PLC – Power Line Communication
Universidade Federal Fluminense
Fundamentos de Sistemas Multimídia - TPT04027
Aluno: Marcus Vinicius de Almeida Ferreira
Tópicos
Internet, banda larga e realidade brasileira
Inclusão digital
Histórico
Topologia do sistema elétrico
Rede de interconexão e equipamentos
A tecnologia PLC
Modulação, acesso ao meio, formato dos quadros
Considerações finais
Modelo de mercado e padronização
Conclusão
Internet, banda larga e realidade brasileira
Novas tecnologias;
Conexão ao mundo;
No Brasil esta realidade é bem diferente;
Limitações sociais
Limitações de distância
PNAD – Plano Nacional por Amostras de Domicílio;
Objetivo – levantamento dos aparelhos eletrodomésticos, eletrônicos, linhas telefônicas e acessos
Fonte: IBGE
*estimado
20,11 10,53
11,35 21,7
4.210 20.930
40.000 2005*
12,42 5,72
10,02 21,75
2.260 18.200
39.500 2004
7,50 3,06
8,94 21,9
1.200 16.000
39.200 2003
4,90 1,80
8,1 21,99
700 14.300
38.800 2002
ANO
Nº linhas telefônicas
fixas em operação (LT) (mil)
Número acessos Internet (AI) (mil)
Número acessos Internet banda
larga (AIL)
(mil)
Dens.
Telef.
(%)
Dens.
Acessos Internet
(%)
AIL / LT (%)
AIL / AI (%)
Internet, banda larga e realidade brasileira
Dos domicílios com serviços e bens duráveis;
97% tem energia elétrica
90% tem televisão
88% tem rádio
62% tem telefone
15,3% tem computador
Grande capilaridade da rede elétrica;
Infra-estrutura já montada
O projeto Barreirinhas
“Ilha Digital” em Barreirinhas (MA);
IDH (Índica de Desenvolvimento Humano) baixo
A coloca em 5.287º
R$ 213,00 por ano – per capita
40.000 habitantes e 7,7 mil domicílios
Porque Barreirinhas?
Semelhança com a maioria das cidades brasileiras
Lençóis Maranhenses Turismo
Tecnologia simples e rápida de ser implantada
Histórico de dados na rede elétrica
1920 – Sistemas de portadora
Transmissão de voz em redes de alta-tensão
Modulação AM (15-500 KHz)
Não existiam conhecimentos de codificação
Nem sistemas digitais para aplicação de técnicas avançadas
Impedância característica bem definida (sistemas casados)
Histórico de dados na rede elétrica
1930 – RPC (Ripple Control)
Primeira técnica – transmissão de alguns sinais de controle
Baixas freqüências de transmissão (100 à 900 Hz)
Usado em sistemas de baixa e média tensão
Comunicação unidirecional (concessionária consumidor)
Transmissores de alta potência
Acionamento da iluminação e controle de carga
Década de 80 outros sistemas
Faixa mais considerada 5 à 500 KHz
Relação SNR e atenuação
Histórico de dados na rede elétrica
1988 –Frequency Hopping ou salto de freqüências
Primeiro protótipo de um modem
Até 1Km
Modestas taxas ~ 60bps
A partir de 1990
Forma bidirecional
Menores níveis de potência transmitida
Freqüências mais elevadas
Topologia do sistema elétrico
Geração
Transmissão
Distribuição
Primária
Secundária
Topologia do sistema elétrico
Distribuição
Primária
Secundária
Problemas da rede elétrica
Atenuação
Impedância de rede
Ruído Impulsivo
Síncrono
Tonal
Não-intencional e Intencional
Alta freqüência
De apenas uma ocorrência
Redes projetadas para energia elétrica. Não adaptadas para fins
de comunicação
Interconexão e equipamentos
Interconexão e equipamentos
Rede interna
Modem PLC – entradas RJ11 e RJ45
Infra-estrutura já existentes
Rede de acesso
Repetidor BT ou equipamento intemerdiário (IE)
> 300 metros usa-se repetidores
Acopladores
Repetidores BT/MT são usados caso a rede PLC esteja na MT
Interconexão e equipamentos
Rede PLC de distribuição
Interligação do “mundo elétrico” com o “mundo de dados”
Responsabilidade do Master ou Head End
Interconexão e equipamentos
Medidor
Geração
Subestação
Backbone Internet
Internet
Repetidor Repetidor
Master
Modem PLC Repetidor BT
Transformador
Tecnologia PLC
A camada física
Tipos de PLC
Controle de acesso ao meio
Formato do quadro
Segurança
Expansibilidade
Taxas alcançadas
Perguntas freqüentes
Tecnologia PLC – A camada física
Spread Spectrum
Consiste em distribuir a potência do sinal em uma ampla faixa
P
f i)
P
f ii)
P
f iii)
f v)
sinal do usuário Interferência 1 Interferência 2
P
Tecnologia PLC – A camada física
OFDM – Ortoghonal Frequency Division Multiplex
Utilizada pelo padrão HomePlug 1.0
Consiste em modular um grande número de portadoras de banda estreita distribuídas lado a lado
Tecnologia PLC – A camada física
GMSK – Gaussian Minimum Shift Key
Mesma modulação da tecnologia GSM
Caso particular da modulação OFDM
Algumas vezes referida como OFDM de banda larga
Nesta técnica as portadoras são moduladas em fase
Aplificadores mais simples
Robusto contra interferências de banda estreita
Tecnologia PLC – Tipos de PLC
PLIC
Power Line Indoor Communication
Também denominado In-House BPL
PLOC
Power Line Outdoor Communication
Possibilidade de personalizar a taxa de transmissão
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Em 2000 formado o Home Plug PowerLine Alliance
Especificação do padrão HomePlug 1.0
Finalização do HomePlug AV ou HomePlug 2.0
Objetivo especificar modelo para trabalhar com 802.3
Variante do CSMA/CA
CSMA/CD não utilizado por causa da atenuação e do ruído
Detecção de colisão por diferença de potencial seria difícil
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
4 níveis de prioridade no acesso ao meio
CA0 à CA3, sendo CA3 de maior prioridade
CA3 usada nas tags 6 e 7 das VLANs controle da rede e tráfego extremamente sensível ao tempo, com delay e jitter menores que 10ms, como a voz.
