Информация и электроэнергия — разные вещи, и хотя источник у них может быть общий, считать их следует врозь. Иллюстрация: Олег Сендюрев/«Вокруг света» по фотографии Mike DelGaudio (Creative Commons license)
Много лет назад, в эпоху телефонных модемов, популярный московский провайдер Rinet по случаю первого апреля поместил на своем сайте rinet.net объявление о том, что компания готовится к запуску прогрессивной высокоскоростной технологии передачи данных по водопроводным трубам. При этом сообщалось о требованиях к «железу» (характеристиках компьютера), к «софту», и приводились рекордно низкие тарифы. С таким же успехом можно было бы пошутить и насчет подключения Интернета через электрическую розетку. А ведь тогда изощренные инженерные умы уже вынашивали планы создания технологии широкополосного доступа по электросетям, которая получила название PLC (Power Line Communications). Ну, а сейчас уже работает не первое поколение приборов, на ней основанных. В чем можно было убедиться на презентации новой линейки аппаратуры компании ZyXEL, которая на днях прошла в весьма символическом месте — в «электрическом» музее «Огни Москвы».Энергетически-информационные поляны
Идея передавать информацию по электрическим проводам, несомненно, возникла сразу же, как только бок о бок стали существовать силовые и телеграфные линии. Однако к её реализации начали подступаться лишь в 20-е годы ХХ века. В 30-е годы по инициативе известного советского инженера и изобретателя Георгия Ильича Бабата (1911–1960) в Советском Союзе начали активно внедрять на высоковольтных линиях, а также в железнодорожных силовых сетях передачу высокочастотно-модулированных сигналов. Для служебно-ведомственных целей. Сейчас в России около 80% высоковольтных линий используются для передачи не только телефонного сигнала, но и цифровой информации. Однако ни о каком широкополосном доступе в Интернет в данном случае говорить не приходится, поскольку скорость передачи, что называется, на свежем воздухе и на громадные расстояния, не превышает 3 Кбит/с.
Работа по созданию технологии PLC для бытовой сети 110–220 В, начавшаяся в конце прошлого века, на первых порах смахивала на авантюру, поскольку разработчикам необходимо было проскочить в узкую щель между Сциллой и Харибдой. С одной стороны, в домашней электросети обилие всевозможных бытовых приборов создает сильные помехи. С другой — такая сеть с высокочастотной «привеской» сама является источником паразитных электромагнитных излучений. Это усугублялось тем, что в необходимый для работы PLC частотный диапазон (1,8–30 МГц) укладывается весь коротковолновый спектр: и вещательные радиостанции, и любительские, и всевозможные служебные — например, используемые при поиске потерпевших аварию космических кораблей.
Один из любимых сюжетов в творчестве изобретателя и писателя-фантаста Георгия Бабата — беспроводная передача энергии. Пока что этот сюжет относится все еще скорее к области фантастики, даже для передачи информации провода используются чаще, чем эфир. Фото (SXC license): marcel iordan
На начальном этапе заинтересованные в создании PLC-технологий компании создали два международных объединения — HomePlug Alliance, поддерживаемый компанией Panasonic, и Universal Powerline Association, поддерживаемый Mitsubishi. Каждая из групп разрабатывала свои стандарты, не испытывая потребности в объединении усилий, что продолжается и по нынешний день. HomePlug Alliance, «мозговой центр» которого — американская компания Intellon, производящая элементную базу, начала с протокола HomePlug 1.0 (2001 год). Здесь была продекларирована скорость 14 Мбит/с. Затем появился HomePlug Turbo — 85 Мбит/с. И совсем недавно, в 2006 году, — HomePlug AV — 200 Мбит/с, что позволяет работать с любыми мультимедийными файлами, включая IP-телевидение высокой четкости. Параллельным курсом шла и Universal Powerline Association, наивысшим достижением которой стал также 200-мегабитный протокол.
