Электр желісі арқылы деректерді тарату технологиялары

Кіріспе

Желі түрі, деректерді және қуатты бір кабель арқылы жеткізудің басқа да схемалары.

Электр желісі арқылы байланыс (ЭЖБ) – бұл деректерді өткізгіш арқылы тасымалдау, ол сонымен бірге айнымалы ток электр қуатын беру немесе тұтынушыларға электр қуатын тарату үшін де қолданылады. Мұндай желі электр желісінің тасымалдағышы деп аталады. Бұрын электр желілері электр қуатын беру үшін ғана пайдаланылатын. Алайда, жетілдірілген желілік технологиялар енгізілгеннен кейін, пайдалы қызметтер мен провайдерлер тиімді және жоғары өнімді шешімдерді іздеуге мәжбүр болды. Электр желілерін электр энергиясын немесе басқару сигналдарын ғана емес, сонымен қатар жоғары жылдамдықты деректерді және мультимедианы тарату үшін әмбебап орта ретінде пайдалану мүмкіндігі қазір зерттелуде. Үйді автоматтандырудан бастап интернетке қол жеткізуге дейін, түрлі қолданыстар үшін электр желісі арқылы кеңжолақты байланыс (BPL) деп жиі аталатын, электр желісі арқылы байланыс технологияларының кең ауқымы қажет. Көптеген ЭЖБ технологиялары сымдардың бір түрімен ғана шектеледі (мысалы, бір ғимарат ішіндегі сымдар), бірақ кейбіреулері екі деңгей арасында өтуге болады (мысалы, тарату желісі және ғимарат ішіндегі сымдар). Әдетте, трансформаторлар сигналдың таралуын болдырмайды, сондықтан өте кең желілерді құру үшін бірнеше технологиялар қажет. Әр түрлі жағдайларда әр түрлі деректер жылдамдығы мен жиілігі қолданылады. Сымсыз байланыс және электр желісі арқылы байланыс арасында көптеген күрделі техникалық мәселелер бар, әсіресе, тығыз ортада жұмыс істейтін кең спектрлі радиосигналдарға қатысты. Мысалы, радиокедергі әуесқой радио операторларының көптен бері алаңдаушылығын тудырып келеді.

Негізгі білім

Электр желісі байланыс жүйелері сымдық жүйеге модуляцияланған тасымалдаушы сигналды қосу арқылы жұмыс істейді. Электр желісі байланысының әртүрлі түрлері әртүрлі жиілік диапазондарын пайдаланады. Электр тарату жүйесі бастапқыда 50 немесе 60 Гц жиілігіндегі айнымалы ток беру үшін жоспарланғандықтан, электр сымдарының тізбектері жоғары жиілікті тасымалдау мүмкіндігі шектеулі. Таралу мәселесі – электр желісі байланысының әр түрі үшін шектеуші фактор. Электр желісі байланысының жиілігін анықтайтын басты мәселе – радио байланыс қызметтеріне кедергі келтірмеуді қамтамасыз ететін заңдар. Көптеген елдер қорғалмаған сымдық шығарылымдарды радио передатчиктері сияқты реттейді. Мұндай заңнамалық аумақтарда лицензияланбаған пайдалану 500 кГц-тен төмен жиілікте немесе лицензияланбаған радио диапазондарында болуы керек. Кейбір заңнамалық аумақтар (мысалы, ЕО) сымдық байланыс арқылы берілетін сигналдарды одан әрі реттейді. АҚШ осы ережеден ерекшеленеді, егер сымдар радио толқындарын бос кеңістікте таратуға арналмаса, шектеулі қуатты кең жолақты сигналдарды қорғалмаған сымдарға жіберуге рұқсат береді. Деректердің жылдамдығы және қашықтық шектері электр желісі байланысының көптеген стандарттарында әртүрлі болады. Жоғары кернеулі желілерге енгізілген төмен жиілікті (шамамен 100-200 кГц) тасымалдаушылар бір немесе екі аналогты дауыс тізбегін немесе секундына бірнеше жүз бит дерек жылдамдығымен телеметрия және басқару тізбегін тасымалдай алады; алайда, мұндай тізбектердің ұзындығы бірнеше шақырымға жетеді. Жоғары деректер жылдамдығы көбінесе қысқа қашықтықты білдіреді; секундына миллиондаған бит жылдамдықпен жұмыс істейтін жергілікті желі кеңсе ғимаратының бір қабатын ғана қамтуы мүмкін, бірақ арнайы желілік кабельдерді орнату қажеттілігін жояды.

