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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final Volume I – Projeto PLC Estudo da Tecnologia Power Line Communication e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor Aluno: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo Brasília, DF – Junho / 2004

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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final

Volume I – Projeto

PLC Estudo da Tecnologia Power Line

Communication e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor

Aluno: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090

Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo

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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final

Volume I – Projeto

Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo

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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final

Monografia

PLC Estudo da Tecnologia Power Line

Communication e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor

Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo

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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final

Monografia

Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959

Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo

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AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer primeiramente a Deus. Agradecimentos especiais aos

Professores Eduardo Lobo e Vilson Hartmann. As pessoas que tornaram possíveis a

realização desse trabalho: Osvaldo Madureira, Maria Araújo, Célio Henrique, Karla

Oliveira, Salomão Sampaio, Francisca Nogueira, Edilson Lima, Maria Helena,

Fabiana Nunes por sua paciência, por seu amor e compreensão.

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Projeto Final de Graduação, sob a Orientação do Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann e co-orientação do Prof. Msc. Eduardo Lobo, avaliado por uma Banca Examinadora do Curso de Processamento de Dados da UCB e constituiu requisito para obtenção do Título de Tecnólogo em Processamento de Dados.

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SINOPSE

Essa monografia apresenta um estudo da tecnologia Power Line Communication que

tem o objetivo de prover um meio de acesso no trecho que comumente chamamos de

“última milha” incluindo a sua Arquitetura de Rede e Sistema de Acesso. São

demonstrados os serviços – Telemetria e vídeo conferência com o uso da PLC, que

podem ser implementados a partir de exploração em conjunto com empresas de

Telecomunicações, Redes de Televisão, Vídeo-Locadoras, Rádios, Empresas de

Segurança e Automação e pela própria Concessionária de Energia Elétrica, segue

também um comparativo da PLC com dois Links de acesso: Acesso discado (Modem)

e ADSL.

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ABSTRACT

This paper presents a study about the technology Power Line Communication whose

the objective of providing a way of access in a passage that is commonly called "last

mile" and whose includes its Net Architecture and Access System. The services

demonstrated - Telemetry and video conference with the use of PLC, can be

implemented from exploration with Telecommunications companies, Nets of

Television, rental-Video companies, Radios, Safety and Automation Companies and

for the own Electric power Dealership, it also follows a comparative of PLC with two

Links of access: Dialed access (Modem) and ADSL.

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ÍNDICE ANALÍTICO

1. Introdução ............................................................................................................ 13 2. Objetivos da Pesquisa .......................................................................................... 17 2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................ 17

2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................. 17

3. Sistemas de Acesso PLC ...................................................................................... 18 4. Hierarquia em uma rede PLC ............................................................................ 21 5. Características da tecnologia PLC ..................................................................... 23 5.1 Controle da radiação emitida ................................................................................. 23

5.2 Prioridade a dados em tempo real ........................................................................ 23

5.3 Fácil integração do sistema .................................................................................. 24

5.4 Pontos de instalação flexíveis .............................................................................. 24

6. Serviços e benefícios trazidos pela tecnologia PLC ........................................ 25 6.1 Vídeo Conferência ............................................................................................... 25

6.1.1 Modelo Centralizado ................................................................................ 26

6.1.2 Modelo Descentralizado .......................................................................... 29

6.1.3 Modelo Híbrido ........................................................................................ 30

6.2 Telemetria ............................................................................................................ 31

6.2.1 Componentes de Soluções de Telemetria ................................................ 33

6.2.2 Usuários de Soluções de Telemetria (Clientes) ....................................... 34

7. Comparativo entre ADSL e Acesso discado ................................................ 39 7.1 História dos Modems ........................................................................................... 39

7.2 Modems de 56KBPS ............................................................................................ 40

7.3 Modems ADSL .................................................................................................... 41

7.3.1 Vantagens e Desvantagens do ADSL ...................................................... 41

7.3.2 Características Gerais do ADSL .............................................................. 42

7.4 Voz e Dados ......................................................................................................... 43

8. O Sistema de provisão de energia elétrica e suas propriedades ................ 48 8.1 Topologias e Estruturas Elétricas ......................................................................... 48

8.2 O nível de alta voltagem ...................................................................................... 48

8.3 O nível médio e baixo de voltagem ..................................................................... 51

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8.3.1Propriedades de Linhas e Cabos em Níveis de voltagem Médio e Baixo .......... 52

8.4 O Cenário da Interferência .................................................................................. 52

9. O Mercado da PowerLine Communication ................................................. 54 9.1 A Desregulamentação do Mercado de Telecomunicações .................................. 54

9.2 Missão e Visão para o Homeplug PowerLine Alliance ....................................... 55

9.3 Padrão para a PLC ............................................................................................... 56

9.4 Livre comércio da eletricidade ............................................................................. 57

9.5 ASCOM ............................................................................................................... 58

9.6 A PLC no Brasil ................................................................................................... 59

9.6.1 Projeto-Piloto da Cemig ...................................................................................... 60

10. Implementação ............................................................................................... 64 10.1 Características Técnicas ................................................................................... 66

10.1.1 Adaptador de Rede FacilNet – PLC ................................................................. 66

10.1.2 Requisito do Sistema ...................................................................................... 66 11 Conclusão ............................................................................................................. 667

Referência Bibliográfica .......................................................................................... 668

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Lista de Figuras

Figura 1.1 - Interactive .............................................................................................. 13

Figura 1.2 - Ilustração de como Trabalha a PLC ................................................... 15

Figura 3.1 - Sistema Indoor e Outdoor .................................................................... 18

Figura 3.2 - Rede PLC .............................................................................................. 19

Figura 4.1 - Topologia de rede .................................................................................. 21

Figura 6.1 - Serviços trazidos pela PLC ................................................................... 24

Figura 6.1.1.1 - Videoconferência entre dois participantes .................................... 27

Figura 6.1.1.2 - Videoconferência baseada em modelo centralizado .................... 27

Figura 6.1.2.1 - Videoconferência baseada em modelo descentralizado ............... 29

Figura 6.1.3.1 - Videoconferência baseada em modelo híbrido ............................. 30

Figura 7.4.1 - Tecnologia para conexão à Internet ................................................. 45

Figura 9.6.1 - Modem PLC ................................................................................ .......58

Figura 9.6.2 - Master PLC ....................................................................................... 59

Figura 9.6.3 - Repetidor PLC .................................................................................... 59

Figura 9.6.4 - Master PLC............................................................................................60

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ÍNDICE REMISSIVO

10BaseT ............................................ 54

Acesso discado ........................ 17,38,44

Amplificadores ............................. 23,43

Atenuação ............................... 14,20,49

ATM .................................................. 21

Backbone ............. 17,19,20,21,24,30,33

Baixa tensão ................................. 17,21

Banda larga ......... 14,16,25,39,42,56,64

Broadcast ........................................... 22

Canais de dados ................................. 22

Célula de energia .......................... 18,19

Concentrador ................. 19,20,21,23,24

Corrente alternada ........................ 14,47

Decodificador .................................... 15

Demodulador ........................... 19,24,38

DHCP ................................................ 22

DPL .............................................. 52,53

Espectro ........................................ 54,55

Ethernet ......................... 20,56,58,63,64

Fax ................................................ 51,56

Fibra óptica ....................................... 21

Indoor ............................ 17,18,20,24,64

IP ............................................ 23,56,60

ISDN ................................................. 14

Link ......................................... 17,44,45

Master ................................ 58,59,60,65

Média tensão ..................................... 21

Oscilação ........................................... 14

Outdoor ................................... 17,18,19

PNR.............................................. 19,21

PNT .............................................. 19,21

PNU ............................................. 19,21

Protocolos .................................... 23,64

Radiação ...................................... 23,47

RDIS ................................................. 25

Repetidores ....................................... 20

SNMP .......................................... 22,63

Subestação ........................................ 14

Throughput .................................. 20,22

TIC .................................................... 25

Topologia ................................ 20,46,49

Transformadores ................ 13,14,46,50

Última milha ................. 13,20,56,57,60

Upload .......................................... 42,43

USB......................................... 20,56,63

V-LAN .............................................. 22

VoIP ............................................. 44,60

Voltagem ............. 13,46,47,48,49,50,51

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1. Introdução

Figura 1.1 [INT 2003] Existem várias opções para conexão a Internet, mas nenhuma se mostra tão

promissora quanto a Power Line Communication (PLC). A PLC utiliza os cabos de

cobre das redes de energia elétrica para transmissão de voz, dados e imagens. A

proposta principal dessa tecnologia de acesso é prover, de forma eficiente e barata, o

alcance da “The Last Mile” (A Última Milha), levando a informação à casa dos

clientes via um sistema de acesso que 98 por cento da população mundial está

integrada – O sistema de distribuição de energia elétrica.

Como esses sinais não conseguem passar por transformadores, é necessário o

uso de dispositivos externos que combinam os sinais de dados e voz com a corrente de

baixa voltagem (gerada nas subestações), para serem enviadas às residências,

cobrindo desse modo à última milha. [TAV 2002]

A tecnologia PLC não é nova; ela já é pesquisada há mais de uma década e

utilizada em aplicações que não demandam grande velocidade na transmissão dos

dados. Esse meio de acesso também é usado por distribuidoras de rede elétrica para

medições remotas, controle de equipamentos, monitoração de postes e até de

parquímetros.

A novidade fica por conta do uso da PLC em transmissões de dados em alta

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velocidade (4,5 Mbps, podendo chegar em breve a 8 Mbps), o que abre caminho para

que aplicações mais sofisticadas, como Internet de banda larga e videoconferência,

estejam disponíveis em qualquer tomada elétrica de casas ou edifícios.

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 fato negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como

impedância, atenuação e freqüência podem variar drasticamente de um momento para

outro, à medida que luzes ou aparelhos conectados a rede são ligados ou desligados.

Além disso se a intenção for transmitir informação 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 por cento de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros

sinais de maior freqüência.

Para atender as 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 de aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A principal

delas é ter a Internet sempre a disposição, 24 horas por dia. A atual velocidade

máxima de 14 Mbps é bem maior que a de uma conexão ISDN – 128 Kbps ou ADSL

– 6.1 Mbps.

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,

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onde cada tomada pode ser encarada como um ponto de acesso que pode ser usado de

maneira simples e descomplicada.

Na entrada de cada casa ou prédio é instalado um aparelho decodificador que

separa a corrente elétrica dos sinais de dados e os distribui para os usuários.

Uma ilustração de como Trabalha a PLC:

Figura 1.2 [HPL 2002]

Essa idéia de transmitir dados sobre rede elétrica também poderia ser aplicada

para interconectar dispositivos inteligentes dentro de uma casa. No início do ano

2000, a empresa SUNBEAM por meio de sua subsidiária THALIA PRODUCTS –

anunciou uma linha de eletrodomésticos inteligentes que trocavam informação 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 a cafeteira para começar a preparar o café um pouco antes do pessoal da casa

cair da cama. Num futuro próximo, até será possível colocar um filme em DVD no PC

de casa e transmitir o som e imagem para uma TV compatível pela fiação interna.

[MAR 2002].

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Já existem experimentos nessa área em pelo menos quatro estados brasileiros:

Paraná, São Paulo, Espírito Santo e Minas Gerais.

