Radosław Dymek 3Services Factory S.A. MEDIA KOMUNIKACYJNE W INTELIGENTNYCH SIECIACH ENERGETYCZNYCH (ISE) WPROWADZENIE Jedną z funkcji Inteligentnych Sieci Energetycznych (ISE) jest integracja zachowania i działania wszystkich przyłączonych do niej użytkowników poczynając od wytwórców po odbiorców energii, gazu i ciepła. Integracja działao jest możliwa poprzez inteligentny system pomiarowy (ang. Smart Metering) pozwalający na pomiar, gromadzenie i analizę zużycia energii, składający się z liczników energii i mediów komunikacyjnych. Media komunikacyjne są niezbędnym łącznikiem Infrastruktury Sieci Domowej (ISD, ang. HAN - Home Area Network) tj. zestawu urządzeo zainstalowanych w domu, wzajemnie komunikujących się ze sobą, służących między innymi do zarządzania zużyciem energii, do przydomowej produkcji energii, a innymi sieciami w tym w szczególności z sieciami Smart Metering. Media komunikacyjne wykorzystywane są w następujących obszarach: - metrologii (zbieranie danych, przetwarzanie danych), - telekomunikacji i sieciach komputerowych (przesyłanie danych), - technologiach informatycznych (przetwarzanie, składowanie i prezentacja danych) Transmisja danych pomiędzy ISD a systemem pomiarowym może byd realizowana poprzez media przewodowe i bezprzewodowe. Do przewodowych mediów komunikacyjnych, które mają zastosowanie w sieciach rozległych należą: - Kabel analogowy (telefonia stacjonarna) technologie DSL, - Kable energetyczne technologia PLC, - Kabel światłowodowy, w tym technologia PON. 1. BEZPRZEWODOWE MEDIA KOMUNIKACYJNE Łącznośd bezprzewodowa (radiowa) jest realizowana poprzez technologie: - WiMAX, - telefonii komórkowej (GSM), zgodnie ze standardami: GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA, LTE. WiMAX - (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Technologia bezprzewodowego dostępu do sieci teleinformatycznych. Medium transmisyjnym wykorzystywanym przez WiMAX są fale radiowe, sama technologia zaś została zaprojektowana pod kątem wysokiej wydajności w przesyłaniu informacji na duże odległości. 1
Maksymalna teoretyczna przepustowośd łącza WiMAX wynosi około 75Mbit/sek, w praktyce osiągnięcie tego wyniku możliwe jest jedynie na dystansie między nadajnikiem a odbiornikiem nieprzekraczającym 10 kilometrów, dodatkowo najbliższa przeszkoda terenowa powinna byd umieszczona minimum kilkadziesiąt metrów od nadajnika i nie może przesłaniad obszaru wokół toru optycznego między nadajnikiem a odbiornikiem zwanego strefą Fresnela. w praktyce tego typu warunki są trudne do spełnienia. W przeciwieostwie do innych technologii radiowych, w szczególności Wi-Fi, WiMAX wykorzystuje do działania licencjonowane pasmo radiowe (od 2 do 11GHz), dzięki czemu nadawca zobowiązany jest jedynie uzyskad zezwolenie na nadawanie sygnału, nie musi natomiast przeprowadzad skomplikowanej procedury prawnej w celu uzyskania licencji na nadawanie w paśmie niedostępnym dla nadawców prywatnych. Zalety: - Wysoka przepustowośd transmisji (spadająca wraz z odległością od nadajnika), - Duży zasięg. Maksymalny zasięg nadajnika wynosi nawet kilkadziesiąt kilometrów, ale jeśli w promieniu jego działania znajdują się przeszkody terenowe przecinające strefę Fresnela, zasięg spada do 10 i mniej kilometrów, - Protokoły kontroli danych umożliwiają przesyłanie informacji nawet w sytuacjach, gdzie odbiornik jest w stanie odebrad jedynie sygnał odbity od przeszkody terenowej. w takiej sytuacji pakiet danych zostanie przetransmitowany bez błędów, jednak problemem jest prędkośd transmisji spadająca poniżej 1 Mbit/sek. z tego powodu WiMAX nadaje się do pracy np. w warunkach gęstej, wysokiej zabudowy miejskiej, gdzie trudno zapewnid czysty tor optyczny i nienaruszoną strefę Fresnela. - Wysoki koszt urządzeo: modemów, nadajników