Реферат: Использование линий электропроводки в качестве среды передачи информации

<span Times New Roman CYR",«serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙИНСТИТУТ

<span Times New Roman CYR",«serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

<span Times New Roman CYR",«serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Факультет КИБЕРНЕТИКИ

<span Times New Roman CYR",«serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Кафедра «Компьютерные системы и технологии»

РЕФЕРАТ

<span Times New Roman CYR",«serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">натему:

«Использование линийэлектропроводки в

качестве среды передачиинформации»

<span Times New Roman CYR",«serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Студент гр. К7-126 <st1:PersonName w:st=«on»>Сиднев И.Г.</st1:PersonName>

2003<span Times New Roman CYR",«serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">г.

Оглавление

TOC o h z 1. Введение. PAGEREF _Toc55832554 h 3

1.1Проблема «последней мили» в сетях передачи данных.PAGEREF _Toc55832555 h 3

1.2Знакомство с PLC-системами. PAGEREF _Toc55832556 h 5

1.2.1Общая информация. PAGEREF _Toc55832557 h 6

1.2.2Короткая история Магистральных сигнальных систем… PAGEREF _Toc55832558 h 8

1.2.3Топология PLC-систем.PAGEREF _Toc55832559 h 8

2. PLC-системы, их внедрение и особенностииспользования. PAGEREF_Toc55832560 h 9

2.1Использование PLC… PAGEREF _Toc55832561 h 9

2.2 Условия применения.PAGEREF _Toc55832562 h 10

2.2.1Главное.PAGEREF _Toc55832563 h 10

2.2.2 Нормативные и регуляторные условия.PAGEREF _Toc55832564 h 10

А) Электромагнитная совместимость как ключевойвыход.PAGEREF _Toc55832565 h 10

Б)Стандартизация и соглашения.PAGEREF _Toc55832566 h 11

В)Стандартизация, существующие документы.PAGEREF _Toc55832567 h 11

3. Технологические особенности PLC-систем… PAGEREF _Toc55832568 h 13

3.1Электромагнитные проблемы в PLC-системах. PAGEREF _Toc55832569 h 13

3.2Основные технические характеристики.PAGEREF _Toc55832570 h 13

3.2.1Частота. PAGEREF _Toc55832571 h 13

3.2.2Передача сигнала. PAGEREF _Toc55832572 h 14

3.2.3Уровень шума и помехи проводимости в сетях низкого напряжения. PAGEREF _Toc55832573 h 15

3.2.4Ограничение уровня сигнала во избежание нарушения работы других сетевыхустройств.PAGEREF _Toc55832574 h 16

3.2.5Ограничение уровня сигнала из-за излучаемых полей.PAGEREF _Toc55832575 h 16

3.3Измерение полей.PAGEREF _Toc55832576 h 18

3.4Модуляция сигнала и кодирование.PAGEREF _Toc55832577 h 19

3.5Руководство по определению уровня сигнала.PAGEREF _Toc55832578 h 19

3.6Мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам… PAGEREF _Toc55832579 h 20

Список Литературы… PAGEREF _Toc55832580 h 25

1. Введение1.1 Проблема«последней мили» в сетях передачи данных.

Последняямиля (last mile) - кабельная линия связи между абонентом ителефонной/кабельной компанией. Традиционно используется медный иликоаксиальный кабель. В последнее время завоевывают все большую популярностьбеспроводные решения «последней мили». (с сайта www.hostinfo.ru)

<span Times New Roman",«serif»;color:windowtext">Под термином«проблема последней мили» понимается задача по организации каналасвязи для предоставления пользователю широкого спектра телекоммуникационныхсервисов. В большинстве случаев эта задача решается посредством созданияфизического канала связи, в основе которого лежат:

·<span Times New Roman"">

Термин«последняя миля» мы услышали сравнительно недавно. В отечественнойтехнической литературе это понятие стало использоваться гораздо позже, чем вовсем мире. И то лишь благодаря тому, что операторы связи всего мира былиобеспокоены качеством услуг, предоставляемых отечественными операторами связи.Как это часто бывает в последнее время, о нас позаботились зарубежные компании.Был разработан целый ряд современных технологий, которые решали вопросы «последнеймили» в развивающихся странах с низким качеством телекоммуникационныхуслуг. С помощью последних разработок, которые себя прекрасно зарекомендовали вдругих странах, в России вопрос «последней мили» может быть решен вскором будущем.

