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Redes PLC
by Milton Lima
30 Sep 2003
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Original http://networkdesigners.com.br/news/index.php?option=news&task=viewarticle&sid=21
INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento da tecnologia Power Line
Communication (PLC), que permite transmissões de sinais
por onda portadora em redes de distribuição de energia,
surge mais uma opção de conectividade em banda larga,
além dos sistemas wireless, de satélite e cabos coaxiais
das operadoras de TV por assinatura.
Com o passar do tempo os meios de comunicação
vão se integrando e a exigência de novos meios de
velocidade na transmissão de dados, além da busca pelo
último usuário faz com que a PLC seja a alternativa mais
barata e viável, a velocidade de transmissão numa rede
PLC pode chegar até 14 Mbps dependendo da quantidade de
usuários conectados.
Um mercado eletrônico que cresce tão
incrivelmente está sendo sufocado pelo pouco espaço e
velocidade existente, onde suas conexões feitas por ISDN
(128 kbps) ou ADSL (faixa dos megabits por segundo) está
fazendo que se incapacite o uso para transmissão de
vídeo e áudio.
Outro grande fator é disseminação da
internet para todos os lares até os que ficam a grandes
distancias, com o uso da PLC a exclusão tecnológica
deixará de existir permitindo que a mídia cultural
eletrônica possa ser de uso integral na cultura moderna
existente.
PLC no Brasil
Um dos grandes empecilhos que ainda existem para
a ampla disseminação do acesso à Internet para o público
em geral é, sem dúvida, a falta de um meio de
transmissão de dados de baixo custo.
Até recentemente, a maioria dos esforços
públicos e privados esteve concentrada na montagem de
uma grande infra-estrutura de comunicação, capaz de
suportar o tráfego de informações na Internet por meio
de grandes vias de dados, os chamados
"backbones".
O passo seguinte consistiu em encontrar uma
maneira simples e prática de conectar individualmente
cada usuário doméstico ou empresa ao "backbone"
principal, um trecho normalmente chamado de "the last
mile" (a última milha) pelos profissionais da área,
isso até hoje tem sido feito utilizando infra-estruturas
já existentes, como redes telefônicas ou de TV a cabo.
Entretanto, esses meios se concentram em zonas urbanas –
o que exclui residências de regiões afastadas ou de
difícil acesso, além de serem relativamente caros.
Crescimento no Brasil
Para vencer esta última milha a implementação da
PLC no Brasil está sendo avaliada por companhias de
energia como CEMIG de Minas Gerais, COPEL do Paraná e a
ELETROPAULO de São Paulo, utilizando a própria rede
elétrica para distribuir acesso contínuo e de alta
velocidade para usuários residenciais, uma tecnologia
conhecida como PLC (Power Line Communication) ou
comunicação por linhas elétricas.
A mesma tomada de energia que faz seu computador
funcionar pode ser usada para conectá-lo à grande rede.
Os primeiros testes dessa nova tecnologia, a Power Line
Comunication, foram feitos na Inglaterra.
Em termos simples, a PLC é uma tecnologia capaz
de transmitir sinais de dados e voz pela rede
convencional de distribuição de energia, usando sinais
de alta freqüência.
A promessa é de acesso em banda larga e
automação da leitura do consumo de energia, sem falar
que a aparente facilidade de instalação, vem enchendo de
esperanças os adeptos da popularização da Internet. De
concreto mesmo, apenas os testes feitos por
concessionárias de energia elétrica e pesquisadores em
universidades. Mas a novidade não é tão simples, nem tão
barata de implantar.
A expectativa é que se torne realidade e a
Internet via rede elétrica seja mais uma opção além dos
pares de cobre, satélites, cabos coaxiais e sistemas
wireless para os usuários, dentro de cinco anos.
Empresas e a PLC
A Cemig iniciou os testes do acesso à
internet em banda larga via rede elétrica, no final do
ano passado, em Belo Horizonte. Foram investidos R$ 200
mil para instalação dos equipamentos em 40 pontos da
capital mineira. O projeto está sendo feito em conjunto
com a Infovias (joint-venture formada pela estatal e a
AES, para transmissão de dados, voz e imagem) e a suíça
Ascom, idealizadora dos equipamentos. Segundo
informações da assessoria de comunicação da Cemig, o
canal de acesso usado no projeto piloto tem uma
velocidade de 2 Mbps, o que corresponde a uma velocidade
quase 50 vezes maior que o acesso via rede telefônica.
O objetivo das empresas envolvidas no programa é
identificar os serviços agregados para viabilizar a
proposta comercialmente. Quanto mais serviços forem
oferecidos via rede elétrica, maior será o retorno. Por
isso, estão sendo estudados processos que vão permitir a
leitura remota e em tempo real dos relógios de luz e das
curvas de cargas das residências, além de disponibilizar
serviços de TV a cabo e televigilância.
