Carding Forum
Professional
- Messages
- 2,788
- Reaction score
- 1,199
- Points
- 113
Ответственно заявляю: интернет-технологии в России движутся вперед. И это касается не только Москвы, где уже несколько лет каждый желающий может получить недорогой и высокоскоростной доступ во всемирную паутину с помощью ADSL или домашних сетей. Это касается и России в целом. И появление на рынке такой технологии, как «интернет из розетки» - лишнее тому подтверждение.
Неужели это возможно?
Сообщения о технологиях, позволяющих передавать цифровую информацию через обычные электрические линии, уже упоминались в новостях «Х». Однако мы не уделяли им должного внимания, так как считали, что это прерогатива более цивилизованных стран, где дома редко горят от коротких замыканий, проводку ежегодно проверяют и проводят ремонтно-монтажные работы. Признаться, еще недавно я с трудом мог представить, каким образом нашу ветхую и убогую проводку, электрические распределители, которые, в лучшем случае, были установлены 10-20 лет назад пьяными электриками, можно использовать для передачи цифровых данных. Не верил до самого последнего момента и всячески спорил с теми, кто считал иначе. Даже сообщения о том, что иностранные инвесторы хотят вложить в развертывание сети на основе этой технологии 4 миллиона долларов, не могли меня убедить в обратном…. Но когда я увидел, что это чудо все-таки работает, я понял, насколько я ошибался.
Технологии бывают разные…
Исследования в области передачи данных по обычным электрическим линиям начались еще 30 лет назад. Разработкой занимались сразу несколько десятков научно-исследовательских институтов по всему миру - настолько велико было искушение разработать технологию, с помощью которой легко можно было «срубить куш». Только вот незадача: слабая помехозащищенность используемого канала сводила все попытки разработчиков на «нет». В то время не существовало ни одной серьезной технологии, которая помогла бы обойти эти ограничения, поэтому действующих разработок не было до самого начала 90-х годов. Все изменилось после появления современных сигнально-цифровых процессоров и новых методов модуляции сигнала. Именно они и способствовали развитию PLC-технологий (Power Line Communication). Очень скоро на рынке появилось сразу несколько разработок, которые использовали существующие сети электропитания (120 или 220 В) для успешной передачи данных.
Не стоит считать, что все эти технологии изначально разрабатывались, как еще один быстрый и удобный способ обеспечения доступа в интернет. На самом деле, их применение значительно шире. Так, в зависимости от задач выделают несколько типов подобных технологий. Первые - низкоскоростные (скорость иногда ниже, чем 0.01 Кбит/с) - стали использовать в энергетике на высоковольтных магистралях для передачи информации о напряжении на подстанциях и прочей технической информации. Скорость, конечно, не фонтан, но вполне приемлема для передачи небольших объемов информации. Тем более, на расстоянии в десятки километров. Второй тип - обмен со средней 0.01 - 50 Кбит/с скоростью на расстоянии до 2-3 километров - также используется в основном энергетиками, но в отличие от предыдущего типа позволяет обеспечить дистанционное управление и контроль над различными объектами, мониторинг самых разнообразных характеристик и т.п. Для нас же наибольший интерес представляет высокосортная передача данных. Разработчики, которые начинали заниматься такими технологиями, планировали, что они будут использоваться для создания так называемого «интеллектуального дома», в котором любые бытовое приборы будут общаться между собой посредством обычной проводки и координироваться специальными девайсами. В сфере компьютеров такие возможности выглядели еще более убедительно - наконец-то удалось бы избавиться от кучи ненужных проводов, соединяющих компьютер со сканерами, принтерами и прочей периферией. Однако быстрее всего такие технологии стали использовать для предоставления высокоскоростного доступа в интернет!
Домашняя проводка, она же Зло
Вообще, представить то, что через розетку можно получить передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с (а именно эту цифру предлагают нынешние технологии), можно с трудом. Если брать обычный Ethernet, то никаких сомнений не возникает. Используемые проводники были изначально предназначены для высокоскоростной передачи данных. Более того, на используемый кабель накладывается целый ряд ограничений: по его качеству, категории (напомню, что существует несколько категорий витой пары), максимальной длине и правилам монтажа. Так что ничего удивительно в высоких скоростях нет.
