PLC - Power Line Communication
 

RESUMO

Com o desenvolvimento da tecnologia Power Line Communication (PLC), que permite transmissões de sinais por onda portadora em redes de distribuição de energia, surge mais uma opção de conectividade em banda larga, além dos sistemas wireless, de satélite e cabos coaxiais das operadoras de TV por assinatura. O PLC transforma a rede elétrica de prédios e residências em uma verdadeira LAN, convertendo cada tomada de energia também em pontos de voz e dados. Para isto, roteadores são instalados junto aos transformadores de energia das ruas e, na entrada dos prédios, um decodificador, semelhante aos modens, separa a corrente elétrica dos sinais de voz, dados e Internet. Na Alemanha, onde esta tecnologia já está sendo comercializada, as taxas de transmissão, são entre 1 Mbps e 3 Mbps. A segunda geração de PLC, que já está em desenvolvimento, permitirá serviços de vídeo sob demanda em até 10 Mbps. Com a tecnologia PLC o usuário poderá ligar ou desligar fogões, TV’s, iluminação, ar condicionado e outros eletrodomésticos via Internet. Esta tecnologia surge como uma alternativa para empresas do setor de energia interessadas em atuar no mercado de telecomunicações. Afinal, a capilaridade de suas redes é muito superior à das atuais operadoras de telecomunicações. Nosso grupo visa difundir este novo conceito de transmissão de dados no meio acadêmico, já que este assunto não é muito conhecido e já está em fase de testes aqui no Brasil.

INTRODUÇÃO

Com o desenvolvimento da tecnologia Power Line Communication (PLC), que permite transmissões de sinais por onda portadora em redes de distribuição de energia, surge mais uma opção de conectividade em banda larga, além dos sistemas wireless, de satélite e cabos coaxiais das operadoras de TV por assinatura.

Com o passar do tempo os meios de comunicação vão se integrando e a exigência de novos meios de velocidade na transmissão de dados, além da busca pelo último usuário faz com que a PLC seja a alternativa mais barata e viável, a velocidade de transmissão numa rede PLC pode chegar até 14 Mbps dependendo da quantidade de usuários conectados.

Um mercado eletrônico que cresce tão incrivelmente está sendo sufocado pelo pouco espaço e velocidade existente, onde suas conexões feitas por ISDN (128 kbps) ou ADSL (faixa dos megabits por segundo) está fazendo que se incapacite o uso para transmissão de vídeo e áudio.

Outro grande fator é disseminação da internet para todos os lares até os que ficam a grandes distancias, com o uso da PLC a exclusão tecnológica deixará de existir permitindo que a mídia cultural eletrônica possa ser de uso integral na cultura moderna existente.

PLC no Brasil

Um dos grandes empecilhos que ainda existem para a ampla disseminação do acesso à Internet para o público em geral é, sem dúvida, a falta de um meio de transmissão de dados de baixo custo.

Até recentemente, a maioria dos esforços públicos e privados esteve concentrada na montagem de uma grande infra-estrutura de comunicação, capaz de suportar o tráfego de informações na Internet por meio de grandes vias de dados, os chamados "backbones".

O passo seguinte consistiu em encontrar uma maneira simples e prática de conectar individualmente cada usuário doméstico ou empresa ao "backbone" principal, um trecho normalmente chamado de "the last mile" (a última milha) pelos profissionais da área, isso até hoje tem sido feito utilizando infra-estruturas já existentes, como redes telefônicas ou de TV a cabo. Entretanto, esses meios se concentram em zonas urbanas – o que exclui residências de regiões afastadas ou de difícil acesso, além de serem relativamente caros.

 Crescimento no Brasil

Para vencer esta última milha a implementação da PLC no Brasil está sendo avaliada por companhias de energia como CEMIG de Minas Gerais, COPEL do Paraná e a ELETROPAULO de São Paulo, utilizando a própria rede elétrica para distribuir acesso contínuo e de alta velocidade para usuários residenciais, uma tecnologia conhecida como PLC (Power Line Communication) ou comunicação por linhas elétricas.

A mesma tomada de energia que faz seu computador funcionar pode ser usada para conectá-lo à grande rede. Os primeiros testes dessa nova tecnologia, a Power Line Comunication, foram feitos na Inglaterra.