PLC түрлері

Әлемде әртүрлі протоколдар мен заңнамалар бар болса да, негізінен PLC-нің екі түрі бар: ішкі PLC және сыртқы PLC. Бұл жүйелерде әдетте қолданылатын модуляция амплитудалық модуляция болып табылады. Тасымалдаушы жиілік диапазоны аудио сигналдар, қорғаныс және пилоттық жиілік үшін қолданылады. Пилоттық жиілік – бұл аудио диапазондағы сигнал, ол ақауды анықтау үшін үздіксіз жіберіледі. Дауыстық сигнал сығымдалады және 300 Гц-тен 4000 Гц-ке дейінгі диапазонда сүзгіленеді, ал осы аудио жиілік тасымалдаушы жиілікпен араластырылады. Тасымалдаушы жиілік қайтадан сүзгіленіп, күшейтеді және жіберіледі. Осы ЖЖ тасымалдаушы жиіліктерінің тарату қуаты 0-ден +32 дБВ-ға дейін болады. Бұл диапазон қосалқы станциялар арасындағы қашықтыққа сәйкес белгіленеді. PLCC жеке филиалдық биржаларды (PBX) өзара байланыстыру үшін пайдаланылуы мүмкін. Тасымалдау желісін бөлімдеу және ақаулардан қорғау үшін "толқын тұзағы" қуат (тасымалдау) желісімен қатар қосылады. Олар резонанстық тізбектердің бір немесе бірнеше бөлімдерінен тұрады, олар жоғары жиілікті тасымалдаушы толқындарды (24–500 кГц) бөгеп, қуат жиілігі тогын (50–60 Гц) өтуге жібереді. Толқын тұзақтары электр станцияларының көпшілігінде тасымалдаушының станция жабдықтарына кіруіне жол бермеу үшін қолданылады. Әрбір толқын тұзақта оны қысқа тұйықталудан қорғау үшін қысқа тұйықталудан қорғағыш құрылғы бар. Бергіштер мен қабылдағыштарды жоғары кернеу желісіне қосу үшін біріктіргіш конденсатор қолданылады. Бұл ЖЖ желісіне тасымалдаушы энергия үшін төмен кедергілі жол қамтамасыз етеді, бірақ қуат жиілігі тізбегін жоғары кедергілі жол ретінде бұғаттайды. Біріктіргіш конденсатор кернеуді өлшеу үшін қолданылатын конденсаторлық кернеу түрлендіргішінің бөлігі болуы мүмкін. Электр желісі тасымалдаушы жүйелері көптен бері көптеген коммуналдық кәсіпорындардың сүйіктісі болды, өйткені олар өздері бақылайтын инфрақұрылым арқылы деректерді сенімді түрде жеткізуге мүмкіндік береді. PLC тасымалдаушы қайталау станциясы – электр желісіндегі байланыс (PLC) сигналы жаңартылатын нысан. Сондықтан сигнал электр желісінен сүзгіленіп, де модульдендіріледі және жаңа тасымалдаушы жиілікпен модульдендіріледі, содан кейін қайтадан электр желісіне енгізіледі. PLC сигналдары ұзақ қашықтыққа (бірнеше жүз шақырымға) жеткізе алатындықтан, мұндай нысандар PLC жабдықтарын пайдаланатын өте ұзақ электр желілерінде ғана бар. PLC – автоматты есептеуіштерді оқу үшін қолданылатын технологиялардың бірі. Бір және екі бағытты жүйелер ондаған жылдар бойы сәтті қолданылып келеді. Бұл қолданбаға қызығушылық соңғы уақытта айтарлықтай өсті – бұл қолмен жүргізілетін процесті автоматтандыруға қызығушылық болғандықтан емес, жүйені жақсырақ басқару және пайдалану үшін барлық өлшеу нүктелерінен жаңа деректер алуға қызығушылық болғандықтан. PLC – бұл Advanced Metering Infrastructure (AMI) жүйелерінде қолданылатын технологиялардың бірі. Бір бағытты (тек кіріс) жүйеде оқулар соңғы құрылғылардан (мысалы, есептеуіштер) байланыс инфрақұрылымы арқылы оқуларды жариялайтын "басты станцияға" жеткізіледі. Бір бағытты жүйе екі бағытты жүйеге қарағанда арзан болуы мүмкін, бірақ жұмыс ортасы өзгерген жағдайда қайта конфигурациялау қиын. Екі бағытты жүйеде (шығыс және кіріс бағыттарын қолдайды) командалар басты станциядан соңғы құрылғыларға (есептеуіштерге) жіберілуі мүмкін – бұл желіні қайта конфигурациялауға, немесе оқуларды алуға, немесе хабарламаларды жеткізуге және т.б. мүмкіндік береді. Желінің соңындағы құрылғы содан кейін қажетті мәнді жеткізетін хабармен жауап беруі мүмкін (кіріс). Коммуналдық қосалқы станцияда жіберілген хабарлар барлық төменгі нүктелерге таралады. Бұл түрдегі хабар тарату байланыс жүйесіне бір мезгілде мыңдаған құрылғыларға жетуге мүмкіндік береді, олардың барлығы қуатты екені белгілі және бұған дейін жүктемені азайтуға үміткер ретінде анықталды. PLC сонымен қатар смарт желінің құрауышы болуы мүмкін.