Практически доконца 80-х годов прошлого века в экономически развитых странах населениепользовалось только услугами аналоговой телефонной связи. Развитие новыхинформационных технологий привело к тому, что возможности аналоговой телефонииперестали удовлетворять потребностям пользователей. Модернизация сетей передачиданных и коммутационных станций, путем перевода аналогового способа передачиинформации в цифровой, позволила предложить населению новые услуги, напримерISDN. После этого «последняя миля» стала тем узким местом, которое недавало развиваться средствам телекоммуникации дальше.

Спрос на новыеуслуги цифровых станций стал неуклонно расти. Многие компании, предлагающиеуслуги «последней мили», пошли по пути использования обычныхабонентских линий. Была разработана «Технология цифровых абонентскихлиний» (DigitalSubscriber Loop — xDSL). Этот способ связи позволял организоватьвысокоскоростную передачу данных, не прибегая к замене старых абонентских линийи прокладке новых выделенных каналов. Производители коммуникационногооборудования создали целый ряд устройств для уплотнения передаваемойинформации. Эффективность их использования неоспорима — некоторые устройствапозволяют увеличить количество передаваемой информации в единицу времени в30-60 раз.

Появление «Технологиицифровых абонентских линий» дало толчок развитию решений для организации«последней мили», основанных на DSL-принципах передачи данных. Впоследние годы появилось огромное множество разновидностей этой технологии.Наибольшее распространение получили следующие способы передачи информации:

HDSL — высокоскоростныецифровые абонентские линии;

ADSL — асимметричные цифровыеабонентские линии;

ISDL — ISDN цифровыеабонентские линии;

SDSL — симметричныевысокоскоростные цифровые абонентские линии;

VDSL — Very HDSL;

RADSL — цифровые абонентскиелинии с подстройкой скорости передачи данных;

UADSL — универсальныеасимметричные цифровые абонентские линии.

Стандарт IDSL был разработанфирмой Ascend. С его помощью возможна передача данных по каналам ISDN в сети скоммутацией пакетов. При этом телефонные коммутаторы остаютсянезадействованными. Одним из основных преимуществ данного способа передачиданных является возможность плавного перехода к более скоростным вариантамсвязи.

Принеобходимости передавать информацию на длительные расстояния рекомендуетсяиспользовать HDSL-оборудование. С его помощью возможна передача информации нарасстояния до шести километров. При этом качество связи остается надовольно-таки высоком уровне, который сравним с качеством связи прииспользовании волоконно-оптических линий. HDSL-оборудование нашло широкоеприменение при построении корпоративных сетей. Но век этого стандарта тожеоказался недолог. На смену ему постепенно приходят «Асимметричные цифровыеабонентские линии» (ADSL), которые позволяют передавать данные наскоростях до 8 Мбит в секунду. С этим способом передачи информации многиесвязывают большие надежды на будущее. Ожидается, что ADSL скоро найдет широкоеприменении при предоставлении услуг конечному пользователю.

Позжепоявились различные оптические технологии. Наибольшее распространение получиликонцепции Fiber to the Building (FTTB) и Fiber to the Zone (FTTZ). Этатехнология не нашла широкого применения в районах с уже сложившейсяинфраструктурой. Причина этого кроется в нежелании нести дополнительные расходыпо организации «последней мили». А зачастую, прокладку оптическихсетей делает невозможной архитектура построенных несколько лет назад зданий. Втаких случаях гораздо дешевле использовать старый и проверенный xDSL. Пристроительстве же новых зданий оптические технологии «последней мили»прочно заняли свою нишу.