Outra distribuidora de energia que vem testando
o sistema PLC 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. Os experimentos
demonstraram que a tecnologia funciona, mas o custo de
sua infra-estrutura é alto, corresponde a quase 50% da
instalação de uma rede de linhas telefônicas digitais
(ADSL). Outro problema identificado é a distância. O
recurso funciona em aparelhos instalados em circuitos
curtos, onde a distância entre a fonte do sinal de dados
e a residência do usuário é de cerca de 300 metros.
Nessas condições, a Copel conseguiu taxas de
transferências de até 1,7 Mbps.
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, 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.
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.
ASCOM –
A ASCOM Powerline Communications
(APC) 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,
no caso Brasil atuando com a Cemig Companhia Elétrica de
Minas Gerais. Atualmente operando na Europa, na Ásia e
na América Latina (até agora só no Chile). O
sistema está funcionando atualmente em 16
países.
Para implementar estas soluções precisa-se da
colaboração entre uma distribuidora de energia elétrica,
uma companhia telefônica e um provedor de serviços
Internet. A ASCOM está contemplando o estabelecimento de
uma fábrica de modens e outros equipamentos
especializados no Brasil para servir o mercado
brasileiro, do MERCOSUL e da América
Latina.
A 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 breve, deve chegar também ao Brasil, por
intermédio da distribuidora PI Componentes – novo nome
da União Digital –, o Power Packet, circuito integrado
dotado de um chip para ser integrado a aparelhos como
telefones, decodificadores de TV a cabo, televisores,
câmeras de vídeo e outros eletrodomésticos. Funciona
como um modem e sua função é captar sinais de dados, voz
e imagem recebidos por qualquer meio como cabos de cobre
elétricos ou de telefonia, fibras ópticas ou cabos
coaxiais de TV.
Produzido pela norte-americana Intellon
Corp., o Power Packet tem como público-alvo os
fabricantes de modens, de sistemas de automação
residencial e comercial e as distribuidoras de energia
elétrica.
O primeiro alvo dos desenvolvedores de PLC, na
verdade, será o público residencial. Mas o mercado
corporativo, representado pelos provedores de acesso, de
data centers, Web sites, é o que apresenta o maior
potencial de rentabilidade.
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 fator negativo das redes elétricas é sua
oscilação: características como impedância, atenuação e
freqüência podem variar drasticamente de um momento para
o outro, à medida que luzes ou aparelhos conectados à
rede são ligados ou desligados. Além disso, se a
intenção for transmitir informações 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% de eficiência, os transformadores
atenuam seriamente outros sinais de maior freqüência.
Para atender às 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 do
aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A
principal delas é ter a Internet sempre à disposição, 24
horas por dia. A atual velocidade máxima de 4,5 Mbps é
bem maior que a de uma conexão ISDN (128 kbps) ou ADSL
(faixa dos megabits por segundo).
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, onde cada tomada pode ser encarada como um
ponto de acesso que pode ser usado de maneira simples e
descomplicada.
Essa idéia de transmitir dados sobre rede
elétrica também poderia ser aplicada para interconectar
dispositivos inteligentes dentro de uma casa. No início
de 2000, a empresa Sunbeam – por meio de sua subsidiária
Thalia Products – anunciou uma linha de eletrodomésticos
inteligentes que trocavam informações 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 à cafeteira
para começar a preparar o café um pouco antes do pessoal
da casa sair da cama. Num futuro próximo, até será
possível colocar um filme em DVD no PC da casa e
transmitir o som e a imagem para uma TV compatível pela
fiação interna.
A Rede PLC
A topologia da rede será a mesma da usada para
distribuição de energia elétrica, tornando cada tomada
um ponto potencial para transmissão de dados,
transformando desta maneira a rede elétrica de prédios e
residências em uma verdadeira LAN.
A Tecnologia
O Padrão da PLC está baseado no conceito de
"aproveitamento da rede elétrica". A conveniência é até
mesmo mais óbvia neste caso porque enquanto nem todo
cômodo tiver um telefone para conectar, você sempre terá
uma saída elétrica perto de um computador. Com a PLC,
você conecta seus computadores a um ao outro pela mesma
saída.
Porque não requer nenhuma instalação elétrica
nova, e a rede não soma nenhum custo a sua conta
elétrica, PLC é o método mais barato de conectar
computadores em cômodos diferentes.