Em termos simples, a PLC é uma tecnologia capaz de transmitir sinais de dados e voz pela rede convencional de distribuição de energia, usando sinais de alta freqüência.

A promessa é de acesso em banda larga e automação da leitura do consumo de energia, sem falar que a aparente facilidade de instalação, vem enchendo de esperanças os adeptos da popularização da Internet. De concreto mesmo, apenas os testes feitos por concessionárias de energia elétrica e pesquisadores em universidades. Mas a novidade não é tão simples, nem tão barata de implantar.

A expectativa é que se torne realidade e a Internet via rede elétrica seja mais uma opção além dos pares de cobre, satélites, cabos coaxiais e sistemas wireless para os usuários, dentro de cinco anos.

Empresas e a PLC

A Cemig iniciou os testes do acesso à internet em banda larga via rede elétrica, no final do ano passado, em Belo Horizonte. Foram investidos R$ 200 mil para instalação dos equipamentos em 40 pontos da capital mineira. O projeto está sendo feito em conjunto com a Infovias (joint-venture formada pela estatal e a AES, para transmissão de dados, voz e imagem) e a suíça Ascom, idealizadora dos equipamentos. Segundo informações da assessoria de comunicação da Cemig, o canal de acesso usado no projeto piloto tem uma velocidade de 2 Mbps, o que corresponde a uma velocidade quase 50 vezes maior que o acesso via rede telefônica.

O objetivo das empresas envolvidas no programa é identificar os serviços agregados para viabilizar a proposta comercialmente. Quanto mais serviços forem oferecidos via rede elétrica, maior será o retorno. Por isso, estão sendo estudados processos que vão permitir a leitura remota e em tempo real dos relógios de luz e das curvas de cargas das residências, além de disponibilizar serviços de TV a cabo e televigilância.

Outra distribuidora de energia que vem testando o sistema PLC é a Copel Telecomunicações, do Paraná. A Copel gastou R$ 1 milhão para levar o sistema elétrico de banda larga a 50 domicílios e estabelecimentos comerciais de Curitiba. Os experimentos demonstraram que a tecnologia funciona, mas o custo de sua infra-estrutura é alto, corresponde a quase 50% da instalação de uma rede de linhas telefônicas digitais (ADSL). Outro problema identificado é a distância. O recurso funciona em aparelhos instalados em circuitos curtos, onde a distância entre a fonte do sinal de dados e a residência do usuário é de cerca de 300 metros. Nessas condições, a Copel conseguiu taxas de transferências de até 1,7 Mbps.

A concessionária de energia elétrica Eletropaulo Metropolitana também iniciou testes práticos de viabilidade da tecnologia PLC na região metropolitana e no interior do estado de São Paulo. A empresa deve seguir os mesmos moldes do projeto da Cemig, o projeto de oferta da PLC em alta velocidade segue a estratégia do grupo norte-americano AES, conglomerado de geração e distribuição de energia, que detém ações de ambas as distribuidoras de energia.

O grande desafio na implantação da PLC é a adaptação de suas condições ao sistema elétrico brasileiro, na Europa e nos Estados Unidos, a rede é subterrânea, ou seja, não sofre interferências do meio ambiente.

ASCOM – A ASCOM Powerline Communications (APC) é uma subsidiária da ASCOM Holding e foi estabelecida em 1999. Tem tecnologia já comprovada para trazer a Internet de banda larga (até 4.5 Mbps hoje, com possibilidades de até 40 Mbps dentro de 3 anos)  e telefonia às casas e às empresas via linhas elétricas comuns.  A APC está em fase de expansão e colabora com algumas das maiores empresas de serviços de utilidade pública no mundo na área de energia elétrica, no caso Brasil atuando com a Cemig Companhia Elétrica de Minas Gerais. Atualmente operando na Europa, na Ásia e na América Latina (até agora só no Chile). O sistema  está funcionando atualmente em 16 países.

Para implementar estas soluções precisa-se da colaboração entre uma distribuidora de energia elétrica, uma companhia telefônica e um provedor de serviços Internet. A ASCOM está contemplando o estabelecimento de uma fábrica de modens e outros equipamentos especializados no Brasil para servir o mercado brasileiro, do MERCOSUL e da América Latina. 