Другое дело - наша отечественная проводка. Ты только вспомни эти ветхие провода, которые в большинстве случаев проложены десятилетия назад. Мало того, что они имеют кучу изгибов и повреждений, а также наспех спаянных сцепок, так по ним еще передается электроэнергия под высоким напряжением! Проведу аналогию: представь, что тебе внезапно захотелось поплавать, и ты решил пойти в бассейн. В бассейне всегда выдержан температурный режим (то есть ты не заболеешь), вода очищена хлоркой (ты не подцепишь инфекцию, которую принесли другие «купальщики), да и вообще, все сделано для того, чтобы процесс купания был максимально комфортен и безопасен. Точно также чувствует себя цифровые данные, которые передаются по хорошим медным или оптоволоконным проводникам. А теперь (слабонервных прошу удалиться) представь, что ты искупался в емкости с концентрированной соляной кислотой. Думаю, не нужно объяснять, что с тобой бы стало? То же самое происходит и с сигналом, который без предварительной обработки и использования специальных технологий пустили через обыкновенную электрическую проводку. Постоянные наводки и высокий коэффициент затухания сразу же сведут его на нет, прежде чем он успеет пройти каких-то пару-тройку метров. Это легко можно объяснить.
Нужно понимать, что электрическая проводка предназначена для передачи электроэнергии - и только. Даже если ее умело проложить, качественно спаять все соединения и использовать исключительно хороший провод, этого вряд ли будет достаточно для передачи данных. Дело в том, что частотные характеристики электрического кабеля даже по самым скромным оценкам не сравнимы с теми, которыми обладает, например, витая пара. Суди сам: если у тебя нет хорошего музыкального голоса, ты вряд ли сможешь правильно брать высокие ноты. В свою очередь, кабель не сможет быстро передавать цифровой сигнал, обладая недостаточными частотными характеристиками. С другой стороны: если на эстраде есть люди без голоса, значит, и обычную проводку можно заставить передавать данные? Для этого разработчикам PLC пришлось использовать специальные схемы и алгоритмы представления и кодирования сигнала, о которых мы очень скоро поговорим подробнее. Однако недостаточные частотные характеристики - это не единственная проблема.
Трудность заключается еще и в том, что параметры среды внутри проводки постоянно изменяются. Они напрямую зависят от напряжения, которое идет от распределительного щитка, количества одновременно включенных в цепь приборов, а также других факторов. Каждый раз, когда включаешь в комнате свет, подогреваешь обед в микроволновке, ты незаметно для себя изменяешь среду внутри проводов, причем не только в своей квартире, но и у соседей, запитанных от той же «фазы». Мало того, некоторые электроприборы (например, банальный пылесос) способны сильно «шуметь» и генерировать серию непродолжительных импульсов, которые создают в проводке самую настоящую «кашу». Ну и напоследок ответь на вопрос: тебе когда-нибудь приходилось оперативно делать простенькую антенну из куска проволоки? Наверняка. А ведь провода электролинии, несмотря на то, что замурованы в стену, очень неплохо принимают радиоволны большинства радиостанций, среди которых могут оказаться и те, которые используют ту же полосу частот, что и технологии PLC.
Модуляция сигнала
Понятно, что решить все эти проблемы в одиночку чрезвычайно сложно. Поэтому в конце девяностых годов был образован специальный альянс Homeplug PowerLine Alliance, в состав которого вошли такие известные компании, как 3Com, Cisco Systems, Hewlett-Packard, Intel, AMD. Основная задача альянса, который начал заниматься разработкой первой версией стандарта Homeplug 1.0, заключалась в выборе оптимальной схемы модуляции сигнала, которая могла бы справиться с ужасной зашумленностью электрической проводки. В 2000 году среди десятков предложенных вариантов, была официально выбрана схема ортогонального разделения частот OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Эта схема уже успела хорошо зарекомендовать себя в беспроводных Wi-Fi сетях (802.11g и 802.11a), которые также подвержены самым разнообразным помехам и влиянию окружающей среды.
Но что вообще представляет собой понятие «метод модуляции»? Если говорить простым языком, то это способ представления и передачи информации. Объясняю на пальцах. Допустим, тебе нужно переслать большущий файл - твои действия? В принципе, это можно сделать по e-mail, однако в этом случае велика вероятность того, что из-за своего размера письмо осядет на почтовом сервере и до адресата не дойдет. Поэтому лучше будет, например, разделить файл на несколько небольших частей и отправить их по отдельности, или же вообще воспользоваться FTP, который поддерживает докачку. Цифровой сигнал аналогично файлу также можно представить и передать различными способами. Так вот, эти способы по-умному и называются методами модуляции.
