Передача данных по сети 220: Передача данных по сети 220 В: аналоговый front-end

Передача данных по сети 220 В: аналоговый front-end

16 октября 2009

ON Semiconductorстатья

Использование сети 220 В в качестве средства для передачи данных между двумя или несколькими устройствами давно будоражит умы разработчиков. Каких то 10-15 лет назад идея организации связи по бытовой электросети казалась шуткой и вызывала улыбку. В наши дни передача данных по высоковольтной сети не вызывает удивления и имеет вполне хорошие шансы на коммерческий успех. Самое очевидное преимущество использования высоковольтных коммуникаций для передачи данных – отсутствие необходимости прокладывать кабель и осуществлять монтажные работы. Для отечественных разработчиков наиболее перспективными областями применения данного вида связи являются системы удаленного сбора данных со счетчиков, охранные системы, системы типа «умный дом».

К сожалению, даже низкоскоростная передача данных по бытовой сети переменного тока пока не получила в нашей стране широкого распространения. Этому есть ряд причин – как низкое качество отечественных силовых коммуникаций, так и не слишком большая осведомленность рынка о модемах для этого типа передачи данных.

Заинтересовавшись темой разработки PLC-модемов, автор статьи потратил не одну неделю на поиск необходимой информации. При выборе решения, на основе которого можно было бы реализовать такой модем, особых сложностей не возникло. Практически сразу же были выбраны предложения от трех известных производителей микросхем – ON Semiconductor, STMicroelectronics и Texas Instruments.

При более глубоком изучении предлагаемой технической документации наибольшее число вопросов вызвала организация аналоговой части PLC-модема, тогда как по цифровой части в документации была вполне исчерпывающая информация. Какие параметры должны быть у изолирующего трансформатора? Какие требования предъявляются к элементной базе, и какими должны быть характеристики фильтров? Предлагаемая статья открывает цикл публикаций на тему практической реализации PLC-модемов и посвящена построению их аналоговой части.

Типовая структурная схема PLC-модема (рисунок 1) состоит из четырех основных частей.

Рис. 1. Структурная схема PLC-модема

Входная часть обеспечивает изоляцию, фильтрацию и усиление передаваемых и принимаемых аналоговых сигналов. Сердцем PLC-модема является микросхема модема, трансивера или DSP, которая организует протокол передачи данных, а также отвечает за физическую реализацию передачи (формирование несущей частоты, модуляция, демодуляция, фильтрация и т.д.). Для управления ИМС модема, как правило, необходим внешний контроллер, а для питания всей схемы используется источник питания, работающий от той же сети переменного тока, которая используется и для передачи данных.

ON Semiconductor AMIS-30585

Компания ON Semiconductor предлагает для организации передачи данных по силовым сетям специализированную микросхему модема

AMIS-30585. Для передачи данных в AMIS-30585 используется S-FSK модуляция (разнос частот по умолчанию – 10 кГц), а несущая частота программируется в диапазоне 9…95 кГц. Максимальная скорость передачи 1200 бит/c. Особенностью данной микросхемы является наличие встроенного микроконтроллера с ядром ARM7-TDMI, что обеспечивает внутрисхемную реализацию MAC-уровня. Эта особенность является основным преимуществом перед решениями других производителей. Помимо данного модема, ONS предлегает pin-to-pin-совместимый модем AMIS-49587 со скоростью передачи данных до 2400 бит/с.

Входная часть модема на основе решений от ONS (рисунок 2) включает в себя: изолирующий трансформатор с разделительным конденсатором (по сути – пассивный ФВЧ), драйвер (усилитель мощности), приемный канал, изолятор на оптроне для получения синхронизирующего сигнала частотой 50 Гц и дополнительный канал для получения сигнала управления мощностью передатчика (обратная связь с передатчиком).

Рис. 2. Принципиальная схема входной части модема на основе AMIS-30585

Данная схема для модема на основе AMIS-30585 достаточно проста и не требует экзотической элементной базы, поэтому может быть модифицирована или использована в готовом виде в сочетании с любой другой ИМС модема. Это утверждение в целом справедливо и для всех иных схем, представленных в статье.

Передача данных от счетчиков посредством PLC-модемов наиболее распространена во Франции. По этой причине производством изолирующих трансформаторов для таких модемов занимаются нишевые французские и немецкие компании, а сами трансформаторы не слишком доступны. Из наиболее доступных рыночных вариантов были выбраны трансформаторы фирмы Vigortronix – VTX-111-010 и VTX-111-004 (в данный момент эти изделия имеются на складе компании КОМПЭЛ).

Драйвер линии реализован на операционном усилителе OPA561 c высоким значением выходного тока (до ±1,2 A). Это связано с тем, что драйверу приходится работать на нагрузку порядка 5 Ом. Выходной ток OPA561 в этой схеме ограничен 0,6 А с помощью резистора 10 кОм между четвертым выводом и минусом питания. Помимо функции раскачки линии, OPA561 также выполняет функцию ФНЧ. Смоделированная АЧХ такого фильтра изображена на рисунке 3.

Рис. 3. АЧХ передающей части

Поскольку выход ОУ отключается наличием на выводе E/S отрицательного напряжения питания, а выходная логика AMIS-30585 имеет уровни 0 и +3,3 В, для управления отключением выхода усилителя добавлена схема на транзисторах BC857 и BC847. Следует иметь в виду, что корпус данного ОУ имеет «Power Pad» для отвода тепла, который следует электрически соединить с минусом питания.

Приемник и канал управления мощностью передатчика схемотехнически повторяют друг друга и реализованы на сдвоенном ОУ NE5532. По сути это – ФВЧ, основная задача которого – подавить сигнал частотой 50 Гц. Такой фильтр позволяет получить ослабление до -90 дБ на частоте 50 Гц. Выход приемного канала соединяется с входом интегрированного в AMIS-30585 операционного усилителя, на котором также реализуется ФВЧ с ослаблением порядка -80 дБ, что в сумме дает ослабление до -170 дБ на частоте 50 Гц. АЧХ фильтра на NE5532 приведена на рисунке 4. Разумеется, с учетом пассивной фильтрации и входная, и выходная части являются более узкополосными.

Рис. 4. АЧХ приемной части

Для пакетной передачи данных AMIS-30585 требуется синхронизирующий сигнал, который несет в себе информацию о пересечении нуля сетевым напряжением частотой 50 Гц. Для этой цели добавлена схема на оптроне PC817С. Выходной сигнал этой схемы – импульсы частотой 50 Гц, амплитудой от 0 до напряжения VDD. Передний и задний фронты этих импульсов соответствуют пересечениям нуля сетевого напряжения.

На рисунке 5 изображена упрощенная схема включения AMIS-30585. Собственно, это минимум того, что необходимо для работы данной микросхемы. В зависимости от приложения, в котором используется PLC-модем, разработчику предстоит выбрать управляющий микроконтроллер. Более подробную информацию можно найти в технической документации на AMIS-30585.

Рис. 5. Упрощенная схема включения AMIS-30585

STMicroelectronics: ST7540

ST7540 – решение для PLC модема от STMicroelectronics. Отличительной особенностью этой микросхемы является наличие интегрированного усилителя мощности и двух линейных стабилизаторов напряжения на 5 и 3,3 В. На этом решении могут остановиться и разработчики, которые уже имеют свой собственный протокол передачи данных по последовательному интерфейсу, например, при переходе от передачи данных по RS-485 к передаче тех же данных посредством PLC. Входная часть модема на ST7540 показана на рисунке 6.

Рис. 6. Принципиальная схема входной части модема на основе ST7540

АЧХ активной части передатчика в целом похожа на АЧХ усилителя мощности для AMIS-30585 (полоса пропускания около 100 кГц, усиление в полосе 9 дБ) поэтому этот график не приводится. В документации на отладочный набор STMicroelectronics приводит более интересные характеристики (рисунок 7), а именно АЧХ приемной и передающей частей с учетом пассивной части (выделена красным на рисунке 6).

Рис. 7. АЧХ передающей и приемной частей

При реализации входной части PLC-модема возможно использование неизолированного решения (рисунок 8). В этом случае при сопряжении микросхемы модема с внешним устройством (микроконтроллер, микросхема интерфейса) следует применять цифровой изолятор интерфейсов, например, изолятор с емкостным барьером серии ISO7x от Texas Instruments.

Рис. 8. Неизолированная входная часть

Texas Instruments: C2000

Компания Texas Instruments в качестве коммуникационной микросхемы предлагает использовать цифровой сигнальный процессор (DSP) серии

C2000 (рисунок 9). Преимуществом данного решения является то, что выбор типа модуляции, обеспечение протокола передачи и кодирования данных полностью предоставлено разработчику. Казалось бы, усложнение разработки не является преимуществом перед конкурентами, однако в этом случае у разработчика появляется возможность разработать свой собственный способ помехозащищенной передачи данных, что крайне важно в условиях реалий отечественных бытовых сетей. В итоге, решение на основе DSP может оказаться единственным жизнеспособным в нашей стране. Что каcается финансовой стороны вопроса, то самый простой DSP серии Piccolo от Texas Instruments (которого вполне достаточно для выполнения описанных задач) стоит дешевле микросхемы PLC-модема.

Рис. 9. Структурная схема сопряжения DSP и аналоговой части

Собственно при разработке аналоговой части для этого решения можно опираться на описанные выше схемы. Однако, следует учитывать один важный момент – это предлагаемый способ формирования несущих частот с использованием

TMS320F280x, который графически продемонстрирован на рисунке 10.