Ainda sem um modelo de negócio definido, as distribuidoras de energia

afirmam que não pretendem oferecer os serviços diretamente ao consumidor,

mantendo seu foco de atuação na distribuição de energia e terceirizando a infra-

estrutura para tráfego de banda larga para outros fornecedores. Atualmente, no Brasil

não existe um modelo comercial que permita lançar o serviço, mas isso depende das

parcerias comerciais com os fornecedores da tecnologia, em termos de participação

acionária na empresa. É preciso também criar uma empresa nova para isso, porque as

empresas de energia não podem prestar serviço de telecom.[TIM 2003]

A Cemig iniciou os testes do acesso à internet em banda larga via rede elétrica

no final de 2001. O projeto está sendo feito em conjunto com outras empresas, uma de

transmissão de dados, voz e imagem e outra , idealizadora dos equipamentos.[EMI

2002]

Outra distribuidora de energia que vem testando o sistema PCL 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.

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.

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. [MIL 2003].

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2. Objetivos da Pesquisa

2.1 Objetivo Geral

Apresentar a Tecnologia Power Line Communication – PLC, que é a

utilização da rede de energia elétrica para transmissão de voz, dados e imagens. Fazer

uma comparação objetiva com outras tecnologias de acesso em banda larga e ilustrar

que a PLC é uma evolução das conexões de banda já existentes, possibilitando uma

amostra de taxa de transferência de dados muito superior ao que se conhece hoje.

2.2 Objetivos Específicos

Ilustrar os serviços e benefícios trazidos por essa tecnologia dando ênfase a

vídeo conferência e telemetria. Fazer uma comparação da taxa de transmissão de dados entre os Links de

acesso: Acesso discado e ADSL.

Pesquisar como é realizado a comunicação de dados sobre a rede elétrica.

Apresentar um estudo das características das linhas de distribuição elétrica e

fazer um levantamento do mercado da Power Line Communication no Brasil.

Implementar transmissão de voz e dados e imagem com a utilização de um

segmento de rede PLC no sistema indoor. Imagina-se dois ambiente de aplicação:

Indoor (Interno) e Outdoor (Externo), no ambiente indoor, em residências, escritórios,

industrias esse tipo de comunicação de dados trará como vantagem a redução do

número de cabos de interconexão. No ambiente Outdoor, a concessionária de energia

poderá oferecer novos serviços como controle de equipamentos, telemetria, tráfego de

dados, acesso a internet, monitoramento.

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3. Sistemas de Acesso PLC

O sistema de acesso PLC consiste basicamente em dois sistemas simultâneos

de operação de: o sistema Outdoor e o Sistema Indoor.

Outdoor envolve a parte pública da distribuição de baixa tensão, do transformador

para o ponto de acesso da residência do cliente. O sistema Outdoor é conectado ao

backbone de comunicação na estação do transformador.

Já o sistema Indoor se estende do ponto de acesso da residência do cliente para

qualquer tomada dentro dela. Esse sistema envolve toda a área privada de distribuição

de energia.

Figura 3.1 [TAV 2002]

Nesse ponto é interessante introduzir o conceito de “célula de energia”. Uma

“célula de energia” na arquitetura de rede de um sistema PLC é caracterizada por um

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sistema outdoor e todos os seus sistemas indoor.

Observando um pouco mais de perto, podemos destacar alguns outros pontos

característicos de uma rede PLC. Veja a figura a seguir:

Figura 3.2 [TAV 2002]

O sistema funciona da seguinte forma: os dados são transmitidos por uma

empresa de telecomunicações, até o transformador instalado nas ruas. Em seguida, um

equipamento concentrador (PNU) converte o sinal para a rede elétrica, o conduzindo

até a residência. Lá, um outro aparelho amplificador (PNR), localizado junto ao

medidor de energia, recupera as informações perdidas no percurso e as transfere para

dentro de casa. Finalmente, um último equipamento acoplado ao micro (PNT) recebe

as informações que chegam pela fiação:

► Concentrador Mestre (PNU): Controla o sistema Outdoor e interconecta

uma célula de energia (Power Cell) à rede do backbone. Geralmente está localizado

no transformador ou no centro geométrico de uma célula.

► Demodulador Repetidor (PNR): Provê o acesso direto do usuário para o

sistema Outdoor. Cada residência tem um. Esse equipamento se comunica com o

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Concentrador em uma freqüência que varia entre 2 e 3 MHz.

► Modem (PNT): Usado para recepção e transmissão dos dados. Comunica-

se com o Demodulador Repetidor a uma freqüência que varia entre 13 a 30 MHz.

A distância alcançada de um sistema PLC depende primeiramente das perdas

ao longo da distribuição de energia. È possível hoje prever a distância média que se

pode alcançar em uma situação real.

A atenuação do sinal é aumentada com a freqüência, consequentemente a

distância alcançada varia com a freqüência. A uma freqüência de 2,4 MHz, pode-se

alcançar uma distância típica de 150 a 250 m. Com uma freqüência de 8,4 MHz, a

distância fica na faixa de 100 a 200 m. A cobertura do sistema pode ser ampliada com

a inserção de repetidores.

A freqüência Indoor em torno de 20 MHz alcança entre 70 a 100 m dentro das

residências. A distância depende bastante do tipo do cabo. A cobertura do sistema

Indoor pode ser ampliada também com a inserção de repetidores.

Como o sistema PLC é um meio compartilhado, ele carrega tráfego de todos

os usuários conectados em sua rede. O acesso ao canal é gerenciado pelo

Concentrador Mestre, que dinamicamente aloca a capacidade do canal para o usuário

baseado em sua demanda instantânea, provendo assim uma possibilidade de

“throughput” máximo.

O número de residências que um concentrador Mestre suporta é de

aproximadamente 20.

Os fabricantes já estão produzindo equipamentos com interfaces padronizadas,

tais com ethernet e USB, para uma fácil integração com o mundo da comunicação,

sendo eles do usuário ou do backbone. Em um futuro próximo, os fabricantes

conseguirão produzir equipamentos com preços competitivos, para serem capazes de

comercializar seus produtos em larga escala.

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4. Hierarquia em uma rede PLC

A tecnologia PLC tem o objetivo de prover um meio de acesso no trecho que

comumente chamamos de “última milha”. No entanto, quando olhamos a topologia de

rede sob uma perspectiva mais ampla, percebemos que a rede PLC precisa estar

completamente integrada à rede de telecomunicações convencional.

O objetivo desse tópico é comentar um pouco mais sobre esse assunto,

fornecendo uma idéia da hierarquia de uma rede utiliza a tecnologia PLC. Para isso,

vamos utilizar a figura mostrada em seguida.

Figura 4.1 [TAV 2002]

Na primeira camada estão os equipamentos e aparelhos elétricos ligados na

tomada e sendo interligados pela linha de baixa tensão dentro da residência. Na

segunda camada (rede de acesso PLC) podemos encontrar os equipamentos da rede

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PLC, como os modems (PNT), concentrados na linha de média tensão fora da

residência, por intermédio do amplificador (PNR) que se comunica com o

concentrador Mestre (PNU).

A comunicação diretamente pela linha elétrica acaba nesse ponto e agora o

acesso ao provedor de serviço vai depender muito de cada caso, como, por exemplo,

da distância, da velocidade requerida, da acessibilidade etc.

Nessa terceira camada (Rede de acesso 1), várias tecnologias podem ser utilizadas,

como por exemplo: fibra óptica ,rádio, ADSL etc.

Agora já disponibilizado o acesso, o meio de transporte da comunicação é

requerida, podendo ser um backbone ATM, por exemplo, onde será feita a distinção

da comunicação de cada usuário.

Como a PLC é um meio compartilhado, muitos usuários podem acessar o meio

ao mesmo tempo. Portanto, é necessário proteger a privacidade de cada tráfico

individual. Para tal tarefa, é utilizada a tecnologia V-LAN, que habilita a separação

específica para cada usuário dos canais de dados resultando na proteção da

comunicação. Com esse propósito, a administração da rede especifica cada usuário a

uma V-LAN privada.

Após essa camada, vem a camada de supervisão, que fica na empresa que

disponibiliza a rede de acesso. O sistema de comunicação PLC já contém todos os

atributos necessários para facilitar a integração com um sistema de gerência e

supervisão automatizado.

Todos os equipamentos são gerenciados via DHCP (Dynamic Host

Configuration Protocol) e SNMP ( Simple Network Management Protocol). Isso

permite a integração em sistemas de gerenciamento de rede padrão, provendo um

sistema de monitoramento efetivo de tráfego e localização de tráfego rápido com

ferramentas já estabelecidas.

Paralelamente a essa camada, existirá a camada do provedor de serviço, que

poderá ser um provedor de Internet, alguma empresa de monitoramento a distancia.

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5. Características da tecnologia PLC

O sistema de acesso do Power Line Communication é otimizado para

transmissão de dados via uma rede de distribuição de energia já existente, provendo

um máximo “throughput” em um mínimo nível de energia.

Para a máxima eficiência dessa tecnologia é necessário um tipo de modulação

do sinal e freqüências especificas que devem evitar interferências vindas de sinais de

rádio e de serviços broadcast. Os fabricantes têm investido avançadas tecnologias para

garantir a privacidade nos dados transmitidos.

Uma das vantagens mais marcantes do PLC é que como toda a informação

trafega pela rede elétrica da casa, a monitoração e o controle de equipamentos

elétricos podem ser facilmente implementados, além é claro da comunicação de dados

com o mundo exterior.

No entanto, essa ainda é uma tecnologia nova, mas seus fabricantes acreditam

que em breve seu uso seja difundido. Para tal, eles implementam a cada dia uma série

de características para ajudar a sua popularização, dentre elas podemos citar: [TAV

2002]

5.1 Controle da radiação emitida

Com o intuito de minimizar a radiação, são utilizados dispositivos de

transmissão capazes de controlar a emissão de energia para um valor máximo

parametrizado.

Esses dispositivos são acoplados juntos aos concentradores, amplificadores e

modem, e ajustam automaticamente a energia de transmissão para um nível mínimo

requerido, mantendo uma conexão de alta qualidade.

5.2 Prioridade a dados em tempo real

Os equipamentos de um sistema PLC já podem distinguir entre dados normais

e dados de tempo real baseados em protocolos. Para uma boa qualidade do serviço, o

tráfego de tempo real, como voz e vídeo, requer uma transmissão com o mínimo de

atraso. Já pelo tráfego normal, como uma transferência de arquivos, não há a

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sensibilidade a atrasos de transmissão.

5.3 Fácil integração do sistema

Para que ocorra a popularização da tecnologia, os equipamentos PLC devem

conter a funcionalidade e os protocolos requeridos para uma fácil integração em um

grande sistema de comunicação.

Esses equipamentos devem ser capazes de receber e processar

automaticamente todos os parâmetros de operação, tais como endereços IP, VLAN-

ID’s e números telefônicos.

Também é muito importante que um sistema PLC possa ser facilmente

estendido de um tamanho pequeno para um tamanho grande, mantendo os valores de

serviços agregados.

5.4 Pontos de instalação flexíveis

Em circunstâncias normais, os pontos de instalação são os Concentradores

Mestres no transformador, ou o Demodulador – repetidor entre o medidor elétrico.

No entanto, não há nenhum tipo de imposição para instalar essas unidades, podendo

ser instaladas em qualquer ponto que satisfaça às seguintes exigências:

- Fácil acesso para o pessoal de serviço;

- Lugar protegido de vandalismo e fenômenos como calor e chuva;

- Acesso ao backbone e/ou acesso ao usuário;

- Área acessível para o Concentrador Mestre e o Demodulador Repetidor;

- Nível de sinal disponível para os equipamentos;

- Evitar interferência entre sistemas Indoor vizinhos.

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6. Serviços e benefícios trazidos pela tecnologia PLC

Figura 6.1 [SER 2004]

Os serviços podem ser implementados a partir de exploração em conjunto com

empresas de Telecomunicações, Redes de Televisão, Video-Locadoras, Rádios,

Empresas de Segurança e Automação e pela própria Concessionária de Energia

Elétrica.