Что касается конкретно OFDM, то он изначально ориентирован на высокоскоростную передачу больших объемов цифровой информации. Основная фишка заключается в том, что сигнал умышленно разделяется на десятки несущих частот (грубо говоря, частей), по которым одновременно начинается осуществляться передача информации. На приемнике данные с различных частот демодулятором собираются воедино. Помимо этого используется несколько дополнительных несущих частот, по которым передается исключительно техническая информация, необходимая для проверки целостности данных, а также, что очень важно, восстановления утерянных данных. Если из-за каких-то помех или особенностей проводника информация по одной или нескольким несущим была искажена, то общий сигнал не пострадает, так как он достаточно просто может быть скорректирован. Столь эффективное использование спектра позволяет достичь огромной плотности битов и передавать данные на очень высоких скоростях.
Решение проблем
По умолчанию для передачи используется диапазон частот от 4 до 21 МГц, однако в некоторых случаях он несколько уже. Это может быть связано с особенностями проводника, не позволяющими использовать те или иные частоты, а также с ограничениями, которые накладывает законодательство некоторых стран. Так или иначе, весь диапазон делится на 84 независимых друг от друга несущих, которые могут передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с. Во время передачи данных на некоторых несущих может резко возрастать коэффициент затухания сигнала, что, естественно, ведет к частичной или полной потери информации. Метод OFDM может скорректировать данные, но для успешного функционирования ему требуется помощь со стороны. Своеобразным помощником является функция динамического управления несущими (Dynamically turning off and on data-carrying signals), суть которой заключается в постоянном мониторинге канала передачи с целью выявления тех участков спектра, где коэффициент затухания превышает некоторое пороговое значение. Если такие частоты обнаружены, то их использование прекращается ровно до тех пор, пока затухание сигнала не вернется к уровню нормы.
Я уже упоминал о возможном возникновении в проводке коротких импульсных помех (продолжительностью до 1 мс), источниками которых являются галогеновые лампы и мощные бытовых приборы с электрическими двигателями. Для того чтобы исключить влияние этих неприятных помех, разработчики PLC стали использовать двухступенчатое помехоустойчивое кодирование информации. Принцип действия заключается в избыточном кодировании данных, когда к набору информационных битов прибавляются еще так называемые защитные биты, используемые для восстановления испорченных во время передачи данных.
В обычном Ethernet сетевой кабель идет строго от точки А (например, свитча) к точке B (рабочей станции), не имея разветвлений или каких-либо еще негативно влияющих факторов. Зато в квартирной проводке все с точностью до наоборот: здесь всегда найдется немало мест, где силовой кабель разделяется, разветвляется, идет параллельно, а точки соединения сделаны, что называется, «на соплях». Все это приводит к появлению многократной интерференции прямого и задержанного сигналов или, как это еще называют, отражений. В итоге на приемник одновременно приходит несколько одинаковых сигналов, сдвинутых на определенную величину, в зависимости от расстояния, пройденного каждым из них. Получается, что вместо одного отправленного бита, на принимающей стороне может оказаться два или три, которые каким-то образом нужно отфильтровать, а после - правильно интерпретировать. Для того чтобы решить эту задачу, было решено использовать микросекундную задержку между передачей пакетов, а также дополнительные типы модуляции DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying, дифференциальная двоичная фазовая манипуляция) и разновидности DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying, квадратурная дифференциальная фазовая манипуляция).
Ethernet vs. PLC
По сути, технологии Ethernet и PLC очень похожи. Разница заключается лишь в способе подключения к Сети конечного абонента. Не надо думать, что достаточно установить какой-то хитрый девайс на электростанции - и весь город сразу получит доступ в интернету через розетку. На самом деле все намного сложнее: инъекторы сигнала, которые передают данные в электрическую сеть, чаще всего устанавливаются в каждом доме и даже подъезде, при этом непосредственно до здания интернет доводится вполне привычными средствами, например, оптоволокном. Фактически, сеть на основе PLC - это большая локалка. С той лишь разницей, что вместо свитчей и витой пары используется электрическая проводка, а клиенты вместо сетевых карт используют специальные адаптеры, которые вставляются в розетку. Есть, правда, несколько другой способ доставки сигнала до здания, когда специальное оборудование устанавливается на местной подстанции и передает данные из оптоволоконной сети в силовой кабель. С помощью силового кабеля и набора повторителей, установленных через каждые полкилометра, кабель доводят до каждого дома, и уже там с помощью специальных девайсов в распределительных щитках сигнал инъектируется в низковольтовую (120-220 В) сеть. Однако этот вариант мало распространен в мире и уж тем более не нашел применения в России.