Although different protocols and legislation exists throughout the world, there are basically only two types of PLC: the indoor PLC and the outdoor PLC. The modulation generally used in these system is amplitude modulation. The carrier frequency range is used for audio signals, protection and a pilot frequency. The pilot frequency is a signal in the audio range that is transmitted continuously for failure detection. The voice signal is compressed and filtered into the 300 Hz to 4000 Hz range, and this audio frequency is mixed with the carrier frequency. The carrier frequency is again filtered, amplified and transmitted. The transmission power of these HF carrier frequencies will be in the range of 0 to +32 dbW. This range is set according to the distance between substations. PLCC can be used for interconnecting private branch exchanges (PBXs). To sectionalize the transmission network and protect against failures, a "wave trap" is connected in series with the power (transmission) line. They consist of one or more sections of resonant circuits, which block the high frequency carrier waves (24–500 kHz) and let power frequency current (50–60 Hz) pass through. Wave traps are used in switchyard of most power stations to prevent carrier from entering the station equipment. Each wave trap has a lightning arrester to protect it from surge voltages. A coupling capacitor is used to connect the transmitters and receivers to the high voltage line. This provides low impedance path for carrier energy to HV line but blocks the power frequency circuit by being a high impedance path. The coupling capacitor may be part of a capacitor voltage transformer used for voltage measurement. Power line carrier systems have long been a favorite at many utilities because it allows them to reliably move data over an infrastructure that they control. A PLC carrier repeating station is a facility, at which a power line communication (PLC) signal on a powerline is refreshed. Therefore
the signal is filtered out from the powerline, demodulated and modulated on a new carrier frequency, and then reinjected onto the powerline again. As PLC signals can carry long distances (several hundred kilometres), such facilities only exist on very long power lines using PLC equipment. PLC is one of the technologies used for automatic meter reading. Both one way and two way systems have been successfully used for decades. Interest in this application has grown substantially in recent history—not so much because there is an interest in automating a manual process, but because there is an interest in obtaining fresh data from all metered points in order to better control and operate the system. PLC is one of the technologies being used in Advanced Metering Infrastructure (AMI) systems. In a one way (inbound only) system, readings "bubble up" from end devices (such as meters), through the communication infrastructure, to a "master station" which publishes the readings. A one way system might be lower cost than a two way system, but also is difficult to reconfigure should the operating environment change. In a two way system (supporting both outbound and inbound), commands can be broadcast out from the master station to end devices (meters) – allowing for reconfiguration of the network, or to obtain readings, or to convey messages, etc. The device at the end of the network may then respond (inbound) with a message that carries the desired value. Outbound messages injected at a utility substation will propagate to all points downstream. This type of broadcast allows the communication system to simultaneously reach many thousands of devices—all of which are known to have power, and have been previously identified as candidates for load shed. PLC also may be a component of a smart grid.

Орта жиілік (100 кГц)

Бұл жүйелер көбінесе радио байланысына кедергі келтіретін сигналдарды таратуға тыйым салынған елдерде қолданылады. Жиіліктері соншалықты төмен, олар электр сымдары арқылы жіберілгенде радио толқындарын тудыра алмайды.

Үйді басқару (қисық жолақты)

Электр желісі байланыс технологиясы үйдің электр сымдарын үйді автоматтандыру үшін пайдалана алады: мысалы, қосымша басқару сымдарын орнатпастан, жарықтандыру және тұрмыстық техниканы қашықтан басқару. Әдетте, үйдегі басқаруға арналған электр желісі байланыс құрылғылары 20 және 200 кГц аралығындағы тасымалдаушы толқынды модуляциялау арқылы жұмыс істейді. Тасымалдаушы толқын цифрлық сигналдармен модуляцияланады. Жүйедегі әрбір қабылдағыштың жеке адресі болады және оны үйдің электр желісі арқылы берілетін және қабылдағышта декодталатын сигналдармен жеке басқаруға болады. Бұл құрылғыларды әдеттегі розеткаларға қосуға немесе тұрақты орнатуға болады. Тасымалдаушы сигнал бірдей тарату желісіндегі көрші үйлерге (немесе пәтерлерге) таралуы мүмкін болғандықтан, бұл басқару жүйелерінде иесін анықтайтын "үй адресі" қарастырылады. X10 деп аталатын танымал технология 1970 жылдардан бері қолданылып келеді. 1999 жылы ұсынылған "универсалды электр желісі шинасы" импульстік позициялық модуляцияны (PPM) пайдаланады. Физикалық қабат әдісі X10-нан мүлдем өзгеше схема болып табылады. LonTalk, LonWorks үйді автоматтандыру өнімдерінің бір бөлігі ретінде, кейбір автоматтандыру стандарттарына енгізілген.

