
|
Уже в 80-х годах некоторые производители АТС даже
умудрялись создавать системы передачи голосовых каналов
по электросети между модулями телефонной станции. Однако
до последнего момента технология PowerLine практически
оставалась уделом экспериментаторов. Серьезно о ней
заговорили лишь в эпоху бурного расцвета Глобальной
паутины. В некоторых европейских странах (прежде всего
Германии и Англии) энергетические компании решили с
помощью широкополосного доступа по электросети
предоставлять пользователям доступ в Сеть.
На помощь им пришли известные производители
телекоммуникационного оборудования (Siemens, Nortel,
Motorola и др.), которые наладили производство первых
PowerLine-систем. Тем не менее массового спроса на
PowerLine в качестве решения для последней мили не
произошло.
Это объяснялось несколькими причинами. Во-первых,
широкое использование PowerLine-систем приводило к
появлению в электросети недопустимых помех. Поэтому в
ряде европейских стран и США были определены достаточно
жесткие требования к уровням помех (они представлены в
документах: в США - это FCC Nr 15, в Германии - NB30, в
Великобритании - MPT1570), что привело к существенному
ограничению исполь-зования PowerLine-устройств.
Во-вторых, для доступа в Интернет начали активно
предлагаться другие широкополосные технологии, прежде
всего xDSL, которые прекрасно уживались на одной линии с
телефоном.
Но, несмотря на неудачи в решениях последней мили,
PowerLine оказалась весьма удобна для применения внутри
помещений, то есть для создания небольших домашних и
офисных сетей. Да и работа PowerLine-оборудования до
квартирного счетчика (трансформатора) практически не
создает помех во внешнюю электросеть.
Сегодня технология PowerLine полностью
стандартизирована в виде документов HomePlug 1.0,
одобренных HomePlug Powerline Alliance в 2001 году
(входит более 90 мировых компаний). Стандарт HomePlug
1.0 гарантирует совместимость устройств от разных
производителей, а также максимальную скорость передачи
по электропроводке до 14 Мб/с. Дальность связи зависит
от состояния электропроводки и нагрузки. Тем не менее
стандарт HomePlug 1.0 предполагает максимальную скорость
передачи между ПК, соединенными проводкой длиною до 90
метров. В общем же случае средняя "дальнобойность"
PowerLine составляет порядка одного километра. А со
специальными повторителями (усилителями) удается
передавать данные до 10 км.
Байты в розетке
В HomePlug 1.0 разработчики весьма элегантно решили
вопрос передачи данных по электропроводке. Для этого в
системах используются специальные фильтры, которые
отделяют низкочастотную (50 или 60 Гц) синусоиду
электричества от высокоскоростного трафика данных,
передаваемых в диапазоне 1,6-30 МГц. Этот диапазон
оказался наиболее подходящим с точки зрения затухания
сигнала и скорости передачи.
Практически работа всех современных устройств
PowerLine основывается на технологии доступа OFDM
(ортогональное частотное разделение каналов с
одновременной передачей данных на разных несущих). К
слову, технология OFDM хорошо себя зарекомендовала в
высокоскоростных Wi-Fi-сетях 802.11a/g.
Технология OFDM разбивает исходный поток данных на
пакеты, которые кодируются (способы DBPSK или DQPSK) и
передаются в диапазоне частот 1,6-30 МГц на отдельных
несущих частотах (их максимальное количество может
достигать 84). На приеме эти пакеты опять собираются в
единый поток и поступают на компьютер пользователю.
Общая скорость передачи суммируется из скоростей всех
пакетов, передаваемых на несущих. При этом максимальная
информационная скорость может достигать 20 Мб/с, однако
для снижения вероятности ошибки в устройствах стандарта
HomePlug 1.0 применяется 14 Мб/с.
Домашняя сеть на
электропроводке |
|
Там, где прокладка
Ethernet-кабеля затруднена, приходят на помощь
устройства HomePlug. За считанные минуты они
позволят объединить по электропроводке все
домашние компьютеры и
периферию |
На скорость и достоверность передачи информации
сильно влияют помехи от различных бытовых
электроприборов. Причем наиболее вредны импульсные
помехи от СВЧ-печей, электродвигателей и др. Поэтому для
борьбы с помехами в устройствах HomePlug 1.0
используются так называемые адаптивные механизмы. Они
позволяют без потери данных автоматически отключать
несущие частоты (любые из 84), пораженные помехами, а
также переходить на менее скоростное кодирование
сигнала.