В США и странах ЗападнойЕвропы операторов телекоммуникационных услуг заинтересовали обширныевозможности цифровых сетей передачи данных. Для удовлетворения растущихзапросов пользователей была модернизирована сеть доступа к этим услугам. Вразвивающихся странах, к которым по праву можно отнести и Россию, запросы ипотребности операторов связи несколько отличаются от общемировых. Нельзясказать, что в этих странах отсутствует спрос на новые виды услуг. Он есть. Испрос, даже, растет. Но по отношению к существующим аналоговым способам связицифровые услуги составляют всего лишь несколько процентов. И то за счет столицы- Москвы. На пороге XXI век, а, тем не менее, основной задачей в областиобеспечения коммуникационных услуг в России является обычная телефонизациянаселения посредством аналоговой связи.

Операторысвязи при строительстве новых зданий изначально закладывают в архитектурныйпроект возможность прокладки широкополосных волоконно-оптических линий связи.Эта норма повсеместно применяется в странах Юго-Восточной Азии иконтинентальной Америки. Изначально эти сети используются для предоставленияобычного аналогового доступа. По мере возникновения потребности у абонентовпроизводится их переключение на цифровые стандарты передачи данных (ISDN).

Обычноподключение к Интернету осуществляется с помощью телефонной линии или через выделенноесоединение. Для использования выделенного соединения необходимо проложитькабель, что является довольно таки дорогостоящим и трудоемким мероприятием.Также во многих случаях отсутствует возможность постоянного использованиятелефонной линии для доступа в Интернет. Сейчас многие компании занимаютсяразработкой технологии, которая позволит подключаться к всемирной Сети черезобыкновенную бытовую электрическую розетку.

Уже разработан и обнародованпромышленный стандарт передачи данных по бытовой сети. Его разработкойзанималась некоммерческая ассоциация HomePlugPowerline Alliance, которая объединяет более 90 крупных компанийпроизводящих вычислительную технику и различную бытовую электронику. Средичленов альянса, который появился в апреле 2000 года, такие известные иуважаемые компании, как Intel, Motorola, Philipsи Panasonic. Кроме подключения кИнтернету, стандарт позволяет создавать домашние локальные сети, в которыеможно подключать компьютеры, принтеры и различную бытовую технику,поддерживающую протокол передачи данных по электрической сети. Для организацииэтой сети не потребуется никаких дополнительных устройств, кроме обычнойдомашней электрической розетки. Скорость работы подобной локальной сети будетсоставлять до 14 Мб в секунду.

Крупные производители бытовойтехники уже заняты разработкой устройств «умеющих общаться» черезэлектрическую розетку. Появление таких приборов ожидается уже осенью этогогода. Этим разработкам предшествовал полугодовой период тестирования новогостандарта передачи данных. Специалисты занимались изучением влияния различныхприборов на устойчивость работы сети и на качество передачи данных.

Большое внимание новомусредству коммуникации уделяет «Германский энергетический концерн».Система, позволяющая соединять различные устройства с помощью обыкновеннойэлектрической сети, существует уже в двух городах — Эссене и Мюльхайме. Дляподключения к Интернету жителям этих городов достаточно приобрести специальныймодем, который подключается к электрической сети. Стоимость доступа в Интернетсоставляет от 49 до 249 марок, в зависимости от используемого тарифного плана.

Не отстает отнемецкого концерна и «Австрийскаяэлектротехническая компания EVN». Недавно она получила разрешение наиспользование нового стандарта передачи данных по электрическим сетям натерритории Австрии. Компания заявляет, что имеет уже около 15 тысяч клиентов.