i odbiorników, - Koniecznośd budowy masztów nadawczych, do których najczęściej doprowadzone są światłowody, - Stosunkowo wąski zakres zastosowao projekt WiMAXa miał na celu stworzenie metody uzyskania wysokiej transmisji danych w warunkach, w których inne technologie się nie sprawdzały lub ich funkcjonowanie było mocno utrudnione, - W polskich realiach prędkości transmisji uzyskiwane na łączach WiMAX nie przekraczają kilku Mbit/sek, - Z uwagi na niewielkie zainteresowanie operatorów sieciowych i telefonicznych uruchomione instalacje tego systemu korzystają często z urządzeo przeznaczonych dla innych standardów, co utrudnia pełne skorzystanie z możliwości WiMAX. GPRS - (ang. General Packet Radio Service) jest technologią bezprzewodowego przesyłu danych stosowaną w sieciach telefonii komórkowej, opierającą się o metodę pakietową. Głównym założeniem leżącym u podstaw GPRS jest podział transmitowanych danych na odrębne pakiety, zamiast transmisji ciągłej. 2
Funkcjonowanie transmisji pakietowej jest zbliżone do działania komputerowej sieci LAN wykorzystującej protokół dostępu do medium CSMA/CD. w przypadku GPRS medium transmisyjnym są fale radiowe nadawane i odbierane przez stację bazową (BTS). Po włączeniu do sieci i nawiązaniu połączenia telefon otrzymuje swój unikatowy identyfikator TFI (Temporary Flow Indentity), który jest wykorzystywany do sygnowania pakietów. Jeśli urządzenie ma zamiar nadad własne dane, najpierw muszą one zostad podzielone na pakiety. Każdy z pakietów otrzymuje znacznik określający jego kolejnośd, dzięki czemu urządzenie odbiorcze będzie w stanie odtworzyd odebrane dane. Nadajnik wysyła dane w momencie pojawienia się wolnej szczeliny czasowej, a kanał komunikacyjny otwiera się wyłącznie na czas transmisji, zwalniając go dla potrzeb innych urządzeo. Ewentualny konflikt pomiędzy dwoma lub większą liczbą urządzeo nie spowoduje utraty danych, a jedynie może wpłynąd na efektywną przepustowośd łącza. Na bazie technologii GPRS można utworzyd medium transmisyjne umożliwiające połączenia wykorzystujące takie protokoły jak TCP/IP, PPP lub X.25. Dzięki protokołowi TCP/IP, użytkownicy mogą uzyskad dostęp do internetu. Protokół PPP jest zazwyczaj wykorzystywany do emulacji modemu przez telefon komórkowy funkcja taka pozwala na podłączenie telefonu do komputera i umożliwienie tunelowania protokołu IP w sieci GSM, zapewniając tym samym dostęp do internetu z komputera. Zalety: - Obniżenie kosztów korzystania z połączenia pracującego w technologii GPRS dane przesyłane w postaci pakietów powodują, że nie ma konieczności utrzymywania stale otwartego połączenia, niezależnie od ilości danych oczekujących na transmisję lub ich braku. Łączne zostaje nawiązane tylko w momencie pojawienia się kolejnego pakietu danych do przesłania, po zakooczeniu transmisji połączenie jest przerywane. Takie rozwiązanie umożliwia naliczanie opłat za ilośd przesłanych danych, a nie za czas trwania połączenia, - Obniżenie wymagao dotyczących przepustowości sieci komórkowej. z punktu widzenia operatora użytkownik korzystający z łączności sieciowej nie zajmuje przez cały czas połączenia dostępnego pasma, ale zwalnia je po wysłaniu, bądź odebraniu kolejnego pakietu, - Możliwośd wykorzystania istniejącej już infrastruktury technicznej sieci GSM, bez konieczności dokonywania jej modernizacji lub tworzenia nowej sieci od podstaw. - Niewielka prędkośd transmisji danych - ok. 80 kbit/s, - Czarne dziury (miejsca gdzie nie dociera sygnał GSM), - Limity transmisji danych, - W przypadku gdy trzeba się połączyd z numerem karty SIM od strony internetu, potrzebny jest APN (statyczny adres IP dla numeru karty SIM). 3