6.1 Vídeo Conferência

Esta tecnologia é uma forma de envio e recepção de imagens em tempo real

entre diversas pessoas fisicamente distantes entre si através de computadores. De

todas as TICs - Tecnologia de informação e comunicação, a videoconferência é o

meio mais “rico”, porque permite a troca não apenas de conteúdo, mas também de

informação relacional (gestos, mímica, expressões) entre humanos. Esta característica

é importante para a construção de confiança numa colaboração virtual. Requer a

ligação em alta velocidade (PLC, RDIS, ADSL ou banda larga) entre dois ou mais

locais e o uso de sistemas apropriados e compatíveis (existem standards diferentes em

uso). Embora a video-conferência tenha beneficiado os avanços nas tecnologias de

compressão e de disponibilização de banda larga, a qualidade de transmissão é muitas

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vezes insuficiente para garantir uma difusão mais vasta desta forma de comunicação

[ORGA 2004].

Atualmente, a existência de novas alternativas para as redes de computadores,

tais como ReMAVs (Redes Metropolitanas de Alta Velocidade), Internet2, RNP2 e

futuramente a PLC estão viabilizando o desenvolvimento de aplicações avançadas

como videoconferência, vídeo interativo, bibliotecas digitais e laboratórios virtuais.

Isto tem favorecido a comunidade acadêmica e instituições de pesquisa, além do setor

comercial; e tem provocado um crescimento no uso do computador como uma

ferramenta para mediar a comunicação em tempo real entre indivíduos e grupos,

aumentando o número de ferramentas disponíveis e também o número de usuários

destes serviços.

A videoconferência é uma forma de comunicação interativa que permite a

duas ou mais pessoas que estejam em locais diferentes, a comunicação com áudio e

visualização de imagem em tempo real. Reuniões, cursos, conferências, debates,

palestras são conduzidas como se todos os participantes estivessem juntos no mesmo

local. Com os recursos da videoconferência, pode-se conversar com os participantes e,

ao mesmo tempo visualizá-los na tela de um monitor (telão ou televisão, dependendo

dos recursos utilizados), trocando informações como se fosse pessoalmente.

Uma grande variedade de soluções para sistemas de videoconferência está

disponível e cada aplicação, de acordo com o seu propósito, pode ter necessidades

diferentes com relação a equipamentos, à infra-estrutura de comunicação e à

qualidade de serviço. Considerando estes fatores, um sistema de videoconferência

deve se adequar da melhor forma possível aos recursos que a infra-estrutura de rede

oferece. Além disso, o modelo de comunicação escolhido (centralizado,

descentralizado ou híbrido) pode influenciar no tipo de recursos que serão utilizados

na aplicação.

6.1.1 Modelo Centralizado

O modelo centralizado é baseado no modo de comunicação ponto a ponto ou

unicast. Quando existem três ou mais pontos para se conectarem entre si, a

comunicação é possível utilizando-se uma Unidade de Controle Multiponto (MCU -

Multipoint Control Unit)

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A principal característica desse modelo é a utilização de um MCU que faz

parte dos mecanismos descritos na recomendação H.323 do grupo de trabalho da ITU

(International Telecommunications Union) que estuda comunicações e conferências

multimídia. O padrão de conferência H.323 está sendo amplamente utilizado no

desenvolvimento de sistemas de videoconferência.

Em uma sessão de videoconferência baseado neste modelo cada participante

estabelece uma conexão com o MCU central e a distribuição do fluxo de áudio, vídeo

e dados para cada participante é feita pelo MCU que mescla os vários fluxos de áudio,

seleciona o fluxo de vídeo correspondente e retransmite o resultado para todos os

outros participantes. Ele gerência a videoconferência usando funções de controle

H.245 que definem a capacidade de cada terminal. O H.245 é um protocolo para

controle de chamadas especificado no padrão H.323.

Um MCU é a combinação de um Controlador Multiponto (MC - Multipoint

Controller) e de zero ou mais Processadores Multiponto (MP - Multipoint Processor).

O MC, geralmente um software, é o responsável pelo controle de três ou mais

participantes durante sessões Multiponto e o MP, geralmente um hardware, é o

responsável pelo processamento do fluxo de áudio, vídeo e/ou dados durante sessões

Multiponto. A presença do MP provê mesclagem, chaveamento, ou outro

processamento de fluxo de mídia sob o controle do MC.

A seguir são apresentadas figuras que ilustram o modelo centralizado em sessões de

videoconferência:

Figura 6.2 [MOD 2001]

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Figura 6.3 [MOD 2001]

Algumas vantagens deste modelo são:

Os equipamentos dos participantes não precisam ter recursos poderosos, pois

localmente apenas codificam seu fluxo de mídia produzido e decodificam o fluxo

enviado pelo MCU;

Não exige nenhuma capacidade especial da infra-estrutura de rede, pois todas

as conexões são ponto a ponto;

Permite a integração mais fácil de aplicações de um único usuário em cenários

orientados a grupos. O controle do material disponível é manuseado pelo MCU com

redirecionamento de conteúdo para o equipamento dos participantes.

E, algumas desvantagens são:

O MCU geralmente é um recurso caro;

Limitação em escalabilidade. Os sistemas de videoconferência são projetados

para cenários específicos e não são facilmente adaptáveis para uso em outros cenários.

Cada MCU suporta um número específico de participantes;

Gera mais tráfego na rede. O fato de utilizar conexões unicast faz com que

todo o tráfego seja roteado pelo MCU podendo provocar um congestionamento na

rede.

Existem, no mercado, soluções de videoconferência Multiponto centralizada

que consistem somente de software, e outras que envolvem software e hardware. Por

exemplo, a Cisco possui soluções compostas de hardware e software. Por outro lado,

o CUSeeMe disponibiliza soluções em software.

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6.1.2 Modelo Descentralizado

O modelo descentralizado compartilha características de controle comum com

o modelo centralizado, mas o fluxo de mídia é manuseado diferentemente. Uma das

entidades participantes deve ser um MC que, independente do modelo de

comunicação, prove o controle de três ou mais participantes durante uma sessão

Multiponto. O MC tipicamente é colocado com um dos participantes. Todas as

conexões H.245 terão que terminar no MC apenas no modelo centralizado quando o

MCU está presente. Enquanto no modelo centralizado o MCU faz o processamento de

mídia, no modelo descentralizado, os fluxos de mídia são enviados e recebidos por

todos os participantes sobre uma base fim a fim.

Não há MCU para processar os múltiplos fluxos; cada participante é

responsável por sua própria mesclagem de áudio e seleção de vídeo. A mídia pode ser

enviada entre todos os participantes utilizando multicast, ou múltiplos unicast se a

rede não suportar multicast.

Figura 6.4 [MOD 2001]

Algumas vantagens deste modelo são:

Não requer a presença de um MCU. Geralmente, um recurso limitado e caro;

Permite um processamento individualizado em cada participante o que

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possibilita que cada um execute em seu próprio nível;

Ao contrário do modelo centralizado, é escalável quanto ao número de

participantes, mais flexível e sensível a variações nas condições da rede;

Pode economizar largura de banda se a rede suportar multicast.

E, algumas desvantagens são:

Uma sessão de videoconferência é terminada quando o participante que

contém o MC deixa a sessão. Para que a videoconferência não seja terminada o MC

deve permanecer ativo;

Um participante que possui um equipamento com baixo desempenho pode ser

prejudicado já que a mesclagem do fluxo de áudio e a seleção do vídeo são realizadas

localmente em cada participante e não só a codificação e decodificação como no

modelo centralizado;

Cada participante tem sua própria cópia dos arquivos que estão sendo

compartilhados, o que torna mais difícil manter a consistência entre as cópias

distribuídas no grupo.

Como exemplo deste modelo, pode-se citar as ferramentas utilizadas no

MBone (Multicast Backbone), o qual suporta distribuição de dados multicast.

6.1.3 Modelo Híbrido

O modelo híbrido tenta mesclar o melhor dos dois modelos anteriores,

mantendo a consistência dos dados através de um armazenamento centralizado e

suportando visões individualizadas através do uso de front ends gráficos do modelo

descentralizado no qual cada participante pode ter controle sobre sua aplicação para

prover suas necessidades pessoais.

Uma implementação híbrida pode operar sobre uma rede multicast com cada

usuário utilizando sua própria versão das ferramentas, distribuir o fluxo de mídia de

acordo com o modelo descentralizado, mas conter algum mecanismo - tal como um

servidor na conferência - para controlar documentos compartilhados, ou arquivar a

mídia de sessões que ocorreram. Portanto, o modelo híbrido tem a vantagem de prover

armazenamento centralizado para sessões de videoconferência sem ter que controlar

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cada instante da aplicação, para cada participante da sessão.

Neste exemplo, um MCU separado é usado para manusear o áudio, dados e

controle de funções, e o vídeo é distribuído por multicast conservando a largura de

banda. [MOD 2001]

Figura 6.5 [MOD 2001]

6.2 Telemetria

Telemetria é a transferência (via rede fixa ou sem fio) e utilização de dados

provindos de múltiplas máquinas remotas, distribuídas em uma área geográfica de

forma pré-determinada, para o seu monitoramento, medição e controle.

Apesar de ainda estar em seus estágios iniciais no Brasil, o mercado de

telemetria oferece diversas oportunidades de alta rentabilidade, tanto para os seus

participantes, quanto para as empresas que decidirem entrar neste ramo nos próximos

anos. Atualmente, o nível de penetração no mercado ainda é incipiente, o mercado

encontra-se fragmentado, e as barreiras à entrada de novas empresas, de maneira

geral, ainda são poucas.

Telemetria refere-se à transferência e utilização de dados provindos de

equipamentos remotos, para o monitoramento, medição e controle dos mesmos. O

mercado brasileiro de telemetria é o segundo maior da América Latina, e representa

73% dos 146.000 terminais instalados na América do Sul e Central (Dezembro/2001).

Nesta região, a América Central representa 24% do total da base instalada, e os 3%

restantes estão divididos entre os outros países da América do Sul.

A contratação de aplicações de telemetria aumentará substancialmente nos

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próximos três anos, atingindo a marca de cinco milhões de terminais instalados e

receitas de US$ 200 milhões. Até o final de 2005, aplicações de telemetria estarão

gerando receitas significativas para seus provedores de telecomunicações

(operadoras), de equipamentos (OEM's), e integradores de soluções, ao mesmo tempo

que estarão trazendo reduções de custos substanciais às empresas que adotarem tais

soluções (clientes).

Devido à enorme quantidade de equipamentos remotos que se beneficiariam

de um melhor controle e medição, o potencial do mercado de telemetria a longo prazo

é substancial. Porém, somente são potenciais reais as aplicações que trazem ganhos

financeiros a curto prazo. A redução de custos de tecnologias que se espera ao longo

das próximas décadas deverá viabilizar novos mercados de telemetria gradualmente, e

por isso não se espera uma saturação deste mercado a longo prazo.

Atualmente, o mercado de telemetria brasileiro, apesar de incipiente em

comparação a mercados como os dos Estados Unidos e da China, está entre os 12

maiores do mundo em número de terminais instalados.

Número de Equipamentos de Telemetria Instalados (Em Milhares de Unidades, Dez/2001)

Figura 6.6 [TEL 2004]

Algumas empresas, tanto nacionais quanto internacionais, já compreendendo o

valor e o potencial do mercado de telemetria brasileiro, vêm alocado recursos

significativos, estrategicamente buscado uma fatia do mesmo.

