Awerjanow Łukasz Kargul Michał Internet w gniazdku. Dostęp do Internetu poprzez sieć elektroenergetyczną niskiego napięcia Elbląg 2006
1. Wstęp PLC, czyli Power Line Communications (jak widać z rozwinięcia tego skrótu, oznacza komunikację za pośrednictwem linii elektroenergetycznych) technologia, która pozwala wykorzystać istniejące sieci energetyczne do przesyłania danych. Pomysł wydaje się ciekawy przede wszystkim ze względu na powszechność, a także ze względu na niskie koszty uruchomienia usługi - gniazdka elektryczne znajdują się przecież w każdym domu. Dodatkowym plusem jest to, że dane mogą być przesyłane z prędkością do 3 Mb/s. Do tej pory PLC znalazła komercyjne zastosowanie w Niemczech i Szwecji. W Polsce testy prowadzone są od ponad roku. Próby wykonano w 7 zakładach energetycznych, a od lipca planowane jest oferowanie usługi (przez firmę Pattern Communications) na zasadach komercyjnych. Na początku Internet przez gniazdka elektryczne dostępny jest w niektórych dzielnicach Krakowa - tutaj wykorzystywana jest technologia firmy Main.net. Testy wypadły dobrze, a dane są przekazywane kilka razy szybciej niż przy wykorzystaniu modemu analogowego (wtedy średni transfer 200 kb/s).
Na pierwszy rzut oka PLC wydaje się ciekawym rozwiązaniem poniważ: - nie trzeba prowadzić dodatkowych przewodów ponieważ wykorzysywane jest okablowanie instlacji domowej - praca bez konieczności instalowanie jakikolwiek oprogramowania - możliwość szyfrowania danych 2. Technologia PLC Rys.1 Technologia PLC składa się z dwóch systemów: zewnętrznego, znajdującego się na zewnątrz budynku i wewnętrznego - wewnątrz budynku. Urządzenie, z którym użytkownik ma kontakt bezpośredni, nazywane jest adapterem wewnętrznym (AW). AW podłączony jest z
jednej strony do komputera PC, z drugiej - do gniazdka 230V. Internet może być doprowadzony do wszystkich gniazdek w budynku, posiadającym sieć wewnętrzną. Łączy się ona z siecią zewnętrzną poprzez zewnętrzny punkt dostępu (ZP), montowany na ogół w miejscu, w którym instalacja energetyczna podłączana jest do budynku. Sieć zewnętrzna służy do przesyłania sygnału po linii niskiego napięcia od transformatora do ZP. Przy stacji transformatorowej znajduje się łącze do sieci szkieletowej. Sieć zewnętrzną z ogólnoświatową siecią Internet poprzez interfejs ethernetowy RJ45 sprzęga kontroler zewnętrzny (KZ). Standardowymi interfejsami umożliwiającymi dostęp do sieci PLC wewnątrz podsystemu wewnętrznego są łącza Ethernet i USB. Komunikacja za pośrednictwem przewodów doprowadzających prąd - PLC obejmuje albo pojedynczy dom, albo całe kompleksy domów powiązanych z lokalnymi stacjami bazowymi, gdzie na sinusoidę napięcia przemiennego (np. 230 V, 50 Hz) nakłada się przebieg szerokopasmowy odpowiednio przetworzonego sygnału internetowego. Sieć PLC szerokopasmowa doprowadzała Internet do mieszkań, a PLC wąskopasmowa obejmowała wyłącznie mieszkanie, dom jednorodzinny czy gospodarstwo. W punkcie przyłaczenia instalacji el. do sieci elektroenergetycznej musi być zainstalowane urządzenie filtrujące przez która płynie prąd zasilający mieszkanie lub budynek Jest ono połączone koncentrycznym kablem BNC z podobnym do modemu urządzeniem dostępowym,