Төмен жылдамдықты тар жолақты

Тар жолақты электр желісі байланысы электр қуаты кеңінен қолданыс тапқаннан кейін көп ұзамай басталды. Шамамен 1922 жылдан бастап телеметрия мақсатында 15-тен 500 кГц жиілік диапазонындағы жоғары кернеулі желілерде алғашқы тасымалдаушы жиілік жүйелері жұмыс істей бастады, және ол күндізгі уақытқа дейін жалғасуда. Балаларға арналған дабылдар сияқты тұтынушылық өнімдер кем дегенде 1940 жылдан бері қолжетімді. 1930 жылдары орта (10–20 кВ) және төмен кернеулі (240/415 В) тарату жүйелерінде толқынды тасымалдаушы сигналдау енгізілді. Ұзақ жылдар бойы қашықтан метр оқу сияқты қолданулар үшін арзан, екі бағытты технологияны табу іздестірілді. Француздық Électricité de France (EDF) "жиіліктің таралуын ауыстыру кілті" немесе S FSK деп аталатын жүйені жасап, стандарттады. (IEC 61334 қараңыз) Қазіргі уақытта бұл ұзақ тарихы бар қарапайым, төмен құнмен бағаланатын жүйе, бірақ оның беріліс жылдамдығы өте төмен. 1970 жылдары Токио электр қуаты компаниясы бірнеше жүз бірлікпен екі бағытты жұмыс істеудің сәтті тәжірибелерін жүргізді. Қазіргі таңда (2012) бұл жүйе Италияда және Еуропаның басқа да бірқатар аймақтарында кеңінен қолданылады. S FSK AC желісі нөлдік кернеуден өтетін уақытта орталықтандырылған 2, 4 немесе 8 тоннан тұратын импульс жібереді. Осылайша, тон арқалаудан туындаған радиожиіліктің көп бөлігін болдырмайды. (Лас оқшаулағыштар кернеудің ең жоғары нүктесінде арқаланып, кең жолақты шуды тудыруы мүмкін.) Басқа да кедергілерден сақтану үшін қабылдағыштар сигнал мен шу арақатынасын жақсарту үшін тек "1" тонының, тек "0" тонының немесе екеуінің де дифференциалдық қуатын өлшеу арқылы жақсарта алады. Кедергілерді болдырмау үшін әртүрлі аудандарда әртүрлі тон жұптары қолданылады. Биттік уақыт әдетте тон арасындағы шекаралардан, UART сияқты қалпына келтіріледі. Уақыт шамамен нөлдік өтуге ортақтастырылады, ал таймер алдыңғы нөлдік өтуден алынады. Типик жылдамдық секундына 200-ден 1200 битке дейін, тонға бір биттен. Жылдамдық сонымен қатар AC желісінің жиілігіне де байланысты. Жылдамдық шумен және AC желісінің нөлдік өтуінің тербелісімен шектеледі, ол жергілікті жүктемелердің әсеріне ұшырайды. Бұл жүйелер әдетте екі бағытты болып табылады, екі метр де, орталық станциялар да деректер мен командаларды жібереді. Протоколдардың жоғары деңгейлері станцияларға (әдетте ақылды метрлерге) хабарламаларды қайта жіберуге мүмкіндік береді. (IEC 61334 қараңыз) 1980 жылдардың ортасынан бастап цифрлық байланыс техникасы мен цифрлық сигналды өңдеудің әлеуетін пайдалануға қызығушылық күшейді. Мақсат – кеңінен орнатуға жеткілікті арзан және сымсыз шешімдермен бәсекелесе алатын сенімді жүйені жасау. Бірақ тар жолақты электр желісі байланыс арнасы көптеген техникалық қиындықтар туғызады, математикалық арна моделі мен жұмыстың шолуы бар. Желілік байланыстың қолданылуы осылайша кеңінен қолжетімді ортадан күтілетіндей, өте әртүрлі. Тар жолақты электр желісі байланысының табиғи қолданылуының бірі – метрлер, коммутаторлар, жылытқыштар және тұрмыстық техника сияқты электр жабдықтарын басқару және телеметрия. Бірқатар белсенді әзірлемелер мұндай қолданыстарды жүйелік тұрғыдан қарастырады, мысалы, сұраныс жағынан басқару. Бұл жағдайда тұрмыстық техника ресурстарды пайдалануды ақылмен үйлестіреді, мысалы, ең жоғары жүктемені шектейді. Бақылау және телеметрияға "коммуналдық компанияға тиесілі жабдықтар" (үйге дейінгі коммуналдық компанияға тиесілі жабдықтар) және "тұтынушы тарапындағы" қолданыстар (тұтынушының үйінен бастап жабдықтар) кіреді. Коммуналдық тараптағы мүмкін қолданыстарға автоматты метр оқу (AMR), динамикалық тарифтік бақылау, жүктемені басқару, жүктеме профилін тіркеу, кредиттік бақылау, алдын ала төлем, қашықтан қосылу, алаяқтықтарды анықтау және желіні басқару кіреді, және оны газ бен суға дейін кеңейтуге болады. Ашық ақылды желілік протокол (OSGP) – ақылды өлшеу үшін ең дәлелденген тар жолақты ПЛК технологиялары мен протоколдарының бірі. Әлем бойынша OSGP негізінде және BPSK PLC қолданылатын бес миллионнан астам ақылды метрлер орнатылған және жұмыс істеп жатыр. OSGP Альянсы, бастапқыда 2006 жылы ESNA ретінде құрылған коммерциялық емес қауымдастық, ақылды желілерге арналған ISO/IEC 14908 бақылау желісі стандартымен бірлесіп пайдаланылатын Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институты (ETSI) жариялаған спецификацияларды құруға күш салды. OSGP ақылды метрлер, тікелей жүктемені басқару модульдері, күн панельдері, шлюздер және басқа да ақылды желі құрылғылары үшін командалық және басқару ақпаратын сенімді және тиімді жеткізу үшін оңтайландырылған. OSGP ақылды желілердің дамуындағы қиындықтарды шешу үшін OSI протоколдық моделіне негізделген қазіргі заманғы, құрылымдық тәсілді ұстанады. Физикалық қабатта OSGP қазіргі уақытта ETSI 103 908 стандартын технологиялық стандарты ретінде пайдаланады. Бұл 86.232 кГц +/- 200 ppm тасымалдау тонында 3592.98 бодтағы бинарлық фазалық ауыстыру кілтін пайдаланады. (Ескерту: Биттік сағат шамамен 1/24 тасымалдаушыға тең.) OSGP қолданбалық қабатында ETSI TS 104 001 ANSI C12.19 / MC12.19 / 2012 / IEEE Std 1377 стандарттарына негізделген, деректерді кестелік түрде сақтауды ұсынады, сондай-ақ пайдалану өнімдері мен жүктемесін қамтамасыз ету үшін ANSI C12.18 / MC12.18 / IEEE Std 1701 стандарттарын пайдаланады. Бұл стандарт және командалық жүйе ақылды метрлер мен қатысты деректер үшін ғана емес, сонымен қатар басқа да ақылды желі құрылғыларына арналған жалпы мақсаттағы кеңейту үшін де мүмкіндік береді. Францияның EDF жобасы сұраныс басқару, көше жарығын басқару, қашықтан өлшеу және есептеу, тұтынушыға арналған тарифті оңтайландыру, келісімшартты басқару, шығындарды бағалау және газ қолданысының қауіпсіздігін қамтиды. Сонымен қатар, телеметрия үшін ыңғайлы деректер байланысы ретінде үй ішіндегі желілік қорек көзін пайдаланатын көптеген мамандандырылған нишалық қолданыстар бар. Мысалы, Ұлыбританияда және Еуропада телеарна көрермендерін бақылау жүйесі үйдің әртүрлі бөлмелеріндегі теледидар көру қызметін бақылайтын құрылғылар мен телефондық модемге қосылған деректерді шоғырландырушы арасындағы деректер жолы ретінде электр желісі байланысын пайдаланады.