Особенностью устройств HomePlug 1.0 есть шифрование
данных алгоритмом DES с 56-разрядным ключом, который
гарантирует высокую защищенность трафика. Причем в
отличие от WEP в беспроводке, алгоритм DES включен
всегда по умолчанию. Дополняет положительную картину о
HomePlug 1.0 поддержка функции качества обслуживания QoS
(четыре уровня приоритетов), что позволяет в домашних
локальных сетях наслаждаться мультимедиа.
Сеть по кирпичику
При создании локальной сети на электропроводке
следует учитывать один нюанс. Все PowerLine-устройства
должны быть подключены к одной фазе напряжения (у нас
используется трехфазное напряжение), иначе они не будут
работать. Как правило, в отдельных квартирах и
помещениях все розетки подключены к одной фазе, поэтому
повода для беспокойства нет. Однако если возникнет
необходимость объединить компьютеры, расположенные в
соседних квартирах, то желательно выяснить ситуацию с
электропроводкой.
В общем же случае для создания домашней локальной
сети на электропроводке предусмотрены клиентские
адаптеры и мосты. Их подключают к обычной розетке
220/110 В, а также по интерфейсам Ethernet, PCI или USB
- к компьютерам.
Так, домашнюю сеть можно построить с помощью моста
D-Link DHP-100, имеющего один порт 10/100 Ethernet и
разъем для подключения к электросети. Устройство
поддерживает функцию plug-and-play и обеспечивает
скорость передачи до 14 Мб/с по электропроводке. В
DHP-100 есть функции шифрования (с 56-разрядным ключом)
и качества сервиса QoS. Устройство оборудовано
специальными индикаторами, с помощью которых
пользователь может определить активность и подключение
линий Ethernet и электропроводки. Также для ЛВС можно
задействовать практически аналогичный по
функциональности мост NeverWire 14 компании Phonex
Broadband. Причем в одной локальной сети могут работать
до 16 аналогичных устройств.
Если необходимо подключать ПК или другие устройства
по USB-портам, то следует обратить внимание на системы
Dynamix PL-U компании "Вектор" или NeverWire USB. В
комплект устройств входит CD-диск с драйверами под
Windows 98SE/Mе/2000/XP. Стоимость Ethernet-мостов и
USB-адаптеров находится в пределах $80-120.
Доступны и оригинальные устройства, объединяющие в
себе другие полезные возможности. Например, "Вектор"
предлагает маршрутизатор Dynamix UM-A4/PL с
ADSL-интерфейсом, четырьмя портами 10/100 Fast Ethernet
и поддержкой PowerLine. С помощью ADSL-интерфейса все
компьютеры малого офиса или дома получат "быструю"
дорогу в Сеть (до 8 Mб/с к абоненту). Интерфейс же
PowerLine будет незаменим для соединения с компьютерами,
расположенными в удаленных помещениях.
Одновременно две технологии - Wi-Fi и PowerLine
-хорошо уживаются в устройстве HomePlug PLC-Wi-Fi
компании TelLink. С его помощью ноутбук с радиокартой
стандарта 802.11b можно соединить с компьютерами,
подключенными к электропроводке. При этом для защиты
данных в радиоканале используется алгоритм WEP
(128-разрядный ключ), а в электросети - DES
(56-разрядный ключ).
Следующая страничка
Развитие технологии PowerLine вовсе не остановилось.
На повестке дня переход к новой версии стандарта
HomePlug AV, с помощью которого по электропроводке можно
будет передавать данные со скоростью до 200 Мб/с. Этот
стандарт открывает дорогу высококачественной трансляции
мультимедиа и телевидению высокой четкости (HDTV).
Например, с помощью оборудования HomePlug AV можно с ПК
транслировать на медиа-центр, подключенный к телевизору,
DVD-фильмы. При этом остальные домочадцы спокойно будут
перекачивать файлы между ПК и осуществлять вэб-серфинг.
Хорошо подходит HomePlug AV для VoIP-приложений, для
чего в устройствах HomePlug AV предусмотрены функции,
гарантирующие трафику необходимую полосу пропускания и
минимум задержек.
Работа первых устройств HomePlug AV уже была
продемонстрирована на CeBIT 2005. Так, на ганноверской
выставке трансляцию HDTV-телевидения по электропроводке,
соединившей цифровой видеоприемник с LCD-телевизором,
продемонстрировали компании Intellon, Conexant и Sharp.
Однако массовое появление устройств, поддерживающих
HomePlug AV, следует ожидать в следующем году. Ну а пока
забыть о дополнительных розетках и кабелях Ethernet
поможет ныне здравствующий HomePlug 1.0.