Рис. 10. Формирование несущей частоты в модеме на DSP от Texas Instruments

Очевидно, что от аналоговой передающей части в данном случае требуется просуммировать сигналы с выходов ШИМ и затем отфильтровать высшие гармоники спектра суммарного сигнала, чтобы получить необходимый гармонический сигнал.

Заключение

Несколько слов об отладочных средствах для описанных выше решений. ON Semiconductor предлагает отладочный набор AMIS49587EVK для микросхемы модема AMIS-49587, которая pin-to-pin-совместима с AMIS-30585. Для отладки решения на основе ST7540 потребуются 2 платы: непосредственно плата с трансивером (EVALST7540-1) и коммуникационная плата (EVALCOMM) с микроконтроллером ST7 (ST72F651AR6), обеспечивающая связь с ПК через порты USB и RS-232.

Texas Instruments предлагает отладочный набор TMDSPLCKIT-V1. Отладочная плата состоит из источника питания, аналогового front-end’а и платы с установленным DSP. Все отладочные наборы содержат необходимое программное обеспечение для управления целевыми платами. Более подробная информация дается на официальных сайтах производителей.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: [email protected]

•••

Наши информационные каналы

Передача данных по сети 220/380В | ЭлектроПомощник

Краткий обзор технологий оборудования устройств передачи данных по сетям 220/380 В.

В связи с бурным развитием домашней автоматики и удорожанием прокладки дополнительных линий связи, большой интерес вызывает передача данных между различными устройствами по существующим линиям 220-380В. «Из розетки в розетку».

Управляющее и управляемое устройство или устройства подключаются штатными сетевыми проводами к домашней электрической розетке и получают от нее питание и сигналы управления.

Так могут быть построены локальные сети между компьютерами, сети охранной и пожарной сигнализации, системы «умный дом» и аналогичных. Сложность организации таких сетей заключается в том, что изначально это не было предусмотрено, нет единых стандартов, сети сильно зашумлены, их параметры сильно меняются при изменении нагрузки. При передаче данных по сетям 220/380В высокочастотный сигнал быстро затухает. Должны быть обеспечены электромагнитная совместимость и развязка передачи данных от электропотребления.

Наиболее широко известными технологиями передачи данных по сетям 220/380В являются:

• X-10 одноименной фирмы
• CEBus компании Intellon
• LonWorks корпорации Echelon
• Adaptive Networks, предложенная фирмой с таким же названием
• DPL 1000 производства NOR.WEB
• PLC Universal Powerline Association,

• Х10 – наиболее старая технология (1978г) ориентирована на управление бытовыми приборами.
• Основные недостатки – это низкая скорость и малое адресное пространство, т.е. вы дистанционно включили свет у себя в доме, а включился еще и в соседском… По этой технологии передача данных осуществляется частотными посылками (120кГц) в момент перехода переменного напряжения 220В через ноль. Двоичная единица – наличие частотной посылки, ноль – ее отсутствие. Для увеличения помехоустойчивости вводятся повторы, квитирование и т.д. Максимальная скорость передачи 60 бит/с (60 бод). Полная команда передается около 0.8с.

Контроллеры и оконечные устройства Х-10 приятно радуют невысокой ценой от 8$ за пассивный приемник, до 100$ за многофункциональное активное устройство.

Подробнее про технологию передачи данных Х10 смотрите здесь: Протокол Х10 в «умном» доме: жить ли дальше ветерану?

Intellon CEBus (Intellon SSC) сделана компанией Intellon для домашней сети CEBus. Стандарт CEBus (EIA-600) дает возможность взаимодействия приборов домашней автоматики на основе различных сетей передачи: линий электропитания, радиоканалов, проводных каналов и др.

Используется технология шумоподобного сигнала, предусматривающая передачу каждого бита данных в полосе частот 100—400 кГц. Скорость передачи, как минимум, на порядок выше по сравнению с Х-10. Фирма Intellon реализует Power Line Evaluation Kit. Комплект для проектирования и построения такой сети. Его стоимость — 245 долл.

LonWorks разработка американской корпорацией Echelon для распределенных сетей управления. Основа технологии LonWorks протокол LonTalk обмена информацией. Каждый узел сети содержит микропроцессор, реализующий функции данного протокола.

LonTalk представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, позволяющий осуществлять надежную передачу данных через различные физические среды. Для среды каждого типа разработаны трансиверы, поддерживающие работу сети при различных длинах каналов, скоростях передачи и сетевых топологиях. Цена LonWorks : 42 $ — за трансивер, от 2000 $ — за систему программирования.

Adaptive Networks выпускает ряд устройств, поддерживающих передачу данных по любым видам электропроводки. Эффективная скорость передачи 115 кбит/с .Ее отличительными особенностями являются исключительная надежность и адаптивность (вероятность ошибки 10-9 ), шумоподобный сигнал, возможность использования ПО для витой пары, очень высокая цена.

DPL 1000, позволяет передавать данные по электросетям со скоростью до 1 Мбит/с, разработана компанией NOR.WEB. DPL 1000 это революция в передаче данных по электрическим линиям. Технические подробности реализации в доступных источниках отсутствуют. В Европе пока тестируются пробные подключения по технологии DPL 1000. Если все пойдет удачно, то такая технология – это шанс для РФ сделать быстрый и доступный для ВСЕХ Интернет.

PLC ( Power Line Communication), технология передачи данных по сетям 220/380 В, 6/10 кВ и коаксиальным сетям. Используется шумоподобный сигнал 1536 поднесущих в диапазоне от 2 до 34 мГц. Причем можно вырезать часть поднесущих, если они мешают другим сетям. Система сама адаптируется к зашумленности и нагрузке электросети. Скорость передачи до 200мбит/с при дистанции между устройствами до 300 м. Стоимость абонентского модема от 120$.

Более подробно с указанным оборудованием и стандартами можно познакомиться на приведенных сайтах. По линиям электропроводки передают не только команды, но и голос. Например, можно реализовать мини АТС или селекторную связь. Технологии передачи информации по электросетям у нас незаслуженно забыты. Как показывает мировой опыт, это очень перспективное направление.

Внедрение технологии передачи данных по электрической сети 220 в 50 Гц HomePlug AV(Av2) при строительстве зданий Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

БОБКОВ А. В.

ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 220 В 50 ГЦ HOMEPLUG AV(AV2) ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗДАНИЙ

Аннотация. В статье рассматривается преимущества внедрения технологии передачи данных по электрическим сетям HomePlug AV(AV2). Представляются результаты экспериментов, проведенных для выявления факторов, влияющих на качество передачи данных. Предлагаются меры, которые необходимо принять перед внедрением технологии HomePlug AV(AV2).

Ключевые слова: HomePlug AV(AV2), электрическая сеть 220 В 50 Гц, передача данных, Wi-Fi.

BOBKOV A. V.

INTRODUCTION OF DATA TRANSFER TECHNOLOGY HOMEPLUG AV(AV2) ON POWER LINE 220 V 50 HZ IN BUILDINGS

Abstract. The article considers the advantages of introduction of the data transfer technology HomePlug AV(AV2) on the power line. A number of tests were done to determine the factors of data transfer quality. The author makes a list of requirements to introducing of the technology HomePlug AV(AV2).

Keywords: HomePlug AV(AV2), power line 220 V 50 Hz, data transfer, Wi-Fi.

Интерес к передаче данных по силовым электрическим сетям не перестает угасать. Востребованными являются линии электропередач (ЛЭП), электрические сети 220 В 50 Гц. Это обусловлено тем, что возросло качество передачи информации за счет новых способов цифровой обработки сигналов, а также снизилась стоимость оборудования для передачи данных по энергосетям [1].

В настоящий момент строятся здания, в которых электрическая сеть 220 В 50 Гц предназначена исключительно для того, чтобы передавать электроэнергию потребителям. Чтобы здание имело доступ в информационную сеть Интернет, провайдерам требуется ставить не только оборудование, но и прокладывать отдельно линию связи для каждой квартиры [2].

В некоторых городах России применяется технология передачи данных по электрической сети 220 В 50 Гц, которая позволяет без дополнительного монтажа и прокладки линии предоставлять клиентам услуги связи. Так как в роли линии связи выступает электрическая проводка 220 В 50 Гц, было решено провести ряд экспериментов для выявления факторов, влияющих на качество передачи данных [2].

При проведении экспериментов использовались адаптеры PL-X32M стандарта HomePlug AV производителя ASUS. Для измерения скорости соединения между адаптерами использовалось программное обеспечение Power Packet 5.0, для измерения скорости интернет-соединения и задержки использовался интернет-сервис www.speedtest.ru.

Первый эксперимент проводился в жилом доме, срок эксплуатации которого около 5 лет. Скорость интернет-соединения, предоставляемая провайдером, составляет 40 Мбит/сек. При этом в ходе эксперимента было выявлено, что в жилом доме используется электрическая проводка, выполненная из меди [2; 3]. В таблице 1 приведены результаты первого эксперимента.