Rede elétrica
Rede Telefônica
Rede Wireless
Rede Ethernet
Passport & PowerPacket
Há duas tecnologias de PLC competindo. A
tecnologia original é chamada Passport, criada pela
Intelogis, a outra tecnologia se chama PowerPacket,
desenvolvida pela Intellon, deste modo escolhida pela
Aliança HomePlug como o padrão de redes PLC.
Aqui são as vantagens de uma rede PLC:
-
É barato
-
Utiliza instalação elétrica.
-
Todo quarto de uma casa típica tem várias
saídas elétricas.
-
É fácil instalar.
-
Uma impressora, ou qualquer outro
dispositivo que não precisará ser conectado
diretamente a um computador, não tendo que estar
fisicamente perto de qualquer computador em
rede.
-
Não requer que uma placa PCI seja instalada
no computador (embora há companhias que trabalhem
com sistemas baseados em PCI).
-
A nova tecnologia PowerPacket provê outras
vantagens bem como: É rápida, avaliada a 14 Mbps. Esta
velocidade permite aplicações novas, como fluir áudio e
vídeo e estar disponibilizando para toda casa.
Há algumas desvantagens ao conectar a
linha de força a tecnologia de PASSPORT mais
antiga:
O desempenho pode ser alterado se a energia for
utilizada.
-
Só trabalha com computadores baseados no
Windows.
-
Usa grandes dispositivos de parede para
acessar uma saída elétrica.
-
Pode usar só 110V como linha de força
padrão.
-
Requer que todos os dados sejam codificados
para uma rede segura.
-
Instalações elétricas mais antigas podem
afetar o desempenho.
-
Produtos novos estão se baseado no Padrão de
PLC como a tecnologia da PowerPacket e da
Intellon.
De acordo com a Intellon, a tecnologia de
PowerPacket elimina muitas destas preocupações,
enquanto citando as vantagens seguintes:
É muito rápido. Avaliado a 14
Mbps.
-
"Evita" rompimentos na energia, enquanto
mantém as conexões da rede e velocidades.
-
Não limita as características de sua
impressora.
-
Pode ser compatível com outros sistemas
operacionais (dependendo de disponibilidade de drive).
-
Pode ter o circuito se necessário embutido
dentro do dispositivo, enquanto só necessita de um
cabo de força padrão para acessar uma saída.
-
Trabalha independente de voltagem de linha e
freqüência de corrente.
-
-
Em testes, não mostrou nenhuma degradação
notável devido a condições de uma velha instalação
elétrica.
 Produtos novos estão se
baseado no Padrão de PLC como a tecnologia
da PowerPacket e da Intellon.
Agora observemos como cada uma destas
tecnologias trabalha.
Métodos
Intellon e Intelogis usam métodos diferentes para estabelecer redes
PLC.
ntellon
A tecnologia de PowerPacket da Intellon
que serve como a base para o Aliança HomePlug
Powerline padrão que usa uma forma aumentada de
multiplexação de divisão freqüêncial orthogonal (OFDM)
com correção de erro, semelhante à tecnologia achada em
modem de DSL. OFDM é uma variação da multiplexação de
divisão freqüêncial (FDM) usado em redes de linha
telefônica. FDM insere dados de computador em
freqüências separadas de sinais de voz levados pela
linha telefônica, enquanto separando o espaço notável
extra em uma linha telefônica típica em dados distintos
dividido em pedaços uniformes da largura da banda.
No caso de OFDM, é avaliado o alcance da gama
disponível de freqüências no subsistema elétrico (4.3
MHz à 20.9 MHz). OFDM envia vários pacotes de dados
simultaneamente com as freqüências transportadas,
permitindo velocidade e confiança. Se barulho ou uma
oscilação de energia em uso romperem um das freqüências,
o PowerPacket sentirá falta de um pedaço do pacote e
trocará os dados para outro transporte. Este sistema
adapta a taxa de transmissão permitindo que o
PowerPacket mantenha uma conexão da Classe Ethernet ao
longo da rede de linha de força sem qualquer perda de
dados.
Esta Placa PCI em seu computador e uma saída de
energia em sua parede pode criar uma rede
PLC.
A mais recente geração de tecnologia de
PowerPacket é avaliada a 14 Mbps que são mais rápidos
que linha telefônica existente e soluções sem fios.
Porém, como o acesso à banda larga e o conteúdo baseado
na Internet como áudio, vídeo e voz por IP tornam-se
cada vez comuns, exigências de velocidade continuarão
aumentando. Ao longo destas linhas, o OFDM da Intellon
se aproxima de um suporte em redes PLCs em alta escala,
permitindo que a eventual tecnologia possa ultrapassar 100 Mbps.