wyposarzonym w gniazdo Ethernet, dzięki czemu można połączyć komputery w sieć. Urządzenie dostępowe wyposażone jest w filtry górnoprzpustowe wychwytjące sygnały do trnsmisji danych. Filtry te umożliwiają dwukierunkową komunikację ponieważ nie przpuszczają prądu 50 Hz Natomiast filtr dolnoprzepustowy zabezpiecza domową instalacje przed sygnałami wysokiej częstotliwości oraz eliminuje zakłócenie powstające od urządzeń domowych. Prędkość transmisji danych w sieci PLC wynosi od 2,25 Mbit/s do 4,5 Mbit/s na komórkę (100-150 użytkowników). Ze względu na to, że pasmo jest dla każdego przydzielane dynamicznie w zależności od ruchu użytkownik dostaje w danym momencie możliwość transmisji danych z maksymalną przepływnością. 3. Przkład PLC oferowany przez technologię firmy Ascom - Kontroler Zewnętrzny (Outdoor Master, OM) - jest to pierwszy element w budowie całej sieci dostępowej, montuje się go w stacji transformatorowej SN/nn. Odbiera sygnał internetowy od dostawcy Internetu poprzez interfejs ethernetowy (RJ45) i transmituje do urządzeń dostępowych (OAP) poprzez sieć energetyczną niskiego napięcia. OM nadaje sygnał w paśmie częstotliwości 1,6-12 MHz. Warto zwrócić uwagę, że częstotliwości są tak dobrane dla poszczególnych punktów,
aby odporność na zakłócenia (które w wypadku każdego z odcinków, pomiędzy urządzeniami są różne) była wysoka. - Zewnętrzny Punkt Dostępu (Outdoor Access Point, OAP) To urządzenie, mające postać małej skrzyneczki jest łącznikiem pomiędzy siecią energetyczną niskiego napięcia zewnątrzbudynkową, a domową (czyli wewnątrzbudynkową) i jego instalacja następuje w przydomowych skrzynkach (złącza kablowe). Dlatego też sygnał wysyłany do użytkownika końcowego ze względu na istniejące zakłócenia ma do dyspozycji pasmo częstotliwości od 15-30 MHz - Adapter Wewnętrzny (Indoor Adapter, IA) - waży zaledwie 600 g i wygląda jak modem. To właśnie to urządzenie oddawane jest do dyspozycji użytkownika końcowego. Rys. 2
4. Urządzenia PLC PowerLAN 16 System PLC zwany jest systemem jednostopniowym i wymaga jeszcze instalacji sieci komputerowej (np. Ethernetu czy WLAN) wewnątrz budynku. Są też systemy dwustopniowe, w których Internet jest doprowadzany przez sieć energetyczną nie tylko do budynku, ale też do wszystkich gniazdek elektrycznych w domach - ten drugi stopień PLC to właśnie instalacja wewnątrz budynku. W tym przypadku potrzebne są dodatkowe urządzenia, które są podłączone między każdym gniazdkiem elektrycznym a komputerem. Takim właśnie urządzeniem może być PowerLAN 16 należący do rozwiązań "drugiego stopnia". Można je kupić w kompletach po dwie sztuki, co kosztuje ok. 300 euro. Rys. 3
Urządzenia PowerLAN 16 mają wymiary ok. 17 17 cm i ok. 5 cm grubości. Mogą one pracować w sieciach o napięciu 100-240 V i częstotliwości 50-60 Hz, pobierają ok. 6 W mocy. Dane przesyłane pomiędzy komputerami mają znacznie niższe napięcie, ale używają częstotliwości 4,3-20,9 MHz, dzięki czemu można je łatwo oddzielić od napięcia zasilającego. Wykorzystuje się modulację OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), która dzieli sygnał na mniejsze porcje i przesyła je w kilku pasmach jednocześnie - gwarantuje to względnie wysoką przepustowość, ale w efekcie zajmuje bardzo szeroki zakres częstotliwości. Uruchomienie urządzeń jest banalne - w zasadzie nie wymagają one wstępnie żadnej konfiguracji. Należy podłączyć pierwsze urządzenie do koncentratora, z którego korzystało również kilka innych komputerów. Po chwili na urządzeniu zaświeciła się lampka PLC R/A, co oznacza, że może się ono już komunikować z innymi urządzeniami przez instalację elektryczną. W ten sposób sieć zostaje "rozprowadzona" po mieszkaniu czy całym budynku. Świeci się również kontrolka ETH L/A, co oznacza poprawną komunikację z koncentratorem.