Вообще, инфраструктура сети - это не единственное сходство технологий. Например, на уровне OSI стандарт Homeplug 1.0, так же как и Ethernet, поддерживает так называемое качество обслуживания (QoS, Quality of Service). А для разрешения конфликтных ситуаций «столкновения» трафика (не забывай, что данные от каждого абонента передаются по одним и тем же проводам) была реализована специальная система приоритетов. Пакеты, которые имеют наивысшую важность (голос, видео и т.д.), для которых особенно критична минимизация задержек, помечаются специальным флагом Timing Critical и имеют самый высокий приоритет, поэтому обрабатываются PLC-маршрутизаторами в первую очередь.
Реальные примеры
В теории все вроде бы вполне реально, но как дела обстоят на практике? Если верить пресс-релизам, то во всем мире применение широкополосного доступа в интернет через обычную электросеть идет полным ходом. Например, электроэнергетическая компания Scottish-Hydro-Electrics запустила проект по развертыванию сети PLC еще пару лет назад. Таким образом, удалось предоставить доступ в инет тем людям, которые живут в сельской местности и из-за слаборазвитой телекоммуникационной сети лишь мечтают о высокоскоростном доступе в интернет. Примечательно, что использование интернета через розетку оказалось существенно дешевле, чем аналогичная по скорости DSL-линия. Фишка на основе PLC вовсю используются и на территории Германии, причем интернет - это даже не самое основное применение технологии. В некоторых городах людям даже не обязательно отправлять квитанцию об оплате за электроэнергию, так как вся информация со счетчиков автоматически отправляется ее поставщику.
Что касается России, то испытания PLC по традиции впервые начались в столице. Компания «Мосэнерго» провела ряд испытаний по созданию технологической сети, объединяющей свои диспетчерские пункты с питающими, распределительными и трансформаторными подстанциями. Во время тестирования использовалось оборудование от различных производителей и, что удивительно, все заработало как надо. К сожалению, своими глазами я не видел, но очевидцы утверждают, что им удалось обеспечить доступ в интернет на скоростях 2-12 Мбит/с, что более, чем достаточно для домашнего использования. К сожалению, никаких пресс-релизов или даже намеков по поводу того, когда эту технологию «Мосэнерго» начнет использовать в коммерческих целях в Москве, пока не сообщается.
Зато в конце 2004 года фонды Intel Capital и «Русские технологии» объявили о своих планах инвестировать сразу 4 миллиона долларов в компанию «Электро-Ком». И свое слово выполнили. Сейчас «Электро-Ком» активно занимается строительством пилотной сети PLC на территории Москвы, Рязани, Калуги, Ростова-на-Дону и некоторых других городов России. В Калуге, к примеру, уже весь центр города перетянут оптоволокном, а в некоторых частях даже установлено все необходимое оборудование и начинается предоставление бесплатного тестового доступа. Скорость достигает 9 Мбит/с на прием и 6 Мбит/с на отдачу, даже там, где проводка уже несколько раз горела и была отремонтирована на «авось». По заявлению специалистов «Электро-Ком» максимальную планку удастся поднять в несколько раз за счет использования дополнительной инъекции сигнала. Более того, уже сейчас обсуждаются планы по поводу предоставления VoIP-телефонии с использованием PLC.
Безопасность PLC-сетей
Вообще, безопасность использования PLC-сетей пока под большим сомнением. Ведь внутри дома для передачи данных используются одни и те же провода слаботочной проводки. Уверен, что если эта технология выйдет в широкие массы, то очень скоро появятся специальные сниферы, которые небезуспешно будут перехватывать все идущие по PLC пакеты. Чтобы не допустить несанкционированного доступа к информации, большинство производителей встраивают в свои PLC-адаптеры специальные средствами шифрования «на лету», основанные на алгоритме DES. Однако шифрование может быть включено только в том случае, если его поддерживает коммутирующее PLC-оборудование. Для обеспечения безопасности PLC-маршрутизаторы имеют специальную систему контроля доступа, разрешая подключение только тем из абонентов, которые прошли авторизацию (по логину/паролю, MAC-адресу адаптера и т.д.). Однако и эту защиту, скорее всего, удастся обойти, если получится выловить из «эфира» нужную идентификационную информацию. В итоге получаем уровень защиты, сравнимый с беспроводными сетями, а это явно не предел мечтания.
WARNING
Вся информация приведена в целях ознакомления. Автор и редакция не несут ответственности за тех, кто, решив поэкспериментировать, вставит в розетку модем, сетевуху или собственную голову.
INFO
Основная трудность развертывания PLC в регионах - отсутствие широкого интернет-канала до Москвы. Если «Электро-ком» всерьез планирует подключить сотни тысяч абонентов, то ему этот вопрос каким-то образом придется решать. Тем более что для поддержки VoIP (телефония через интернет) потребуется канал, имеющий минимальные задержки.
