CPE, koncový uživatelský modem, tedy zařízení pro převod vf modulace na rozhraní Ethernet (RJ45, 100 Mb/s) i naopak (obr. 2). Obvykle obsahuje také rozhraní RJ11 pro připojení standardního analogového telefonu (signál z telefonu je digitalizován a převeden na VoIP).
Obr. 1. Head-end – kořenové propojovací zařízení pro PLC (foto Defidev)
Z uvedených tří typů zařízení je budována hierarchická síť PLC s kořenovým zařízením typu head-end v transformovně, mezilehlými opakovači (v několika úrovních) a koncovými zařízeními CPE v bytových jednotkách či kancelářích (obr. 3). Maximální rozsah jedné sítě je (v českých podmínkách) sídliště s asi tisícem koncových účastníků.
Nedílnou součástí celého řešení PLC je systém pro konfigurování, správu a sledování sítě PLC, tzv. NMS (Network Management System).
Podstatným doplňkem jsou vazební členy (Coupling Unit – CU) pro přivedení vf modulace na elektrický rozvod. Tyto členy se dělí podle fyzikálního principu na indukční (dělená feromagnetická či železná jádra tvořící vf transformátor) a kapacitní (malý vazební vysokonapěťový vf kondenzátor). Z hlediska použití jsou indukční vazební členy nezastupitelné pro rozvody vn a nejpoužívanější pro připojení zařízení head-end na rozvod nn, kapacitní vazbu mají všechna zařízení CPE.
Typické výkonností varianty dodávaných zařízení a jejich základní vlastnosti jsou uvedeny v tab. 1.
Co je uvnitř?
Základem nové generace zařízení pro PLC jsou dva typy čipů – digitální modem ze skupiny DSS90xx a analogové rozhraní DSS7700 (oba od firmy DS2). Tyto dva obvody vysokého stupně integrace dosahují maximální výkonnosti s využitím „dense„ OFDM, moderních metod technik zpracování signálu a velké přenosové rychlosti (nominálně 200 Mb/s). Těmito vlastnostmi ustavují nový standard v technice PLC (tzv. 3. generaci PLC) při zachování relativně nízké ceny.
Obr. 2. Koncový uživatelský modem CPE (foto Defidev)
Oba typy čipů – DSS90xx a DSS7700 – nabízejí řešení velkého množství úloh od domácích sítí, přes propojení budov po přístupové sítě a distribuci širokopásmového připojení (BPL) po rozvodech nn a vn. Při použití nejvyššího modelu DSS9003 s optickým rozhraním lze přímo propojit optické páteřní sítě a přístupové sítě na bázi PLC.
V dalších odstavcích jsou podrobněji popsány nabízené prostředky pro realizaci sítí PLC, s vlastnostmi přehledně shrnutými v tab. 2.
Moderní síťové funkce
Výkonný modul zpracování paketů integrovaný ve všech čipech řady DSS900x poskytuje moderní síťové funkce, jakými jsou vysokorychlostní přepínání paketů, virtuální LAN (VLAN), rozšířené VLAN, multiprotokolové přepínání značek (MPLS) a optimalizovaný STP. Čipy DSS900x nabízejí tři různé způsoby řízení přístupu do sítě (MAC) optimalizované pro různé použití – domácí sítě typu peer-to-peer, vysokokapacitní přístupové sítě typu master-slave a velmi rozsáhlé sítě vn. Funkce QoS je podporována s možností několikanásobných prioritních úrovní a garancí požadované šířky pásma a latence, což umožňuje poskytovatelům obsahu nabízet a garantovat jakékoliv služby závislé na podpoře QoS, jakými jsou VoIP nebo video on demand. Jsou implementovány moderní několikaúrovňové bezpečnostní techniky (proměnné hodnoty parametrů OFDM v reálném čase umožňující pro každého jednotlivého uživatele nastavit specifickou modulaci, autentifikace a autorizace přístupu každého koncového zařízení do sítě, kódování 3DES), které zajišťují soukromí a bezpečnost přenosu dat i správy sítě PLC.
