Communication Power Line - Laboratório Mídiacomdebora/fsmm/trab-2005-2/apres_PLC.pdf · PLC – Power Line Communication Universidade Federal Fluminense Fundamentos de Sistemas

PLC – Power Line Communication

Universidade Federal FluminenseFundamentos de Sistemas Multimídia - TPT04027Aluno: Marcus Vinicius de Almeida Ferreira

Tópicos� Internet, banda larga e realidade brasileira

� Inclusão digital� Histórico

� Topologia do sistema elétrico� Rede de interconexão e equipamentos� A tecnologia PLC

� Modulação, acesso ao meio, formato dos quadros� Considerações finais

� Modelo de mercado e padronização� Conclusão

Internet, banda larga e realidade brasileira

� Novas tecnologias;

� Conexão ao mundo;

� No Brasil esta realidade é bem diferente;� Limitações sociais� Limitações de distância

� PNAD – Plano Nacional por Amostras de Domicílio;� Objetivo – levantamento dos aparelhos eletrodomésticos,

eletrônicos, linhas telefônicas e acessos

Fonte: IBGE

*estimado20,1110,5311,3521,74.21020.93040.0002005*

12,425,7210,0221,752.26018.20039.5002004

7,503,068,9421,91.20016.00039.2002003

4,901,808,121,9970014.30038.8002002

ANO

Nº linhas telefônicas fixas em operação

(LT) (mil)

Número acessos Internet

(AI) (mil)

Número acessos Internet banda larga (AIL) (mil)

Dens. Telef. (%)

Dens. Acessos Internet

(%)

AIL / LT (%)

AIL / AI (%)

Internet, banda larga e realidade brasileira

� Dos domicílios com serviços e bens duráveis;� 97% tem energia elétrica� 90% tem televisão� 88% tem rádio� 62% tem telefone� 15,3% tem computador

� Grande capilaridade da rede elétrica;� Infra-estrutura já montada

O projeto Barreirinhas

� “Ilha Digital” em Barreirinhas (MA);

� IDH (Índica de Desenvolvimento Humano) baixo� A coloca em 5.287º� R$ 213,00 por ano – per capita� 40.000 habitantes e 7,7 mil domicílios

� Porque Barreirinhas?� Semelhança com a maioria das cidades brasileiras� Lençóis Maranhenses Turismo

� Tecnologia simples e rápida de ser implantada

Histórico de dados na rede elétrica

� 1920 – Sistemas de portadora� Transmissão de voz em redes de alta-tensão� Modulação AM (15-500 KHz)� Não existiam conhecimentos de codificação� Nem sistemas digitais para aplicação de técnicas

avançadas� Impedância característica bem definida (sistemas casados)


� 1930 – RPC (Ripple Control)� Primeira técnica – transmissão de alguns sinais de controle� Baixas freqüências de transmissão (100 à 900 Hz)� Usado em sistemas de baixa e média tensão� Comunicação unidirecional (concessionária consumidor)� Transmissores de alta potência� Acionamento da iluminação e controle de carga

� Década de 80 outros sistemas

� Faixa mais considerada 5 à 500 KHz� Relação SNR e atenuação


� 1988 –Frequency Hopping ou salto de freqüências� Primeiro protótipo de um modem � Até 1Km� Modestas taxas ~ 60bps

� A partir de 1990� Forma bidirecional� Menores níveis de potência transmitida� Freqüências mais elevadas

Topologia do sistema elétrico

� Geração

� Transmissão

� Distribuição� Primária� Secundária

Topologia do sistema elétrico

� Distribuição� Primária� Secundária

Problemas da rede elétrica

� Atenuação

� Impedância de rede

� Ruído Impulsivo� Síncrono� Tonal

� Não-intencional e Intencional� Alta freqüência� De apenas uma ocorrência

Redes projetadas para energia elétrica. Não adaptadas para fins de comunicação

Interconexão e equipamentos


� Rede interna� Modem PLC – entradas RJ11 e RJ45� Infra-estrutura já existentes

� Rede de acesso� Repetidor BT ou equipamento intemerdiário (IE)� > 300 metros usa-se repetidores� Acopladores

Repetidores BT/MT são usados caso a rede PLC esteja na MT


� Rede PLC de distribuição� Interligação do “mundo

elétrico” com o “mundo de dados”

� Responsabilidade do Master ou Head End


Medidor

Geração

Subestação

Backbone

InternetInternet

RepetidorRepetidor

Master

Modem PLC

Repetidor BT

Transformador

Tecnologia PLC

� A camada física

� Tipos de PLC

� Controle de acesso ao meio

� Formato do quadro

� Segurança

� Expansibilidade

� Taxas alcançadas

� Perguntas freqüentes

Tecnologia PLC – A camada física

� Spread Spectrum� Consiste em distribuir a potência do sinal em uma ampla

faixa

P

fi)

P

fii)