EDGE (ang. Enhanced Data rates for GSM Evolution) Rozwiązanie na bazie technologii GPRS, wprowadzającego wyższe prędkości transmisji danych oraz usprawniającego niektóre dotychczas stosowane rozwiązania. UMTS - (ang. Universal Mobile Telecommunications System) - standard telefonii komórkowej trzeciej generacji. w systemie GSM na jakośd transmisji danych nie ma wpływu odległośd pomiędzy dwoma użytkownikami koocowymi. w przypadku UMTS standard przewiduje wprowadzenie czterech zróżnicowanych stref sieci telefonicznej, uzyskiwane prędkości transmisji będą różniły się w zależności od lokalizacji użytkowników w strefach. Użytkownicy znajdujący się w jednej strefie mają możliwośd wymiany danych z maksymalną możliwą prędkością przesyłu. Najmniejszą strefę sieci UMTS stanowi tzw. pikokomórka (ang. Picocell) o średnicy kilkudziesięciu metrów. Użytkownicy znajdujący się w pojedynczej pikokomórce mają do dyspozycji maksymalną przepustowośd oferowaną przez standard UMTS, czyli ok. 2 Mbit/sek. Kolejna strefa to mikrokomórka (ang. Microcell). Jej średnica wynosi około kilkuset metrów (w zależności od istniejących przeszkód terenowych) i może obejmowad dowolną liczbę pikokomórek. Użytkownicy znajdujący się w zasięgu mikrokomórki mają do dyspozycji pasmo o przepustowości z zakresu 384 512 kbit/sek. Następna strefa to makrokomórka (ang. Macrocell), jej średnica wynosi kilka kilometrów. Maksymalna prędkośd transmisji w zasięgu makrokomórki wynosi 384 kbit/sek. i w przypadku tej strefy nie ma znaczenia, czy użytkownik podczas wymiany danych wejdzie w obszar pikokomórki swojego rozmówcy, maksymalna przepustowośd łącza nie ulegnie zmianie. Największa strefa zdefiniowania przez UMTS nosi nazwę komórki światowej (ang. World cell), jej zadaniem jest umożliwienie współdziałania abonentom różnych sieci komórkowych, stworzonych przez różnych operatorów, często w różnych krajach lub nawet odrębnych kontynentach. Komunikacja w komórkach światowych będzie dostępna również dla posiadaczy urządzeo pracujących w poprzednich standardach, np. GSM, nieobsługujących UMTS. w takiej sytuacji każda wymiana danych pomiędzy użytkownikami (nawet jeśli tylko jeden będzie korzystał z urządzenia poprzedniej generacji) będzie traktowana jako transmisja w komórce światowej, nawet jeśli będą znajdowali się w zasięgu pojedynczej pikokomórki. Standard UMTS definiuje trzy zakresy transmisji danych. Pierwszy z nich, kanał 35MHz wykorzystywany jest do komunikacji pomiędzy urządzeniami znajdującymi się w zasięgu pojedynczej pikokomórki, oferując przepustowośd do 2Mbit/sek. Do wymiany danych pomiędzy abonentami znajdującymi się w zasięgu mikro- lub makrokomórek służą dwa kanały niesymetryczne 30 MHz (np. transmisja danych w jedną stronę) lub symetryczne na częstotliwości 60 MHz (np. na potrzeby rozmowy telefonicznej). Zalety: - Obszary makrokomórek z reguły pokrywają się częściowo, tworząc tym samym wysoki stopieo nadmiarowości. Cecha taka pozwala na bardzo sprawne przełączanie stacji 4
bazowej w razie awarii jednej z nich odpowiednia makrokomórka staje się nieaktywna, a jej obszar przejmują inne, najbliższe stacje, - Łatwośd lokalizacji aparatu dzięki strukturze komórkowej możliwe staje się określenie położenia urządzenia z dokładnością do pojedynczej pikokomórki, czyli około kilkudziesięciu metrów. - Podatnośd na zakłócenia z zewnątrz co wpływa na zmniejszenie przepustowości, - Czarne dziury (miejsca gdzie nie dociera sygnał GSM), - Limity transmisji danych, - W przypadku gdy trzeba się połączyd z numerem karty SIM od strony internetu, potrzebny jest APN (statyczny adres IP dla numeru karty SIM). HSDPA - (ang. High Speed Downlink Packet Access) jest rozszerzeniem technologii UMTS (potocznie określany jako 3.5G - telefonia generacji 3.5). w klasycznym standardzie UMTS wykorzystującym technologię WCDMA maksymalne prędkości transmisji danych wynoszą 