Технологию PLC совершенно необязательно использовать для доступа в интернет. С помощью оборудования, соответствующего спецификации Homeplug, можно организовать вполне работоспособную локальную сеть. О результатах подобного применения технологий можно прочитать здесь - www.ixbt.com/comm/pwrln-power-net.shtml.
Неужели это возможно?
Сообщения о технологиях, позволяющих передавать цифровую информацию через обычные электрические линии, уже упоминались в новостях «Х». Однако мы не уделяли им должного внимания, так как считали, что это прерогатива более цивилизованных стран, где дома редко горят от коротких замыканий, проводку ежегодно проверяют и проводят ремонтно-монтажные работы. Признаться, еще недавно я с трудом мог представить, каким образом нашу ветхую и убогую проводку, электрические распределители, которые, в лучшем случае, были установлены 10-20 лет назад пьяными электриками, можно использовать для передачи цифровых данных. Не верил до самого последнего момента и всячески спорил с теми, кто считал иначе. Даже сообщения о том, что иностранные инвесторы хотят вложить в развертывание сети на основе этой технологии 4 миллиона долларов, не могли меня убедить в обратном…. Но когда я увидел, что это чудо все-таки работает, я понял, насколько я ошибался.
Технологии бывают разные…
Исследования в области передачи данных по обычным электрическим линиям начались еще 30 лет назад. Разработкой занимались сразу несколько десятков научно-исследовательских институтов по всему миру - настолько велико было искушение разработать технологию, с помощью которой легко можно было «срубить куш». Только вот незадача: слабая помехозащищенность используемого канала сводила все попытки разработчиков на «нет». В то время не существовало ни одной серьезной технологии, которая помогла бы обойти эти ограничения, поэтому действующих разработок не было до самого начала 90-х годов. Все изменилось после появления современных сигнально-цифровых процессоров и новых методов модуляции сигнала. Именно они и способствовали развитию PLC-технологий (Power Line Communication). Очень скоро на рынке появилось сразу несколько разработок, которые использовали существующие сети электропитания (120 или 220 В) для успешной передачи данных.
Не стоит считать, что все эти технологии изначально разрабатывались, как еще один быстрый и удобный способ обеспечения доступа в интернет. На самом деле, их применение значительно шире. Так, в зависимости от задач выделают несколько типов подобных технологий. Первые - низкоскоростные (скорость иногда ниже, чем 0.01 Кбит/с) - стали использовать в энергетике на высоковольтных магистралях для передачи информации о напряжении на подстанциях и прочей технической информации. Скорость, конечно, не фонтан, но вполне приемлема для передачи небольших объемов информации. Тем более, на расстоянии в десятки километров. Второй тип - обмен со средней 0.01 - 50 Кбит/с скоростью на расстоянии до 2-3 километров - также используется в основном энергетиками, но в отличие от предыдущего типа позволяет обеспечить дистанционное управление и контроль над различными объектами, мониторинг самых разнообразных характеристик и т.п. Для нас же наибольший интерес представляет высокосортная передача данных. Разработчики, которые начинали заниматься такими технологиями, планировали, что они будут использоваться для создания так называемого «интеллектуального дома», в котором любые бытовое приборы будут общаться между собой посредством обычной проводки и координироваться специальными девайсами. В сфере компьютеров такие возможности выглядели еще более убедительно - наконец-то удалось бы избавиться от кучи ненужных проводов, соединяющих компьютер со сканерами, принтерами и прочей периферией. Однако быстрее всего такие технологии стали использовать для предоставления высокоскоростного доступа в интернет!
Домашняя проводка, она же Зло
Вообще, представить то, что через розетку можно получить передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с (а именно эту цифру предлагают нынешние технологии), можно с трудом. Если брать обычный Ethernet, то никаких сомнений не возникает. Используемые проводники были изначально предназначены для высокоскоростной передачи данных. Более того, на используемый кабель накладывается целый ряд ограничений: по его качеству, категории (напомню, что существует несколько категорий витой пары), максимальной длине и правилам монтажа. Так что ничего удивительно в высоких скоростях нет.