A PLC pode ser a solução chave para levar a Internet (com seus governos eletrônicos) e a telefonia para qualquer casa com uma conexão elétrica, uma solução de acesso popular quando combinada com o uso de uma caixa pequena tipo WebTV usada com um aparelho comum de televisão.

Em breve, deve chegar também ao Brasil, por intermédio da distribuidora PI Componentes – novo nome da União Digital –, o Power Packet, circuito integrado dotado de um chip para ser integrado a aparelhos como telefones, decodificadores de TV a cabo, televisores, câmeras de vídeo e outros eletrodomésticos. Funciona como um modem e sua função é captar sinais de dados, voz e imagem recebidos por qualquer meio como cabos de cobre elétricos ou de telefonia, fibras ópticas ou cabos coaxiais de TV.

Produzido pela norte-americana Intellon Corp., o Power Packet tem como público-alvo os fabricantes de modens, de sistemas de automação residencial e comercial e as distribuidoras de energia elétrica.

O primeiro alvo dos desenvolvedores de PLC, na verdade, será o público residencial. Mas o mercado corporativo, representado pelos provedores de acesso, de data centers, Web sites, é o que apresenta o maior potencial de rentabilidade.

A tecnologia PLC seria uma solução perfeita se não fosse pelo fato de as linhas de força – assim como a rede telefônica no passado – não serem consideradas meios ideais para a transmissão de dados.

Dentro e fora de casa, a rede elétrica está sujeita a todo tipo de interferência e ruídos gerados por fontes chaveadas, motores e até dimmers.

Outro fator negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como impedância, atenuação e freqüência podem variar drasticamente de um momento para o outro, à medida que luzes ou aparelhos conectados à rede são ligados ou desligados. Além disso, se a intenção for transmitir informações a longas distâncias, os transformadores de distribuição são verdadeiras barreiras para a transferência de dados. Apesar de permitirem a passagem de corrente alternada a 50 Hz ou 60 Hz com quase 100% de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros sinais de maior freqüência.

Para atender às suas próprias necessidades, as distribuidoras de energia elétrica ocasionalmente criam soluções que fazem com que esses sinais contornem ou até atravessem os transformadores por meio de redes especiais de alta freqüência. Novas técnicas são capazes de recuperar sinais fortemente atenuados, entretanto somente as grandes empresas tem acesso a essa tecnologia.

Outra desvantagem vem do fato de a PLC ser uma mídia compartilhada e estruturada de modo paralelo. Assim, todas as casas conectadas numa mesma subestação local estarão compartilhando a largura de banda disponível. Isso significa que o desempenho da conexão pode variar de acordo com o número de pessoas que estiverem navegando ou baixando arquivos simultaneamente.

Apesar desses revezes, a PLC também possui outras características interessantes, além do aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A principal delas é ter a Internet sempre à disposição, 24 horas por dia. A atual velocidade máxima de 4,5 Mbps é bem maior que a de uma conexão ISDN (128 kbps) ou ADSL (faixa dos megabits por segundo).

Outra característica interessante da PLC é a possibilidade de transformar toda a infra-estrutura elétrica de uma residência ou edifício em uma rede local de dados, onde cada tomada pode ser encarada como um ponto de acesso que pode ser usado de maneira simples e descomplicada.

Essa idéia de transmitir dados sobre rede elétrica também poderia ser aplicada para interconectar dispositivos inteligentes dentro de uma casa. No início de 2000, a empresa Sunbeam – por meio de sua subsidiária Thalia Products – anunciou uma linha de eletrodomésticos inteligentes que trocavam informações no momento em que eram ligados à tomada. Batizada de HLT (Home Linking Technology), a iniciativa pretendia lançar produtos como despertadores, detectores de fumaça, cafeteiras, cobertores elétricos, medidores de pressão arterial, capazes de se comunicar. Por exemplo, o despertador poderia ser programado para mandar uma ordem à cafeteira para começar a preparar o café um pouco antes do pessoal da casa sair da cama. Num futuro próximo, até será possível colocar um filme em DVD no PC da casa e transmitir o som e a imagem para uma TV compatível pela fiação interna.

 A Rede PLC

A topologia da rede será a mesma da usada para distribuição de energia elétrica, tornando cada tomada um ponto potencial para transmissão de dados, transformando desta maneira a rede elétrica de prédios e residências em uma verdadeira LAN.

