Internet w „gniazdku”. Dostęp do Internetu poprzez sieć

Internet w „gniazdku”. Dostęp do Internetu poprzez sieć

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