Другое дело - наша отечественная проводка. Ты только вспомни эти ветхие провода, которые в большинстве случаев проложены десятилетия назад. Мало того, что они имеют кучу изгибов и повреждений, а также наспех спаянных сцепок, так по ним еще передается электроэнергия под высоким напряжением! Проведу аналогию: представь, что тебе внезапно захотелось поплавать, и ты решил пойти в бассейн. В бассейне всегда выдержан температурный режим (то есть ты не заболеешь), вода очищена хлоркой (ты не подцепишь инфекцию, которую принесли другие «купальщики), да и вообще, все сделано для того, чтобы процесс купания был максимально комфортен и безопасен. Точно также чувствует себя цифровые данные, которые передаются по хорошим медным или оптоволоконным проводникам. А теперь (слабонервных прошу удалиться) представь, что ты искупался в емкости с концентрированной соляной кислотой. Думаю, не нужно объяснять, что с тобой бы стало? То же самое происходит и с сигналом, который без предварительной обработки и использования специальных технологий пустили через обыкновенную электрическую проводку. Постоянные наводки и высокий коэффициент затухания сразу же сведут его на нет, прежде чем он успеет пройти каких-то пару-тройку метров. Это легко можно объяснить.
Нужно понимать, что электрическая проводка предназначена для передачи электроэнергии - и только. Даже если ее умело проложить, качественно спаять все соединения и использовать исключительно хороший провод, этого вряд ли будет достаточно для передачи данных. Дело в том, что частотные характеристики электрического кабеля даже по самым скромным оценкам не сравнимы с теми, которыми обладает, например, витая пара. Суди сам: если у тебя нет хорошего музыкального голоса, ты вряд ли сможешь правильно брать высокие ноты. В свою очередь, кабель не сможет быстро передавать цифровой сигнал, обладая недостаточными частотными характеристиками. С другой стороны: если на эстраде есть люди без голоса, значит, и обычную проводку можно заставить передавать данные? Для этого разработчикам PLC пришлось использовать специальные схемы и алгоритмы представления и кодирования сигнала, о которых мы очень скоро поговорим подробнее. Однако недостаточные частотные характеристики - это не единственная проблема.
Трудность заключается еще и в том, что параметры среды внутри проводки постоянно изменяются. Они напрямую зависят от напряжения, которое идет от распределительного щитка, количества одновременно включенных в цепь приборов, а также других факторов. Каждый раз, когда включаешь в комнате свет, подогреваешь обед в микроволновке, ты незаметно для себя изменяешь среду внутри проводов, причем не только в своей квартире, но и у соседей, запитанных от той же «фазы». Мало того, некоторые электроприборы (например, банальный пылесос) способны сильно «шуметь» и генерировать серию непродолжительных импульсов, которые создают в проводке самую настоящую «кашу». Ну и напоследок ответь на вопрос: тебе когда-нибудь приходилось оперативно делать простенькую антенну из куска проволоки? Наверняка. А ведь провода электролинии, несмотря на то, что замурованы в стену, очень неплохо принимают радиоволны большинства радиостанций, среди которых могут оказаться и те, которые используют ту же полосу частот, что и технологии PLC.
Модуляция сигнала
Понятно, что решить все эти проблемы в одиночку чрезвычайно сложно. Поэтому в конце девяностых годов был образован специальный альянс Homeplug PowerLine Alliance, в состав которого вошли такие известные компании, как 3Com, Cisco Systems, Hewlett-Packard, Intel, AMD. Основная задача альянса, который начал заниматься разработкой первой версией стандарта Homeplug 1.0, заключалась в выборе оптимальной схемы модуляции сигнала, которая могла бы справиться с ужасной зашумленностью электрической проводки. В 2000 году среди десятков предложенных вариантов, была официально выбрана схема ортогонального разделения частот OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Эта схема уже успела хорошо зарекомендовать себя в беспроводных Wi-Fi сетях (802.11g и 802.11a), которые также подвержены самым разнообразным помехам и влиянию окружающей среды.
Но что вообще представляет собой понятие «метод модуляции»? Если говорить простым языком, то это способ представления и передачи информации. Объясняю на пальцах. Допустим, тебе нужно переслать большущий файл - твои действия? В принципе, это можно сделать по e-mail, однако в этом случае велика вероятность того, что из-за своего размера письмо осядет на почтовом сервере и до адресата не дойдет. Поэтому лучше будет, например, разделить файл на несколько небольших частей и отправить их по отдельности, или же вообще воспользоваться FTP, который поддерживает докачку. Цифровой сигнал аналогично файлу также можно представить и передать различными способами. Так вот, эти способы по-умному и называются методами модуляции.
Что касается конкретно OFDM, то он изначально ориентирован на высокоскоростную передачу больших объемов цифровой информации. Основная фишка заключается в том, что сигнал умышленно разделяется на десятки несущих частот (грубо говоря, частей), по которым одновременно начинается осуществляться передача информации. На приемнике данные с различных частот демодулятором собираются воедино. Помимо этого используется несколько дополнительных несущих частот, по которым передается исключительно техническая информация, необходимая для проверки целостности данных, а также, что очень важно, восстановления утерянных данных. Если из-за каких-то помех или особенностей проводника информация по одной или нескольким несущим была искажена, то общий сигнал не пострадает, так как он достаточно просто может быть скорректирован. Столь эффективное использование спектра позволяет достичь огромной плотности битов и передавать данные на очень высоких скоростях.