2 Mbit/sek (tylko w obrębie pikokomórki), a realnie spotykane w praktyce to 384 kbit/sek. Rozszerzenie HSDPA wykorzystuje te same pasma częstotliwości, co UMTS, a do wykorzystania nowej funkcjonalności w przeważającej większości przypadków konieczne jest tylko przeprowadzenie aktualizacji oprogramowania urządzeo kontrolujących pracę sieci telefonii komórkowej, np. w stacjach bazowych i ich kontrolerach. Różnice pomiędzy HSDPA a UMTS to: - inny rodzaj modulacji, co umożliwia uzyskanie znacznie wyższych prędkości przesyłu danych, kosztem odporności na zakłócenia i zjawiska fizyczne, jak np. interferencja, czy odbicie, - Wprowadzenie odrębnego kanału sygnałowego do przesyłu danych pakietowych w jedną stronę, tzn. od stacji bazowej do odbiorcy. Wynikiem wprowadzenia standardu HSDPA był wzrost maksymalnej możliwej do uzyskania prędkości przesyłu danych w sieci telefonii komórkowej z 384 kbit/sek oferowanych przez technologię UMTS do teoretycznej wartości 21.6 Mbit/sek. Jednak w optymalnych warunkach można uzyskad w praktyce transfer danych z prędkością 7.2 Mbit/sek, a typowe przepustowości łącza podczas transmisji wynoszą od 1.8 do 3.6 Mbit/sek. LTE - (ang. Long Term Evolution) jest standardem telefonii komórkowej, mającym stanowid następcę standardów 3G. Głównym założeniem nowego standardu jest położenie nacisku na funkcjonalnośd mobilnego dostępu szerokopasmowego. LTE zostało oficjalnie zatwierdzone w 2008 roku, wersje komercyjne systemu zostały uruchomione w 2010 roku, natomiast pełne zaistnienie na rynku telefonii komórkowej jest planowane na lata 2016-2017. 5
Zalety: - Zwiększenie maksymalnej przepustowości łącz oraz zmniejszenie opóźnieo w przesyłaniu informacji. Przeprowadzone testy praktyczne wykazały, że w środowisku miejskim możliwe jest uzyskanie prędkości transmisji danych 175 Mbit/s, w trudnych warunkach terenowych 100 Mbit/s, - Uproszczenie procedur zarządzania infrastrukturą sieciową i połączeniami. Standard LTE może korzystad z już istniejących instalacji i łączy komórkowych (w niektórych przypadkach w mniej lub bardziej okrojonej wersji), a technologia ta umożliwia również przeprowadzenie łatwej modernizacji celem dostosowania do pełnego zasobu usług i funkcji oferowanych przez LTE, - obsługa do 200 użytkowników w pojedynczej komórce (ang. Cell) sieci, w promieniu 5-ciu kilometrów, - Możliwośd zapewnienia wysokiej przepustowości użytkownikom poruszających się z wysoką prędkością. - Limity narzucone na ilośd transmitowanych danych, - Prędkośd transmisji zależy od odległości od stacji bazowych, - Obecnie zasięgiem LTE objętych jest ok. 22 proc powierzchni kraju, - Objęcie zasięgiem całego kraju planowane jest po roku 2016. 2. PRZEWODOWE MEDIA KOMUNIKACYJNE DSL - (ang. Digital Subscriber Line) - technologia umożliwiająca transmisję danych cyfrowych o maksymalnej przepustowości do 40Mbit/s przy wykorzystaniu klasycznych, analogowych linii telefonicznych. Jako medium transmisyjne pomiędzy dwoma odległymi od siebie urządzeniami służy analogowa linia telefoniczna. Do obu kooców linii podłączone są urządzenia DSL (modemy), a do modemów komputery lub urządzenia, za pomocą typowego sieciowego przewodu wielożyłowego (skrętka). Modem DSL odbiera od komputera informacje w postaci cyfrowej, następnie przekształca je na postad cyfrową i przesyła linią telefoniczną do drugiego z modemów. Modem odbiorcy ponownie dokonuje konwersji sygnałów, tym razem na informację w postaci cyfrowej i przekazuje do komputera. Pomiędzy modemem a linią telefoniczną musi znajdowad się urządzenie o nazwie splitter (filtr analogowy), który rozdziela sygnał na sygnał o częstotliwości poniżej 5kHZ i kieruje go do telefonu oraz sygnał o wyższej częstotliwości do modemu DSL. Technologie z rodziny DSL to: 1. ADSL - (ang. Asymmetric Digital Subscriber Line) łącze asymetryczne. Jest wykorzystywane przy tworzeniu połączeo klienckich z internetem, jego cechą jest większa maksymalna przepustowośd w stronę klienta niż w stronę serwera (internetu). Najczęściej spotykane przepustowości ADSL to od 8 do 24 Mbit/s do użytkownika i od 128 kbit/s do 1 Mbit/s od użytkownika. 6