 A Tecnologia

 O Padrão da PLC está baseado no conceito de "aproveitamento da rede elétrica". A conveniência é até mesmo mais óbvia neste caso porque enquanto nem todo cômodo tiver um telefone para conectar, você sempre terá uma saída elétrica perto de um computador. Com a PLC, você conecta seus computadores a um ao outro pela mesma saída.

Porque não requer nenhuma instalação elétrica nova, e a rede não soma nenhum custo a sua conta elétrica, PLC é o método mais barato de conectar computadores em cômodos diferentes.

Rede elétrica


Rede Telefônica


Rede Wireless


Rede Ethernet

Passport & PowerPacket

Há duas tecnologias de PLC competindo. A tecnologia original é chamada Passport, criada pela Intelogis, a outra tecnologia se chama PowerPacket, desenvolvida pela Intellon, deste modo escolhida pela Aliança HomePlug como o padrão de redes PLC.

Aqui são as vantagens de uma rede PLC:

·        É barato

·        Utiliza instalação elétrica.

·        Todo quarto de uma casa típica tem várias saídas elétricas.

·        É fácil instalar.

·        Uma impressora, ou qualquer outro dispositivo que não precisará ser conectado diretamente a um computador, não tendo que estar fisicamente perto de qualquer computador em rede.

·        Não requer que uma placa PCI seja instalada no computador (embora há companhias que trabalhem com sistemas baseados em PCI).

A nova tecnologia PowerPacket provê outras vantagens bem como: É rápida, avaliada a 14 Mbps. Esta velocidade permite aplicações novas, como fluir áudio e vídeo e estar disponibilizando para toda casa.

Há algumas desvantagens ao conectar a linha de força a tecnologia de PASSPORT mais antiga:

·        O desempenho pode ser alterado se a energia for utilizada.

·        Só trabalha com computadores baseados no Windows.

·        Usa grandes dispositivos de parede para acessar uma saída elétrica.

·        Pode usar só 110V como linha de força padrão.

·        Requer que todos os dados sejam codificados para uma rede segura.

·        Instalações elétricas mais antigas podem afetar o desempenho.

Produtos novos estão se baseado no Padrão de PLC 
como a tecnologia da PowerPacket e da Intellon.

 De acordo com a Intellon, a tecnologia de PowerPacket elimina muitas destas preocupações, enquanto citando as vantagens seguintes:

É muito rápido. Avaliado a 14 Mbps.

·         "Evita" rompimentos na energia, enquanto mantém as conexões da rede e velocidades.

·        Não limita as características de sua impressora.

·        Pode ser compatível com outros sistemas operacionais (dependendo de disponibilidade de drive).

·        Pode ter o circuito se necessário embutido dentro do dispositivo, enquanto só necessita de um cabo de força padrão para acessar uma saída.

·        Trabalha independente de voltagem de linha e freqüência de corrente.

·        Inclui encriptação.

Em testes, não mostrou nenhuma degradação notável devido a condições de uma velha instalação elétrica.

Agora observemos como cada uma destas tecnologias trabalha.

Métodos

Intellon e Intelogis usam métodos diferentes para estabelecer redes PLC.

 Intellon

A tecnologia de PowerPacket da Intellon que serve como a base para o Aliança HomePlug Powerline padrão que usa uma forma aumentada de multiplexação de divisão freqüêncial orthogonal (OFDM) com correção de erro, semelhante à tecnologia achada em modem de DSL. OFDM é uma variação da multiplexação de divisão freqüêncial (FDM) usado em redes de linha telefônica. FDM insere dados de computador em freqüências separadas de sinais de voz levados pela linha telefônica, enquanto separando o espaço notável extra em uma linha telefônica típica em dados distintos dividido em pedaços uniformes da largura da banda.

No caso de OFDM, é avaliado o alcance da gama disponível de freqüências no subsistema elétrico (4.3 MHz à 20.9 MHz). OFDM envia vários pacotes de dados simultaneamente com as freqüências transportadas, permitindo velocidade e confiança. Se barulho ou uma oscilação de energia em uso romperem um das freqüências, o PowerPacket sentirá falta de um pedaço do pacote e trocará os dados para outro transporte. Este sistema adapta a taxa de transmissão permitindo que o PowerPacket mantenha uma conexão da Classe Ethernet ao longo da rede de linha de força sem qualquer perda de dados.