P

fiii)

fv)

sinal do usuárioInterferência 1Interferência 2

P


� OFDM – Ortoghonal Frequency Division Multiplex� Utilizada pelo padrão HomePlug 1.0� Consiste em modular um grande número de portadoras de

banda estreita distribuídas lado a lado


� GMSK – Gaussian Minimum Shift Key� Mesma modulação da tecnologia GSM

� Caso particular da modulação OFDM

� Algumas vezes referida como OFDM de banda larga

� Nesta técnica as portadoras são moduladas em fase

� Aplificadores mais simples

� Robusto contra interferências de banda estreita

Tecnologia PLC – Tipos de PLC

� PLIC� Power Line Indoor Communication� Também denominado In-House BPL

� PLOC� Power Line Outdoor Communication� Possibilidade de personalizar a taxa de transmissão

Tecnologia PLC – Acesso ao meio

� Em 2000 formado o Home Plug PowerLine Alliance� Especificação do padrão HomePlug 1.0

� Finalização do HomePlug AV ou HomePlug 2.0

� Objetivo especificar modelo para trabalhar com 802.3

� Variante do CSMA/CA� CSMA/CD não utilizado por causa da atenuação e do ruído

� Detecção de colisão por diferença de potencial seria difícil


� 4 níveis de prioridade no acesso ao meio� CA0 à CA3, sendo CA3 de maior prioridade

� CA3 usada nas tags 6 e 7 das VLANs controle da rede e tráfego extremamente sensível ao tempo, com delay e jittermenores que 10ms, como a voz.

� CA2 usada nas tags 4 e 5 tráfego sensível ao tempo, com delay menor que 100ms, como áudio e vídeo.

� CA1 é a padrão. Usada nas tags de 0 e 3 tráfego de redes

� CA0 usada nas tags 1 e 2 best effort (melhor esforço)


� Lógica de transmissão de um quadro

CIFS – Contention distributed interframe space (35,84µseg) PR – Priority resolutionPRSs – Priority resolution signalsCW – Contention WindowRIFS - Response Distributed Interframe SpaceDC – Deferral Counter


� Estação “escuta” se o meio está livre CIFS

� Meio livre fase de determinação de prioridade� Caso o meio não esteja livre, espera CIFS novamente

� Dois intervalos de tempo para determinar prioridade – PRs

� Enviados sinais PRSs nos intervalos PRs – PR0 e PR1

� Modulação on-off para representação binária


1 1

1 0

� Todas as estações com quadros de classes inferiores a CA3 adiam suas transmissões


� Período de disputa escolhe nº aleatório� Distribuído entre zero e a janela de contenção (CW)

� Janela de contenção depende do número de vezes que a função backoff é chamada

>23121711507

Classes CA3 e CA2

>26323111507

Classes CA1 e CA0BackoffCW BackoffCW


� Enquanto meio livre na disputa de prioridade� Backoff é decrementado

� Quando chega a zero o quadro é transmitido

� Deferral Counter (DC) – Contador de adiamento� Criado para evitar colisões� Decrementado quando outra estaçãocaptura o meio� Quando chega a zero grande númerode estações com mesma prioridade� Chama novamente a função de backoff >215

231100

BackoffDC


� Como outra estação sabe quando irá terminar e se uma resposta é esperada?� Através de detecção virtual

� RIFS = 26,8 µs < dos quadros

� Respostas esperadas� ACK

� NACK

� FAIL

Tecnologia PLC – Formato do quadro

Tecnologia PLC – Segurança DES-56

� Meio compartilhado

� Sem segurança poderíamos “escutar” transmissões

Bloco de encriptação

64 bits

N* iterações

* N de 1 à 16

48 bits

Chave 56 bits

Final

Tecnologia PLC – Expansibilidade

� Limitação não só numérica

� Qualidade de serviço

� Banda total do HeadEnd� Máximo de 100 usuários / trafo

Tecnologia PLC – Taxas alcançadas

� HomePlug 1.0 45 Mbps

� HomePlug 2.0 200 Mbps

� Testes feitos pela hidrelétrica de Xanxerê� Acesso discado – 56 Kbps

� ADSL – 512 Kbps

� PLC – 7.5 Mbps


� Acesso discado � Link se manteve estável

� Velocidade constante, porém baixa


� ADSL � Link também se manteve estável

� Velocidade variando de acordo com a quantidade de assinantes conectados simultaneamente no sistema


� PLC� Link estável

� Velocidade estabilizada logo no início do download� Pequenas variações momentâneas (±0,05%)

Tecnologia PLC – Perguntas freqüentes

� O PLC pode interferir em algum eletrodoméstico?

� O que pode causar interferência no PLC?

� Posso ligar o Modem PLC numa régua de tomadas com filtro de linha?

� É preciso fazer adaptações na fiação elétrica para instalar o modem PLC?

� Qual o consumo médio de um Modem PLC? A conta fica mais cara?

� Quando falta luz o PLC funciona ?

Modelo de mercado

� O que falta para se tornar comercial?

� ANATEL (Agência nacional de telecomunicações) � PLC não exige regulamentação

� Apenas homologação dos equipamentos

� Entraves regulatórios � Modelo tarifário

� Sistema de prestação de serviços

� ANEEL (Agência Nacional de energia elétrica)

� Descrédito das próprias concessionárias

Padronização

� 2000 PLC Forum

� 2000 HomePlug Powerline Alliance

� 2002 PLC Utilities Alliance

Conclusão

� Vários serviços e benefícios agregados

� Solução para última milha

� Baixo custo de implantação

FIM

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