2. SDSL - (ang. Asymmetric Digital Subscriber Line) łącze symetryczne. Stosunkowo rzadko stosowane podczas budowy sieci dostępu do internetu, jego cechą jest jednakowa przepustowośd w obie strony, najczęściej wynosząca 1.5 lub 2 Mbit/s. 3. HDSL - (ang. High data rate Digital Subscriber Line) technologia korzystająca ze znacznie szerszego zakresu częstotliwości od 5 do 300 KHz. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest uzyskanie przepustowości do 784 kbit/s na jednej parze przewodów miedzianych, a maksymalna przepustowośd łącza jest bezpośrednio zależna tylko od liczby par przewodów. Wadą technologii HDSL jest znaczne pogarszanie się jakości i przepustowości łącza wraz ze wzrostem długości okablowania, maksymalny zasięg jednego segmentu może wynosid do 4000 metrów. 4. VDSL - (ang. Very High Speed Digital Subscriber Line) technologia umożliwiająca uzyskanie przepustowości do 52Mbit/s w jedną stronę lub 26Mbit/s w obie przy użyciu jednej tylko pary przewodów miedzianych. Jej zasadniczą wadą jest maksymalny zasięg pojedynczego segmentu okablowania, który nie może przekroczyd 300 metrów. Technologia VDSL jest w związku z tym wykorzystywana najczęściej do budowy lokalnej infrastruktury dostępu do sieci komputerowej. Zalety: - szybkie, stałe łącze - stosunkowo duża dostępnośd instalacji - mała awaryjnośd - sprawdzona, tania technologia - modemy DSL do przesyłu informacji wykorzystują pasmo częstotliwości powyżej 5KHz, niewykorzystywane podczas normalnych rozmów telefonicznych - asymetryczne łącze ogranicza szybkośd wysyłania danych PLC - (ang. Power Line Communication) - metoda transmisji danych, polegające na przesyłaniu równolegle z napięciem zasilającym 230 V o częstotliwości 50 Hz sygnału z danymi o wyższej częstotliwości (pasmo od 1,6kHz do 148,5 khz). Aktualnie występują dwa standardy definiujące sieci wykorzystujące PLC: CENELEC dzielący pasmo częstotliwości na cztery grupy 9 khz- 95 khz- 125 khz- 140 khz- 148,5 khz, oraz ETSI TS 101 867 pracujący na częstotliwościach 1,6-10 khz na zewnątrz oraz 10-30 khz wewnątrz budynków. Drugi standard (ETSI TS 101 867) charakteryzuje się większą przepustowością ze względu na szersze pasmo częstotliwości. W stacji transformatorowej, do której jest doprowadzony sygnał informatyczny za pomocą światłowodu, kabla, radiolinii lub drogą satelitarną, umieszczany jest tzw. kontroler zewnętrzny (Outdoor Master). Nakłada on na przyłączoną do niego sied elektryczną niskiego napięcia o częstotliwości 50 Hz dodatkowy sygnał wielkiej częstotliwości, który jest dalej przesyłany do koocowego abonenta. Jest to tzw. system zewnętrzny. Sygnał ten dochodzi następnie do kontrolera wewnętrznego (OAP/IC) umieszczonego w złączu elektrycznym przy budynku, skąd dalej jest przesyłany do wszystkich gniazd sieciowych zainstalowanych 7
u użytkowników. Moduł odbiorczy oddziela sygnał w paśmie nadawczym z napięcia zasilającego. Wyizolowanie sygnału użytecznego z pasma nadawczego odbywa się za pomocą filtrów wąskopasmowych. Ta częśd instalacji tworzy system wewnętrzny. Oba połączone systemy tworzą komórkę PLC (Power Cell). Technologia PLC zapewnia prędkośd przesyłu do 4,5 Mbps w obrębie jednej komórki. Prędkośd ta może się znacznie zmniejszyd w wyniku zakłóceo pochodzących z sieci. Moc transmitowanego sygnału jest niewielka od 40 nw do 20 mw. Zasięg transmisji PLC jest stosunkowo mały, zazwyczaj do 250 m. Technologia ta