Sladění s požadavky regulátorů
Nové čipy DS2 se vedle výkonných síťových funkcí vyznačují také mnohem dokonalejším analogovým rozhraním (čip DSS7700), mj. s citlivějšími vstupními obvody. Proto zařízení s těmito čipy mohou dosahovat větších rychlostí přenosu na delší vzdálenosti, a to při menším celkovém emitovaném výkonu. Tím je také dáno splnění základních požadavků na EMC podle CISPR, popř. FCC pro USA, na úroveň rušení na elektrickém vedení i radiačního rušení (rádiová interference).
Tab. 1. Typické výkonnostní varianty nabízených zařízení (uvedená kapacita je v praxi využitelné maximum)
|
Typ zařízení |
Kapacita
(max. počet adres MAC) |
Použitý čip |
|
Head-end 200 Mbps SHE-201 |
64 |
DSS9001 |
|
Head-end 200 Mbps SHE-202 |
1 024 |
DSS9002 |
|
Head-end 200 Mbps SHE-203 |
220 000 |
DSS9003 |
|
Repeater 200 Mbps SFDD-201 |
64 |
DSS9001/DSS9001 |
|
Repeater 200 Mbps SFDD-202 |
1 024 |
DSS9001/DSS9002 |
|
CPE včetně VoIP 200 Mbps ACPE-200 |
– |
DSS9001 |
Tab. 2. Souhrn vlastností sítí PLC v provedení od firmy Defidev
přenos dat po elektrických rozvodech nn a vn
zařízení bez pohyblivých částí a bez aktivního chlazení (velká spolehlivost a dlouhá životnost)
pracovní prostředí: pro head-end teplota –10 až +50 °C, relativní vlhkost 20 až 95 %; pro CPE teplota 0 až 40 °C
OFDM s velkou hustotou nosných kmitočtů (pásmo 3 až 34 MHz, 1 536 nosných)
tok dat až 200 Mb/s
dosah asi 400í (zesílení) pro dosažení maximálního pokrytí
variabilní způsob ovládání přístupu (MAC): master-slave i peer-to-peer
citlivost vstupních zesilovačů až –70 dB
výkonné metody zotavení z chyb přenosu (konfigurovatelné)
moderní síťové funkce včetně IEEE 802.1q (VLAN) s optimalizovaným rozšířením a STP s rychlým mechanismem obnovení činnosti
integrovaný most (bridge) pro Ethernet (802.1D)
plně programovatelné CoS v souladu se standardy 802.1p, IETF a Ipv6
programově nastavitelná šířka pásma a latence; QoS (802.1p) s několikaúrovňovými prioritními frontami a programově nastavitelným mechanismem klasifikace priorit pro simultánní multimediální aplikace v reálném čase
plug-and-play autokonfigurace při použití TFTP (i na dálku)
upgrade firmwaru na dálku
distribuce video- a audiosignálů v režimu multicast
hardwarová rozhraní čipů DSS900x: Ethernet 100 Mb/s (1 Gb/s pro DSS9003), USB, TDM, SPI, UART a GPIO
podpora protokolů a rozhraní DHCP, Telnet (proprietární konzolová aplikace), TFTP (konfigurační soubory, upgrade firmwaru), RADIUS (ověřování uživatele, účtování provozu), standardní rozhraní SNMP pro monitorování stavu zařízení (verze 2)
integrovaný port VoIP (v případě koncového modemu CPE přímá zásuvka RJ11); standard H.323 v4, Codec G.711, G.729 a/b, G.723.1, RTP/RTCP
zdokonalený mechanismus zabezpečení a kódování pro ochranu soukromí a síťovou integritu
certifikace CE
vytvořeno v souladu s normami ETSI, CENELEC, EMC a CISPR pro použití v sítích typu indoor (s přenosem dat po elektrických rozvodech v budově) i outdoor (s přenosy dat po přívodním elektrickém vedení mezi budovou a okolím)
variabilní konfigurace používaných frekvencí a maska výkonu nastavitelná na dálku
minimalizace výkonu při dosažení požadované přenosové rychlosti
|
Kromě toho je DSS90xx/DS7700 zatím jediný produkt pro PLC, u něhož je možné na dálku programovat tzv. výkonovou masku, tj. určit maximální výkon každého nosného kmitočtu (celkem je jich 1 536 v pásmu 3 až 34 MHz). Tak lze v případě nutnosti (např. na žádost záchranné služby, služby řízení letového provozu apod.) utlumit až k nule vysílání v určitém kmitočtovém pásmu. Tato funkce je prevencí případné – byť z principu řešení velmi malé – interference se současnými i budoucími vyhrazenými frekvenčními pásmy. Dalším splněným požadavkem je možnost na dálku odpojit zařízení ze sítě (jeho vypnutím).