 

Esta Placa PCI em seu computador e uma saída de energia em sua parede
pode criar uma rede PLC.

 

A mais recente geração de tecnologia de PowerPacket é avaliada a 14 Mbps que são mais rápidos que linha telefônica existente e soluções sem fios. Porém, como o acesso à banda larga e o conteúdo baseado na Internet como áudio, vídeo e voz por IP tornam-se cada vez comuns, exigências de velocidade continuarão aumentando. Ao longo destas linhas, o OFDM da Intellon se aproxima de um suporte em redes PLCs em alta escala, permitindo que a eventual tecnologia possa ultrapassar 100 Mbps.

 Intelogis

 A tecnologia de linha de força mais antiga usada pela Intelogis confia a troca de chave de freqüência (FSK) enviar dados em cima dos fios elétricos em sua casa. FSK usa duas freqüências, um para 1s e o outro para 0s, para enviar informação digital entre os computadores na rede. As freqüências usadas há pouco está em uma faixa estreita anterior o nível onde a maioria do barulho na linha acontece. Embora deste método funcionar, é um pouco frágil. Qualquer coisa que encontra em qualquer freqüência pode romper os dados que são transmitidos, isto é, enquanto o computador transmitir e receber os dados. Isto pode afetar o desempenho da rede. Por exemplo: quando você estava usando mais eletricidade em sua casa, como ligar a lavadora ou o secador, o que faz reduzir a velocidade na rede. Intelogis inclui proteção na linha de força e em seu equipamento de rede forçando que você os insira entre a saída da parede e seu equipamento ajudando a reduzir a quantidade de barulho na linha elétrica.

Como Instalar uma Rede de PLC

 

Distribuição do PLC em um domicilio

 A conexão física entre cada computador e a Intelogis na rede de energia usa a porta paralela do computador. Um dispositivo é fixado diretamente na saída elétrica encontrada na parede (não funcionará corretamente se utilizar um protetor de oscilação).

Um cabo paralelo é fixado no dispositivo da parede e no conector paralelo do computador. A rede de energia deve ser o último equipamento conectado a porta paralela. Por isto, se você tem qualquer outra coisa conectada a porta paralela, como um scanner, isto é que tenha que passar pela porta paralela, a menos que você tenha uma segunda porta paralela em seu computador, sua impressora deve ser conectada à rede por um dispositivo de parede próprio. Algo para lembrar-se de que aquela rede de energia não apóia impressões bidirecionais. Isto é, dados que são enviados em ambas as direções, permitindo sua impressora enviar informações a seu computador, como a quantidade de tinta e papel. Isto não impedirá que sua impressora trabalhe, mas você perderá o uso de tal característica.


Dispositivos de PowerPacket conectam-se por uma porta USB ou Ethernet utilizando o cabo de seu computador a um adaptador na parede. Dispositivos subseqüentes terão o circuito embutido, isto significa para ter a conexão é somente utilizado cabo de força.

Uma vez que as conexões físicas são feitas, a instalação do software é descomplicada. O software encontra automaticamente os computadores e impressoras na rede. Se sua conexão de Internet é feita por modem ou cabo, DSL ou modem normal, o software servidor de procuração permite compartilhar a Internet com seus outros computadores. Você pode adicionar computadores facilmente utilizando um novo adaptador e instalando o software. Podem ser incluídas impressoras adicionais usando a adaptador de impressoras. Arquivo e impressora podem ser compartilhados no Windows.

Há dois tipos comuns de redes de casa: a rede ponto-a-ponto e cliente/servidor. As redes de cliente/servidor têm um sistema administrativo centralizado que provê informação a todos outros dispositivos. Os meios da rede ponto-a-ponto faz com que cada dispositivo possa se comunicar diretamente com um ao outro dispositivo na rede sem consultar primeiro um sistema central. A Intelogis Passport usa tecnologia de uma rede de cliente/servidor. O primeiro computador que você instala o software se torna o Servidor de Aplicação. Enquanto controla o fluxo de dados, contata cada dispositivo de rede onde pode achar outros dispositivos.A tecnologia de PowerPacket da Intellon usa uma rede de ponto-a-ponto semelhante.

Fonte: http://www.metrored.com.br/tutoriais/tutorial_redes_plc_01.php

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