Rys.4 Bezpieczeństwo domyślnej konfiguracji jest niezbyt wysokie, bo z komputerami przesyłającymi dane przez instalację elektryczną mogą połączyć się także inne komputery, mające dostęp do tej instalacji. To tak samo, jak w sieci bezprzewodowej, gdzie każdy może przeprowadzić nasłuch. Opisywane urządzenia Powertec wyposażono więc w funkcję szyfrowania, którą uaktywnia się również za pomocą jednego przycisku SECURE. Na jednym z urządzeń wciskamy ten przycisk na około 5 sekund, po czym zaczyna szybko mrugać kontrolka SECURE. Następnie mamy 5 minut, by czynność powtórzyć na pozostałych urządzeniach,
przy czym ich kontrolki od razu zapalają się na stałe. Jeśli zakończymy zabezpieczanie wszystkich jednostek, na pierwszej ponownie wciskamy przycisk SECURE na 5 sekund - również ta kontrolka zaczyna stale świecić. W tym momencie przesyłane dane są już szyfrowane algorytmem DES, przy pomocy 56-bitowego klucza. Konfiguracja urządzeń jest zapamiętana nawet po wyłączeniu i ponownym włączeniu ich do zasilania. Dezaktywacja szyfrowania również jest prosta - po prostu na każdym z urządzeń wciskamy przycisk SECURE na ok. 12 sekund Router Router do sieci elektrycznej zapewniający połączenie z siecią Ethernet. Zapewnia on wygodne połączenie z Internetem użytkownikom zarówno w domu jak i w małym biurze. Funkcjonuje poprzez sieć elektryczną, dzięki zastosowaniu współdzielonego sygnału z każdego gniazdka
elektrycznego, które jest podłączone do urządzenia. Router ten może także pełnić funkcję serwera DHCP, dzięki zastosowaniu automatycznie przydzielanych dynamicznych/aktywnych adresów IP. Urządzenie to jest wyposażone w trzy porty LAN, jeden port WAN 10/100M Ethernet oraz jeden port do sieci elektrycznej. Nowsze urządzenie sieciowe - POWER NET
Wady PLC: - wysoka cena - mała przpustowość - połączenie odbywa się po zwykłym drucie (a nie po skrętce czy choćby kablu ekranowanym), więc sygnał wydostaje się do eteru i zakłóca fale radiowe na wielu częstotliwościach. Poza tym nie ma żadnych norm, które określałyby możliwość przesyłania danych z wykorzystaniem takiego pasma. - mały zasięg. Na zewnątrz 300m a wewnątrz 100m Jak uzyskać dostęp do takiej sieci w Polsce? Na razie jedynym zakładem energetycznym oferującym usługi PLC komercyjnie jest Zakład Energetyczny Kraków SA. Firma planowała do końca 2002 roku pozyskać od 3 000-5 000 klientów, zaś do końca 2003 roku - 10 000-15 000. Dla klientów przygotowano 3 taryfy: - Srebrną - obejmuje 250 MB do przesłania, abonament 80 zł - Złotą - obejmuje 750 MB do przesłania, abonament 120 zł - Platynową - brak limitów transmisji, abonament 199 zł
Ponadto pobierana jest opłata aktywacyjna w wysokości 200 zł oraz kaucja za udostępniany modem w wysokości 99 zł. Firma nie podaje natomiast maksymalnej prędkości, z jaką użytkownicy mogą przesyłać dane. Jednak ten sposób przesyłu danych nie okazał się atrakcyjny bo: teoretycznie użytkownicy końcowi powinni mieć dostęp do łącza 2 Mb/s, które w przyszłości będzie można rozbudować nawet do 20 Mb/s. Praktyka jednak pokazuje, że klienci mogą liczyć co najwyżej na łącze 512 kb/s.
Bibliografia http://www.ascom.com.pl/produkty_pl/plc-mainpage.htm NETworld 2001. 04 Pckurier 2002. 12