Коренное отличие этих двух направлений заключается в выборе различных методов модулирования передаваемого сигнала. Universal Powerline Association остановилась на широкополосной SS-модуляции (Spread Spectrum), где мощность сигнала непрерывным образом распределяется в широкой полосе частот. В результате интенсивность помех, к которой добавляется и полезный сигнал, практически не меняется. Но выделить полезный сигнал обратно из общего шума можно только при помощи довольно изощренного метода цифрового фильтрования.
HomePlug Alliance использует в своих HomePlug-протоколах ортогональную частотную дискретную модуляции (Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM), смысл которой в том, что мощность сигнала распределяется между конечным числом несущих частот. Флагман HomePlug — компания Intellon — модифицировала данный метод, разбивая исходный поток данных на пакеты, каждый из которых передается в диапазоне частот 1,8–30 МГц с использованием относительной фазовой модуляции на собственной поднесущей.
С помощью этого метода весьма эффективно умерщвляются сразу два зайца. Во-первых, он повышает помехоустойчивость передачи. За счет мониторинга всех 84-х несущих частот выявляются те, которые поражены помехой. При этом они отключаются, а полагающиеся для передачи по ним частоты либо переключаются на другие каналы, либо ставятся в очередь, что приводит к потере скорости передачи, но информация при этом не теряется. Впрочем, при определенных, некритичных, условиях сигнальный процессор способен восстанавливать и пораженные помехой одиночные ошибки, и даже пакеты ошибок.
Во-вторых, возможность манипулирования несущими каналами позволяет легко «гулять» по всему диапазону, удовлетворяя частотным законодательствам тех стран, куда поставляется HomePlug-аппаратура. Это учитывается в прошивке, которая блокирует запрещенные частоты. Ведь в каждой стране существует своя шкала, хоть в регионах — ЕС, Юго-Восточная Азия, Россия, страны Скандинавии — и есть общие тенденции. Самая же жесткая частотная политика, по словам замдиректора по продукции российского отделения ZyXEL Владимира Алферова, — в США.
Протокол HomePlug TV реализован компанией Intellon на семействах микросхем серий INT 6000 и INT 6300. Есть и другие изготовители компонентов для HomePlug, к которым относятся SPiDCOM Technologies (Франция), Yitran Communications Ltd (Израиль).
Лидером по производству компонентов для аппаратуры стандартов Universal Powerline Association и примкнувшего к ассоциации Open PLC European Research Alliance, который поддерживается Евросоюзом, является испанская компания Design of Systems on Silicon Corporation — DS2.
Интернет-центр P660HWP & PLA400 может соединяться с Интернетом как по телефонной линии ADSL2+, так и через принимающую Wi-Fi антенну. Если же в роли провайдера используется «Спарк», то в сеть можно выходить непосредственно через сетевую розетку. Выходные разъемы RJ-45 типа Ethernet позволяют подключить к устройству компьютеры, серверы и иные сетевые устройства. Фото: ZyXEL Communications Corp
Рассуждение о методе
Получать Интернет непосредственно из электрической розетки, конечно, заманчиво для потребителя. Однако для провайдера — это не такое простое дело как, скажем, технология ADSL — когда в качестве входа в квартиру используется телефонный кабель, который также заканчивается розеткой. Дело в том, что высокочастотный сигнал в электрической сети быстро затухает. В связи с чем технология PLC, как правило, используется для решения задачи «последней мили». Интернет-канал подводят к силовому трансформатору дома по оптоволокну или по коаксиальному кабелю, а затем при помощи муфты «инжектируют» в одну из фаз. Абонент получает доступ к Интернету при помощи модема, подключенного к розетке. Реализация такого простого метода наталкивается на несколько непростых проблем. Одна из них организационная, поскольку электросеть принадлежит соответствующей организации. С ней можно договориться, что непросто, как и любые переговоры с монополистом. Однако электрическое ведомство может пожелать освоить PLC-технологию собственными силами. Ну, а монополисты, как известно не только медленно запрягают, но и медленно ездят.