znalazła zastosowanie w systemach AMR (Automatic Meter Reading System Zdalnego Odczytu). Liczniki pracujące w większym systemie wysyłają informacje po liniach energetycznych do komunikatora PLC, który następnie po zmagazynowaniu danych wysyła je za pomocą światłowodu, kabla, radiolinii lub drogą satelitarną do stanowiska dyspozytorskiego. Zalety: - wykorzystanie linii energetycznych do transmisji danych, - możliwośd podpięcia wielu urządzeo (głównie odbiorników energii). - koniecznośd dostarczania danych do stacji transformatorowych przy pomocy innego medium (transmitowany sygnał nie przechodzi poza transformator), - Prędkośd transmisji może drastycznie spaśd w wyniku zakłóceo występujących w sieci, - Transmisja PLC może powodowad zakłócanie odbiorników radiowych. ŚWIATŁOWÓD - rodzaj medium transmisyjnego, w którym do przekazywania informacji służy sygnał świetlny. Rolę klasycznych przewodów miedzianych w kablu światłowodowym przejmują włókna szklane, półprzewodnikowe lub plastikowe o grubości od 0.4 mikrometra, otoczone nieprzezroczystym płaszczem z tworzywa sztucznego. w pojedynczym kablu światłowodowym może znajdowad do kilkuset (288 i więcej) pojedynczych włókiem. Zasada działania światłowodu opiera się na zjawisku przenoszenia impulsu świetlnego generowanego przez laserowe źródło światła, z wykorzystaniem zjawisk falowych, takich jak np. odbicie. Światłowody ze względu na ich tzw. strukturę modową (mod - składowa "porcja" promieniowania świetlnego) dzielimy na: - Jednodomowe - w pojedynczym włóknie światłowodu transmitowana jest pojedyncza wiązka światła o określonej długości fali. Zaletą światłowodu jednomodowego jest brak zjawisk wpływających na osłabienie czy też rozmycie sygnału, - Wielomodowe - w pojedynczym włóknie transmitowane jest wiele wiązek światła o tej różnej długości fali. Ze względu na sposób zachodzenia zmian współczynnika załamania dzielimy na skokowe i gradientowe. Ze względu na strukturę światłowody dzielimy na: włókniste, warstwowe, paskowe. 8
Zalety: - Duży zasięg dzięki bardzo niskiej tłumienności sygnału, rzędu 0.2 db/km, możliwe jest przesyłanie danych bez obniżenia przepustowości łącza na odległości do 100 km w pojedynczym segmencie okablowania, bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeo wzmacniających, - Bardzo wysoka przepustowośd uzyskiwana na długich dystansach, do 100 Gbit/s przy standardowym typie okablowania światłowodowego. Przewody wykonane w technologii xwdm stosującej zwielokrotnienie sygnału przesyłanego w pojedynczym włóknie mogą osiągnąd przepustowośd do 1 Tbit/sek, - Niewrażliwośd na warunki zewnętrzne, takie jak pole elektromagnetyczne (brak generacji zakłóceo elektromagnetycznych, brak prądów błądzących, brak różnic potencjałów), zakłócenia akustyczne, przepięcia w instalacjach energetycznych itp., - Brak emisji energii do otoczenia, co znacznie redukuje straty sygnału, - Bezpieczeostwo transmisji - podsłuch sygnału transmitowanego przez światłowód jest praktycznie niemożliwy bez ingerencji w przewód, - Duża trwałośd, rzędu 25 lat, - Niski stopieo awaryjności i wysoka niezawodnośd transmisji. - Wrażliwośd na uszkodzenia mechaniczne (odsłoniętych przewodów), - Mała elastycznośd kabla (promieo skrętu w zależności od grubości kabla rzędu kilkunastu do kilkudziesięciu centymetrów), - koniecznośd ścisłego przestrzegania zasad konstruowania segmentów okablowania, łączenia przewodów, wykonywania wtyczek i połączeo. FTTH - (ang. Technologia FTTH (Fiber to the Home) opiera się na pasywnej sieci optycznej PON - Passive Optical Network) i wykorzystuje architekturę punkt-wielopunkt tak aby za pomocą jednego włókna światłowodowego dostarczyd usługi Triple-Play (telewizja, internet, telefon) do abonenta a jednocześnie eliminuje urządzenia aktywne (wymagające zasilania) na trasie od POP do abonenta. Zalety sieci PON (poza innymi zaletami sieci światłowodowych): Najbardziej ekonomiczna technologia do budowy sieci światłowodowej nowej generacji - Działa na odległościach do 20km (ograniczenie wynika z budżetu mocy urządzeo aktywnych), - Duża żywotnośd technologii (brak urządzeo aktywnych). 