Решение проблем
По умолчанию для передачи используется диапазон частот от 4 до 21 МГц, однако в некоторых случаях он несколько уже. Это может быть связано с особенностями проводника, не позволяющими использовать те или иные частоты, а также с ограничениями, которые накладывает законодательство некоторых стран. Так или иначе, весь диапазон делится на 84 независимых друг от друга несущих, которые могут передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с. Во время передачи данных на некоторых несущих может резко возрастать коэффициент затухания сигнала, что, естественно, ведет к частичной или полной потери информации. Метод OFDM может скорректировать данные, но для успешного функционирования ему требуется помощь со стороны. Своеобразным помощником является функция динамического управления несущими (Dynamically turning off and on data-carrying signals), суть которой заключается в постоянном мониторинге канала передачи с целью выявления тех участков спектра, где коэффициент затухания превышает некоторое пороговое значение. Если такие частоты обнаружены, то их использование прекращается ровно до тех пор, пока затухание сигнала не вернется к уровню нормы.
Я уже упоминал о возможном возникновении в проводке коротких импульсных помех (продолжительностью до 1 мс), источниками которых являются галогеновые лампы и мощные бытовых приборы с электрическими двигателями. Для того чтобы исключить влияние этих неприятных помех, разработчики PLC стали использовать двухступенчатое помехоустойчивое кодирование информации. Принцип действия заключается в избыточном кодировании данных, когда к набору информационных битов прибавляются еще так называемые защитные биты, используемые для восстановления испорченных во время передачи данных.
В обычном Ethernet сетевой кабель идет строго от точки А (например, свитча) к точке B (рабочей станции), не имея разветвлений или каких-либо еще негативно влияющих факторов. Зато в квартирной проводке все с точностью до наоборот: здесь всегда найдется немало мест, где силовой кабель разделяется, разветвляется, идет параллельно, а точки соединения сделаны, что называется, «на соплях». Все это приводит к появлению многократной интерференции прямого и задержанного сигналов или, как это еще называют, отражений. В итоге на приемник одновременно приходит несколько одинаковых сигналов, сдвинутых на определенную величину, в зависимости от расстояния, пройденного каждым из них. Получается, что вместо одного отправленного бита, на принимающей стороне может оказаться два или три, которые каким-то образом нужно отфильтровать, а после - правильно интерпретировать. Для того чтобы решить эту задачу, было решено использовать микросекундную задержку между передачей пакетов, а также дополнительные типы модуляции DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying, дифференциальная двоичная фазовая манипуляция) и разновидности DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying, квадратурная дифференциальная фазовая манипуляция).
Ethernet vs. PLC
По сути, технологии Ethernet и PLC очень похожи. Разница заключается лишь в способе подключения к Сети конечного абонента. Не надо думать, что достаточно установить какой-то хитрый девайс на электростанции - и весь город сразу получит доступ в интернету через розетку. На самом деле все намного сложнее: инъекторы сигнала, которые передают данные в электрическую сеть, чаще всего устанавливаются в каждом доме и даже подъезде, при этом непосредственно до здания интернет доводится вполне привычными средствами, например, оптоволокном. Фактически, сеть на основе PLC - это большая локалка. С той лишь разницей, что вместо свитчей и витой пары используется электрическая проводка, а клиенты вместо сетевых карт используют специальные адаптеры, которые вставляются в розетку. Есть, правда, несколько другой способ доставки сигнала до здания, когда специальное оборудование устанавливается на местной подстанции и передает данные из оптоволоконной сети в силовой кабель. С помощью силового кабеля и набора повторителей, установленных через каждые полкилометра, кабель доводят до каждого дома, и уже там с помощью специальных девайсов в распределительных щитках сигнал инъектируется в низковольтовую (120-220 В) сеть. Однако этот вариант мало распространен в мире и уж тем более не нашел применения в России.
Вообще, инфраструктура сети - это не единственное сходство технологий. Например, на уровне OSI стандарт Homeplug 1.0, так же как и Ethernet, поддерживает так называемое качество обслуживания (QoS, Quality of Service). А для разрешения конфликтных ситуаций «столкновения» трафика (не забывай, что данные от каждого абонента передаются по одним и тем же проводам) была реализована специальная система приоритетов. Пакеты, которые имеют наивысшую важность (голос, видео и т.д.), для которых особенно критична минимизация задержек, помечаются специальным флагом Timing Critical и имеют самый высокий приоритет, поэтому обрабатываются PLC-маршрутизаторами в первую очередь.