1.2 Знакомство с PLC-системами1.2.1 Общаяинформация

PLC — этонедавно появившаяся технология в области передачи информации по электрическимсетям низкого напряжения, которая обеспечивает работу в частотном диапазоне от1 до 30 МГц. Это должно обеспечить скорость передачи данных порядка несколькихМбит в секунду и может использоваться телефонными службами, а также для выходав Интернет, контроля различных устройств и так далее. Однако эта технологиясталкивается с некоторыми значительными трудностями, связанными с еехарактеристиками, особенно в том, что касается соответствию стандарту EMC. Одна из самых критичныхпроблем — это испускание ЭМ-полей, которое может нарушить радиотрансляцию в томже частотном диапазоне.

Четыреприкладных области могут быть покрыты с помощью PLC-технологии:

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾

внешняя, то есть в общественной сети обеспечения: автоматизация, мониторинг,функции удаленного снятия измерений, оперативная телефонная служба. Это можетбыть произведено с помощью существующих распределительных сетей, без проведениядополнительных линий.

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾

внутренняя, то есть внутри здания потребителя: контроль и мониторинг, включаяфункции сигнализации, внутренняя система коммуникации (так называемая,«домашняя»), легкое объединение в сеть оборудования, обрабатывающего данные.Все это реализуется с использованием существующей у потребителя проводки и нетребует прокладывания дополнительных линий или использования радиооборудования.

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾

граничная, то есть соединяющая внутреннюю и внешнюю PLC-области: например, службы дляпотребителя находятся рядом с энергообеспечением.

·<span Times New Roman"">

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾сегодня уже достигнутое некоторыми коммунальными службами, относящимися кпотребителям со специальными тарифами: измерение степени загруженности сети,так же как и мониторинг загруженности в системах потребителей, получениесоответствующих данных, передаваемых с помощью PLC в контрольный центр коммунальныхуслуг и их дальнейшая обработка с целью оптимизации управления загруженностью.

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾

Обеспечение общественных телекоммуникационных служб, путем связи внешней PLC-системы стелекоммуникационной основой: например, высокоскоростного интернет-доступа,общественной телефонии, при необходимости видео.

Архитектура информационноговзаимодействия на основе электросетей имеет эталонную семиуровневую модель OSI.Даже в рамках одной прикладной области конкретные ее реализации отличаютсяметодами надежной доставки данных на различных уровнях иерархии. Повышениенадежности передачи на физическом уровне связано с выбором способа модуляции ичастотного диапазона, с использованием методов цифровой обработки сигналов иадаптивного управления. Здесь в первую очередь следует отметить перспективностьалгоритмов широкополосной (Spread Spectrum) модуляции, существенно повышающейпомехоустойчивость передачи. При использовании SS-модуляции мощность сигналараспределяется в широкой полосе частот, и сигнал становится незаметным на фонепомех. На принимающей стороне значимаяинформация выделяется из шумоподобного сигнала с использованием уникальной дляданного сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различныхкодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкойполосе частот. Описанный принцип лежит в основе метода множественного доступа скодовым разделением каналов (CDMA). Технологии SS-модуляции и CDMA подробно рассмотрены в литературе(главным образом, на примерах использования в сотовых телефонных сетях).Отметим, что помимо помехоустойчивости SS-модуляция обеспечивает высокийуровень защиты информации. Еще однобольшое достоинство широкополосных технологий — относительно низкая стоимостьсоответствующих устройств. Дело в том, что все преобразования сигналаосуществляются на уровне одной микросхемы (которая при массовом производствеоказывается очень дешевой).

Основные способы повышениянадежности передачи на канальном уровне следующие:

¾<span Times New Roman"">

применение низкоуровневых протоколовнадежной передачи на основе

подтверждений приема короткихкадров;

¾<span Times New Roman"">

использование эффективных методовуправления доступом к среде передачи

данных.

Короткиепакеты позволяют увеличить не только вероятность достоверной передачи порцииданных, но и эффективность адаптации передающей стороны к быстро меняющимсяхарактеристикам сети. При использовании широкополосной модуляции это выражаетсяв оптимальном перераспределении мощности сигнала в полосе частот с учетомфактического спектра помех.