Narrowband power line communications began soon after electrical power supply became widespread. Around the year 1922 the first carrier frequency systems began to operate over high tension lines with frequencies of 15 to 500 kHz for telemetry purposes, and this continues. Consumer products such as baby alarms have been available at least since 1940. In the 1930s, ripple carrier signaling was introduced on the medium (10–20 kV) and low voltage (240/415 V) distribution systems. For many years the search continued for a cheap bi directional technology suitable for applications such as remote meter reading. French electric power Électricité de France (EDF) prototyped and standardized a system called "spread frequency shift keying" or S FSK. (See IEC 61334) It is now a simple, low cost system with a long history, however it has a very slow transmission rate. In the 1970s, the Tokyo Electric Power Co ran experiments which reported successful bi directional operation with several hundred units. The system is now (2012) widely used in Italy and some other parts of the EU. S FSK sends a burst of 2, 4 or 8 tones centered around the time when the AC line passes through zero voltage. In this way, the tones avoid most radio frequency noise from arcing. (It is common for dirty insulators to arc at the highest point of the voltage, and thus generate a wide band burst of noise.) To avoid other interference, receivers can improve their signal to noise ratio by measuring the power of only the "1" tones, only the "0" tones or the differential power of both. Different districts use different tone pairs to avoid interference. The bit timing is typically recovered from the boundaries between tones, in a way similar to a UART. Timing is roughly centered on the zero crossing with a timer from the previous zero crossing. Typical speeds are 200 to 1200 bits per second, with one bit per tone slot. Speeds also depend on the AC line frequency. The speed is limited by noise, and the jitter of the AC line's zero crossing, which is affected by local loads. These systems are usually bidirectional, with both meters and central stations sending data and commands. Higher levels of the protocols can have stations (usually smart meters) retransmit messages. (See IEC 61334)

Since the mid 1980s, there has been a surge of interest in using the potential of digital communications techniques and digital signal processing. The drive is to produce a reliable system which is cheap enough to be widely installed and able to compete cost effectively with wireless solutions. But the narrowband powerline communications channel presents many technical challenges, a mathematical channel model and a survey of work is available. Applications of mains communications vary enormously, as would be expected of such a widely available medium. One natural application of narrow band power line communication is the control and telemetry of electrical equipment such as meters, switches, heaters and domestic appliances. A number of active developments are considering such applications from a systems point of view, such as demand side management. In this, domestic appliances would intelligently co ordinate their use of resources, for example limiting peak loads. Control and telemetry applications include both 'utility side' applications, which involves equipment belonging to the utility company up to the domestic meter, and 'consumer side' applications which involves equipment in the consumer's premises. Possible utility side applications include automatic meter reading (AMR), dynamic tariff control, load management, load profile recording, credit control, pre payment, remote connection, fraud detection and network management, and could be extended to include gas and water. Open Smart Grid Protocol (OSGP) is one of the most proven narrowband PLC technologies and protocols for smart metering. There are more than five million smart meters, based on OSGP and using BPSK PLC, installed and operating around the World. The OSGP Alliance, a non profit association originally established as ESNA in 2006, led an effort to establish a family of specifications published by the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) used in conjunction with the ISO/IEC 14908 control networking standard for smart grid applications. OSGP is optimized to provide reliable and efficient delivery of command and control information for smart meters, direct load control modules, solar panels, gateways, and other smart grid devices. OSGP follows a modern, structured approach based on the OSI protocol model to meet the evolving challenges of the smart grid. At the physical layer, OSGP currently uses ETSI 103 908 as its technology standard. This uses binary phase shift keying at 3592.98 BAUD, using a carrier tone of 86.232 KHz +/ 200ppm. (Note: The bit clock is almost exactly 1/24 of the carrier.) At the OSGP application layer, ETSI TS 104 001 provides a table oriented data storage based, in part, on the ANSI C12.19 / MC12.19 / 2012 / IEEE Std 1377 standards for Utility Industry End Device Data Tables and ANSI C12.18 / MC12.18 / IEEE Std 1701, for its services and payload encapsulation. This standard and command system provides not only for smart meters and related data but also for general purpose extension to other smart grid devices. A project of EDF, France includes demand management, street lighting control, remote metering and billing, customer specific tariff optimisation, contract management, expense estimation and gas applications safety. There are also many specialised niche applications which use the mains supply within the home as a convenient data link for telemetry. For example, in the UK and Europe a TV audience monitoring system uses powerline communications as a convenient data path between devices that monitor TV viewing activity in different rooms in a home and a data concentrator which is connected to a telephone modem.