Реальные примеры
В теории все вроде бы вполне реально, но как дела обстоят на практике? Если верить пресс-релизам, то во всем мире применение широкополосного доступа в интернет через обычную электросеть идет полным ходом. Например, электроэнергетическая компания Scottish-Hydro-Electrics запустила проект по развертыванию сети PLC еще пару лет назад. Таким образом, удалось предоставить доступ в инет тем людям, которые живут в сельской местности и из-за слаборазвитой телекоммуникационной сети лишь мечтают о высокоскоростном доступе в интернет. Примечательно, что использование интернета через розетку оказалось существенно дешевле, чем аналогичная по скорости DSL-линия. Фишка на основе PLC вовсю используются и на территории Германии, причем интернет - это даже не самое основное применение технологии. В некоторых городах людям даже не обязательно отправлять квитанцию об оплате за электроэнергию, так как вся информация со счетчиков автоматически отправляется ее поставщику.
Что касается России, то испытания PLC по традиции впервые начались в столице. Компания «Мосэнерго» провела ряд испытаний по созданию технологической сети, объединяющей свои диспетчерские пункты с питающими, распределительными и трансформаторными подстанциями. Во время тестирования использовалось оборудование от различных производителей и, что удивительно, все заработало как надо. К сожалению, своими глазами я не видел, но очевидцы утверждают, что им удалось обеспечить доступ в интернет на скоростях 2-12 Мбит/с, что более, чем достаточно для домашнего использования. К сожалению, никаких пресс-релизов или даже намеков по поводу того, когда эту технологию «Мосэнерго» начнет использовать в коммерческих целях в Москве, пока не сообщается.
Зато в конце 2004 года фонды Intel Capital и «Русские технологии» объявили о своих планах инвестировать сразу 4 миллиона долларов в компанию «Электро-Ком». И свое слово выполнили. Сейчас «Электро-Ком» активно занимается строительством пилотной сети PLC на территории Москвы, Рязани, Калуги, Ростова-на-Дону и некоторых других городов России. В Калуге, к примеру, уже весь центр города перетянут оптоволокном, а в некоторых частях даже установлено все необходимое оборудование и начинается предоставление бесплатного тестового доступа. Скорость достигает 9 Мбит/с на прием и 6 Мбит/с на отдачу, даже там, где проводка уже несколько раз горела и была отремонтирована на «авось». По заявлению специалистов «Электро-Ком» максимальную планку удастся поднять в несколько раз за счет использования дополнительной инъекции сигнала. Более того, уже сейчас обсуждаются планы по поводу предоставления VoIP-телефонии с использованием PLC.
Безопасность PLC-сетей
Вообще, безопасность использования PLC-сетей пока под большим сомнением. Ведь внутри дома для передачи данных используются одни и те же провода слаботочной проводки. Уверен, что если эта технология выйдет в широкие массы, то очень скоро появятся специальные сниферы, которые небезуспешно будут перехватывать все идущие по PLC пакеты. Чтобы не допустить несанкционированного доступа к информации, большинство производителей встраивают в свои PLC-адаптеры специальные средствами шифрования «на лету», основанные на алгоритме DES. Однако шифрование может быть включено только в том случае, если его поддерживает коммутирующее PLC-оборудование. Для обеспечения безопасности PLC-маршрутизаторы имеют специальную систему контроля доступа, разрешая подключение только тем из абонентов, которые прошли авторизацию (по логину/паролю, MAC-адресу адаптера и т.д.). Однако и эту защиту, скорее всего, удастся обойти, если получится выловить из «эфира» нужную идентификационную информацию. В итоге получаем уровень защиты, сравнимый с беспроводными сетями, а это явно не предел мечтания.
WARNING
Вся информация приведена в целях ознакомления. Автор и редакция не несут ответственности за тех, кто, решив поэкспериментировать, вставит в розетку модем, сетевуху или собственную голову.
INFO
Основная трудность развертывания PLC в регионах - отсутствие широкого интернет-канала до Москвы. Если «Электро-ком» всерьез планирует подключить сотни тысяч абонентов, то ему этот вопрос каким-то образом придется решать. Тем более что для поддержки VoIP (телефония через интернет) потребуется канал, имеющий минимальные задержки.
Технологию PLC совершенно необязательно использовать для доступа в интернет. С помощью оборудования, соответствующего спецификации Homeplug, можно организовать вполне работоспособную локальную сеть. О результатах подобного применения технологий можно прочитать здесь - www.ixbt.com/comm/pwrln-power-net.shtml.
