20 мая 2018г.
Аннотация: Развитие современной PLC в последнее время идет по пути разработки новых технологий в области обработки сигнала и совершенствования связных протоколов. В данной статье рассмотрена технология передачи данных по электросетям Power Line Communication (PLC). Рассмотрена краткая история развития технологии ее особенности, в том числе при практической реализации. Описано использование PLC технологии некоторыми российскими компаниями
Ключевые слова: PLC, Ethernet, ЛЭП, электричество, частота.
В последние годы за рубежом активно развивается технология PLC [1]. PowerLineCommunication (передача сигналов по линиям электроснабжения) применяется и для целей телемеханики и для связи. Использование ЛЭП для связи началось почти одновременно с появлением самих этих линий. В СССР первый канал высокочастотной связи по ЛЭП 110 кВ Кашира-Москва был создан в 1922 г для телефонной связи [2: 3]. Служебная ВЧ-связь по ЛЭП успешно применяется в настоящее время и в России, и за рубежом.
Начиная с середины 1990-х годов в научной литературе стали появляться работы, посвященные вопросам выхода в глобальные сети с помощью технологии PLC (Power Line Communications), позволяющей использовать для высокоскоростного обмена данными обыкновенные сети электропитания по стандарту HomePlug [1]. Несмотря на заманчивость таких предложений, указанная технология обладает рядом существенных недостатков. В частности, с позиций обеспечения информационной безопасности существует практически неконтролируемая область распространения информации в достаточно широком пространстве сетей по мощным каналам ПЭМИН. Используемые штатные средства PLC-технологии предлагают крайне ограниченный набор функций управления всей областью развертывания сети. Поэтому по сравнению с классическими выделенными каналами передачи данных такая сеть представляется довольно уязвимой с многих точек зрения: относительно легкий доступ к силовым линиям передачи, велика опасность помех и сбоев, связанных с нестабильностью среды передачи данных, что особенно актуально для отечественных силовых сетей. В связи с этим исследование PLC-технологии с точки зрения безопасности передачи данных является достаточно актуальной задачей.
Долгое время PLC-системы использовались в основном для сигнализации в энергосистемах и на железных дорогах и были очень низкоскоростными. Качественный сдвиг в развитии PLC-технологии произошел в конце девяностых годов прошлого века, благодаря достижениям в области радиосвязи и зародившейся, практически одновременно, в нескольких странах Европы, Азии и Америки идее организовать «последнюю милю» информационного потока Интернет по электросети. Первопроходцами услуг подобного доступа в Интернет стали энергетические компании Англии и Германии, выступившие в качестве операторов новых сетей.
Отмеченные явления, вызванные развитием информационных технологий, инициировали проведение соответствующих исследований и стимулировали ускоренное движение в этом направлении. Интенсивная разработка десятками крупных компаний методик и оборудования, обеспечивающего возможность использования электропроводки для передачи информации, первоначально велась в условиях конкурентной борьбы между тремя континентальными группировками:
- европейской - «Universal Powerline Association» (DS2, RWE, ASCOM и др.);
- американской - «HomePlug Powerline Alliance» (Intellon, Intel, Cisco, Motorola, Texas Instruments, General Electric, Connexant, Arcados, Radio Shack и др.);
- азиатской - «SECA Powerline Alliance» (Sony, Mitsubishi, Panasonic и др.).
Затем верх одержал, образованный в 2000 году, консорциум «HomePlug Powerline Alliance». Значительную роль в этой победе сыграл стандарт «HomePlug» - разработанный компанией «Intellon» (USA). Консорциум, в который вошли бывшие конкуренты, объединил более 90 крупных компаний. Вся аппаратура для PLC систем в качестве платформы использовала наборы микросхем компании «Intellon».
К наиболее значимым для PLC-сетей аспектам безопасности, на мой взгляд, следует отнести обеспечение условий доступности и целостности, так как очевидно, что передача конфиденциальной информации по PLC-сети связана со значительными рисками ее утечки и существенными затратами на их снижение. Покажем, что в указанных аспектах PLC-технология имеет определенный внутренний «потенциал» противодействия, по крайней мере, такой распространенной угрозе, как помехи естественного и/или искусственного происхождения. Этот механизм основан на идее использования поднесущих частот при блокировании основного канала передачи данных. Т. е. в случае внештатных отклонений показателей работы сети передаваемые пакеты перенаправляются по незатронутым атакой дополнительным каналам.
