Технологии передачи данных по электропроводным линиям

10 HomePlug Powerline Alliance

Интерес к технологиям  передачи данных по электросетям проявляли  самые разные производители, и чтобы  не плодить многочисленные модификации  и версии стандартов, в марте 2000 года был основан открытый альянс HomePlug Powerline Alliance. Основной целью альянса стала поддержка наиболее удачных разработок и научных исследований в области передачи данных по электросетям, а также стандартизация и сертификация устройств под эти разработки.

Для компаний-производителей оборудования HomePlug Powerline Alliance подразумевает  четыре формы членства, различающихся  финансовым и административным участием в судьбе семейства технологий. Управлением  занимаются представители таких  «монстров«» индустрии телекоммуникаций, как Cisco, Comcast, GE Energy, Intel, Motorola, Sharp и Texas Instruments.

Первый «единый» стандарт был выпущен из недр альянса  в конце 2001 года; это был стандарт HomePlug1.0, во многом использующий достижения наиболее удачливого предшественника - Intellon PowerPacket. Основными требованиями, положенными в основу разработки, были скорость передачи данных не менее 10 Мбит в секунду, покрытие всей площади дома и легкость в создании сети. Разработчики утверждали, что на момент выпуска спецификации HomePlug 1.0 был наиболее приспособлен к существованию в реальной среде благодаря оптимизированным алгоритмам модуляции и демодуляции.

Примечательно, что вслед за разработкой пилотного  варианта спецификации HomePlug 1.0 следовал этап пробного развертывания сети на 500 домов в Северной Америке. Лишь успешное тестирование созданной сетевой инфраструктуры послужило поводом для релиза официальной версии стандарта.

Устройства, поддерживающие HomePlug 1.0, выпускались (и продолжают выпускаться) такими компаниями, как Actiontec, Aztech, Belkin, Cisco, devolo, EchoStar, Fujitsu Siemens, Gigafast, LEA, NETGEAR, ST&T и Zyxel.

Следующая версия стандарта - HomePlug AV - появилась спустя еще 4 года, в 2005-м. Модифицированный стандарт был адаптирован для передачи по домашним сетям больших объемов данных, в частности, медиаконтента, потоков HDTV и VoIP. Спецификация поддерживает передачу со скоростями до 200 Мбит в секунду (речь идет о передаче на физическом уровне, на MAC-уровне эта скорость будет уже 100 Мбит в секунду). «200 Мбит в секунду - это пока теоретическое ограничение скорости передачи данных в рамках этого стандарта; в реальности же скорость редко превосходит 80 Мбит в секунду в одну сторону. При этом дальность связи в идеальных условиях оценивается как 300 м, а в реальных и того меньше − около 50м. Следует так же отметить, что из-за топологии общей шины устройствам приходится делить эту пропускную способность между собой«, - отмечает Иван Дудоров, специалист компании NETGEAR, производителя оборудования для сетей PLC.

Данные в  рамках HomePlug AV передаются в частотном  диапазоне от 2 до 28 МГц. В настоящий  момент у альянса нет планов по расширению используемой частотной  полосы, так как на сегодняшний  день спецификация уже обеспечивает достаточную скорость для передачи существующих потоковых медиаданных. Однако этот вопрос не закрыт окончательно. При необходимости в будущих разработках могут быть задействованы и частоты выше 30 МГц. Стандарт поддерживает защищенные соединения и имеет встроенный Quality-of-Service (QoS). Помимо 56-битных ключей DES, поддерживаемых еще в HomePlug 1.0, версия AV поддерживает и 128-битные ключи AES.

Устройства, поддерживающие HomePlug AV, автоматически удовлетворяют  условиям и предыдущего HomePlug 1.0 (сохранена  совместимость с предыдущей версией стандарта). Сертифицированные под HomePlug AV решения производят такие компании, как Actiontec, Aztech, Belkin, Cameo, Cisco, devolo, EchoStar, Fujitsu Siemens, Gigafast, LEA, NETGEAR, Sharp, Solwise, Sumitomo и Zyxel.

Созданные стандарты (HomePlug 1.0 и HomePlug AV) оказались настолько удачны, что под них создаются и производятся целые линейки оборудования. Однако перспективы у стандартов не настолько радужные, как может показаться с первого взгляда. Как комментирует ситуацию Иван Дудоров: «На мой взгляд, перспективы развития данного рынка в России не столь высоки. Обуславливается это зачастую как плохим состояниям электропроводов, так и высокой стоимостью оборудования: не каждый готов выложить 2,5-3 тысячи рублей за устройство последнего стандарта. А ведь таких устройств необходимо приобрести как минимум две штуки. Существующее же альтернативное решение на базе беспроводной технологии 802.11n позволяет получить аналогичные скорости передачи данных на большие расстояния и за меньшие деньги. В связи с этим использование PowerLine продуктов (речь идет о линейке продуктов NETGEAR PowerLine, отвечающей стандартам HomePlug 1.0 и AV - прим. ред.) часто ограничивается ситуациями, в которых беспроводная связь просто бессильна (например, в случае «экранированных» или очень толстых стен). Нишевое решение: умный дом.