Soluções que se utilizam de comunicações com fio fazem parte deste estudo

(telefonia fixa ou redes de energia elétrica/ "PLC" Power Line Communication). Por

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outro lado, existem sistemas que não se enquadram na definição de telemetria e

portanto não foram incluídos neste estudo. São eles:

- Sistemas que comunicam máquinas móveis (tais como Telemática/AVL -

localização automática de veículos),

- Sistemas que conectam máquinas que se localizam dentro de uma área

limitada e de fácil acesso (redes locais / LANs), e

- Máquinas que são operadas por pessoas (tais como terminais de ponto de

venda / POS).

Apesar de terem suas semelhanças com a descrição de telemetria, esses três

tipos de sistemas não devem ser confundidos com o conceito em pauta.

A cadeia de valor (value chain) do setor de telemetria é formada por cinco

elos. Algumas empresas que tem demonstrado iniciativas e projetos na área estão

elencadas abaixo. É importante notar que os principais catalisadores deste mercado

têm sido os Provedores de Soluções/ Integradores de Sistemas, seguidos pelos

Clientes e finalmente pelos fornecedores de equipamentos (OEMs).

6.2.1 Componentes de Soluções de Telemetria

Os sistemas de telemetria possuem os seguintes componentes:

Figura 6.7 [TEL 2004]

1. Máquinas Inteligentes e Sensores: Aparelhos que monitoram, controlam e medem

algum tipo de atividade localmente. Podem existir vários sensores em um

determinado local.

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2. Interface da Aplicação: Interface entre os sensores e a rede de comunicação. Para

aplicações remotas, refere-se à Unidade de Terminal Remota (RTU - Remote

Terminal Unit).

3. Base de Comunicação (Backbone): O sistema pode ser por linhas fixas (landline)

ou rádio, e transmitir informações dos sensores através da interface da aplicação, para

um computador central de comando e um centro de controle.

4. Centro de Controle e Comando: Este é o ponto central que recebe os dados

transmitidos pelos sensores. A informação é processada, podendo ser disseminada

para diferentes locações através da Internet.

6.2.2 Usuários de Soluções de Telemetria (Clientes)

Atualmente, os dois setores que mais usam soluções de telemetria são o setor

de serviços públicos e o setor de segurança patrimonial.

Setor Oportunidade / Aplicação Descrição

Segurança

• Segurança patrimonial

residencial, para as classes A, B e

C.

• Segurança patrimonial para

empresas de todos os tamanhos.

• Implantar soluções de telemetria sem fio que

comuniquem os sensores de alarme do

equipamento de segurança à central, para servir

como uma contingência à comunicação via linha

fixa já utilizada pelo sistema de segurança.

• Esta solução é vendida como um elemento

adicional de segurança aos seus usuários.

Serviços Públicos

• Medição de consumo de energia

elétrica em residências , comércio

e indústrias.

• Monitoramento de estações

elétricas.

• Medição de consumo de água

em grandes consumidores

(comércio e indústrias) -

Futuramente em residências e

empresas.

• Monitoramento de estações de

tratamento e distribuição de água.

(ex: sistema SCADA, da Sabesp)

• Medição de consumo de gás

• Implementar um meio de comunicação bi-

direcional em medidores e controladores de

consumo e de distribuição de energia elétrica, de

água e saneamento, de gás natural, e das ameaças

ao meio ambiente. Estas soluções permitem um

melhor gerenciamento de demanda, através de um

acompanhamento mais preciso das taxas de

consumo.

• Soluções podem ser utilizadas para detecção de

falhas ou vazamentos, permitindo a resolução de

problemas com mais rapidez.

• A diminuição da leitura manual proporcionará

uma redução dos custos de mão-de-obra e a

adoção de meios inovadores de servir os clientes,

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natural em residências e

empresas.

• Monitoramento de estações e

canais de distribuição de gás

natural e monitoramento de redes

de transporte de gás, primárias

(Transpetro) e secundárias

(distribuidoras).

oferecendo produtos de valor agregado e

diferenciados.

• Ativamento (e corte) de assinantes

inadimplentes.

Além destes dois setores primários , também existem diversos outros setores

da economia que podem se beneficiar de aplicações de telemetria:

Outros Setores Oportunidade / Aplicação Descrição

Controle de

Trânsito

• Monitoramento de semáforos.

• Captação de infrações e registro

de multas.

• Medição de fluxos de veículos e

situação de vias.

• Implantar soluções de telemetria que

transmitiriam os dados à uma central, permitindo

que o processamento desses dados fosse realizado

instantaneamente, aumentando a eficiência dos

processos e a confiabilidade nas informações.

Automação

Industrial

• Medição e controle de processos

industriais em diversos setores.

• Implantar soluções de telemetria em setores

que operam máquinas de grande porte e que se

beneficiariam de um controle e monitoramento

remoto, como manufaturas (automotiva,

aeronáutica, etc.), agricultura, mineração e

construção pesada.

Distribuição de

Petróleo e

Derivados

• Medição do fluxo em pontos

selecionados de oleodutos.

• Medição de volumes em tanques

de postos de gasolina.

• Monitoramento de tanques.

• Implantar soluções de telemetria que

permitiriam um melhor gerenciamento da

demanda, assim como a detecção de mal

funcionamento ou vazamentos. Geralmente, estas

soluções requerem uma transmissão de dados em

tempo real por se tratar de questões ambientais e

de segurança.

• A transmissão de dados, além de ajudar a

prevenir grandes perdas devido ao mal

funcionamento ou vazamentos, pode solucionar o

problema de coleta de dados em dutos localizados

em áreas rurais onde nem sempre há estrutura de

telefonia fixa instalada.

Caixas Eletrônicos

• Controle e monitoramento de

caixas eletrônicos por meio

wireless.

• Implantar soluções de telemetria que

comuniquem o equipamento à central, servindo

como contingência à comunicação por linha

telefônica já utilizada pelo sistema.

Máquinas

Dispensadoras

• Medição de níveis de estoque e

de problemas operacionais de

máquinas dispensadoras (Vending

Machines) aos seus operadores.

• Implantar soluções de telemetria que auxiliem

no controle dos fornecimentos, e na detecção de

mal funcionamento das máquinas, principalmente

em localidades mais afastadas.

• As soluções de telemetria permitem a

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maximização das receitas, uma vez que auxiliam

no controle de demanda e abastecimento, e

detecção do mal funcionamento da máquina,

permitindo que se solucione o problema

rapidamente.

Elevadores • Monitoramento remoto de

elevadores.

• Implantar soluções de telemetria para controle

operacional de elevadores a partir de uma central

localizada remotamente.

6.2.2.1 Serviços Públicos

As empresas de geração e distribuição de energia tem grande interesse nas

atividades de controle remoto, tais como leitura de medidores, e ativação e corte de

assinantes. Parte deste interesse pode ser atribuído às exigências do MAE (Mercado

Atacadista de Energia) e às atuais circunstâncias mercadológicas, onde a liberalização

do mercado de energia fez com que as empresas se tornassem mais competitivas,

buscando alternativas de redução de custo e aumento de eficiência. Além disso, os

problemas resultantes da crise de energia sofrida pelo país em 2001, fez com que a

questão de medição e controle do consumo de energia se tornasse muito relevante.

A quebra da cadeia de valores, no caso da energia é um "driver", junto ao

MAE. Os geradores, transportadores, distribuidores, e "traders" já são uma realidade

no Brasil. Como exemplo disso, podemos citar empresas como a Copel e outras, cujo

custo / benefício da quebra da cadeia de valores, somente poderia ser justificado com

adequada medição no decorrer desta cadeia.

Principais Aplicações de Telemetria em Serviços Públicos na América do Sul e

Central

(% de Unidades Instaladas, Dez/2001)

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Figura 6.8 [TEL 2004]

As soluções de telemetria são ferramentas úteis para redução dos custos

provenientes de práticas ineficientes de monitoramento manual de equipamentos ou

para se evitar perdas de receitas que ocorrem quando o mal funcionamento de algum

equipamento não é percebido. Além da redução de custos e aumento da eficiência, a

telemetria pode ser uma parte integral de uma solução de tecnologia de informação

mais ampla que auxilia as empresas a analisarem o mercado, a servirem os seus

clientes e a oferecerem novos produtos e serviços.

• Segmentos de mercado com maior demanda potencial por serviços de telemetria

são: serviços de utilidade pública e leitura de medição automática, segurança e

monitoramento de alarmes, controle e monitoramento de equipamentos industriais,

dutos e tanques, máquinas dispensadoras, caixas eletrônicos, e monitoramento geral.

• Há vários meios de comunicação que podem ser utilizados em sistemas de

telemetria e que competem entre si. Estas tecnologias de comunicação incluem:

microondas, rádio privado, celular, telefonia fixa, redes elétricas e satélites. Cada uma

dessas redes de comunicação pode ser apropriada para diferentes aplicações de

telemetria, dependendo da demanda da aplicação sobre a rede. Estas demandas são

uma função da cobertura, tempo e resposta da transmissão, preço dos serviços e dos

equipamentos, capacidade de integração e a experiência e envolvimento das

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operadoras de rede com as aplicações de telemetria. As operadoras terão que analisar

cuidadosamente em qual segmento do mercado elas irão se focar, baseadas no meio

de comunicação que elas oferecem.

• O maior mercado potencial para soluções de telemetria é o setor de serviços

públicos para leitura de medição automática. No entanto, devido ao fato deste setor ter

um grande incentivo a utilizar seus sistemas de comunicação já existentes e outras

redes alternativas, é previsto que a penetração das operadoras de redes wireless e fixas

será baixa neste segmento, no curto prazo. Além disso, embora o mercado potencial

neste setor seja enorme, o mercado brasileiro (em contraste com o mercado norte-

americano), tem um número limitado de empresas semi-privatizadas (107 agentes

cadastrados no MAE). Sendo um setor do mercado bastante consolidado, é

recomendado que novas empresas no setor foquem seu recursos em outras áreas de

alto valor econômico , tais como segurança patrimonial, automação de processos

industriais, e distribuição de petróleo e derivados - a não ser as que tiverem forte

relacionamento com operadoras de serviços públicos . [TEL 2004]

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7. Comparativo entre ADSL e Acesso discado

7.1 História dos Modems

A palavra “modem” é uma junção das palavras “modulador” e “demodulador”

representando sua principal função, mandar dados em formato digital através de uma

linha analógica de comunicação. O modem que está mandando um sinal faz a

“modulação” do mesmo; isto é, transforma os impulsos para um formato compatível

com a transmissão através da linha telefônica (no caso da PLC através da rede

elétrica); e o modem que recebe o sinal faz o contrário, faz a “demodulação” do sinal

para retomá-lo à sua forma original. Os modems sem-fio (“wireless modems”)

convertem o sinal analógico para ondas de rádio quando estão transmitindo dados, e

fazem o oposto na recepção.

Os modems surgiram em 1960 como uma maneira de permitir que os

terminais de computador pudessem se interligar ao computador principal

(“mainframe”) através de linha telefônica. Os anos 60 foram a época dos

computadores compartilhados (“time shared”); uma empresa podia alugar o tempo

ocioso no mainframe de outra e conectá-los através de uma linha de 300 bits por

segundo (300 bps). Pelo jeito, o crescimento das aplicações que rodam via Internet

está fazendo com que a informática volte às origens. Hoje também temos

computadores centrais que são acessados via telefone, só que em um número muito

maior, com alta velocidade e recursos infinitamente mais poderosos.

Quando os computadores pessoais começaram a aparecer, no final dos anos

80, os modems continuaram a ser utilizados para acessar os BBS, abreviação de

“Bulletin Board Systems”, ou seja, algo como “Sistemas de Mostrar Boletins”. Podia-

se configurar um computador com um ou dois modems para acessar os BBS, onde o

usuário acessava o mainframe emulando (imitando) um terminal burro.