Орта жылдамдықты тар жолақты

Тарату желісі тасымалдағыш (DLC) жүйесі технологиясы 9-500 кГц жиілік диапазонын, 576 кбит/с-қа дейінгі деректерді беру жылдамдығымен қолданды. 2003-2006 жылдары Еуропалық комиссиясы «Энергияны желілер мен Интернет арқылы нақты уақыт режимінде басқару» (REMPLI) жобасын қаржыландырды. Заманауи жүйелер радиожиілікті кедергі тудырмай, деректерді жоғары жылдамдықпен жіберу үшін OFDM-ді пайдаланады. Бұл жүйелер жүздеген арналарды пайдаланады, олар ақырындап дерек жібереді. Әдетте, олар шуға бейімделіп, кедергі бар арналарды өшіру арқылы жұмыс істейді. Кодтау құрылғыларының қосымша шығыны, таратуға қажетті электроника құнымен салыстырғанда шамалы. Тарату электроникасы әдетте жоғары қуатты операциялық күшейткіш, байланыс трансформаторы және қуат көзінен тұрады. Осындай тарату электроникасы ескі, баяу жүйелерде де қажет, сондықтан технология жақсарған сайын, өнімділіктің артуы қолжетімді болуы мүмкін. 2009 жылы сатушылар тобы PoweRline интеллектуалды есептеуіштер эволюциясы (PRIME) альянсын құрды. Іске асырылған физикалық қабат OFDM болып табылады, 250 кГц жиілігінде дискретизацияланады, 42–89 кГц диапазонында 512 дифференциалды фазалық модуляция каналдары бар. Оның ең жоғары беру жылдамдығы 128,6 кбит/с, ал ең сенімдісі 21,4 кбит/с. Қателерді анықтау және түзету үшін конволюциялық код қолданылады. Жоғарғы қабат әдетте IPv4 болып табылады. 2011 жылы бірнеше компания, оның ішінде тарату желілері операторлары (ERDF, Enexis), есептеуіштерді жеткізушілер (Sagemcom, Landis&Gyr) және чиптерді жеткізушілер (Maxim Integrated, Texas Instruments, STMicroelectronics, Renesas) G3 PLC технологиясын ілгерілету үшін G3 PLC альянсын құрды. G3 PLC – электр желісінде кең ауқымды инфрақұрылымды іске қосуға мүмкіндік беретін төменгі қабатты протокол. G3 PLC Еуропада CENELEC A (35–91 кГц) немесе CENELEC B (98–122 кГц) жолағында, Жапонияда ARIB (155–403 кГц) жолағында, ал АҚШ және әлемнің қалған бөлігінде FCC (155–487 кГц) жолағында жұмыс істей алады. Қолданылатын технология – 400 кГц жиілігінде дискретизацияланған OFDM, адаптивті модуляция және тонды картографиялау. Қателерді анықтау және түзету конволюциялық код пен Рид-Соломон қателерді түзету арқылы жүзеге асырылады. Қажетті медиаға қол жеткізуді басқару IEEE 802.15.4 радио стандартынан алынған. Протоколда 6loWPAN, электр желісі байланысы сияқты шектеулі ортаға IPv6 интернет желісі деңгейін бейімдеу үшін таңдалған. 6loWPAN маршрутизацияны (mesh желісі LOADng негізінде), басқыштарды сығуды, фрагментацияны және қауіпсіздікті біріктіреді. G3 PLC құрылғылар арасындағы сенімді және жоғары қорғалған қосылымдарға негізделген, өте берік байланыс үшін жасалған, орташа кернеуден төмен кернеуге дейінгі трансформаторларды кесіп өтуге дейін. IPv6 қолданылуы арқасында G3 PLC есептеуіштер, желілік атқарушылар және «ақылды» объектілер арасындағы байланысты қамтамасыз етеді. 2011 жылдың желтоқсанында G3 PLC технологиясы Женевадағы ITU-да халықаралық стандарт ретінде мойындалды, онда ол G.9903 ретінде сілтеме жасалады – G3 PLC желілері үшін тар жолақты ортогональді жиілік бөлінісін мультиплекстеуші электр желісі байланыс қабылдағыштары.