Одним из последних  в семействе HomePlug появилось еще  одно «ответвление« цепочки эволюции стандартов передачи данных по электрическим  сетям. Стандарт позволяет решать достаточно узкую задачу объединения устройств в рамках концепции «умного дома«. Речь идет о низкоскоростной версии HomePlug Command and Control, выпущенной в 2007 году (стандарт ориентирован на управление светом, климатическим оборудованием, системами сигнализации и т.п.).

Преимущества  этой версии стандарта в чрезвычайно  низкой стоимости внедрения (фактически, стоимости оборудования). На данный момент выпущены спецификации для физического  и MAC уровней протокола; над более  высокими уровнями работа продолжается. Ориентация на более дешевые и низкоскоростные методы связи именно с направленностью на умные дома - дань моде. Ожидается, что в ближайшее время именно эти устройства составят немалую долю продаж на фоне всех остальных решений HomePlug.

11 Стандарт оборудования от IEEE

HomePlug - далеко не единственное семейство стандартов в рамках PLC. В мире существует целое множество успешных и не очень вариантов передачи данных по электрическим сетям, причем выпускаемые год за годом документы описывают самые различные аспекты передачи данных. Один из таких документов - результат работы Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers) с порядковым номером 1675. Хотя его разработку обещали закончить к 2006 году, официальный релиз о выпуске стандарта мир увидел только 13 января 2009 года.

IEEE 1675 - это уже прошедший все бюрократические процедуры стандарт для разработки и тестирования оборудования передачи данных через электрические сети. Документ IEEE 1675 (Standard for Broadband Over Powerline Hardware - BPL) описывает лишь вопросы, касающиеся оборудования PLC; вопросы организации сети будут описаны в документе IEEE 1901 (Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications), который на данный момент находится в разработке. Нужно отметить, что разработки IEEE пока касаются, прежде всего, BPL (broadband over powerline) - способов создания операторской широкополосной сети доступа с использованием электрических сетей, альтернативной сетям xDSL, а не домашней сети.

12 Европейский PLC-стандарт

Не менее  крупный игрок на поле стандартов PLC - организация под названием Open PLC European Research Alliance (OPERA), поддерживающая разработки в области передачи данных по электросетям в Европе. Проект OPERA был основан в 2004 году 36 ведущими европейскими компаниями и университетами. Целью проекта была разработка нового уровня PLC-коммуникаций, в частности, для передачи потокового видео; при этом общий бюджет проекта (на первые два года) составил 20 млн евро. Проект имеет серьезную поддержку на уровне Европейской комиссии, в том числе и финансовую, так как, помимо разработки нового стандарта, он должен повысить доступность широкополосного подключения к Интернету даже в отдаленных от крупных центров городах Европы.

Первая фаза проекта (OPERA Phase 1) была завершена в 2006 году; результатом работы стала первая спецификация OPERA. С января 2007 года стартовала так называемая вторая фаза (OPERA Phase 2).

Главное преимущество OPERA по сравнению с другими проектами  в том, что это первая по-настоящему открытая спецификация в мире PLC. Уже  после выхода первой версии стандарта ей поспешили воспользоваться производители оборудования: открытая стандартизация дала мощный толчок к развитию всей индустрии.

Помимо перечисленных  выше альянсов, существует множество  локальных групп компаний, в целом  имеющих сходные цели, однако по тем или иным причинам сделавших ставку на собственные разработки, а не на участие в чужих проектах.

Организации уже  не раз приходили к выводу о  том, что главный противник распространения PLC в мире - это они сами, вернее, количество всевозможных вариантов передачи данных по электросетям, не поддерживающих друг друга. Таким образом, вслед за этапом создания локальных альянсов производителей пришел этап консолидации этих групп в глобальные организации, поддерживающие идею технологии в целом.

Один из примеров такой организации - CE-Powerline Communication Alliance (CEPCA). Группа была образована в 2005 году; в нее вошли три крупные японские компании: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (Panasonic), Mitsubishi Electric Corporation (Mitsubishi Electric) и Sony Corporation (Sony). CEPCA изначально ориентирует свои усилия на взаимодействие различных стандартов с целью организации сети передачи мультимедиа-данных в рамках квартиры или дома. При этом созданный альянс подразумевал дальнейшее расширение за счет привлечения новых членов; практически сразу к организации присоединились другие крупные азиатские компании, в частности Hitachi, Ltd., Pioneer Corporation, Sanyo Electric Co., Ltd., Toshiba Corporation и Yamaha Corporation. 