Таблица 1

Результаты первого эксперимента

Номер измерения Прием, Мбит/с Передача, Мбит/с Задержка, мс Скорость соединения, Мбит/с

1 42,42 41,11 4 165

2 47,73 40,43 1 196

3 43,09 39,56 6 147

4 43,96 40,91 8 147

5 42,54 38,18 6 125

6 40,68 40,49 6 162

7 41,93 40,32 5 153

8 40,65 39,61 7 178

Второй эксперимент проводился в жилом доме, срок эксплуатации которого составляет около 15 лет. Скорость интернет-соединения, предоставляемая провайдером, составляет 50 Мбит/сек. При этом в ходе эксперимента было выяснено, что в жилом доме используется электрическая проводка, выполненная из алюминия [2; 3]. В таблице 2 приведены результаты второго эксперимента.

По результатам экспериментов можно сделать вывод о том, что скорость передачи данных по электрической сети 220 В 50 Гц напрямую зависит от качества линии связи. В обоих экспериментах скорость интернет-соединения – 40 Мбит/с и 50 Мбит/с – была доступна в каждой точке измерения. Скорость соединения между адаптерами в первом и втором экспериментах снижалась примерно до 60%. Причиной этого может быть материал, из которого выполнена электрическая проводка 220 В 50 Гц, а также монтаж, который производился для прокладки электрической сети во время строительства здания [3].

Таблица 2

Результаты второго эксперимента

Номер измерения Прием, Мбит/с Передача, Мбит/с Задержка, мс Скорость соединения, Мбит/с

1 50,42 51,21 5 175

2 49,73 50,33 4 163

3 51,09 49,26 6 135

4 50,36 50,21 5 147

5 49,64 48,38 4 110

6 49,18 50,69 7 126

7 50,33 49,42 4 161

8 51,38 51,19 5 138

9 49,23 51,22 5 133

10 49,15 50,11 7 144

Срок службы электрической проводки из алюминия составляет 15-20 лет, у меди -20-25 лет. Как было сказано ранее, во втором эксперименте использовалась электрическая проводка, выполненная из алюминия. Со временем у алюминия ухудшаются параметры. Это обусловлено тем, что алюминий плохо устойчив к сгибам, что приводит к деформации и ухудшению сигнала, причем мощность передаваемой электрической энергии тоже снижается. Далее, при ремонте электрической проводки в качестве соединения используют скрутку, которая образует высокое сопротивление из-за недостаточного контакта. В результате при большом количестве подключений потребителей верхние слои проводника обгорают, что приводит к ухудшению контакта и качества передачи [3; 4].

Из экспериментов видно, что в доме, где использовалась медная электрическая проводка, скорость соединения выше, чем у дома, где использовалась алюминиевая электрическая проводка. Медь имеет большую электропроводность, чем алюминий, при этом является более устойчивой к сгибам и различного рода деформациям. Следующим фактором является надежность. При эксплуатации около 5 лет вероятность проведения ремонтных работ электрической проводки, выполненной из меди, крайне мала. Из этого следует, что могут отсутствовать скрутки, которые не обеспечивают достаточного контакта [3; 4].

Для достижения лучших результатов передачи данных по электрической сети 220 В 50 Гц, необходимо начать с линии связи. К примеру, для стандарта семейства Fast Ethernet и выше, было уделено особое внимание кабельной линии связи – витой паре.

Меры, которые необходимо обеспечить перед внедрением технологии передачи данных HomePlug AV(AV2) по электрической сети 220 В 50 Гц:

1) разработать линию связи, которая будет предназначена не только для передачи информации с высоким качеством, но и электрической энергии;

2) разработать специальные методы монтажа, которые позволят сохранить параметры передачи линии связи на всем участке цепи.

В результате обеспечения мер, влияющих на качество передачи линии связи (электрической проводки 220 В 50 Гц), будут получены следующие преимущества [4]:

1) построенное здание будет иметь информационную сеть и доступ в сеть Интернет;

2) отсутствие необходимости прокладывать дополнительные линии, кабельные канализации;

3) отсутствие необходимости дополнительного монтажа и внесения изменений в интерьер здания;

4) надежность, так как срок службы составляет 20-25 лет;

5) возможность комбинирования с технологией Wi-Fi позволит подключать мобильные устройства;

6) скорость передачи данных для стандарта HomePlug AV – 200 Мбит/с, для HomePlug AV2 – 500 Мбит/с.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дубровин В. С., Мариниченко А. А. Модернизация системы передачи данных по ЛЭП на участке «Рузаевка-Арзамас» // Электроника и информационные технологии. -2009. – № 2 (7). – С. 18-21.

2. Бобков А. В. Применение стандарта HOMEPLUG AV для организации и расширения современных локальных сетей [Электронный ресурс] // Огарев-online. -2015. – № 20. – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/primenenie-standarta-homeplug-av-dlya-organizacii-i-rasshireniya-sovremennyx-lokalnyx-setej.

3. Сайт «Толковый Электрик» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.elictric-tolk.ru.

4. Официальный сайт HomePlug Alliance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.homeplug.org.

Комплект передачи данных по электрической сети Powerline TRENDnet TPL-430APK

Есть проблема «последней мили», а иногда может нарисоваться и проблема «последнего метра». Под этой фразой я подразумеваю ситуацию, когда необходимо обеспечить проводной (именно проводной, а не радио) связью клиентов на некотором расстоянии от роутера, а прокидывать дополнительные кабеля не представляется возможным по каким-либо причинам. В таком случае решением будет передача данных по электрической сети. В данном конкретном случае это устройство комплект Powerline торговой марки TRENDnet. Система работоспособна, если все устройства подключены на одну фазу. Небольшой дом или квартиру очень редко подключают к трем фазам, поэтому комплект TPL-430APK будет полезен тем, кому нужно получить доступ к интернету в дальнем углу двора или в мастерской, находящейся на некотором удалении от дома, без дополнительной прокладки кабелей.

На фото внешний вид коробки и комплектация. Как обычно, несколько буклетов, а также руководство по быстрому старту на шести языках.

Комплект передачи данных по электрической сети представлен сплиттером, который выглядит как обычный прибор, вставляемый в розетку, и двух диапазонной точкой доступа/репитер.

На лицевой панели сплиттера находятся три индикатора состояния, а на торцевой – порт Ethernet, кнопка синхронизации и RESET. Точка доступа внешне похожа на аналогичные девайсы других производителей, но имеет три Ethernet порта и может передавать данные, получаемые от сплиттера.

На шильдике под электрической вилкой находится шильдик синформацией для подключения к ней, техническими характеристиками и другими данными.

 

Приступаю непосредственно к тестированию оборудования. Имеется 5-ти портовый свитч, в который подключено следующее оборудование:

1. кабель от роутера;
2. патч-корд к моему компьютеру;
3. патч-корд к сетевому принтеру.

Подключаем комплект передачи данных по электросети к удлинителю и к моей локалке следующим образом: кабель от роутера заводим в сплиттер, а патч-корд от точки доступа заводим в свитч. Точка доступа по умолчанию получает IP-адрес по DHCP. Его я узнал, посмотрев в списке клиентов моего роутера.

Вводим этот айпишник в адресную строку браузера и попадаем на веб-интерфейс управления точкой доступа.

 

В принципе все просто и понятно, никаких сложностей с настройкой не возникает

Настроек мало, и они практически такие же, как у любого роутера для домашнего использования: включение/выключение Wi-Fi, изменение названия беспроводной сети, ее пароля, режима безопасности, максимального количества подключенных клиентов и тому подобное.

 

На вкладке SYSTEM можно посмотреть информацию об устройстве, сменить пароль, обновить прошивку, сбросить все настройки на заводские и количество подключенных устройств и их IPи MAC адресами.

Для тестирования пропускной способности Powerline TRENDnetTPL-430APK я использовал два роутера Mikrotik, поскольку у них уже есть встроенный тест, который я и запустил.

Для домашнего использования этого хватает с головой.

 

Отдельно точку доступа, без использования функции Powerline, можно использовать как обычный репитер/ретранслятор. Для этого на основном роутере включается WPS, а на точке доступа нажимается кнопка клонирования Wi-Fi.

На скриншотах видно, что процесс подключения к моей беспроводной сети D7/2 прошел успешно – клонировались настройки, имя точки доступа и пароль. Мой роутер однодиапозонный на 2,4ГГц, а при помощи TRENDnetTPL-430AP я получил уже двух диапазонный Wi-Fi.

 

А на этих фото сплиттер стоит в доме, а точка доступа на улице.

Устройства подключены через удлинители, а розетки разведены на разные автоматы. Невзирая на это, оборудование работает, поскольку висит на одной фазе. При этом длина проводов между ним составляет порядка 30 метров.

 

О плюсах и минусах. Недостатков, как таковых, я не обнаружил. Можно было бы сюда отнести довольно долгую, около двух минут, синхронизацию между устройствами при подключении к сети 220В, но это что влияет на функциональность.

 

Положительные моменты:

– решает проблему «последнего метра»;

– может работать и как точка доступа, и как репитер/ретранслятор;

– интуитивно понятный интерфейс;

– простая настройка;

– работа в сетях 220/110 В

– установки практически в любом месте.

 

Общее впечатление позитивное. Комплект для передачи данных по электрической сети Powerline TRENDnetTPL-430APK пригодится тем, кому нужно подключить к локалке какое-либо устройство, но нет возможности прокладывать дополнительные кабеля.