Некоторые фирмы разработалиоптимизированные протоколы доступа к среде, учитывающие особенности“электросетевых” приложений и зашумленность линий питания. Посколькузначительная часть таких приложений (автоматический учет, охранная сигнализация,домашняя автоматика) предполагает наличие в сети одного активного узла, дляобеспечения доступа целесообразно использовать методы опроса или передачимаркера. Это снимает проблемы распознавания несущей в зашумленных сетях инеобходимость выявления коллизий. В целях повышения надежности самогоуправления доступом используется принцип “трехкратного рукопожатия” припередаче маркера. Типовая функциональная схема и основные компонентыкоммуникационного узла “электрической сети связи” представлены на рис. 1.

Оконечное устройство

Контроллер сетевого и канального уровней

Трансивер

Усилитель

Изолирующий модуль

Электромодем

В сеть 220 В

Рис. 1Функциональная схема коммутационного узла.

Ядромкоммуникационного узла являются контроллеры сетевого, канального и физическогоуровней; последние часто называются также приемопередатчиками или трансиверами.Как правило, эти компоненты реализуются на базе универсальных либоспециализированных микропроцессоров и выпускаются рядом фирм в виде наборовмикросхем.

Изолирующий(соединительный) модуль в общем случае осуществляет две функции: изолируетаппаратуру коммуникационного узла от напряжения питания и выделяетинформационный сигнал из силового напряжения. Обычно этот модуль выполняется изотдельных радиоэлектронных компонентов.

Некоторыефирмы изготавливают специальные микросхемы усилителей мощности, позволяющиепередавать сигнал на большие расстояния. На основе этих компонентов может бытьпостроен электромодем со стандартным или заказным интерфейсом пользователя.

Дляобеспечения совместимости изделий различных производителей (в рамках одногокласса приложений) предпринимаются усилия по стандартизации технологий передачиинформации по линиям электропередачи.

1.2.2 Короткаяистория Магистральных сигнальных систем

Идеяиспользования развитых энергетических систем также для передачи сигналов — подобщепринятым названием «Магистральная передача» — возникла впервые еще в конце19 века, когда два французских инженера в 1898 году запатентовали своеизобретение. Практическое применение эта идея нашла в начале 20 века вофранцузской мультичастотной «системе контроля», но реальное распространениеэтой технологии произошло после 1950 года. «Система контроля» работала внизкочастотном диапазоне от 110 до 1000 Гц, пользуясь успехом по всему миру.Она и сейчас является весьма распространенным сетевым оборудованием. В мире установленонесколько тысяч систем и существует около 30-40 миллионов пользователей.«Система контроля» — это узкополосная система, направленная от подстанции кпользователю. В 70-х годах 20 века были разработаны несколько подходов с такназываемыми системами с «Несущими энерголиниями», работающими в килогерцовомдиапазоне от 3 до 150 кГц. Эти системы были двунаправленными. Но особым успехомэти разработки не увенчались. В 90-х годах 20 века огромное распространениеэлектроники и телекоммуникационных технологий позволило начать новые разработкисистем уже в мегагерцовом диапазоне и дало жизнь новым широкополоснымприложениям с общим названием «PowerLineCommunications»(PLC). Они и сейчаснаходятся в процессе усовершенствования.

1.2.3 Топология PLC-систем.

Нужно учитывать — как будетобъяснено дальше — что, с одной стороны, высокие частоты предоставляют широкийчастотный диапазон, необходимый для высокоскоростных приложений; с другойстороны, на этих частотах происходитсильное ослабление сигнала в линии. Это делает передачу сигнала судовлетворительным качеством возможным в основном только в сетях с низкимнапряжением. Следует рассмотреть две системы (рис. 1)

¾<span Times New Roman"">

Рисунок 1представляет классическую европейскую сеть с топологией «звезда». Основнойтрансформатор поддерживает несколько домов (или одно большое производственноездание). Внешние линии представляют собой 3ф кабели в городах или надземныелинии в сельской местности. Проводка внутри зданий сделана на основе 2ф или 3ф+N проводников(Американские и Японские сети имеют абсолютно другую структуру). Практическиработать в сетях с низким напряжением в мегагерцовом диапазоне очень сложно:существует множество абсолютно различных конфигураций, постоянно меняетсязагруженность сети, и большинство PLC-характеристик должны учитываться статистически. Высокаячастота приводит к возникновению резонансных эффектов.