CA2 usada nas tags 4 e 5 tráfego sensível ao tempo, com delay menor que 100ms, como áudio e vídeo.
CA1 é a padrão. Usada nas tags de 0 e 3 tráfego de redes
CA0 usada nas tags 1 e 2 best effort (melhor esforço)
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Lógica de transmissão de um quadro
CIFS – Contention distributed interframe space (35,84µseg) PR – Priority resolution
PRSs – Priority resolution signals CW – Contention Window
RIFS - Response Distributed Interframe Space DC – Deferral Counter
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Estação “escuta” se o meio está livre CIFS
Meio livre fase de determinação de prioridade
Caso o meio não esteja livre, espera CIFS novamente
Dois intervalos de tempo para determinar prioridade – PRs
Enviados sinais PRSs nos intervalos PRs – PR0 e PR1
Modulação on-off para representação binária
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
1 1
1 0
Todas as estações com quadros de classes inferiores
a CA3 adiam suas transmissões
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Período de disputa escolhe nº aleatório
Distribuído entre zero e a janela de contenção (CW)
Janela de contenção depende do número de vezes que a função backoff é chamada
>2 31
2 17
1 15
0 7
Classes CA3 e CA2
>2 63
2 31
1 15
0 7
Classes CA1 e CA0
Backoff
CW CW Backoff
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Enquanto meio livre na disputa de prioridade
Backoff é decrementado
Quando chega a zero o quadro é transmitido
Deferral Counter (DC) – Contador de adiamento
Criado para evitar colisões
Decrementado quando outra estação captura o meio
Quando chega a zero grande número de estações com mesma prioridade
Chama novamente a função de backoff 15 >2
2 3
1 1
0 0
Backoff
DC
Tecnologia PLC – Acesso ao meio
Como outra estação sabe quando irá terminar e se uma resposta é esperada?
Através de detecção virtual
RIFS = 26,8 µ s < dos quadros
Respostas esperadas
ACK
NACK
FAIL
Tecnologia PLC – Formato do quadro
Tecnologia PLC – Segurança DES-56
Meio compartilhado
Sem segurança poderíamos “escutar” transmissões
Bloco de encriptação
64 bits N* iterações
* N de 1 à 16
48 bits
Chave 56 bits
Final
Tecnologia PLC – Expansibilidade
Limitação não só numérica
Qualidade de serviço
Banda total do HeadEnd
Máximo de 100 usuários / trafo
Tecnologia PLC – Taxas alcançadas
HomePlug 1.0 45 Mbps
HomePlug 2.0 200 Mbps
Testes feitos pela hidrelétrica de Xanxerê
Acesso discado – 56 Kbps
ADSL – 512 Kbps
PLC – 7.5 Mbps
Tecnologia PLC – Taxas alcançadas
Acesso discado
Link se manteve estável
Velocidade constante, porém baixa
Tecnologia PLC – Taxas alcançadas
ADSL
Link também se manteve estável
Velocidade variando de acordo com a quantidade de assinantes conectados simultaneamente no sistema
Tecnologia PLC – Taxas alcançadas
PLC
Link estável
Velocidade estabilizada logo no início do download
Pequenas variações momentâneas (±0,05%)
Tecnologia PLC – Perguntas freqüentes
O PLC pode interferir em algum eletrodoméstico?
O que pode causar interferência no PLC?
Posso ligar o Modem PLC numa régua de tomadas com filtro de linha?
É preciso fazer adaptações na fiação elétrica para instalar o modem PLC?
Qual o consumo médio de um Modem PLC? A conta fica mais cara?
Quando falta luz o PLC funciona ?
Modelo de mercado
O que falta para se tornar comercial?
ANATEL (Agência nacional de telecomunicações)
PLC não exige regulamentação
Apenas homologação dos equipamentos
Entraves regulatórios
Modelo tarifário
Sistema de prestação de serviços
ANEEL (Agência Nacional de energia elétrica)
Descrédito das próprias concessionárias
Padronização
2000 PLC Forum
2000 HomePlug Powerline Alliance
2002 PLC Utilities Alliance
Conclusão
Vários serviços e benefícios agregados
Solução para última milha