Ссылки для заинтересованных на официальный сайт и на амазон (какие то диковатые 119 баксов, но это не точно)

https://www.trendnet.com/langru/products/product-detail?prod=115_TPL-430APK

Если вам понравился мой стиль написания, много обзоров самых разномастных вещей из разных уголков Интернета можно найти в моем блоге — Обзор покупок из Интернета

 

Модемы для передачи данных по сети электропитания компании Yitran – Компоненты и технологии

Ответ прост и общеизвестен — аппаратура должна быть удобной в обращении и приносить как можно больше экономии.

А для этого есть два пути. Первый путь — экстенсивный, то есть улучшение существующей технологии производства данной аппаратуры. Например, применение более дешевых аппаратных средств, более производительных производственных сборочных линий и т. д.

Второй путь — интенсивный. Он предполагает, что разработчик должен предусмотреть новые принципы работы аппаратуры, что позволит получить дополнительные преимущества на рынке. Но ведь новые принципы работы устройства обычно влекут за собой и удорожание самого устройства. Так в чем же здесь будет выигрыш? Он будет не в затратах на покупку прибора, а это, как мы знаем, однократные затраты, а в том, что эксплуатация прибора обойдется нам дешевле. И экономия на эксплуатационных расходах будет тем больше, чем дольше срок жизни изделия. Вспомните, как вы выбираете компьютер. Безусловно, более производительная модель стоит несколько дороже, но ведь и работает она эффективнее. Или, как мы обычно говорим, «оно того стоит…»

Рассмотрим с этой точки зрения применение новой технологии передачи данных по сети электропитания. (Конечно, относительно новой, поскольку ряд фирм, в том числе и российских, уже используют аналогичную технологию, правда, на менее удачных аппаратных средствах.).

Передача информации и питания по одним и тем же проводам используется достаточно эффективно в различных применениях. Например, в телефонии. Обычный телефонный аппарат получает питание и все сигналы по проводам телефонной абонентской линии. Или вот другой общеизвестный пример: по проводам линии Ethernet можно передавать не только данные, но и питание.

В этой статье мы рассмотрим пример использования сети электропитания 220 В для передачи данных между микроконтроллерными устройствами. Эта технология называется PLC — Power Line Communications (рис. 1).

Рис. 1. Блок схема измерительной системы, дистанционно снимающей показания со счетчиков электроэнергии

Что дает использование такой технологии? Давайте посчитаем. Представим, что мы установили сотню обычных счетчиков электроэнергии. Или сотню насосов, котловѕ Теперь представим, что нам необходимо произвести ревизию, то есть мы хотим проверить показания счетчиков. А для этого нам нужно отправить ревизора, который и должен обойти сотню квартир со счетчиками или спуститься в сотню подвалов, в которых стоят насосы и котлы отопления. Сколько это будет стоить? Сейчас в России производится порядка 6 млн счетчиков электроэнергии в год (электронных и индукционных). Большая часть выпускаемых электронных счетчиков не имеет интерфейсов для подключения к узлам сбора информации, поскольку на объектах, где устанавливаются эти устройства, отсутствуют информационные сети. Но все же часть счетчиков имеет простейшие встроенные интерфейсы, такие как RS–485. И, как известно, для подключения такого счетчика необходимо проложить интерфейсный кабель, а это значительно удорожает стоимость монтажных работ и работ по обслуживанию счетчиков и сетей, а также снижает надежность функционирования всей системы в целом.

Как говорится, комментарии излишни… Какой предлагается выход?

В настоящее время уже появились многочисленные устройства для широкополосного доступа к сети. Обычно такие модемы устанавливают для передачи информации, как устройства «последней мили». На входе — оптика или ADSL, а дальше — по сети 220 В.

Но наибольший интерес для разработчиков аппаратуры представляют именно узкополосные PLC–модемы. Во–первых, они дешевы, а во–вторых, обладают улучшенными характеристиками, что позволяет им работать не только в обычных сетях, но и в сетях с повышенным уровнем помех. Такие устройства выпускает израильская компания Yitran Communications Ltd. [1].

Сейчас компания Yitran — мировой лидер в производстве компонентов для передачи информации по силовой сети. И ее продукцию поставляет на российский рынок «ЭЛТЕХ», поскольку в мае 2008 г. эта компания подписала соглашение с Yitran и получила статус ее официального дистрибьютора.

Основные направления деятельности компании Yitran

Узкополосные модемы:

• дистанционное чтение параметров в приборах контроля и счетчиках;
• управление и контроль;
• охрана.

Широкополосные модемы:

• средства доступа к сети;
• управление оборудованием в доме;
• сеть в доме;
• SOHO.

Как использовать узкополосный PLC модем?

Микросхемы и модули для узкополосных PLC–модемов применяются в составе различных изделий бытового и промышленного назначения. Например, при создании систем автоматизированного контроля и учета электрической энергии, счетчиков электрической энергии, в счетчиках расхода воды и теплосчетчиках. Снятие показаний с таких приборов можно выполнять дистанционно. Еще одно из направлений применения узкополосных модемов — управление освещением и создание приборов для «умного дома».

К этой группе продукции — узкополосным модемам (со скоростью до 7,5 кбит/с) — относятся две микросхемы компании Yitran: IT800D и IT800Y. Кроме того, на базе этих микросхем Yitran выпускает модули, которые представляют собой почти законченное изделие, к которому снаружи необходимо добавить только несколько пассивных компонентов, чтобы получить полностью работающий модем.

На рис. 2 показана блок–схема устройства, в состав которого входит PLC–модем. К микроконтроллеру, на котором выполняется программа пользователя, подключена микросхема IT800D, представляющая собой PLCмодем. Он в свою очередь сопрягается с линией через компоненты AFE (analog front end), образующие аналоговый тракт приема передачи данных. Дополнительно через компоненты Line Coupler, необходимые для развязки от сети, к микросхеме модема и к микроконтроллеру подключается микросхема памяти EEPROM, в которой хранятся параметры, необходимые для работы модема, и параметры настройки сети.

Рис. 2. Блок схема устройства, в состав которого входит PLC модем

Примером такого решения может служить плата от стартового набора STK2. Сам стартовый набор представляет собой несколько блоков — модемов, которые соединены с сетью 220 В с одной стороны, а с другой — через интерфейс USB подключены к хост–компьютеру пользователя (рис. 3). С помощью такого стартового набора пользователь может организовать требуемую ему конфигурацию сети. Причем модемы можно использовать не только для передачи, но и для мониторинга проходящих по сети данных.

Рис. 3. Стартовый набор STK2

Пример использования стартового набора для проверки соединения в сети «точка–точка» показан на рис. 4, а пример более разветвленной сети — на рис. 5.

Рис. 4. Использование стартового набора для проверки соединения в сети «точка–точка»

Рис. 5. Использование стартового набора для проверки более разветвленной сети. Здесь красным цветом выделена базовая станция, а синим — удаленные станции, информация с которых передается на базовую станцию

В каждом блоке модема находится плата, внешний вид которой показан на рис. 6. На этой плате находится микроконтроллер пользователя. В данном случае этот микроконтроллер решает задачу передачи данных от хост–РС в модем. Микроконтроллер расположен с нижней стороны платы, поэтому на рисунке он не виден. Но поскольку наибольший интерес представляет именно модем и компоненты AFE, то давайте рассмотрим более подробно правую часть рисунка. Все компоненты, относящиеся к модему и AFE, собраны на небольшом модуле, установленном в разъем, находящийся в правой части платы. Такой модуль компания Yitran называет IT800D–PIM (plug inline module). Компания Yitran рекомендует применять модуль IT800D–PIM на первой фазе разработок: для отладки технологии и программного обеспечения.

Рис. 6. Внешний вид платы, находящейся в блоке модема. С правой стороны на плату установлен модуль IT800D PIM

Кроме модуля IT800D–PIM, компания Yitran производит модули, которые представляют собой объединение двух технологий: PLC и радиотрактов. Эти модули называются RF–PLC (рис. 7). В радиотракте применяется трансивер, работающий на частотах 2,4 ГГц в соответствии со стандартом 802.15.4. Такие модули рекомендуется использовать там, где есть удаленные устройства, имеющие батарейное питание. И, таким образом, появляется возможность выполнять комбинированные сети, в которых прием и передача данных производится как к абонентам сети, работающим по технологии PLC, так и к абонентам сети, работающим по беспроводному подключению (рис. 8). На рис. 8 сеть, имеющая узлы «только PLC», выделена оранжевым цветом, «только RF» — синим цветом, а в комбинированной сети PLC–RF узлы PLC также оранжевого, а узлы RF — синего цвета.

Рис. 7. Модуль RF PLC

О топологии сети

Топология сети, в которой работают модемы, ориентирована в основном на передачу данных от удаленных абонентов к базовой станции. Такая топология характерна для объектов, которые должны передавать небольшой объем данных в базовую станцию, и управляются эти удаленные объекты так же, только от базовой станции. А в том случае, когда необходимо передать небольшой объем данных от одного удаленного абонента сети к другому, такую передачу всегда можно выполнить через базовую станцию. Несколько забегая вперед, можно сказать, что встроенное в модем программное обеспечение позволяет создавать крупномасштабные сети, в которых на один концентратор (базовую станцию) приходится до 2047 опрашиваемых устройств. При этом расстояние между узлами может доходить до 3000 метров. Кроме того, встроенное программное обеспечение автоматически обрабатывает изменения в канале и производит подстройку модемов под параметры физической линии. Программное обеспечение, разработанное компанией Yitran, позволяет организовывать до 1023 виртуальных локальных сетей. А это позволяет «накладывать» на одну и ту же физическую среду передачи данных несколько логических развязанных виртуальных сетей.