3. LTE CZY FTTH? Łącznośd radiowa (w tym LTE) wymaga budowy i rozbudowy infrastruktury szkieletowodystrybucyjnej (tzw. FTTS - fiber to the site) opartej na łączach światłowodowych. Wynika to nie tyle z parametrów pojedynczego łącza dostępowego LTE co pojemności całej sieci. Wzrost pasma udostępnianego użytkownikowi, w sytuacji kiedy na tym łączu 9
uruchamiane są nowe usługi np. IPTV (telewizja przez internet) powoduje znaczny wzrostu ruchu w sieci. To z kolei powoduje zwiększanie wymaganej gęstości stacji bazowych. w takim wypadku, w obszarach o wysokiej gęstości zaludnienia takie działania mogą byd z jednej strony bardzo trudne, z drugiej bardzo kosztowne. Bardziej opłacalna będzie budowa FTTH. Wydaje się, ze LTE może stanowid alternatywę dla łączy ADSL umożliwiających transmisję na poziomie do kilkunastu, kilkudziesięciu Mbit/s. Dotyczy to szczególnie niebyt gęsto zaludnionych obszarów na których operator nie posiada własnej infrastruktury. w przypadku obszarów gęsto zurbanizowanych, o wysokiej gęstości zaludnienia i łączy o wyższych przepływnościach wydaje się, że pozycja FTTH jest niezagrożona. 4. WYMOGI UE i REGULACJE PRAWNE Jedna z przyjętych strategii Komisji Europejskiej (w ramach programu Europa 2020) - Agenda Cyfrowa zakłada, że w roku 2013 każdy obywatel UE będzie mied dostęp do internetu. Do 2020 roku musi to byd dostęp o prędkości co najmniej 30 Mbps, przy czym w przypadku co najmniej połowy gospodarstw domowych ma to byd powyżej 100 Mbps. Pod koniec 2011r, internet docierał do 58 proc. domów i mieszkao w Polsce, a w 70 proc. przypadków jego przepustowośd nie przekraczała 2 Mb/s. Aby zrealizowad cele zadane przez Agendę Cyfrową, Ministerstwo Administracji i Cyfryzacji opracowało rozwiązania prawne, które są aktualnie (wrzesieo 2012r) przedstawione do oceny przez Komisję Europejską. Zgodnie z nimi w 2013 roku każdy nowo wybudowany budynek wielorodzinny będzie musiał mied zamontowaną instalację światłowodową. Podobnie ma byd w obiektach użyteczności publicznej związanych z oświatą. w teorii już dziś w oddawanych inwestycjach deweloperskich powinny byd montowane światłowodowe instalacje telekomunikacyjne. w praktyce jednak w wielu wypadkach korzysta się jeszcze z kabli miedzianych (ze względu na cenę), co powinno się zmienid, gdy zaczną obowiązywad nowe przepisy. Przyśpieszenie działao przez Urząd Komunikacji Elektronicznej (UKE) wynika m.innymi z krytycznego raportu Najwyższej Izby Kontroli, który dokonał kontroli realizacji Agendy. W ramach realizacji Agendy, Telekomunikacja Polska w porozumieniu z Urzędem Komunikacji Elektronicznej buduje i modernizuje 1,2 mln linii szerokopasmowego dostępu do sieci. Inwestycja kosztująca ok. 3 mld zł, zakooczyd się ma na początku przyszłego roku. Do kooca grudnia 2011 roku TPSA wykonała już ponad 70 proc. projektu, czyli 858 tys. linii. w pozostałych na ten rok liniach łącza muszą mied prędkośd minimum 30 Mbps. Również inne działania, w tym wspierane przez programy unijne, dotyczący budowy w Polsce szerokopasmowego internetu mają zostad uruchomione najpóźniej wiosną 2013r, kiedy zostaną ogłoszone przetargi na budowę sieci w pięciu województwach Polski Wschodniej, w Wielkopolsce, w województwach lubuskim i pomorskim. 10