Čipy DSS Wisconsin
Skupina čipů DSS Wisconsin se skládá z několika variant čipů DSS900x (prvky přístupové sítě), DSS90xx (obdoba tzv. Homeplug) a čipu DSS7700 pro zpracování analogového signálu s OFDM (tzv. analog front end – analogové vstupní rozhraní). Koncepce budování sítě PLC počítá se zařízeními využívajícími různé varianty čipů DSS900x hierarchicky zapojované od centrálního uzlu (head-end), přes opakovače (repeater) různého provedení a úrovně až po koncové uživatelské modemy (CPE).
Čip DSS7700 obsahuje sadu zesilovačů s řízeným ziskem a malým šumem a zkreslením. Je optimalizován pro OFDM s velkou hustotou nosných frekvencí. Umožňuje volitelně zmenšovat výkon na každé z nosných frekvencí a je vytvořen jako analogové vstupní rozhraní pro použití v zařízeních pro PLC s čipy DSS90xx.
Obr. 3. Hierarchická struktura sítě PLC 3. generace
Čip s označením DSS9001 je určen především pro realizaci koncového modemu PLC uživatele (CPE), popř. pro vytvoření opakovače „poslední úrovně“ (méně už modulu typu head-end). Tento čip obsahuje tabulku pro až 64 přístupových adres (MAC). Čip DSS9001 obsahuje i funkci VoIP, takže po doplnění CPE modulem signálového procesoru (DSP) lze přímo připojit libovolný analogový telefon a vybudovat tak alternativní telefonní síť.
Výkonný čip DSS9002 pro tvorbu zařízení PLC pro přístupové sítě „poslední míle„ (head-end, opakovač střední úrovně) je určen především k použití na elektrických rozvodech nn, ale lze jej použít i pro rozvody vn. Tabulka, jež je v něm obsažena, pojme až 1 024 přístupových adres.
Čip DSS9003 je nejvýkonnější variantou řady DSS900x – umožňuje pracovat s více než 220 000 přístupovými adresami a má dva porty pro gigabitový Ethernet s optickým rozhraním. Je určen pro výrobu vrcholových centrálních uzlů (head-end) komunikujících po elektrických rozvodech vn, které jsou přímo připojeny na páteřní sítě WAN, popř. opakovačů mezi sítěmi vn a nn.
Čipy DSS9010 a DSS9011 jsou prvky pro výrobu tzv. indoor modulů, určených pro vnitřní použití jako prvky domácích sítí typu peer-to-peer realizovaných výhradně na vnitřním rozvodu nn v budově za elektroměrem, tj. s vyloučením přenosu po přívodním elektrickém vedení (výrazně výkonnější obdoba současných zařízení standardu Homeplug). Obsahují tabulku pro šestnáct přístupových adres a jsou určeny pro zařízení v provedení plug-and-play. Varianta DSS9011 je optimalizována pro přenos audiosignálů od VoIP po multikanálový signál DVD hi-fi.
Závěr
Metoda PLC jako další alternativa pro budování sítí nabývá se zde popsanými vlastnostmi a možnostmi 3. generace na výkonnosti a významu. Pozice této techniky při budování přístupových sítí (vnější použití) je dána již záměrem tvůrců čipů Wisconsin, ale lze si ji představit i při vnitřním použití v roli rozvodu internetu po obytné či kancelářské budově (ať již je síť přivedena přes WiFi nebo xDSL) a velmi dobré uplatnění může najít v hotelech, průmyslových areálech, školách nebo historických budovách. Rozšíření PLC, ať již jako samostatné metody nebo v kombinaci s jinými síťovými prostředky, lze očekávat od toho okamžiku, kdy se o něm projektanti sítí, poskytovatelé služeb (ISP) a samotní uživatelé dozvědí – a to byl i cíl tohoto článku.
Ing. Jaroslav Jančík,
ZAT Easy Control Systems a. s.
ZAT Easy Control Systems a. s.
Vejprnická 56
318 02 Plzeň
tel.: 377 378 492
fax: 377 386 496
e-mail: easy@easy-ctrl.cz
http://www.easypowernet.cz