Рис. 8. Топология сетей

Что «внутри» кристаллов?

Микросхема IT800D

Любой модем, работающий с аналоговой физической линией, должен иметь функциональные узлы, необходимые для обработки

аналоговых данных, преобразования их в цифровую форму и, конечно, для обработки цифровых данных. На стороне передачи модем также должен производить кодирование цифровых данных в соответствии с заданным алгоритмом кодирования, преобразовывать их в аналоговые и посылать в линию. Все эти действия и выполняет микросхема IT800D, блок–схема которой представлена на рис. 9. На данном рисунке также схематично показаны внешние компоненты, которые необходимо подключать к микросхеме модема.

Рис. 9. Блок схема IT800D

Как видно на рис. 9, микросхема состоит из следующих функциональных блоков:

• POR–блок, обеспечивающий управление встроенным микропроцессором при включении питания микросхемы;
• микропроцессор, производящий обработку данных;
• периферийные блоки, сопрягающие встроенный микропроцессор с внешними микросхемами — памятью EEPROM и хостпроцессором;
• блок управления тактированием;
• PHY — это блок, предназначенный для сопряжения цифровой части микросхемы с аналоговой линией;
• блок AFE, он представляет собой набор аналоговых компонентов, предназначенных для фильтрации и усиления входного сигнала и для формирования заданных уровней выходного аналогового сигнала.

Как это работает?

В модеме применено кодирование DCSK (Differential Code Shift Keying) со скоростью передачи данных до 7,5 кбит/с. Модемы предназначены для работы в разных диапазонах частот, поскольку требования к этим устройствам в разных странах отличаются друг от друга. Кроме того, применены дополнительные меры для увеличения надежности работы сети. Есть возможность понижать частоту передачи данных следующими ступенями: 7,5; 5; 1,25 и 0,625 кбит/с. При понижении частоты передачи увеличивается достоверность передачи данных. В режиме передачи на скорости 1,25 кбит/с возможно выполнять повторную передачу кодов для повышения достоверности передачи данных. Поскольку данная статья является обзорной, то здесь не имеет смысла более подробно описывать технические характеристики блока PHY, способов кодирования в линии и т. д. Главное, что необходимо отметить, это то, что микросхемы IT800D (так же, как и остальные микросхемы и широкополосные модемы) сертифицированы по российским ГОСТам. Работа модема зависит не только от аппаратных средств, но и от встроенного программного обеспечения.

Несколько слов о том, как микросхема модема сопрягается с хост–микроконтроллером. Здесь все довольно просто: используется стандартный интерфейс UART, на скорости 38 400 бит/с, данные — 8 бит, без паритета, 1 стоповый бит. На рис. 10 показано подключение микросхемы модема к хосту.

Рис. 10. Подключение микросхемы модема к хост компьютеру

Микросхема внешней памяти подключается к двухпроводному интерфейсу, так, как это показано на рис. 11.

Рис. 11. Подключение к хосту микросхемы модема IT800D и микросхемы памяти EEPROM

Примеры аппаратной реализации

В качестве первого примера аппаратной реализации устройства пользователя можно показать следующий вариант. Но сначала необходимо добавить только одно замечание. Естественно, мы будем рекомендовать применять только те компоненты и решения, которые входят в программу поставок компании «ЭЛТЕХ», потому что так проще организовать техническую поддержку.

Поэтому берем стартовый набор 78K0/ Lx3See It [3], содержащий микроконтроллер UPD78F0495 компании NEC, и ЖКИ–индикатор и подключаем к этому стартовому набору модуль PIM. Кратко о стартовом наборе 78K0/Lx3See It. Он построен на базе микроконтроллера UPD78F0495 (семейство 78K0/Lx3). Особенности этого семейства — малое энергопотребление, встроенный ЖКИдрайвер, наличие таймера реального времени (с календарем) и некоторые другие периферийные устройства. Входящее в состав оценочного комплекта программное обеспечение содержит большое количество демонстрационных программ, которые можно использовать в качестве основы для собственных разработок. Функциональные характеристики оценочного комплекта позволяют программировать и производить отладку программы микроконтроллера.

Основные преимущества микроконтроллеров семейства 78K0/Lx3:

• FLASH: 8–60 кбайт;
• ОЗУ: 512–2048 байт;
• ЖКИ–контроллер: 88–288 сегментов;
• До 3 каналов 16–битного ДУ АЦП;
• До 8 каналов 10–битного АЦП последовательного приближения;
• RTC с календарем;
• генератор кода Манчестер;
• функция приемника дистанционного управления;
• рабочий температурный диапазон: –40…+85 °С;
• напряжение питания: 1,8–5,5 В.

Особенности стартового набора 78K0/Lx3See It:

• CD–дисплей на 224 сегмента;
• 8 10–бит АЦП;
• 3 16–бит ДУ АЦП;
• R–приемник RPM7138;
• температурный сенсор S–8120C;
• демонстрационные программы и ПО IAR Embedded Workbench.

Этого набора вполне хватает для реализации многих задач пользователя. Подключаем к UART микроконтроллера модуль IT800D–PIM. Получаем сетевое устройство, которое можно «научить» выполнять программу пользователя и передавать данные на центральный узел сбора информации по сети электропитания 220 В. На рис. 12 показано, как может выглядеть такое устройство в виде блок–схемы. А на рис. 13 эти компоненты можно видеть «вживую», в виде плат и модулей. Устройство представлено в следующем виде: развязка от сети 220 В — слева, микроконтроллер — справа и PLC–модем — в центре. На рис. 13 не показаны компоненты, выполняющие развязку от сети 220 В, и вместо них слева нарисован пустой прямоугольник.

Рис. 12. Блок схема устройства пользователя, состоящего из микроконтроллера и PLC модема

Рис. 13. Компоненты, представленные на рис. 12 в виде плат и модулей

Приведем второй пример аппаратной реализации устройства пользователя. Взгляните еще раз на рис. 1. Там показано, что концентраторы передают данные на базовую станцию по отдельному каналу связи. В качестве примера реализации такого канала связи могут выступать законченные терминальные решения Fastrack Supreme от компании Wavecom [4], построенные на базе модулей Wavecom серии Q26xx с архитектурой ARM9. Эти устройства представляют собой готовые GSM–модемы в металлическом корпусе с выведенными на боковые поверхности интерфейсными разъемами: UART, USB и с портами I/O. Модули Fastrack Supreme 10 с поддержкой GPRS и Fastrack Supreme 20 с поддержкой EDGE имеют встроенный процессор ARM926, 32 бит, работающий на частоте 221 МГц. Встроенный процессор модуля Fastrack Supreme кроме задач, связанных с обслуживанием тракта GSM, способен также выполнять и дополнительную задачу. В данном случае это будет обслуживание PLC–модема.
На рис. 14 показана блок–схема такого устройства пользователя, а на рис. 15 представлено то, как это выглядит «вживую», в виде плат и модулей.

Рис. 14. Блок схема устройства пользователя, состоящего из GSM модуля компании Wavecom и PLC модема

Рис. 15. Устройство пользователя, состоящего из GSM модема и PLC модема

Более подробно об этих GSM–модулях можно прочитать на сайте компании Wavecom [4].

Кроме рассмотренных здесь примеров реализации различных устройств, можно представить достаточно много других вариантов. Читатели, которые захотят поделиться своими примерами реализации устройств с PLCмодемами, всегда могут это сделать. Для этого напишите нам и пришлите описание и фотографию вашего устройства.

Встроенный софт и программные инструменты поддержки разработки

Теперь, после рассмотрения всех аппаратных вопросов, давайте вновь вернемся к программной «начинке» микросхемы. Как уже говорилось, микросхема содержит встроенный микроконтроллер, на котором реализуются нижние уровни протокола передачи. Такая микросхема, с минимально–необходимым встроенным софтом, называется IT800D. На рис. 16 показано, что в микросхеме IT800D реализованы два уровня по модели OSI: это нижний уровень — уровень физической передачи, PHY, и более высокий уровень — уровень передачи данных, DLL (Data Link Layer). Реализация этих уровней позволяет надежно передавать данные по физической сети. В DLL определены различные характеристики сети и характеристики протокола передачи, включая физическую адресацию устройств, топологию сети, обработку ошибок, последовательность передачи кадров и управление приемом/передачей данных.

Рис. 16. В микросхеме IT800D реализованы два уровня: уровень физической передачи — PHY и более высокий уровень, уровень передачи данных — DLL

На DLL есть возможность производить передачу данных с подтверждением доставки и без него. Также на этом уровне производится обработка ошибок при столкновении данных в сети. Алгоритм возврата к передаче базируется на стандарте 802.11 и адаптирован к линии передачи. Если длина пакета данных превышает допустимую длину для передачи одного пакета, то такой пакет данных разбивается на несколько частей и каждая часть передается в линию отдельным пакетом. На приемном конце производится сборка данных в исходный пакет большой длины.

Но на этом компания Yitran не остановилась и применила довольно оригинальный прием. На следующем этапе развития значительная часть программ по передаче данных и работе в сети была перенесена с хост–микроконтроллера в память микросхемы модема, так что эти функции по обработке протокола стал выполнять не хост–микроконтроллер, а встроенный в модем микроконтроллер. Такую микросхему компания Yitran маркирует как IT800Y. Модули, в которые установлена такая микросхема, называются IT800Y–PIM. Они по всем аппаратным характеристикам идентичны модулям IT800D–PIM, но при этом, как уже говорилось, выполняют дополнительные функции.