Есть и сугубо технические проблемы. Все то же большое затухание высокочастотного сигнала в силовой сети создает сложности при распределении его по квартирам в условиях большого дома. Потребители, находящиеся далеко от трансформатора, при решении проблемы лобовым методом оказываются в невыгодном положении. А для провайдера, наоборот, выгодно сэкономить на межквартирной разводке.
Несмотря на все эти объективные и субъективные факторы, в Москве уже существует компания-провайдер, которая предоставляет услугу «электроинтернета» — «Электро-ком», имеющая торговую марку «Спарк» и обладающая филиалами в Калуге, Ростове и Рязани. «Спарк» использует аппаратуру французской компании Defidev, построенную по стандартам и на микросхемах, производимых испанской DS2. Говорить о массовости и повсеместности PLC-технологии в качестве провайдерской услуги не приходится. Доля PLC-аппаратуры, предназначенной для этой цели в мировом производстве, составляет 30%. В России же она значительно меньше.
Что же касается остальных 70%, то это аппаратура, предназначенная для построения домашней (квартирной) сети. По мере превращения домов в «умные жилища», напичканные управляемой центральным процессором системой приборов и механизмов, она становится весьма актуальной, поскольку позволяет избежать появления бесконечных клубов кабеля внутри квартиры.
Бытовая техника все чаще вторгается в информационные «поля» силовых сетей. dLAN Audio extender позволит передать по электропроводке сигнал от компьютера или медиа-центра к аудиосистеме. Фото: devolo AG
Такой метод окажется работающим независимо от того, как именно Интернет «приходит» в квартиру — по телефонной ли сети по ADSL2, по беспроводному ли протоколу Wi-Fi или же через электрическую розетку. Главное, что обеспечивает наличие в квартире интернет-центра. Для построения «завязанной» на нем беспроводной домашней сети «разбросанные» по квартире или офису устройства (плееры, ресиверы IP-телевидения, принтеры, ноутбуки и т.п.) подключаются к электрической розетке через специальные адаптеры. И тогда проложенная строителями квартирная электропроводка начинает исполнять функцию высокоскоростной домашней сети. Такое решение особенно удобно при частых переездах с квартиру на квартиру или из офиса в офис, поскольку отпадает необходимость прокладывания кабелей.
Сеть, организованная таким образом и работающая под протоколом HomePlug TV, позволяет работать с видеофайлами высокой четкости (HD) и принимать IP-телевидение. Эта возможность существует не только благодаря высокой скорости сети, но и из-за наличия функции QoS, назначающей наивысший приоритет тем запросам, которые не должны стоять в очереди — то есть видеопотоки обслуживаются в первую очередь.
При разговоре о технологии PLC не следует забывать о том, что реальность никогда не совпадает с миром идеальных величин и абстрактных умозаключений. Идеальная скорость в сетях HomePlug AV не 200 Мбит/с, а примерно 85 Мбит/с — 60% процентов перекачиваемой в электропроводке информации имеет служебный, «технологический», характер. И то, насколько близко можно приблизиться к идеальным показателям, зависит от целого ряда обстоятельств. Например, качества электропроводки и общей протяженности сети.
Существует и ещё один момент, который следует учитывать: о конкурировании с сетями, развернутыми соседями, и о возможности хищения информации. Взаимопроникновение сетей возможно. Но оно существенно ослаблено электрическим счетчиком, сильно подавляющим передаваемый в сети сигнал. Если что через счетчик и просочится, то это не помешает параллельной работе каждой из сетей. Ну, а хищению информации должен препятствовать защитный 128-битный ключ стандарта AES — теоретически этого вполне должно хватать.
Владимир Тучков, 29.02.2008
ужс я даже не могу представить как это больно 