PODSUMOWANIE Szukając najlepszego medium telekomunikacyjnego do zastosowania w ISE, można stwierdzid, że każda z przedstawionych technologii jest wystarczająca do transmisji danych z urządzeo inteligentnych do centrów rozliczeniowych. a na wybory użytkowników wpłynie głównie cena oraz dostępnośd mediów. Najwygodniejsze wydaje się zastosowanie technologii PLC dla odbiorników energii elektrycznej ze względu na integrację z siecią zasilającą, a tam gdzie sied energetyczna nie będzie modernizowana, technologie radiowe (GSM) są w pełni wystarczające do przesyłania danych pomiarowych. Jednak użytkownik ISE oprócz samej transmisji danych pomiarowych do systemów rozliczeniowych będzie chciał mied możliwośd ich przeglądania, analizy (w tym danych historycznych), sterowania systemami wykorzystującymi energię i je produkującymi czy monitoringu urządzeo, który może zostad zrealizowany w pełni poprzez dostęp do internetu. Ponadto, jeśli spojrzed na potrzeby użytkowników szerzej, można stwierdzid, że potrzeby telekomunikacyjne nowoczesnego budynku, domu czy osiedla są znacznie większe i obejmują: - Multimedia: telewizję kablową, dostęp do Internetu, anteny zbiorcze, - Media i pomiary: automatykę domową/osiedlową, systemy pomiarowe, sterowanie oświetleniem, - Ochronę: monitoring CCTV, systemy alarmowe, kontrolę dostępu, systemy p. pożarowe, systemy wjazdowe, domofony. Wobec tego wymagania, które będą (i są) stawiane przed medium teletransmisyjnym to: 1. Uniwersalnośd - Wydaje się, że najbardziej uniwersalnym medium transmisyjnym jest światłowód, który znalazł szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak: - Telekomunikacja - szczególnie do transmisji danych w postaci cyfrowej, w sieciach telefonicznych do wykonywania niezawodnych, odpornych na błędy połączeo między centralami a abonentami, - Energetyka - światłowody mogą byd prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych sygnałów. Możliwe jest dołączenie światłowodu do kabli przewodzących prąd lub wykonanie kabla energetycznego zawierającego włókna światłowodowe, - Telewizja kablowa i telewizja internetowa, - Do transmisji sygnałów wizyjnych przy zdalnej ochronie, - Wewnętrzne przekazywanie danych - okablowanie samolotów, statków, automatyka przemysłowa (istotną zaletą w zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone ryzyko iskrzenia i pożaru). Światłowody mogą zastąpid praktycznie każde okablowanie od UTP po kabel koncentryczny, dzięki czemu w jednym włóknie można przesyład wiele usług. 2. Przepustowośd - Przepustowośd łącza w przypadku połączenia radiowego i kabla miedzianego zmniejsza się w zależności od odległości od nadajnika. 11
W łączu światłowodowym przepustowośd praktycznie się nie zmienia i osiąga wielkości, które są technicznie niemożliwe w przypadku połączeo radiowych lub w najnowszych technologiach LTE. 3. Zasięg - Przy połączeniu radiowym możemy podłączyd urządzenie oddalone kilka, kilkanaście km od punktu dostępowego. Przy połączeniu kablem miedzianym odległośd ta spada do 10km. w przypadku światłowodów dla technologii GPON wynosi 20 km a tradycyjnych 100 km. 4. Odpornośd na zakłócenia i bezpieczeostwo - Jedynie transmisja przez łącza światłowodowe jest niewrażliwa na warunki zewnętrzne, takie jak pole elektromagnetyczne a także nie generuje zakłóceo elektromagnetycznych, prądów błądzących, różnicy potencjałów. Nie wpływają na nią zakłócenia akustyczne, przepięcia w instalacjach energetycznych bez względu na odległośd przesyłania danych. Transmisji danych światłowodami nie można podsłuchad. LITERATURA: [1] http://www.polskaszerokopasmowa.pl/, 2012 [2] http://www.szerokopasmowi.pl/, 2012 [3] http://www.teleinfrastruktura.gov.pl/, 2012 [4] Ministerstwo Administracji i Cyfryzacji, http://mac.gov.pl/, 2012 [5] Groszewski.W., Koncentrator do zdalnego odczytu danych z liczników energii elektrycznej, Gliwice 2008 [6] FIBRAIN Fiber Optic Solutions, ELMAT, Fiber To The Home 2012/2013 12