The Distribution Line Carrier (DLC) System technology used a frequency range of 9 to 500 kHz with data rate up to 576 kbit/s. A project called Real time Energy Management via Powerlines and Internet (REMPLI) was funded from 2003 to 2006 by the European Commission. More modern systems use OFDM to send data at faster bit rates without causing radio frequency interference. These utilize hundreds of slowly sending data channels. Usually they can adapt to noise by turning off channels with interference. The extra expense of the encoding devices is minor compared to the cost of the electronics to transmit. The transmission electronics is usually a high power operational amplifier, a coupling transformer and a power supply. Similar transmission electronics is required on older, slower systems, so with improved technology, improved performance can be very affordable. In 2009, a group of vendors formed the PoweRline Intelligent Metering Evolution (PRIME) alliance. As delivered, the physical layer is OFDM, sampled at 250 kHz, with 512 differential phase shift keying channels from 42–89 kHz. Its fastest transmission rate is 128.6 kilobits/second, while its most robust is 21.4 kbit/s. It uses a convolutional code for error detection and correction. The upper layer is usually IPv4. In 2011, several companies including distribution network operators (ERDF, Enexis), meter vendors (Sagemcom, Landis&Gyr) and chip vendors (Maxim Integrated, Texas Instruments, STMicroelectronics, Renesas) founded the G3 PLC Alliance to promote G3 PLC technology. G3 PLC is the low layer protocol to enable large scale infrastructure on the electrical grid. G3 PLC may operate on CENELEC A band (35 to 91 kHz) or CENELEC B band (98 kHz to 122 kHz) in Europe, on ARIB band (155 kHz to 403 kHz) in Japan and on FCC (155 kHz to 487 kHz) for the US and the rest of the world. The technology used is OFDM sampled at 400 kHz with adaptative modulation and tone mapping. Error detection and correction is made by both a convolutional code and Reed Solomon error correction. The required media access control is taken from IEEE 802.15.4, a radio standard. In the protocol, 6loWPAN has been chosen to adapt IPv6 an internet network layer to constrained environments which is Power line communications. 6loWPAN integrates routing, based on the mesh network LOADng, header compression, fragmentation and security. G3 PLC has been designed for extremely robust communication based on reliable and highly secured connections between devices, including crossing Medium Voltage to Low Voltage transformers. With the use of IPv6, G3 PLC enables communication between meters, grid actuators as well as smart objects. In December 2011, G3 PLC technology was recognised as an international standard at ITU in Geneva where it is referenced as G.9903, Narrowband orthogonal frequency division multiplexing power line communication transceivers for G3 PLC networks.

Радио бағдарламаларын тарату

Кейде ПЛК электр желілері арқылы радио бағдарламаларын тарату үшін қолданылды. Егер ол АМ радио жиіліктерінде жұмыс істесе, онда оны тасымалдаушы ток жүйесі дейміз.

Жоғары жиілік (≥ 1 МГц)

Жоғары жиілікті байланыс, технологиясына қарай, радиоспектрдің үлкен бөлігін (қайта) пайдалануы немесе таңдалған (тар) жолақтарды пайдалануы мүмкін.

Үй желісі (LAN)

Электр желісі арқылы байланыс үйдегі компьютерлер мен жабдықтарды, сондай-ақ Ethernet порты бар үй развлегіш құрылғыларын өзара байланыстыру үшін де қолданылуы мүмкін. Электр желісі адаптерлері үйдегі қолданыстағы электр сымдарын пайдаланып Ethernet қосылысын орнату үшін электр розеткаларына қосылады (фильтрленген қуат жолақтары сигналды сіңіріп алуы мүмкін). Бұл құрылғыларға арнайы желілік кабельдерді тартудың қиындығынсыз деректерді бөлісуге мүмкіндік береді. Көп тараған электр желісі желілік стандарттары – Nessum Alliance және HomePlug Powerline Alliance. HomePlug Powerline Alliance 2016 жылдың қазан айында қызметін тоқтату туралы хабарлады, ал Альянстың веб-сайты (homeplug.org) жабылды. Nessum (бұрынғы HD PLC) және HomePlug AV, HomePlug ерекшеліктерінің ең соңғысы, IEEE 1901 тобының 2010 жылдың 30 желтоқсанында жарияланған стандарты үшін негізгі технологиялар ретінде қабылданып алынды. HomePlug бағалауынша, әлем бойынша 45 миллионнан астам HomePlug құрылғысы қолданылып жатыр. Басқа компаниялар мен ұйымдар электр желісі арқылы үй желісіне арналған әртүрлі ерекшеліктерді қолдайды, олардың ішінде Universal Powerline Association, SiConnect, Xsilon және ITU-T-нің G.hn (HomeGrid) ерекшелігі бар.

Үйден тыс желі (LAN)

IoT қолданбаларының кеңеюімен қатар, ақылды ғимараттар, ақылды фабрикалар, ақылды қалалар сияқты салаларда жоғары ажыратымды бейне деректерін және/немесе жоғары жиілікті сенсор деректерін тарату сияқты жоғары жылдамдықты деректер байланысына деген қажеттілік артып келеді. Мұндай жағдайларда электр желісі арқылы деректерді тасымалдау технологияларын да қолдануға болады, олар қолданыстағы кабельдерді қайта пайдаланудың осы артықшылығын ұсынады. Nessum компаниясы кең ауқымды желілер құруға мүмкіндік беретін көп сатылы технологияны (multi-hop technology) әзірледі. Сонымен қатар, Nessum-ның ең соңғы технологиясы (4-ші буын HD PLC технологиясы) бірнеше арнаны ұсынады, бұл ең қолайлы арнаны таңдау арқылы жоғары жылдамдықты және ұзақ қашықтықтағы байланысты қамтамасыз етеді.