«Хребет» на рисунке 1 — это классическийширокополосный канал: контрольный кабель коммунальной системы, радио связь,телевизионный кабель и т.д.

В случае еслидлина линии низкого напряжения превышает радиус распространения сигнала,необходимо устанавливать повторители и шлюзы.

Рисунок 1.

H-G

H-G

H-G

H-G

H-G

LAN

M M

TEL TV

PC-Internet

LV-G

<img src="/cache/referats/16030/image027.gif" v:shapes="_x0000_s1028" v:dpi=«96»><img src="/cache/referats/16030/image028.gif" v:shapes="_x0000_s1027"><img src="/cache/referats/16030/image029.gif" v:shapes="_x0000_s1026"> Internet

B C1

Acess System

LV — сеть низкого напряжения Cn — потребитель

CC — контрольный центркоммунальной сети LAN – локальная сеть

B – «хребет» IC – внутренний контроллер

LV-G – шлюз системы низкого напряжения M — модем

H-G – «домашний» шлюз

R — повторитель

2. PLC-системы, их внедрение и особенности использования2.1 Использование PLC

Системы PLC прелагают новый сервис в использовании силовых линий, которыйне был возможен ранее. Учредители PLС предполагают несколько возможных применений технологии. Онитребуют высокой надежности коммуникационной системы, сто должно быть отражено ив электромагнитных требованиях. Предлагаются следующие варианты:

¾<span Times New Roman"">

Большинство из них — этодвунаправленные службы, работающие от центральной контрольной точки доприложения или от приложения к центральной точке. Сложность заключается в том,что несколько приложений могут работать одновременно.

2.2 Условия применения.2.2.1 Главное.

Вкачестве ключевых критериев для успешного рыночного продвижения PLC-систем, которыесоперничают с существующими и появляющимися коммуникационнымитехнологиями, могут быть выделеныследующие:

·<span Times New Roman"">

Технически

¾<span Times New Roman"">

соответствиетребованиям электромагнитной совместимости и вытекающее отсюда ограничениеуровня передаваемого сигнала.

¾<span Times New Roman"">

уверенность в достаточной скорости передачиданных и, соответственно, уверенность в предоставлении единичному потребителюуслуг с нужной скоростью и приемлемой частотой появления ошибочных битов (biterrorrate<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¾BER), которая соответствуеткачеству услуги.

Коммерчески

¾<span Times New Roman"">

возможность финансировать применение такихсистем с помощью услуг, предоставляемых на их базе, что и обеспечиваетконкурентоспособность по отношению к альтернативным системам.

·<span Times New Roman"">

2.2.2 Нормативные и регуляторные условия.А) Электромагнитнаясовместимость как ключевой выход.

Тогдакак сигналы, передаваемые PLC-системой,представляют собой специальные сигналы внутри системы, для другогооборудования, подключенного к соответствующей энергосети, эти сигналы являютсякомпонентами напряжения питания помимо первичного 50-герцового напряжения.

Вузкополосных PLC-системах сигнал, по сути, передаетсяпо проводникам. В широкополосных PLC-системах, использующих более высокие частоты, с увеличениемчаст

еще рефераты

Еще работы по компьютерным сетям

Реферат по компьютерным сетям

Защита и нападение посредством протокола TCP

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

Использование Интернет-технологий для обеспечения информативности населения

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

web дизайн: Flash технологии

29 Августа 2013

Реферат по компьютерным сетям

Сетевой уровень построения сетей. Адресация в IP сетях. Протокол IP

29 Августа 2013