Программное обеспечение, работающее в модемах, компания Yitran называет Y–NET. На рис. 17 показано, что Y–NET соответствует 3–му уровню в модели OSI и находится над уровнем DLL. Сетевой уровень выполняет две основных задачи — адресацию и маршрутизацию. Адресация производится таким образом, что концентратору сети приписывается определенный адрес, и абонентам сети также присваиваются логические адреса в сети. Типовая сеть обычно представляет собой древовидную структуру, и при этом данные от абонента поступают в концентратор, проходя через множество промежуточных узлов сети. Программный модуль, отвечающий за маршрутизацию, должен определить наличие абонентов в сети, установить порядок прохождения данных по сети (от кого к кому), при этом он должен учитывать, что данные могут проходить последовательно через несколько узлов. Поскольку маршрут прохождения данных определяется автоматически, то программное обеспечение способно проводить данную процедуру периодически. Это позволяет динамически в процессе работы оптимизировать прохождение данных по сети и проверять работоспособность всех устройств, подключенных к ней. В том случае, если нарушилась какая–либо связь, которая ранее представлялась оптимальной, программное обеспечение проводит поиск альтернативной ветви для передачи информации. Таким образом работоспособность сети восстанавливается. Для верхнего уровня в модели OSI предоставляются все возможности по управлению ресурсами сети и ее мониторингу.

Рис. 17. Y NET соответствует 3 му уровню в модели OSI и находится над уровнем DLL

А это значит, что Y–NET можно использовать не только для построения сети, но и как инструмент, с помощью которого можно контролировать сеть и управлять ею. У пользователя, применяющего Y–NET как инструмент для работы в сети, появляются следующие возможности:

• управление адресацией сети;
• управление потоком данных;
• маршрутизация данных непосредственно по конечным устройствам;
• шифрование данных при передаче;
• автоматическая коррекция ошибок.

Для пользователей Y–NET поставляется как библиотечная функция. Дается полное описание ее функций и примеры работы с ней.

Yitran прикладывает значительные усилия для того, чтобы помочь работе своих клиентов. Компания осуществляет полноценную техническую поддержку, предоставляет клиентам тестовые проекты по всем выпускаемым изделиям. Для того чтобы помочь заказчикам быстрее освоить продукцию, фирма предлагает стартовые наборы, куда входят описания, программы и схемы.

Стартовый набор STK2 подключается к хост–компьютерам через интерфейс USB. Для поддержки интерфейса используются драйверы виртуального COM–порта. Поэтому пользователь может применить не только софт, поставляемый компанией Yitran, но и свой собственный. Теперь вернемся к программным инструментам для стартового набора. На рис. 18 показано основное окно программы PLCHost, в котором отображены параметры работы модема.

Рис. 18. Основное окно программы PLCHost, в котором отображены параметры работы модема

Программа PLCHost позволяет производить как настройку модемов и мониторинг сети, так и передачу данных блоками по заранее заданному числу циклов передач.

Заключение

Применение технологии PLC позволяет разработчикам получить дополнительные преимущества для разрабатываемой ими аппаратуры. А это значит, что их позиции на рынке еще более укрепятся. Переход на технологию PLC может произойти довольно быстро и не потребует больших затрат сил. Для этого можно применить технические решения, предоставляемые компанией Yitran. Эти решения уже проверены временем, поскольку компания Yitran — лидер рынка по PLC.

Литература

1. Официальный сайт компании Yitran Communi–cations Ltd. (www.yitran.com)
2. Документация по микросхемам и модулям компании Yitran http://yitran.com/download1.htm
3. http://www.eltech.spb.ru/news.html?nid=484

4. Home

Интернет по проводам 220 вольт, ethernet 220

Теория: Связь по ЛЭП

PLC (англ. Power line communication) является термином, при помощи которого происходит описание нескольких систем по использованию линии электропередачи (ЛЭП), по передачи аудио информации, а также данных. Данной сетью могут передаваться звуковые сигналы и данные. Это совершается путем накладывания аналогового сигнала на стандартный ток, изменяющийся по величине и направлению с течением времени. Ток, который имеет частоту 50 Гц.

В PLC входит BPL (англ. Broadband over Power Lines, представляющая собой широкополосную передачу при помощи линий электропередач), которая обеспечивает передачу данных скорость которых не превышает 500 Мбит/с, и NPL (англ. Narrowband over Power Lines, представляющую собой узкополосную передачу по средствам линии электропередачи, скорость передачи данных значительно меньше чем предыдущие, то есть до 1 Мбит/с.

Еще во время зарождения энергосетей встала проблема передачи информации между энергоузлами. Для этих целей использовались телеграфные и телефонные линии, которые были проложены параллельно с линиями электропередач. Однако немного позже такое строительство стали считать нерациональным и в США получила свое развитие практика передачи такой информации непосредственно при помощи проводов ЛЭП.

Обратите внимание! Такая же система передачи информации стала актуальной и для цепей переменного тока.

Как это работает

Самостоятельно Powerline адаптеры не предназначены для преобразования интернет сигнала от провайдера. Он выступает в качестве удлинителя, который помогает расширить действие сети в пределах жилища. То есть интернет до квартиры доходит с помощью модема либо интернет-центра. А далее уже по дому расходится между потребителями с помощью HomePlug AV. Таким образом, интернет через розетку можно доставить в любую из комнат.

Важно! HomePlug AV не является устройством для передачи сигнала, оно служит только удлинителем для распространения сигнала.

Розетки в доме имеют связь между собой. К каждой из них подходит электрический провод от общего источника. Данная технология позволяет передавать интернет по проводам между всеми точками электрической цепи. Максимальное расстояние, на которое может быть передан сигнал с помощью адаптера составляет 300 метров.

Обратите внимание! Стены и перекрытия не создают помех для прохождения сигнала.

Есть вариант, когда Powerline-адаптеры подключаются в разных комнатах, можно установить подключение к интернет-центру в одной комнате и к ресиверу IPTV в другой, и просматривать любимое видео без создания лишней кабельной сети и каких-либо рода дополнительных настроек.

Достоинства и недостатки

Достоинствами данного типа интернета по электрической сети и его оборудования являются следующие:

• наличие большого числа бытовой техники не скажется на работе адаптера, от ее работы скорость поступления интернета по сети 220 не станет меньше указанной в основных характеристиках;
• прохождение данных без задержек, которые возникают при прохождении по кабельным проводным сетям или по вай фаю;
• нет необходимости проводить кабель, который может вызвать дополнительные затраты в связи с его прокладыванием;
• приемлемая цена использования;
• в помещении одновременно может работать до четырех сетей;
• скорость работы не зависит от вида электропроводки.

Недостатками выступают некоторые из следующих обстоятельств:

• одно устройство не может выступать в роли репитера между двумя другими такими же, то есть за счет такой комбинации нет возможности увеличения предельного расстояния действия сети интернет по электропроводке;
• электрическая проводка, особенно в домах достаточно раннего года постройки может быть недостаточно качественной для передачи интернета через электросеть, следовательно, данная технология наиболее актуальна для применения в новостройках;
• возможны перебои напряжения от большого числа работающих приборов. В этом случае рекомендуется использовать специальные фильтры, которые избавят потребителя от подобного рода неприятностей;
• для провайдера интернет через розетку 220 очень трудно оформить документально. В организацию электроснабжения необходимо предоставить всю необходимую документацию по предоставляемой услуге и получить разрешение на ее поставку.

Настройка PLC-адаптера на примере модели от TP-LINK

Данный адаптер не имеет собственного IP-адреса. Для его настройки следует использовать специальный диск, который идет в комплекте. Установка происходит очень просто и практически не требует внешнего вмешательства. Для этого необходимо всего лишь несколько раз нажать на запрос со словом далее. Это слово будет указано на английском языке Next. После чего адаптер подключается в розетку и к компьютеру либо другому устройству при помощи кабеля.

В процессе установки программы на экране компьютера возникнет ярлык утилиты, который необходимо запустить. По умолчанию откроется окно Network. Оно будет пустым, так как подключение еще не произошло.

Обратите внимание! На следующем этапе обновляется прошивка, которая поможет избавиться от существующих ошибок.

Чтобы осуществить перепрошивку следует перейти на вкладку «Status» и проверить версию, которая характерна для установленной прошивки. Если прошивка обновлена до последней версии, то осуществляется переход на сайт TP-Link и скачивается самая новейшая ее версия. Скачивание происходит достаточно быстро, причем файл заархивирован. После открытия скачанного архива запускается вкладка «System» и нажимается кнопка «Upgrade Firmware».

Поле NVM заполняется с указанием пути к разархивированной папке, в которой находится новая прошивка, выбирается файл, имеющий расширение NVM. Точно такие же действия проводятся с полем PIB, только теперь указывается расширение PIB. После всех проделанных действий нажимается кнопка «Ок». Указанными действиями запустится процесс прошивки, который через пару минут установит новую версию.

После обновления адаптер готов к эксплуатации. Для этого его подключают в сеть и к роутеру, а второй подключается в сеть и к устройству, при помощи которого будет осуществляться выход в интернет.

Важно! Перепрошивку необходимо провести на всех адаптерах, которые будут использоваться. Если где-то новая прошивка не будет иметь места, то устройство не сможет работать.