Электр желісі арқылы кең жолақты байланыс

Электр желісі арқылы кең жолақты байланыс (BPL) – қолданыстағы AC MV (орта кернеу) электр тарату сымдары арқылы, трансформаторлар арасында және трансформатор мен тұтынушы розеткаларының арасындағы AC LV (төмен кернеу) сымдары арқылы екі жақты деректерді беру жүйесі. Бұл деректерді жеткізу үшін арнайы сым желісін құру және сымсыз желіде арнайы антенналар, радио және маршрутизаторлар желісін ұстау шығындарын болдырмайды. BPL әуе арқылы берілетін радио жүйелерінде қолданылатын радиожиіліктердің кейбірін пайдаланады. Қазіргі заманғы BPL Wavelet OFDM, FFT OFDM немесе жиілікті секіру кеңістігін қолданады, бұл 2010 жылға дейінгі BPL стандарттарында болмаған, бірақ қазіргі қолданыстағы жиіліктерді пайдаланудан аулақ болу үшін жасалған. Осы тұрғыдан алғанда, BPL сын-пікірлері OPERA және 1905 стандартына дейінгілерге қатысты. BPL OPERA стандартын негізінен Еуропада интернет-провайдерлер қолданады. Солтүстік Америкада ол кейбір жерлерде (мысалы, Вашингтон аралы, Висконсин штаты) қолданылады, бірақ көбінесе электр тарату мекемелері ақылды есептегіштер мен жүктеме басқару үшін пайдаланады. IEEE 1901 (Nessum, HomePlug) LAN стандартын бекіту және оның негізгі маршрутизатор чипсеттерінде кеңінен енгізілуінен бері, ескі BPL стандарттары ғимарат ішіндегі АЖ розеткалары арасындағы байланыс үшін, сондай-ақ MV желілері LV желілерімен кездесетін ғимарат пен трансформатор арасындағы байланыс үшін бәсекеге қабілетті емес.

Жоғары жиілік (≥ 100 МГц)

Тіпті электр желісі арқылы жоғары ақпарат беру жылдамдықтарында, қуат желісін пайдалануда RF, микротолқын жиіліктері арқылы беріледі, бұл көлденең режимдегі беттік толқын таралу механизмі арқылы жүзеге асырылады және тек бір өткізгішті қажет етеді. Осы технологияның іске асырылуы E Line деп сатылады. Олар төменгі жиілік жолақтарының орнына 2–20 ГГц дейінгі микротолқындарды пайдаланады. Бұлар сыртқы ортада қолданылғанда радиоастрономияға кедергі келтіруі мүмкін, бірақ жаңа кабельдерді прокладкалауды қажет етпестен, оптикалық талшықты кабельдермен бәсекелесетін жылдамдықтардың артықшылықтары одан басым болуы мүмкін. Бұл жүйелер әр бағытта 1 Гбит/с асып түсетін симметриялық және толық дуплекс байланысын қамтамасыз етеді. 2,4 және 5,0 ГГц лицензияланбаған жолақтарда бірнеше Wi-Fi арналары бір уақытта аналогты теледидармен бір орта кернеулі желілік өткізгіш арқылы жұмыс істейтіні көрсетілген. Өйткені негізгі таралу режимі өте кең жолақты (техникалық мағынада), ол 20 МГц – 20 ГГц аймағында кез келген жерде жұмыс істей алады. Сонымен қатар, бұл жүйелер жоғары жиілікті BPL сияқты 80 МГц-тен төмен шектелмегендіктен, басқа лицензияланған немесе лицензияланбаған қызметтермен ортақ спектрді пайдаланумен байланысты кедергілерді болдырмауға болады.

Стандарттар

2010 жылдың басында электр желілік байланыс үшін екі ерекше стандарт қолданылады. Үйлер ішінде IEEE 1901 стандарттары деректерді тарату үшін қолданыстағы AC сымдарын қалай пайдалану керектігін белгілейді. IEEE 1901 Nessum және HomePlug AV технологияларын негізгі технологиялар ретінде қамтиды. Кез келген IEEE 1901 өнімдері бір технологияны қолданатын өнімдермен толық үйлесімді және бірдей жұмыс істей алады. Ал үйдегі орта жиілікті басқару құрылғылары әлі де біртілдікке келмеген, бірақ X10 көбінесе басымдыққа ие. Электр желісінде пайдалану үшін IEEE 2013 жылы IEEE 1901.2 деп аталатын төмен жиілікті (≤ 500 кГц) стандартты бекітті.

PLC-ге қойылатын қиындықтар

PLC-нің қазігі кездегі басты мәселесі – қорғанышсыз және бұралмаған қуат сымдары. Осы типтегі сымдар күшті радио толқындарын шығарып, бірдей жиілік диапазонын пайдаланатын басқа құрылғылардың жұмысын бұзуы мүмкін. Сонымен қатар, BPL (Қуат желісі арқылы кеңжолақты) жүйелері PLC сымдарынан таралатын радиосигналдардың әсерінен кедергіге ұшырауы ықтимал.