A velocidade ficou nos mesmos 300 bps por um bom tempo pois é tolerável

para um terminal, representa aproximadamente 30 caracteres por segundo; ou seja,

muito mais do que uma pessoa pode digitar ou ler. Assim que os usuários começaram

a transferir programas e imagens maiores de seu micro para o BBS e vice-versa os

300 bps ficaram insuportavelmente lentos. Para contornar este problema, os modems

foram sendo melhorados passo a passo, como listado abaixo:

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300 bps - Usados de 1960 até 1983.

1200 bps - Ficaram populares a partir de 1984.

2400 bps - No Brasil, começaram a chegar em 1986.

9600 bps - Apareceram primeiro no final de 1990; no Brasil começaram a chegar em

1991.

14.4 Kbps - Surgiram a partir de 1993; foram rapidamente suplantados pelos modems

de 28.8 Kbps.

28.8 Kbps - Um verdadeiro padrão para medir velocidades de modem; perduraram

um bom tempo até que foram melhorados para atingir os 33.6 Kbps.

33.6 Kbps - Com esta velocidade já se atingiu a maioridade da comunicação via

modem e linha telefônica convencional.

56 Kbps - Tornou-se o padrão em 1998, representando o máximo teórico que se pode

conduzir através de uma linha telefônica analógica.

ADSL - Com um limite teórico de 8Mbps, ganhou popularidade a partir de 1999 e é

uma das conexões de banda larga mais utilizadas atualmente.

PLC - Velocidade de transferência de até 14Mbps, utiliza a rede de maior

capilaridade do planeta - a Rede Elétrica, Boa relação custo / benefício.

7.2 Modems de 56KBPS

A evolução dos modems convencionais passou por diversas etapas com o

intuito de atingir maiores velocidades. Inicialmente foi utilizada uma técnica chamada

de Phase-Shift Keying (PSK) e posteriormente outro sistema chamado de Quadrature

Amplitude Modulation (QAM). Estas duas tecnologias permitem enviar um grande

volume de dados nos limitados 3.000 Hz de banda disponível em uma ligação

telefônica comum, projetada a princípio para transmitir apenas voz. Com isto, chegou-

se à velocidade máxima teórica representada pelos modems de 56Kbps nominais mas

que, na verdade, se conectam com velocidades em torno de 48 Kbps se a linha for de

boa qualidade.

Os modems de 56Kbps incorporam o conceito chamado de “degradação

gradual”, significando que podem testar a linha telefônica e diminuir a velocidade se

não for possível transmitir na velocidade máxima do modem.

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7.3 Modems ADSL

Continuando a evolução dos modems surgiu tecnologia ADSL, abreviação de

Asymmetric Digital Subscriber Line, ou seja Linha de Assinatura Digital Assimétrica.

A palavra “assimétrica” é usada porque estes modems podem mandar dados mais

rápido em uma direção do que em outra. Os modems ADSL tiram vantagem do fato

de que, em uso normal, as linhas telefônicas têm um fio de cobre dedicado para cada

linha, que vão do local de instalação até a central telefônica da operadora, podendo

transportar uma banda de passagem bem maior do que os 3.000 Hz do sinal de voz.

Desta forma é possível transportar um sinal entre os dois pontos de maneira

puramente digital sem interferir na comunicação de voz, e esta é uma grande

vantagem do ADSL, aproveitar a instalação física existente sem interferir no serviço

telefônico convencional.

Em condições ideais, a capacidade da linha ADSL pode chegar a 1 Mbps entre

o ponto de instalação e a companhia telefônica (“upload”) e a 9 Mbps entre a

companhia telefônica e o ponto de consumo (“download”).

O princípio de funcionamento do ADSL é bem simples. A faixa de frequências

entre 24.000 Hz (24 KHz) e 1.100.000Hz (1,1 GHz) é dividida em até 247 segmentos

de 4.000 Hz e é designado um modem virtual para cada uma destas faixas. Cada um

dos segmentos testa sua banda de passagem e faz o melhor que pode com ela. O valor

total de transmissão dos modems virtuais será a velocidade máxima da conexão.

7.3.1 Vantagens e Desvantagens do ADSL

As conexões ADSL têm diversas vantagens; entre elas:

A conexão à Internet é contínua e permanente e a linha pode ser utilizada

normalmente para chamadas de voz. Note que não se paga nada a mais por deixar a

Internet conectada 24 horas por dia, mas o serviço telefônico (voz) é cobrado

normalmente, por pulso.

A velocidade é muito maior do que a de um modem convencional (mais de 1,5

Mbps contra 56 Kbps).

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As conexões ADSL utilizam a linha de telefone e o respectivo sistema

telefônico existente, dispensando a construção de um novo cabeamento. Esta talvez

seja a razão pela qual o ADSL está se expandindo muito rapidamente no Brasil.

As empresas que oferecem o ADSL usualmente fornecem também o modem

como parte da instalação e do contrato, cobrando uma pequena taxa mensal,

dispensando o usuário da compra do equipamento que costuma ter um preço

relativamente alto.

São muitas vantagens, mas o ADSL também tem lá suas desvantagens:

Uma conexão ADSL funciona melhor quanto mais perto for da central

telefônica, e o inverso também é verdadeiro; se a central estiver muito longe não será

possível instalar o ADSL, situação comum no Brasil.

A conexão é mais rápida para receber do que para mandar dados.

O serviço não está disponível em todos os locais onde há um telefone, pois

precisa de equipamentos especiais na central telefônica cujo custo só se justifica se

houver um número mínimo de usuários.

7.3.2 Características Gerais do ADSL

Uma instalação de telefone convencional consiste em um par de fios de cobre

que vai do ponto de instalação da linha até a central telefônica do bairro. A

capacidade de transportar informações de um cabo vai muito além de transportar

sinais de voz; ou seja, tem uma banda de passagem de dados, ou faixas de freqüências

maior do que a necessária para transportar uma conversa. O DSL explora esta

capacidade extra para transportar mais informações no mesmo fio sem perturbar a

habilidade da linha de transportar sinais de voz. O princípio de funcionamento está

baseado em dar a cada tarefa exatamente a banda de passagem (resposta de

freqüência) de que ela necessita. Em jargão técnico americano, o sistema de telefonia

convencional é chamado de POTS, abreviação de “Piam Old Telephone Service” o

qual utiliza diversas técnicas para extrair o máximo dos fios e demais equipamentos

das concessionárias. Uma destas técnicas é limitar as freqüências que os painéis

chaveadores, telefones e outros equipamentos precisam transportar.

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A voz humana pode ser perfeitamente inteligível em um sistema que

transporte sons entre 100 a 3.400 Hertz (Hz) o que é bem pouco se comparado à

capacidade de audição humana, entre 20 a 20.000 Hz, faixa necessária para um

sistema de som de alta-fidelidade. Os fios do sistema telefônico podem transportar

uma faixa de frequências muito maior do que isto, mas desde a invenção do telefone

as frequências transportadas foram limitadas a 3.400 Hz para aumentar a capacidade.

Isto é fácil de entender apesar de usar um par de fios para cada residência, é possível

utilizar um enorme maço de fios agrupados sem que um interfira no outro, o que

poderia acontecer se estes transportassem sinais analógicos de alta frequência.

Entretanto, aparelhos digitais (como os modems) podem usar com segurança muito da

capacidade da linha que é desperdiçada pelo sistema convencional de telefonia.

A maioria dos sistemas de banda larga para residências e pequenas empresas

acessam a Internet usando uma variação de DSL chamada “Asymetric DSL” (ADSL).

O ADSL pressupõe que a maioria dos usuários de Internet recebam muito mais

informações do que enviam, ou seja, fazem mais download do que upload. Assim, a

velocidade de conexão à Internet foi dimensionada para ter a velocidade de download

duas a quatro vezes maior do que a velocidade de upload, de maneira a fornecer as

melhores condições possíveis de navegação para o usuário típico.

7.4 Voz e Dados

Como vimos, a capacidade de transmissão de dados dos sistemas ADSL varia

muito em função da distância entre o local de instalação e a central da concessionária

que vai fornecer o serviço ADSL. A medida em que a distância aumenta o sinal

diminui de intensidade e de qualidade devido às interferências recebidas no percurso

significando menor velocidade de conexão e, num limite extremo, a impossibilidade

total de conexão.

O limite máximo de distância permitido é de cerca de 18.000 pés, ou seja,

5.500 metros; mas para manter uma boa qualidade de conexão o ideal é ficar bem

abaixo disto, algo em tomo de 3.000 metros.

Isto significa que os consumidores que ficam mais próximos da estação têm

uma conexão melhor, mais estável e mais rápida, enquanto os consumidores que estão

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mais longe terão uma conexão de pior qualidade, podendo ocasionalmente ficar sem o

serviço.

A velocidade máxima de download pode chegar a até 8 Megabits por segundo

(Mbps) numa distância de 6.000 pés (1.820 metros) e a velocidade máxima de upload

pode chegar a até 640 Kbps na mesma distância. Na prática, as operadoras limitam

esta velocidade na estação para valores como 256Kbps, 512 Kbps, 1,5 Mbps e 2

Mbps, sendo que a velocidade de upload fica na metade disto.

Frente ao exposto, pode-se questionar: se a distância é um problema para o

ADSL, por que não é para uma ligação telefônica convencional? Isto ocorre por

diversos motivos. A qualidade de voz pode ser ruim mas ainda é inteligível e, além

disso, a telefonia convencional conta com pequenos amplificadores (“loading coils”)

colocados em pontos estratégicos para reforçar os sinais de voz. Infelizmente, este

recurso é incompatível com os sinais ADSL. Se existir um destes amplificadores entre

a central telefônica e o ponto de instalação a linha não poderá receber um sistema

ADSL.

Existem também outros fatores que podem inviabilizar o ADSL em uma determinada

linha:

Cabeamento externo (Bridge Taps) - São extensões entre o ponto de instalação

e a estação de telefonia do bairro, utilizadas para levar o serviço para outros

consumidores. Os usuários não percebem estas pontes no serviço telefônico normal,

mas as ligações somadas podem consumir todo o espaço máximo permitido pelo

circuito entre o ponto de instalação do DSL e a estação telefônica local (5.000

metros).

Cabos de fibra ótica - Os sinais ADSL não passam através dos circuitos de

conversão analógico-digital que existem no percurso quando o sistema de telefonia

utiliza cabos de fibra ótica.

Distância - Mesmo que você saiba onde fica a central telefônica em seu bairro

e esta esteja a poucos metros de sua residência ou empresa, isto não quer dizer que a

distância máxima de cabeamento permitida pelo ADSL não tenha sido alcançada.

Pode ser que sua instalação esteja sendo servida pela estação de outra região, ou

mesmo que o cabeamento que sai da estação local percorra um longo caminho pelos

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cabos de distribuição até chegar ao seu endereço. [PCS 2004]

A seguir um comparativo da PLC com dois Links de acesso à Internet: Acesso

discado (Modem), acesso ADSL.

Como base para os testes, utilizamos um arquivo existente e disponível no

Web Site da Hidrelétrica Xanxerê e realizamos os downloads via conexão discada

(Modem Comum de 56 KBit/s), e em seguida via ADSL (Link de 512 KBit/s). [COMP

2004]

O arquivo em questão é o Adobe Acrobat Reader de distribuição livre para a

leitura de arquivos com extensão "PDF", e que possui um tamanho de 8,96 MBytes.

Para realizar o teste no acesso PLC, foi configurado um Web Server na Rede de

Acesso PLC contendo o mesmo Web Site da Hidrelétrica Xanxerê, porém substituindo

o arquivo utilizado anteriormente para Download por outro cujo tamanho é de 100

MBytes utilizando o mesmo nome.