Для добавления дополнительного устройства в сеть нужно оба адаптера подключить к розетке. Далее на одном из них нажимается кнопка PAIR. Удерживается эта кнопка на протяжении 1 секунды. На втором устройстве тоже самое необходимо проделать не позднее чем 2 секунды после подключения первого. При добавлении следующих устройств проделывается та же последовательность действий. Эти действия устанавливают безопасное соединение между устройствами.

Важно! Подключение адаптера происходит исключительно в розетку, так как если он будет подключен в удлинитель, то скорость передачи дачи данных будет гораздо меньше установленной техническими характеристиками.

Установка завершена. Устройство можно полномасштабно эксплуатировать.

Выбор того, какой именно вид соединения выбирать остается только за потребителем. Но, прежде, чем его сделать нужно тщательно взвесить се за и против, а потом выбрать действительно стоящее предложение.

powerline адаптеры для квартиры, дома и офиса. Очень удобны в эксплуатации. HomePlug AV позволяют передать интернет локальной сети по проводке сети 220 В на растояние до 300 метров

HomePlug AV – что это и зачем?

Как это работает? Электрические розетки в любой городской квартире или загородном доме связаны между собой электропроводкой в единую домашнюю электросеть….

Технология HomePlug позволяет использовать бытовую электропроводку для высокоскоростной передачи данных — от одной розетки к любой другой. Максимальная дальность соединения достигает 300 метров, а бетонные перекрытия и стены любой толщины не являются препятствиями. Вы можете подключить Powerline-адаптеры в разных комнатах, например в одной комнате – к интернет-центру, а в другой – к ресиверу IPTV, и наслаждаться просмотром видео без необходимости создания кабельной сети и каких-либо дополнительных настроек.

В каких случаях рекомендуется применение адаптеров HomePlug AV?
В первую очередь адаптер будет полезен абонентам IP-телевидения и других сервисов, требовательных к скорости и качеству соединения. Применение Powerline-адаптеров позволит пользователю подключаться к сети без прокладки новых проводов в любом удобном месте дома, где есть электрическая розетка. Кроме того, Powerline-адаптеры HomePlug AV представляют собой оптимальное решение в ситуации, когда требуется подключение к домашней сети или Интернету в тех местах помещения, где прокладка новых кабелей нежелательна или невозможна, а беспроводная сеть Wi-Fi не обеспечивает необходимого покрытия или неэффективна.

Чем стандарт HomePlug AV лучше других технологий передачи данных по электропроводке?
Главное преимущество стандарта HomePlug AV, отличающее его от конкурентных технологий — это скорость и устойчивость связи в условиях помех, создаваемых бытовыми приборами в электросети. Сравнительные тесты технологий показали, что HomePlug AV на сегодняшний день — это единственная альтернатива кабелю Ethernet для трансляции по дому широковещательного (multicast) потока IP-телевидения и передачи видео высокой четкости (High Definition Video).

Какова реальная скорость передачи данных по электропроводке?
Максимальная скорость 200 Мбит/с, заявленная стандартом HomePlug AV, относится к физическому уровню и используется для передачи как пользовательских данных, так и служебной информации, на которую приходится около 60% пропускной способности сети HomePlug. Реальная скорость (например, передачи видеопотока) даже в условиях помех составляет от 40 до 70 Мбит/с.

Как с помощью адаптеров HomePlug AV подключиться к Интернету?
Сами по себе Powerline-адаптеры не предназначены для работы в качестве абонентского устройства в сетях интернет-провайдеров. Основное назначение адаптеров — служить «удлинителем» домашней сети Ethernet в пределах жилища пользователя, например, между домашними компьютерами, осуществляется доступ в Интернет и к IP-телевидению через модем или интернет- центр. Иначе говоря, к Интернету квартира подключается через модем, роутер или интернет-центр, а внутри нее с помощью адаптеров HomePlug AV можно по электропроводке распространить соединение в любую комнату.

Требуются ли специальные знания для настройки адаптеров HomePlug AV?
Устройства стандарта HomePlug AV, по сути, не требуют настройки (Powerline-адаптеры объединяются в открытую сеть сразу из коробки) и рассчитаны на установку пользователями с любым уровнем знаний в области компьютеров и сетей.

Можно ли использовать адаптеры стандарта HomePlug AV с компьютерами, работающими под управлением Microsoft Windows Vista и Apple MacOS X?
Для работы Powerline-адаптеров стандарта HomePlug AV не имеет значения, какая операционная система установлена на компьютере. Необходимо лишь, чтобы она позволяла работать с протоколом Ethernet, ставшим стандартом де-факто в локальных сетях и современных операционных системах.

Какими преимуществами обладает технология HomePlug AV перед беспроводными технологиями Wi-Fi?
Подобно беспроводным технологиям Wi-Fi стандарт HomePlug AV помогает пользователям упростить процесс создания компьютерной сети в помещении, предоставляет свободу размещения оборудования и избавляет от необходимости прокладки новых кабелей (например, на арендуемой площади).

Ключевые преимущества технологии HomePlug AV над Wi-Fi 802.11g/n:
– дальность (300 м) и устойчивость скорости (не менее 40–50 Мбит/с) связи в пределах произвольного помещения независимо от числа стен и перекрытий, а также наличия свободных радиоканалов;
– отсутствие ограничений на скорость передачи multicast-потоков;
– сходство топологии сети с шинной организацией, где два соседних устройства общаются между собой напрямую по кратчайшему пути, минуя коммутирующее устройство (точку доступа).

В каком диапазоне частот работает технология HomePlug AV?
Технология HomePlug AV работает в диапазоне частот 1,8–30 МГц и использует 917 несущих частот (тонов) из 1155 возможных.

Powerline-адаптеры могут работать только в паре, или могут образовывать локальную сеть? 
Технология HomePlug AV позволяет использовать до 60 устройств в одной сети.

Работает ли Powerline-адаптер через обычный однофазный электрический счетчик?
Да, работает.

Насколько сильно упадет скорость передачи данных, если проводка алюминиевая?
При использовании алюминиевой электропроводки скорость не падает.

Может ли одно устройство работать как репитер между двумя другими для увеличения допустимого технологией расстояния в 300 метров?
Нет, Powerline-адаптеры предназначены для создания локальной сети внутри одной квартиры или частного дома и не могут выступать в роли повторителя.

Реально ли использовать Powerline-адаптеры в жилом доме, где в каждой квартире много бытовой техники, не будет ли очень много потерь в производительности?
На работу Powerline-адаптеров бытовая техника, если она исправна, не оказывает ощутимого влияния. Небольшие кратковременные проседания могут быть в момент включения и выключения устройств. Для того чтобы полностью оградить сеть HomePlug AV от помех, подключайте “шумящие” устройства через обычные сетевые фильтры.

Какова будет скорость передачи данных при максимальной дальности соединения 300 метров?
Средняя скорость передачи данных составила 40 Мбит/с.

Сколько адаптеров можно объединять в пределах одной сети?
В одной сети не могут быть использованы более 60 адаптеров.

Минусы HomePlug AV

Помимо всех перечисленных плюсов, есть конечно же и минусы. Сейчас мы их рассмотрим:

Электропроводка.

• Она должна быть качественной. Если в доме старая проводка, некачественные кабеля, много соединений, это будет влиять на работу PowerLine сети, и на скорость.
• Некоторые электрические приборы могут создавать помехи для работы такой сети. Но, как показывает практика, это не значительный минус. Разве что в момент запуска какого-то прибора, могут быть помехи. Но вы их вряд ли заметите.
• Сами адаптеры, так же могут создавать помехи на электрические приборы. В основном, это радио устройства.
• Адаптеры не работают через сетевые фильтры и стабилизаторы.
• Для работы стандарта HomePlug AV2 требуется проводка с заземлением.
• Все адаптеры должны работать в одной фазе. Для соединения адаптеров на разных фазах (если у вас две фазы) можно использовать коммутатор, или межфазный ретранслятор. В интернете есть инструкции по настройке таких схем.
  

Перейти на страничку товаров Powerline-адаптеры

Устранение проблем с безопасностью мобильных ОС и приложений | CompTIA A + 220-1002

Из этого видео вы узнаете, как устранять проблемы с безопасностью мобильной операционной системы и приложений.

Общие симптомы

Падение сигнала / слабый сигнал

Самый простой способ смягчить падение или слабый сигнал на сотовом устройстве – просто переместиться в другое место, чтобы получить более сильный сигнал или отрегулировать то, как вы держите телефон.Если сотовая связь хорошая за пределами офиса или дома, но плохая внутри, сотовый ретранслятор может помочь улучшить производительность.

Потребляемая мощность

Если на устройстве установлена ​​максимальная яркость экрана в дополнение к тому, что одновременно работает слишком много приложений, это может привести к утечке энергии на устройстве. Чтобы снизить энергопотребление, просто уменьшите яркость экрана и закройте неиспользуемые приложения. Когда сотовое устройство находится вне зоны действия сигнала, перевод устройства в режим полета также поможет минимизировать потребление энергии.

Низкая скорость передачи данных

Некоторые факторы, которые могут привести к снижению скорости передачи данных:

• Нет подключения к сотовой сети: Проверьте индикатор сети устройства, чтобы определить тип сетевого подключения.
• Слабый сигнал сотовой сети или WiFi: Если возможно, переключитесь на более сильный сигнал SSID.
• «Безлимитный» тарифный план с ограничениями скорости после достижения ограничений скорости или данных за расчетный период: Проверьте использование данных устройством и настройте предупреждения об использовании данных, которые будут отображаться, когда ваше устройство достигает определенного порога, или переключитесь на другой тарифный план, который предлагает больше данных.