13 Поддержка глобального курса развития

Немалую роль в  развитии всех вариантов передачи данных по электрическим сетям играет торговая ассоциация Universal Powerline Association (UPA). Группа была основана в 2004 году; первые официальные заявления от имени UPA были сделаны в 2005-м. Сайт группы гласит, что это первая действительно глобальная ассоциация на рынке PLC, цель которой - продвигать передачу данных по электросетям на правительственном и корпоративном уровнях. Universal Powerline Association инициировала диалог между конкурирующими стандартами и альянсами с целью продвигать общую идею - сам факт передачи данных по электрическим проводам.

Universal Powerline Association также разрабатывает собственные  нормативные документы, определяющие различные аспекты процесса передачи данных. Как и другие альянсы, UPA устанавливает несколько уровней членства, отличающихся стоимостью годового участия и объемом влияния на результирующую спецификацию.

Один из аспектов сертификации UPA - совместная работа разных стандартов в одной среде передачи, то есть, к примеру, одновременное использование одной электросети для передачи потоков HomePlug и OPERA. UPA определяет два типа «взаимодействия« сетей: распознавание конкурента с игнорированием его трафика и передача данных между сетями (совместная работа); для каждого из типа взаимодействий UPA выпустила свою спецификацию и проводит процесс сертификации.

Следует отметить, что UPA не является конкурентом HomePlug и  другим; многие устройства (к примеру, некоторое оборудование производства NETGEAR сертифицируется как по стандарту HomePlug, так и у UPA).

14 Реальные проекты

Наиболее широкое  применение технологии передачи данных по электропроводке получили в Европе и Америке. В России подобные технологии так и не были удостоены должного внимания. Вначале распространению мешала высокая цена (особенно в сравнении с оборудованием и кабелем Ethernet). В качестве еще одного препятствия для широкого распространения технологии, несмотря на большие работы, проделанные в этом направлении, все же остаются помехи, причем как излучаемые самим передаваемым сигналом, так и «подмешивающиеся« в сигнал при его транспортировке. В частности, серьезной проблемой являются импульсы напряжения от галогенных ламп и мощных электродвигателей (и содержащих их приборов). Важный аспект - качество электропроводки - в России также оставляет желать лучшего. Во-первых, ранее повсеместно использовались алюминиевые, а не медные провода; во-вторых, во многих домах до сих пор механические соединения в проводке создают помехи даже для подключения обычных бытовых приборов, не говоря уже об информационных соединениях. Однако нельзя сказать, что технология не используется вовсе. В Москве и других российских городах уже несколько лет существует интернет-провайдер, оказывающий услуги по технологии PLC - холдинг «Электроком« (торговая марка «Спарк«). Осенью 2008 года московская часть бизнеса была продана другому интернет-провайдеру, использующему технологию Ethernet, поэтому абоненты будут переведены на эту технологию.

В отличие от столичного предприятия, компании из других городов, входящие в холдинг «Электро-Ком«, успешно продолжают свою деятельность. Для предоставления услуг в других регионах используется традиционная сеть FTTB MetroEthernet, а технологии PLC применяются уже внутри многоквартирного дома для передачи сигнала от электрического щитка до розетки абонента (для этого используется оборудование DS2). При этом услуги «Спарк« пользуются достаточно высокой популярностью; к примеру, «Электро-Ком Рязань« оценивает долю рынка в охваченных районах, приходящуюся на их услуги, как 50%. Непрерывно идет процесс расширения территории охвата и разработка новых услуг для абонентов; в частности, в ближайшем будущем будут внедрены IP-телефония, IPTV, видео по запросу. Если говорить об «Электро-Ком Рязань«, то услугами этого провайдера в городе пользуются не только домашние абоненты, но и корпоративные клиенты.

«Электро-Ком  Рязань» существует с 2004 года; несмотря на достаточно высокую конкуренцию в момент выхода на рынок, «Электро-Ком Рязань« сумел занять свою позицию, обогнав по характеристикам и цене наиболее распространенный тогда (из способов широкополосного доступа) ADSL. Однако, как отмечает провайдер в статье «Мы делаем Интернет в Рязани«, опубликованной в «Деловой неделе«» в октябре 2008 года, своим успехом «Электро-Ком Рязань« обязан не столько технологиям PLC, сколько изначально взятому курсу на прокладку оптики до каждого дома. Ранее в таких масштабах оптика не прокладывалась ни одним провайдером города, соответственно, рано или поздно конкуренты сталкивались с технологическими ограничениями по наращиванию количества абонентов и скорости подключения каждого отдельного абонента. Похожая ситуация наблюдается и во многих других городах, где действуют «дочки« холдинга «Электро-Ком«». Масштабность проекта позволила удерживать относительно невысокие цены, что, вместе с продуманной маркетинговой политикой, привлекло абонентов.