Desta forma pudemos observar o comportamento do Download via PLC por

um tempo maior e, já que a velocidade de acesso PLC ficou limitada a 7.5 MBit/s (por

uma condição imposta pela Rede Elétrica em que foi instalado), buscamos identificar

nesta condição, variações de velocidade, tempo do Download e estabilidade do Link.

Nesta situação, somente o próprio PLC e a condição da Rede Elétrica poderiam

limitar ou influenciar na velocidade do Download, já que a rede em que este Web

Server está instalado é uma rede de 100 MBit/s e o PLC está conectado diretamente a

ela.

Assim, os seguintes resultados foram obtidos:

Links de Acesso

Velocidade de acesso

Arquivos Copiados

% Concluído

Tempo restante estimado

Taxa de Transferênci

a

Resultados

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Acesso Discado

56Kbps/s 719KB de

8,95MB

8 46 min e 50 s

3,85 KB/s Link estável, velocidade constante porém baixa

ADSL 512 KBit/s

7,17MB de

8,95MB

80 34 s 53,6 KB/s Link estável, velocidade variando de acordo com a quantidade de assinantes conectados simultaneamente no sistema

PLC 7.5 MBit/s 98 MB de 100MB

98 2 s 938 KB/s Link estável, velocidade estabilizada logo no início do Download, pequenas variações momentâneas (±0,05%) em decorrência de alterações de modulação no sistema elétrico

O gráfico abaixo mostra a porcentagem de cada tecnologia que está sendo utilizada

mundialmente para conexão à Internet:

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Figura 7.1 [RAM 2002]

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8. O Sistema de provisão de energia elétrica e suas

propriedades

8.1 Topologias e Estruturas Elétricas

Existem três níveis de voltagem de energia elétrica: Alta voltagem (110-380

kv), o nível de média voltagem (10-30 kv), e a baixa voltagem (0,4kv), cada um

adaptado para atravessar certas distâncias. Os níveis de voltagem são interconectados

através de transformadores, projetados de tal forma que a perda de energia seja baixa

assim como a freqüência (50 ou 60 Hz). Para as freqüências de portadoras altas,

tipicamente usadas para comunicação de dados, os transformadores são obstáculos

“naturais”. Isto sugere uma estrutura hierárquica correspondente para planejar o

sistema de comunicação.

8.2 O nível de alta voltagem

O nível de alta voltagem serve para transportar energia elétrica em longa

distância, da estação de energia até o consumidor, percorrendo distâncias que vão

desde algumas dezenas até algumas centenas de quilômetros. Na rede de alta

voltagem são implementadas quase que exclusivamente a forma atual de 3 fases em

cabos suspensas. Comparado com outros sistemas multifásicos, o sistema trifásico

tem um número mais favorável de fios elétricos, e assim um custo de investimento

menor. O objetivo de construir um sistema de 3 fases simétrico é:

- Usar três fases, com mesma amplitude, com defasagem de 120 graus entre

elas.

- Construção de linhas simétricas. Isto pode ser alcançado usando o mesmo

material para todos os três fios elétricos, usando a mesma geometria, e tentando

organizar os fios no formato de um triângulo eqüilátero, com as mesmas distâncias do

solo. Isto é freqüentemente negado por considerações econômicas no que diz respeito

a construção e fundações de postes. Dessa forma existe uma seleção de uma estrutura

assimétrica. Por exemplo: Usando os lados iguais do triângulo e trocando os fios de

uma vez a cada 20 (Vinte) postes cíclicos é alcançado o balanceamento.

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- Tentando distribuir igualmente ambos, a precisão e o poder de carregamento

reativo.

Assumindo que há simetria , então deveremos considerar o sistema de uma

fase substituta no cálculo de um sistema trifásico.

Para a perspectiva física, não há nenhuma diferença entre transmissão de

sinais de alta freqüência em cima de linhas de alta voltagem e a transmissão de

energia com as técnicas de freqüências AC - Corrente Alternada de 50 ou 60Hz.

Pensando em um sistema substituto de fase simplificado como uma linha de

transmissão que consiste em 2 fios elétricos paralelos em espaços livres; Então a

corrente e a voltagem no par de fios, causam um campo eletromagnético transversal,

que é o portador da energia transportada. Quando a distância do fio for muito menor

que o comprimento de onda dos sinais transmitidos, então a energia do campo é

concentrada principalmente entre os fios, e não há nenhuma radiação de ondas

eletromagnéticas virtuais.

Embora transmissão de energia e transmissão de altas freqüências de sinais em

cabos sejam processos físicos similares, existe uma diferença considerável nas

propriedades das linhas e as diferentes freqüências. Em particular, as perdas junto as

linhas aumentam consideravelmente com freqüências mais altas. Com a técnica de

freqüências AC - Corrente Alternada de 50 ou 60Hz, o comprimento de onda

correspondente em alta voltagem, em cima de linhas, é de cerca 6000 ou 5000 Km,

respectivamente. Isto é por que são considerados os efeitos de propagação de ondas

em redes estendidas, assumindo condições do tipo DC - Corrente Contínua. As longas

linhas de alta voltagem na Europa ocidental se estendem a mais de 500 Km.

Em princípio, redes de alta voltagem são projetadas para uma transmissão de

energia otimizada, com o objetivo de minimizar a perda de energia em cima de longas

distâncias. Perdas de transmissão de energia são essencialmente compostas por

(Joule’s) perdas de calor devido a resistência ôhmica, pelo material do fio e perdas

com vazamentos, perdas essas devido a correntes de “fuga” ao longo dos isoladores.

Embora o aumento da voltagem nominal reduza as perdas de calor , as perdas por

vazamento aumentam concorrentemente. Convenientemente dimensionado o

cruzamento das seções no fio, e selecionado o material satisfatório, pode-se ajudar a

baixar as perdas de calor. A resistência ôhmica é a responsável pelas perdas de calor e

não podem ser determinados a 50 ou 60 Hz, como no caso do DC - Corrente

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Contínua, por que a distribuição da corrente em cima das interseções dos fios não é

constantemente extensa devido ao efeito crosta. Há um deslocamento da corrente para

a superfície do fio e uma resistência efetiva.

2/ IPR veff =

A equação acima é uma definição um pouco incomum usada em tecnologia de

energia, no qual a resistência efetiva ôhmica Reff, de um fio é o resultado da relação

da potência efetivo que Pv consumiu longitudinalmente ao quadrado do valor efetivo,

I2 da corrente atravessada no fio. As perdas por vazamento dependem da qualidade e

do projeto dos isoladores. As perdas por vazamento só podem ser calculadas por

aproximação e podem haver mudanças devido a flutuações climáticas fortes.

As altas voltagens tem perdas pela adição do efeito “coroa”, originado pelas

atividades de descarga no ar, devido as altas forças do campo elétrico. As descargas

começam a se formar no ar seco quando a força do campo elétrico excede

aproximadamente 15 Kv/cm. No ar úmido ou nevoeiro, a força, baixa dos campos, já

é o suficiente. O fio elétrico fino que carrega alta voltagem tem um forte efeito de

descarga, por causa da alta força do campo marginal que acontece na superfície do

cabo. Descargas do efeito “coroa” não só causam perdas de energia mas também são

as principais fontes de interferência em altas freqüências.

Um arranjo geométrico satisfatório dos fios elétricos com altas voltagens

podem ajudar a reduzir as perdas de energia pelo efeito coroa , e as interferências

relacionadas, sem a necessidade de aumentar a interseção no fio para dimensões

impraticáveis ou inviáveis economicamente.

As freqüências altas relevantes para o CTP - Carrier Transmission over

PowerLine, e a resistência no fio é muito maior que no caso DC, devido ao efeito

crosta (Skin Effect), e depende da freqüência, por que a profundidade da crosta,

diminui com freqüência. Para o alumínio que é o material usado para linhas de alta

voltagem aplica-se o seguinte:

Hzfcma 1.768.8≈

Com fios com raio de aproximadamente 1cm (Padrão 380 Kv linha com arranjo de

tronco de 4 fios), a resistência para um sistema de 2 fios com um comprimento de 500

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Km é R50eff ≈ 30 Ohms a 50Hz. Com a mesma linha e freqüência operacional de 500

KHz, tem a expectativa de R500k ≈ 1023 Ohms. Este exemplo mostra claramente que

existe expectativa de valores altos de atenuação e sinais de alta freqüência, comparado

com a força da freqüência de transmissão. Além disso, a configuração de uma linha de

alta voltagem com transmissão de energia é diferente da configuração para

comunicação de dados. Transmissão de energia envolve carga igual em todos os 3

(Três) fios de um sistema trifásico. Comunicação de dados usa geralmente 2 fios. Isto

significa que se obtém resultados diferentes ao estudar processos de propagação de

ondas em transmissão de energia ao invés de comunicação de dados

8.3 O nível médio e baixo de voltagem

Em anos recentes foram modelados um grande número de redes de

distribuição de energia e foram desenvolvidos canais de comunicação para

freqüências de até aproximadamente 150 KHz. As propriedades de transmissão das

redes para freqüências acima de Megahertz não foram estudados, na teoria e na

prática, no passado. Uma descrição teórica geral é difícil devido a uma gama

extensiva de diferentes topologias de rede que usam diferentes tipos de cabos . Uma

meta significante nos estudos teóricos é a descrição das propriedades dos

componentes individuais que podem nos ajudar a ganhar gradual perspicácia no

comportamento de uma rede complexa.

Linhas de média voltagem tem voltagens nominais abaixo de 110 kv; os

valores típicos são 10-20 Kv. Linhas de média voltagem provê energia elétrica

normalmente a áreas rurais, cidades pequenas, ou companhias industrias. O

comprimento típico das médias voltagens em cima das linhas está entre 5 e 25 Km.

Não existe mais linhas em cima de áreas densamente povoadas . A energia é provida

para estas áreas com cabos subterrâneos. No nível baixo de voltagem, ainda são

encontradas linhas aéreas localizadas nas pequenas cidades e em áreas com prédios

velhos. Em muitos casos essas linhas estão sendo substituídas por cabos aéreos, onde

uma instalação subterrânea seria impossível ou pouco econômica. Em outros casos o

suprimento da baixa voltagem é geralmente via cabos subterrâneos.

Devido as baixas voltagens tipicamente em torno de 10-20 Kv, as alturas

exigidas dos postes são baixas, expondo-os assim a força do vento. As construções de

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postes para média voltagem em cima de linhas são muito leves, se comparado com

construções de postes para altas voltagens. Cabos ligados em média e baixa voltagem

são usados com um grande números de variantes. Os materiais usados incluem cobre

e alumínio. O material de isolamento em cabos modernos é normalmente cloreto de

polivinil (PVC) ou polietileno vulcanizado (VPE). Óleo ou papel são usados para

voltagens mais altas.

8.3.1 Propriedades de Linhas e Cabos em Níveis de voltagem Médio

e Baixo

Nos níveis de voltagens médios e baixos, nós podemos distinguir entre redes

de transmissão e redes de distribuição. As limitações, são reduzidas, entre estas duas

formas de redes. A regra geral é que a função de distribuição dominante opera com

voltagem de rede decrescente. O raio de provisão, de redes de média voltagem,

variam entre 5 e 25 Km. São achados maiores, áreas de alcance, em meios rurais. Para

redes de baixa voltagem o raio de provisão típico é de 100 a 500 m.

8.4 O Cenário da Interferência

É claro que, instalações de rede dentro de edifícios também serão incluídos.

Porém será visto que é bem lógico separar os sinais de transmissão dentro de uma

rede interna de uma casa e a distribuição dos sistemas externos.

As redes de média voltagem, para um uso geral, com propósitos de

comunicações são atualmente calculadas para serem de baixas voltagens.