Среди PLC-технологий, представленных на российском рынке, пользуется известностью продукция фирмы Yitran [1]. В статье рассматривается применение PLC-модуля Yitran 1T700-PIM [2] на основе интегральной микросхемы IТ700 того же производителя. В работе предлагалось:
• измерение уровня выходного сигнала PLC-модуля;
• исследование спектральных характеристик PLC-сигнала;
• экспериментальное определение порога чувствительности модуля;
• определение влияния нагрузки на распространение PLC-сигнала;
• разработка математической модели PLC-канала; анализ топологии PLC-сети; выводы и рекомендации.
Возможности PLC-модуля Yitran IT700-PIM допускают его применение для организации сети передачи данных в системе управления ОББ. Компьютерное моделирование выявило существенное влияние нагрузок на условия распространения высокочастотного сигнала. Для обеспечения работоспособности сети передачи данных необходимо предотвратить шунтирование сигнала с помощью частотных заградителей. Рекомендуется включение каждой нагрузки через индуктивность Lзгр = 1 мГн. В случае вновь сооружаемой инфраструктуры питания (одновременно служащей PLC-сетью) следует отдавать предпочтение топологии «звезда», избегая неразветвленных протяженных участков.
Моделирование PLC-сети подтвердило возможность применения данного вида связи. Модель учитывает наиболее неблагоприятные условия: принята топология «шина», допустимое затухание выбрано с существенным запасом, возможностью ретрансляции пакетов пренебрегается. Эти допущения позволяют гарантировать надежную работу сети управления блокировками на основе PLC-модемов.
В последние годы в нашей стране стали появляться компании и фирмы предоставляющие свои услуги с использованием PLC технологий. Одними из таких компаний являются «Гиперком» и «Сетьтелеком».
Компания Гиперком основана в 2007 году и занимается разработкой, продвижением, продажей оборудования и решений на основе технологии Power Line Communications (передача информации по силовым линиям электропередач)
Венчурные фонды Intel Capital и «Русские технологии» (организован «Альфа-Групп») объявили о планах вложить $4 млн в компанию «Электро-Ком», которая будет предоставлять услугу высокоскоростного доступа в Интернет через электросети.
«Электро-Ком» планирует строительство пилотной сети PLC (Power line communications) на 100 000 -200 000 абонентов в Москве, Рязани, Калуге, Ростове-на-Дону и трех городах Краснодарского края. Объем инвестиций не раскрывается. «Электро-Ком» планирует начать предоставление своих услуг в первой половине будущего года. Технология PLC позволяет подключаться к Интернету через электророзетки на скорости в 10 -20 Мбит в секунду, что сравнимо со скоростями DSL - высокоскоростного доступа в Интернет по телефонным линиям.
Коммуникационные параметры линий (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и другие) меняются во времени в зависимости от уровня и характера текущего энергопотребления. Это особенно важно учитывать в России и странах СНГ, для которых характерны как частые перебои в энергоснабжении, так и значительные колебания показателей качества передаваемой электроэнергии.
Список литературы
1. Гумеля А.Н., Шварцман В.О. Электрические характеристики кабельных и воздушных линий связи. — М.: Связь, 2015, 208 с.
2. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники, т. 2. — СПб: Питер, 2013, 377 с.
3. Жаднов В.В. Методы имитационного моделирования отказов радиоэлектронной аппаратуры // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2012. № 15. С. 253-262.
4. Соколова С.А. Эффективное использование ресурсов при решении проблем градо-образования и эволюции городов // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. 2014. Т. 2. №6. С. 61 – 65.
5. Zaitcev D. A. An Evaluation of Network Response Time Using a Colored Petri Net Model of Switched LAN // Proceedings of Fifth Workshop and Tutorial on Practical Use of Colored Petri Nets and the CPN Tools. October 8—11. 2014. Aarhus, Denmark. P. 157—167.