Intelogis
A tecnologia de linha de força mais antiga usada
pela Intelogis confia a troca de chave de freqüência
(FSK) enviar dados em cima dos fios elétricos em sua
casa. FSK usa duas freqüências, um para 1s e o outro
para 0s, para enviar informação digital entre os
computadores na rede. As freqüências usadas há pouco
está em uma faixa estreita anterior o nível onde a
maioria do barulho na linha acontece. Embora deste
método funcionar, é um pouco frágil. Qualquer coisa que
encontra em qualquer freqüência pode romper os dados que
são transmitidos, isto é, enquanto o computador
transmitir e receber os dados. Isto pode afetar o
desempenho da rede. Por exemplo: quando você estava
usando mais eletricidade em sua casa, como ligar a
lavadora ou o secador, o que faz reduzir a velocidade na
rede. Intelogis inclui proteção na linha de força e em
seu equipamento de rede forçando que você os insira
entre a saída da parede e seu equipamento ajudando a
reduzir a quantidade de barulho na linha elétrica.
Como Instalar uma Rede de
PLC
Distribuição do PLC em um
domicilioA conexão física entre cada computador e a
Intelogis na rede de energia usa a porta paralela do
computador. Um dispositivo é fixado diretamente na saída
elétrica encontrada na parede (não funcionará
corretamente se utilizar um protetor de
oscilação).
 Um cabo paralelo é fixado no dispositivo da
parede e no conector paralelo do computador. A rede de
energia deve ser o último equipamento conectado a porta
paralela. Por isto, se você tem qualquer outra coisa
conectada a porta paralela, como um scanner, isto é que
tenha que passar pela porta paralela, a menos que você
tenha uma segunda porta paralela em seu computador, sua
impressora deve ser conectada à rede por um dispositivo
de parede próprio. Algo para lembrar-se de que aquela
rede de energia não apóia impressões bidirecionais. Isto
é, dados que são enviados em ambas as direções,
permitindo sua impressora enviar informações a seu
computador, como a quantidade de tinta e papel. Isto não
impedirá que sua impressora trabalhe, mas você perderá o
uso de tal característica.
Dispositivos de PowerPacket conectam-se
por uma porta USB ou Ethernet utilizando o cabo de seu
computador a um adaptador na parede. Dispositivos
subseqüentes terão o circuito embutido, isto significa
para ter a conexão é somente utilizado cabo de
força.
Uma vez que as conexões físicas são
feitas, a instalação do software é descomplicada. O
software encontra automaticamente os computadores e
impressoras na rede. Se sua conexão de Internet é feita por modem ou
cabo, DSL ou modem normal, o software servidor de
procuração permite compartilhar a Internet com seus
outros computadores. Você pode adicionar computadores facilmente
utilizando um novo adaptador e instalando o software.
Podem ser incluídas impressoras adicionais usando a
adaptador de impressoras. Arquivo e impressora podem ser
compartilhados no Windows.
Há dois tipos comuns de redes de casa: a
rede ponto-a-ponto e cliente/servidor. As redes de
cliente/servidor têm um sistema administrativo
centralizado que provê informação a todos outros
dispositivos. Os meios da rede ponto-a-ponto faz com que
cada dispositivo possa se comunicar diretamente com um
ao outro dispositivo na rede sem consultar primeiro um
sistema central. A Intelogis Passport usa tecnologia de
uma rede de cliente/servidor. O primeiro computador que
você instala o software se torna o Servidor de
Aplicação. Enquanto controla o fluxo de dados,
contata cada dispositivo de rede onde pode achar
outros dispositivos. A tecnologia de PowerPacket da Intellon usa uma
rede de ponto-a-ponto semelhante.
Conclusão
Nosso grupo visa difundir este novo conceito de
transmissão de dados no meio acadêmico, já que este
assunto não é muito conhecido e já está em fase de
testes aqui no Brasil.
Sabendo-se que a tecnologia PLC (Power Line
Communication), ou comunicação por rede elétrica, vai
nos permitir aplicações sofisticadas que estarão
disponíveis por uma simples tomada elétrica. Isso quer
dizer que a tecnologia PLC vai transformar cabos de
cobre das redes convencionais de distribuição de energia
elétrica em potentes meios de transmissão de dados, voz,
imagens, que poderão ser enviados de qualquer lugar onde
existir uma tomada elétrica, com isso seriamos
beneficiados com um custo bem menor do que existe hoje
no mercado de comunicações.
BIBLIOGRAFIA
Todos os dados e figuras utilizadas foram
extraídos da Internet
- Internet na rede elétrica
- Navegando na Internet por um fio
-
Nagano, Mário - PC World
-
- Power Line Problems -- An Introduction
- Charles F. Kerchner, Jr., P.E. - Kalglo
Electronics Co., Inc.
- http://www.kalglo.com/powrline.htm
- How Power-line Networking Works
- ASCOM Powerline Communications
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