Redes de média voltagem geralmente são alimentadas pelas redes de alta

voltagem através de uma estação transformadora., em troca, eles alimentam

normalmente um número de transformadores de baixa voltagem, separando-os em

ilhas com suprimento individuais, cada um com pequenas cidades remotas ou prédios

industriais com alto poder de demanda.

Na gama de freqüência em torno de 20 KHz, estes transformadores são

barreiras quase perfeitas, de forma que nas linhas com voltagens médias não há

nenhuma junção notável dentro das redes de alta e baixa voltagem. E por outro lado a

interferência que vem destas redes esta fortemente reduzida.

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Quando o overhead nas linhas são concernidos, as propriedades da

transmissão das redes de média voltagem são similares as linhas de alta voltagem, isso

vale também com respeito as cargas de interferências.

Tarefas de transmissão que envolve redes de média voltagem, ambos com

overhead nas linhas e cabos, requerem uma junção para as linhas de média voltagem

com os níveis de baixas voltagens. Isto significa que as boas propriedades nas linhas

de média voltagem são perdidas quase inteiramente, por que as propriedades são

agora determinadas essencialmente pela rede de baixa voltagem, que também

significa que a interferência será efetiva. Uma grande parte das interferências são

causadas pelas máquinas elétricas e dispositivos durante sua operação normal. Em

particular, instalações de redes nos prédios são estruturas eletromagnéticas abertas. A

irradiação das estações de rádio, principalmente a gama que inclui as ondas longas e

as médias causam voltagens consideráveis. Em casos normais, eles não exibem

qualquer efeito de interferência significativa, pelo contrário, dispositivos de rádio

podem até se beneficiar deles, porém se sistemas de telecomunicações com altas taxas

de dados tiverem de operar na rede elétrica, futuramente, então as colisões serão

inevitáveis, a menos que sejam tomadas medidas especiais, porque a gama de

freqüências usadas são fechadas ou até sobrepostas. Isto interessa principalmente para

freqüências de até aproximadamente 30 MHz. Incluindo inteiramente a gama de

ondas curtas. [DOS 2001]

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9. O Mercado da PowerLine Communication

9.1 A Desregulamentação do Mercado de Telecomunicações

A rápida comunicação da PLC permitirá maior qualidade de acesso à Internet.

Ela também suportará o uso de telefonia, fax, e vários tipos diferentes de serviços de

transmissão de dados. A visão do acesso à Internet através de uma tomada elétrica na

parede é atraente, pois o acesso às informações do mundo estará mais facilmente

disponível para muitas pessoas e a um baixo custo.

Atualmente o custo de acessos rápidos representa um obstáculo. O

desenvolvimento da Powerline Communication oferece um potencial para uma

mudança drástica nessa situação, trazendo fáceis e baratos acessos à Internet. Todas

pessoas podem estar conectadas online simplesmente ligando seus PCs na tomada. Da

parte dos custos, a situação poderia ser semelhante a atual, sem levar em consideração

a quantidade de dados que serão transmitidos. O que não existirá é a cobrança para

períodos ociosos online como ocorre hoje pelos acessos convencionais via linha

telefônica.

O fim dos monopólios nas telecomunicações permitem novos mercados de

participantes para prover serviços de telecomunicações através da rede elétrica.

Tecnologias proprietárias permitirão serviços de telecomunicações através das redes

elétricas existentes, públicas e privadas.

Nos Estados Unidos, órgãos nacionais têm especificado e/ou sugerido

regulamentos que ajudariam a total exploração dessa nova tecnologia.

Num esforço para se chegar a um comum acordo, várias alianças incluindo

membros da teoria e da prática tem sido formadas, como a HomePlug Powerlne

Alliance. A pouco tempo atrás, foi decidida a fusão de dois dos grupos que pretendem

a normalização da DPL: O Power Line Telecommunications Fórum, criado na

Alemanha em 1997, e International PowerLine Communications Fórum fundado em

1988 no Reino Unido. Desta fusão resulta o PCL Fórum, que agrupa fabricantes de

equipamento e empresas dos setores da energia e telecomunicações, algumas das

quais eram antes membros dos dois grupos (Alcatel, Bosch Telecom, Ericsson, France

Telecom, Mitsubishi, RWE, Siemens…). O novo fórum vai exercer uma pressão mais

forte sobre os organismos oficiais, em particular sobre a União Européia e as

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entidades reguladoras.

Além do PCL Fórum, existe também, desde o final de 1999, a Consumer

Electronics Association (CEA). Mais recentemente surgiu o HomePlug Powerline

Alliance, um grupo de 13 empresas onde se incluem alguns nomes de peso da

indústria de TI – Microsoft, Compaq, Intel e Cisco, apenas para citar alguns

exemplos. Esta organização não lucrativa já solicitou a cerca de 20 empresas que

submetam à sua apreciação os seus produtos DPL. A CEA e o HomePlug partilham

objetivos: querem testar a tecnologia PowerLine dos diferentes fornecedores e

escolher a melhor como padrão. Algumas empresas – 3Com, Panasonic, Enikia,

Adaptative Networks, iTran… – são membros de ambos os grupos; Esse é um dos

motivos pelos quais HomePlug e CEA discutem a possibilidade de colaborar nesta

matéria.

Contudo, e apesar dos motivos de otimismo, é necessária cautela. Lembre-se, a

título de exemplo, a experiência da Nortel, desde sempre uma promotora da

tecnologia PowerLine. Em 1997, este fabricante formou uma joint-venture – a

Nor.Web – com a United Utilities, companhia britânica de eletricidade. A empresa

provou, na seqüência de uma experiência levada a cabo em Manchester (Reino

Unido), que as transmissões de dados eram possíveis. Só que aconteceu um

imprevisto: candeeiros nas imediações da área onde estava a decorrer o teste

funcionaram como antenas e interceptaram os downloads, retransmitindo-os sob a

forma de ondas de rádio. Depois de anos de investigação e desenvolvimento, a

Nor.Web acabou por fechar as portas no final de 1999, concluindo que, tecnicamente,

era possível a transmissão de dados sobre a rede elétrica, mas que, economicamente,

se tratava de um projeto incomportável.

Durante anos rodeada de ceticismo, a DPL evoluiu ao ritmo de dois passos à

frente e um atrás. Só agora, a PowerLine parece reunir algum consenso em torno da

sua viabilidade.

9.2 Missão e Visão para o Homeplug PowerLine Alliance

A Homeplug PowerLine Alliance, Inc., foi formada por 13 membros em

Março de 2000 nos Estados Unidos. Homeplug é uma corporação não lucrativa

formada para promover fóruns para a criação de padrões e especificações para

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produtos e serviços PLC e acelerar a demanda baseadas nesses produtos e serviços

nesses padrões mundiais.

Os propósitos da organização são:

- Definir, estabelecer e dar suporte para as especificações da PLC para ser

compatível com outros padrões de produtos e serviços;

- Promover um ambiente segundo o qual os membros da corporação podem se

encontrar e aprovar sugestões e aprimoramento da especificação inicial, criar

agências com o propósito de ratificar essas especificações como um padrão

internacional, e promover fóruns para os usuários se encontrarem e conhecer

os serviços e produtos da tecnologia;

- Informar o valor, benefícios e aplicações da tecnologia para a comunidade

consumidora através de demonstrações, publicações e palestra abertas ao

publico;

- Manter relações entre instituições educacionais, centros de pesquisa e outras

organizações que contribuem para o desenvolvimento e regulamentação da

tecnologia PLC.

9.3 Padrão para a PLC

A Homeplug PowerLine Alliance liberou em 26 de junho de 2001, durante a

feira TechXNY em Nova York, a primeira especificação para redes domésticas. Redes

baseadas em instalações elétricas utilizando o cabeamento das casas para criar uma

rede doméstica que sirva tanto a computadores como para eletrônicos de consumo.

Como os lares são repletos de tomadas elétricas por todos os cômodos, a aliança

argumenta que a nova tecnologia será mais fácil de instalar e mais barata do que

outros tipos de rede.

A especificação Homeplug 1.0 aceita transferência de arquivos a velocidades

semelhantes às do padrão "10BaseT". A velocidade máxima teórica é de 13 Mbps.

Porém, o padrão usa algumas das tarefas do protocolo de rede, o que significa que a

taxa de transferência máxima real ficará em torno de 8,2 Mbps; a velocidade média

ainda ficará abaixo desse patamar. Mais de 80% das casas onde a aliança realizou

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testes apresentaram velocidade média de 5 Mbps, valor comparável a velocidade do

padrão de redes sem fio 802.11b, que é de 11 Mbps.

Os membros da aliança conduziram testes exaustivos de fevereiro a maio de

2002, em mais de 500 casas nos EUA e no Canadá. Os resultados: a especificação

funcionou como esperado em 98% das tomadas operacionais. Com essa cobertura, a

Homeplug PowerLine Alliance acredita que os consumidores ficarão satisfeitos com

os futuros produtos baseados no padrão, afastando qualquer dúvida que possa ter

surgido a respeito da viabilidade de redes baseadas em instalações elétricas. A

tecnologia como já dissemos proverá velocidades da ordem de 1 Mbps, portanto um

espectro de 0 a 1MHz são necessários (assumindo 1 Hz para 1bit). Se vamos utilizar

este espectro, e uma infra-estrutura de fio metálico existente, então necessitamos de

um espectro de rádio, mas para a segurança temos que gerenciar também a harmonia

necessária entre todas novas tecnologias em cabos (PLC, ADSL, HDSL, VDSL,

XDSL). Nas divisões existentes, temos a faixa de 3 a 148.5 KHz, que não dá para

acomodar serviços de alta velocidade. A faixa de 150 KHz até 2.2 MHz é utilizada

para serviços de estações de rádio de ondas longas e médias. Resta então as

frequências mais altas, acima de 2.2 MHz até 10 MHz.

Para a harmonia do espectro a ser usado por PLC é necessário considerar os

serviços de banda de rádio de 2.2 a 10 MHz, transmissões de rádio em ondas curtas,

rádio amador, serviços governamentais, marítimos, aeronáuticos e militares de

comunicação (uso civil em áreas urbanas). PLC foi desenhado para utilizar o mínimo

de energia destas freqüências. O nível de entrada de energia é de 05. MilliWatts em 10

KHz. Em termos de freqüência atualmente a NORWEB usa 2 MHz desta banda entre

2.2 e 10 MHz.

9.4 Livre comércio da eletricidade

O processo de desregulamentação do mercado de energia elétrica Europeu está

em alta. Embora essas atividades tenham começado mais lentamente que a

desregulamentação do monopólio das telecomunicações, isso não significa que este

assunto possui menos importância. Em breve os consumidores de energia elétrica

terão a liberdade para escolher a empresa prestadora do serviço e mudar de prestadora

quando quiser. Isso estará ligado a consideráveis perdas de lucro, portanto essas

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companhias têm começado a arquitetar opções para manter seus consumidores dentro

do campo de serviços adicionais, o que não será fácil.

Com uma comunicação bidirecional entre a estação transformadora e as casas

dos consumidores, há um modo para trocar informações rapidamente e diretamente

entre a central elétrica e o consumidor de energia. Durante períodos de altos gastos de

energia, como nas noites de inverno, a energia elétrica será mais cara se comparada

com os feriados e dias de temperatura amena, quando a redução das tarifas pode ser

oferecida.

O novo canal de mensagens pode ser usado pelas centrais elétricas para

rapidamente determinar a demanda de um alto número de consumidores, então

calcular a tarifa corrente nesta base e enviar para os consumidores esta informação.

Basicamente tornaria-se possível preparar propostas individuais para os

consumidores.

Há grande possibilidade para a central elétrica não apenas entregar a energia

elétrica, mas também vender pacotes de serviços individuais. Essas possibilidades

podem ser realizadas para a velocidade de dados de vários kilobits por segundo em

conexões com medidores de energia elétrica e aparelhos inteligentes. Serviços

adicionais não diretamente conectados por energia elétrica são imagináveis como, por

exemplo, o paperview da TV a cabo. Outro mais intuitivo serviço poderia ser a leitura

remota de água e gás com uma interface apropriada.

9.5 ASCOM

A ASCOM PowerLine Communications 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. Já está operando na Europa, na

Ásia e na América Latina (até agora só no Chile). O sistema está funcionando

atualmente em 16 países.

Esta solução PLC de "última milha" não precisa de novos fios, aproveitando-

se dos fios elétricos comuns. Necessita um adaptador na parte exterior do edifício e

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outro na tomada no interior que separa a corrente elétrica e os sinais de voz e dados

IP. O adaptador de tomada oferece conexões padrão - ethernet, RC 232, a/ b e USB.

Dentro da casa ou empresa pode haver telefone, fax e uma LAN interna, tudo sem

nova fiação ou cabos especiais. Também precisa de aparelhos instalados nas

subestações das companhias de luz.

Para implementar esta solução se precisa da colaboração entre uma

distribuidora de energia elétrica, uma companhia telefônica (se pretende oferecer

telefonia) e um provedor de serviços Internet. A ASCOM está contemplando o

estabelecimento de uma fábrica de modems e outros equipamentos especializados no

Brasil para servir os mercados brasileiro, do MERCOSUL e da América Latina.

A solução 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 julho de 2001 ASCOM PLC anunciou o começo produção em massa de

equipamentos e importantes novos contratos no sul e norte da Europa.

9.6 A PLC no Brasil

Três distribuidoras de energia já implantaram projetos-piloto para avaliar a

viabilidade da tecnologia PLC no Brasil. São elas a Copel, do Paraná, a Cemig, de

Minas Gerais, e a Eletropaulo, de São Paulo.

Pioneira nesse experimento no País, a Copel (Companhia Paranense de

Energia Elétrica) anunciou em abril do ano passado que instalaria a PLC em 50

domicílios selecionados na região de Curitiba, que já tinham computadores instalados,

de modo que comparações pudessem ser feitas.

O contrato de cooperação foi assinado em março de 2001 na CeBIT, na

Alemanha, época em que a empresa alemã RWE Plus demonstrou sua linha de

produtos RWE PowerNet, capazes de alcançar taxas de transmissão de até 2 Mbps.

A Copel investiu cerca de um milhão de dólares no projeto e os resultados

demonstraram que o sistema funcionou bem em conexões de curta distância – algo em

torno de 300 metros entre a fonte de sinal e a residência –, alcançando taxas de

transferência de até 1,7 Mbps.

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A Cemig foi a segunda distribuidora a anunciar um experimento semelhante

em dezembro de 2001, na cidade de Belo Horizonte, utilizando a tecnologia da

empresa suíça Ascom. A responsável pela infra-estrutura é a Empresa de Infovias,

uma joint venture entre Cemig e AES, que opera redes ópticas em Minas Gerais. “A

Internet chega ao usuário trafegando pela rede óptica da Infovias e nós oferecemos a

última milha pela rede elétrica, do poste à residência”, explica Luiz Henrique de

Castro Carvalho, superintendente de telecomunicações e informática da Cemig.

9.6.1 Projeto-Piloto da Cemig

Detalhe do modem PLC ligado ao computado:

Figura 9.1 [PPC 2002]

O projeto piloto da Cemig funciona com um canal de acesso com velocidade

de 2Mbps (dois megabits por segundo) compartilhado, o que corresponde a uma

velocidade 50 vezes maior que o acesso convencional à Internet, via rede de telefonia.

O sistema PLC tem capacidade final para 4.5Mbps e através de uma master conectada

a um cable modem, injeta o sinal nas 3 fases e no neutro do circuito secundário da

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Cemig, sendo coletado em uma tomada elétrica convencional pelo modem PLC, a

partir do qual é feita uma conexão Ethernet padrão com o computador do usuário

final. Os microcomputadores que estão sendo utilizados no projeto foram cedidos aos

participantes e o acompanhamento para avaliar a performance do novo sistema está

sendo feito através do preenchimento de um formulário onde os usuários fornecem

informações referentes ao nível de qualidade do acesso à Internet.

O projeto-piloto da Cemig que consumiu algo em torno de R$ 200 mil em

investimentos (junto com a empresa Infovias) já está funcionando em 40 pontos na

capital mineira, sendo 15 em um novo condomínio residencial na Vila Paris, 20 na

Associação das Obras Pavonianas de Assistência – entidade de ensino

profissionalizante para alunos carentes – e outros cinco pontos em um prédio de

construção antiga no Belvedere. O canal de acesso utilizado também é de 2 Mbps

compartilhado. [PPC 2002]

Master PLC no barramento elétrico:

Figura 9.2 [PPC 2002]

Master

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Detalhe – Repetidor PLC no medidor de energia:

Figura 9.3 [PPC 2002]

Master PLC – Caixa para uso externo:

Figura 9.4 [PPC 2002]

A iniciativa da Cemig em oferecer o acesso à Internet como valor agregado,

não parte da premissa que a companhia elétrica queira transformar-se em empresa de

Repetidor

Cable Modem

Master

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telecomunicações. O projeto de trafegar dados pela rede elétrica nasceu da

necessidade de implantar telemedição de consumo e controle de carga em tempo real

na rede de Belo Horizonte.

Para viabilizar economicamente o projeto, serão oferecidos serviços de valor

agregado, que serão explorados comercialmente assim que a Anatel definir um

regulamento para o setor, segundo a Cemig.

A Cemig pretende vender a capacidade de transmissão pela rede elétrica na

última milha para provedores de Internet, operadoras que queiram atuar no segmento

de voz sobre IP (VoIP) e até mesmo operadoras de TV por assinatura e empresas de

vigilância, quando os equipamentos da Ascom estiverem desenvolvidos a ponto de

trafegar 4,5 Mbps.

Em março, 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 e, tanto no caso da Cemig como na Eletropaulo, 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.

Na visão da Eletropaulo, o maior 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. [RAM 2002]

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10. Implementação

A título de pesquisa foi montada uma rede usando a fiação elétrica para a

transferência de voz e imagem, onde foi observada uma excelente qualidade de

serviço – QoS. A capacidade de concessão de acesso livre estende o conceito de

segmentação para permitir a transmissão de múltiplos frames através da rede elétrica

sem requisitar o controle do meio.

A PLC é uma das tecnologias mais práticas para a montagem de pequenas redes,

usando a fiação elétrica da casa ou do escritório para transmitir dados. Com

velocidade nominal de 14 Mbps, oferece taxas de transferência reais em torno de 4

Mbps, o suficiente para realizar vídeos conferência, webconference e outros. O uso de

criptografia com chave de 56 bits como chave de gerenciamento para assegurar

comunicações segura através da rede elétrica, é possível através do software de

configuração que acompanha os modems PLC. O melhor de tudo é que os

computadores podem ser facilmente conectados em qualquer lugar da casa, basta que

exista uma tomada elétrica e que não haja mais de 300 metros de fiação entre os

computadores.

Foi montada uma rede HomePlug com dois computadores, um com Windows

2000 e o outro Windows 98. Os computadores foram conectados com a utilização de

dois adaptadores de rede INNOVUS FacilNet – PLC [FAN 2004]. Configurados

como nós da rede interligados na mesma sala. Passando a trocar arquivos, imagem e

som. Em testes realizados na transmissão de voz e imagem, foi obtido taxa de

velocidade máxima de 10.6 Mbps. A velocidade de transmissão manteve-se em torno

de 4 Mbps durante quase todo o período de testes, devido a interferências causadas na

rede elétrica por lâmpadas fluorescentes. Mesmo com as flutuações, aparentemente

causadas por essas interferências, a PLC mostra-se uma tecnologia muito versátil.

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Figura 10.1 [COR 2003]

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10.1 Características Técnicas

10.1.1 Adaptador de Rede FacilNet – PLC

- Meio Físico com taxa de Transferência de até 14 Mbps através da rede

elétrica

- Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (OFDM) com

sofisticadas técnicas de processamento de sinal para a alta confiabilidade de dados

condições com muito ruído

- Adaptação inteligente de canal que maximiza o fluxo através de condições

severas de transmissão

- Características de Qualidade de Serviço – QoS integrada como: acesso

randômico priorizado de quatro níveis, acesso de livre concessão e segmentação

Implementa um esquema que prioriza e repete a chamada para uma entrega confiável

de pacotes Ethernet via encapsulamento de pacote;

- Baseado na tecnologia Home Plug 1.0.1;

- Capacidade de Gerenciamento SNMP

- Comunicação em Multiprotocolo (TCP/IP, NetBeui, IPX/SPX)

10.1.2 Requisito do Sistema

- Dois Computadores com porta USB

- Placa de Rede Ethernet

- Drive de CD- ROM

- Sistema Operacional Windows 2000

- WebCam:

- Resolução 640-480 pixeles / hasta 10 fps

- Resolução 320-240 pixeles / hasta 20 fps

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11 - Conclusão

A PLC é a tecnologia de transmissão de dados que utiliza a Rede Elétrica

como meio físico de transporte, permitindo a criação de uma Rede LAN sem a

necessidade de se utilizar cabeamento estruturado ou antenas, que tem como

características técnicas a modulação OFDM - Modulação por Divisão de Freqüência

Ortogonal, Freqüência de 4,5MHz a 21MHz e Velocidade de transferência de até

14Mbps a uma distância máxima de 300 m, no sistema Indoor, usando uma

Criptografia 56-bits DES. Existem alguns serviços, como por exemplo Telemetria,

que pode ser difundida através dessa tecnologia. Outros serviços que podem vir a ser

utilizado com essa tecnologia são a criação de uma rede local – LAN,

Compartilhamento de acesso à Internet (banda larga), Voz sobre IP (VoIP), Vídeo

Conferência, Automação Predial e Segurança.

Esses serviços podem ser utilizados em diversos setores como: Redes

domésticas, Pequenos escritórios, Prédios e Condomínios, Centros comerciais,

Escolas, Hospitais, Hotéis, Prefeituras, Prédios Históricos, Shopping Centers,

Indústrias. O sistema PLC é de fácil integração com vários tipos de protocolos como

TCP/IP, NetBeui, IPX/SPX. A PLC pode ser implementada com adaptadores de

fabricantes diferentes desde que sejam compatíveis com o padrão HomePlug.

O Adaptador PLC permite compartilhar o acesso à Internet,

compartilhando o acesso de banda larga, seja ADSL, Cable Modem ou Acesso Via

Rádio conectando a porta Ethernet do Adaptador PLC ao Modem (ADSL/Cable

Modem ou Acesso Via Rádio), e utilizar a Rede Elétrica para distribuir os acessos no

prédio, condomínio, empresa, escola ou até mesmo em residências próximas, desde

que não passe por um transformador. É possível estender uma LAN, já existente,

utilizando adaptadores HomePlug, conectando uma porta do Hub ou Switch a um

Adaptador PLC, que funcionará como Bridge, fazendo a interligação de todos os

outros PLCs com a Rede de cabeamento estruturado. Pode-se também interligar

adaptadores PLCs que estão em fases diferentes num mesmo ambiente

sendo utilizado um adaptador PLC para cada fase conectando-os num Hub ou Switch

para que este equipamento funcione como Bridge. Assim, todos os Adaptadores PLCs

de uma determinada fase se comunicarão através do Hub ou Switch com os outros

adaptadores PLCs de uma outra fase.

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