Непреднамеренное подключение Wi-Fi

Некоторые точки доступа Wi-Fi позволяют мобильным устройствам автоматически подключаться, что может быть рискованно, поскольку эти точки доступа не являются безопасными соединениями. Чтобы отключить эту функцию, проверьте настройки Wi-Fi на своем смартфоне.

Android:

• Настройки> Подключения> WiFi> Дополнительно> Дополнительно> Отключить автоматическое подключение

iPhone:

• Настройки> Wi-Fi , затем выключите Запрос на подключение к сетям

Непреднамеренное сопряжение Bluetooth

Чтобы предотвратить сопряжение мобильного устройства с неизвестными устройствами:

• Выключайте Bluetooth, когда вы им не пользуетесь.
• Убедитесь, что мобильное устройство запрашивает код от устройства, пытающегося установить с ним сопряжение.

Утечка личных файлов / данных

Если мобильное устройство потеряно, чтобы предотвратить обнаружение личных файлов и / или данных:

1. Включить шифрование.
2. Включите опции для блокировки / очистки устройства в случае потери.
3. Избегайте подключения к открытым сетям Wi-Fi.
4. Используйте соединение VPN, если вам необходимо использовать открытую сеть Wi-Fi.
5. Отключите Wi-Fi-модем или службы совместного использования, если они не используются.

Превышение лимита передачи данных

Чтобы узнать, сколько данных использует ваше мобильное устройство, чтобы избежать перерасхода данных, который может привести к дополнительным расходам к вашему счету:

• Android
  • Настройки> Подключения> Использование данных
  • Убедитесь, что Установить лимит данных включен, чтобы отобразить предупреждение о предотвращении превышения лимита данных
• iOS
  • Настройки> Сотовая связь> Использование сотовых данных
  • Отключите все приложения, которые не должны использовать сотовые соединения

Несанкционированный доступ к учетной записи

Внедрите двухфакторную аутентификацию, чтобы предотвратить несанкционированный доступ к вашим социальным сетям, банковским или другим аккаунтам, к которым можно получить доступ с вашего мобильного устройства.

Отслеживание неавторизованного местоположения

Для предотвращения отслеживания местоположения на устройстве iOS:

• Настройки> Конфиденциальность> Службы определения местоположения> Системные службы
• Отмена Частые местоположения и очистить историю

Чтобы предотвратить отслеживание местоположения на устройстве Android:

• Настройки> Личные> Конфиденциальность и безопасность> Местоположение> Метод определения> Только GPS

Имейте в виду, что существуют сторонние приложения, которые можно использовать для отслеживания местоположения без авторизации пользователя устройства.

Несанкционированная активация камеры / микрофона

Существуют сторонние приложения, которые могут получать доступ к камере или микрофону мобильного устройства без разрешения пользователя устройства. Некоторые из этих приложений являются законными и предлагаются в Google Play или App Store, и они обычно продаются родителям и организациям, которые хотят следить за людьми, использующими их телефоны.

Высокий уровень использования ресурсов

Для уменьшения использования ЦП, памяти и хранилища на мобильных устройствах:

• Удалите ненужные приложения.
• Настройте приложения для получения обновлений только через Wi-Fi (не через сотовую сеть).
• Отключить фоновое обновление.

Понимание скорости и детерминизма Ethernet

Ethernet распространен повсеместно. Пока это предпочтительный протокол в ИТ, а стоимость даже промышленных коммутаторов Ethernet и устройств ввода-вывода невысока, Ethernet будет оставаться предпочтительным протоколом связи для компаний. Поэтому очень важно понимать, что такое Ethernet, как он работает и что он может и чего не может делать в промышленной среде.

Ethernet – это семейство сетевых технологий на основе кадров или пакетов данных, которые являются частью стандарта IEEE 802.3. Есть несколько разновидностей. Физические сети Ethernet состоят из узлов, коммутаторов, маршрутизаторов и повторителей. Коммутаторы, особенно интеллектуальные управляемые коммутаторы, сделали возможным создание сетей Ethernet, состоящих из почти бесконечного числа узлов.

узлов Ethernet отправляют друг другу пакеты данных. Как и в других локальных сетях (LAN) IEEE 802, каждому узлу Ethernet дается адрес управления доступом к среде передачи (MAC), используемый для указания как пункта назначения, так и источника каждого пакета данных.Все пакеты транслируются; то есть они отправляются на все узлы. Данные в пакете заставляют узел, для которого предназначен пакет, проснуться и захватить данные. Адаптеры поставляются с глобально уникальным адресом. Почти все поколения Ethernet используют одни и те же форматы кадров и могут быть легко связаны между собой с помощью мостов.

Но вот в чем проблема. Поскольку Ethernet является широковещательной сетью, все пакеты идут ко всем узлам, и конфликты между пакетами данных представляют собой серьезную проблему.Они могут привести как к снижению пропускной способности, так и к потере данных. (Управляемые коммутаторы помогают, направляя пакет данных только на назначенный принимающий узел или узлы, но они не могут устранить коллизии.)

С помощью Ethernet данные могут проходить по разным путям и, следовательно, с разным временем прохождения от отправляющего узла к принимающему. Если это электронное письмо, никого не волнует. Если это управляющая переменная для высокоскоростного фрезерного станка с ЧПУ, потеря пакетов и потеря скорости могут быть катастрофическими. Промышленная среда требует передачи информации «в реальном времени».Поскольку время, необходимое для того, чтобы какой-либо конкретный пакет прибыл в пункт назначения в локальной сети Ethernet, не определено, трудно гарантировать функции управления в реальном времени через Ethernet. Время, необходимое для доставки каждого пакета в пункт назначения, должно быть определено… то есть процесс должен быть детерминированным.

Немного истории

Первоначально передача данных в цехах производилась с помощью проприетарных протоколов последовательной связи по витой паре (таких как RS-232 и RS-485), которые были детерминированными по своей природе, поскольку были полудуплексными.Было определенное время ожидания ответа после отправки любого сообщения от мастера. Время было очень предсказуемым (следовательно, детерминированным), но очень медленным.

Одной из первых, если не первой, промышленной сетью передачи данных был Modbus, полудуплексный последовательный протокол, разработанный Хунг Ю в 1979 году для ПЛК Modicon (отсюда и название MODiconBUS). Modbus, будучи полудуплексным, очень детерминирован; но, будучи последовательным, он довольно медленный, со скоростью передачи данных всего 300 бод (и обычно 2.4 Кбод).

В Ethernet скорость обмена данными (скорость) намного выше, но временной интервал (детерминизм), в котором ожидается ответ, непредсказуем. Было много попыток адаптировать технологию Ethernet для улучшения обслуживания производственных помещений. По последним подсчетам, существует более 30 сетевых протоколов, специально разработанных для промышленной среды. Многие из них открыты и основаны на стандартах, например Modbus, Foundation fieldbus, DeviceNet и ControlNet (общие промышленные протоколы) и другие.Три из этих протоколов имеют важное значение как для дискретной автоматизации, так и для автоматизации процессов: EtherNet / IP, Modbus, а также Profibus и Profinet.

EtherNet / IP (где «IP» означает «промышленный протокол») можно легко спутать с Ethernet и IP (где «IP» означает «Интернет-протокол»). EtherNet / IP – это промышленный протокол, который работает через Ethernet с использованием общих промышленных протоколов (ControlNet, DeviceNet). EtherNet / IP – это протокол прикладного уровня, который рассматривает все устройства в сети как объекты.Но EtherNet / IP построен на стандартном стеке TCP / IP, что упрощает подключение производственных данных с контроллеров к корпоративным серверам, на которых работает Ethernet TCP / IP.

Хотя EtherNet / IP был разработан Rockwell Automation для линейки контроллеров Allen-Bradley, теперь он считается открытым стандартом и управляется ODVA (www.odva.org). Ранее известная как Open DeviceNet Vendors Association, ODVA теперь называет себя «организацией, которая поддерживает сетевые технологии, построенные на Общем промышленном протоколе (CIP)» – DeviceNet, EtherNet / IP, CompoNet и ControlNet.«EtherNet / IP разработан для тех управляющих приложений, которые могут поддерживать некоторую степень недетерминированной передачи данных, но он значительно более надежен и детерминирован, чем стандартные Ethernet и TCP / IP.

Profibus и Profinet также управляются как открытые стандарты Profibus & Profinet International (PI, www.profibus.com), хотя изначально они были созданы Siemens. Profibus значительно более детерминирован, чем EtherNet / IP, как и другие протоколы CIP (DeviceNet и ControlNet).Profinet разработан как промышленный протокол, работающий в сети Ethernet, аналогичный EtherNet / IP. Profibus и Profinet предназначены для совместной работы, так же как ODVA пересмотрела протоколы CIP для совместной работы.

Согласно PI, Profinet – это открытый стандарт Ethernet, предназначенный для «Ethernet реального времени». Он имеет две модели: компонентную модель или Profinet CBA и модель периферийных устройств или Profinet IO. Время передачи у двух моделей разное.

Кроме того, в Profinet есть три разных уровня протокола, которые различаются по скорости:
• Profinet CBA для предприятий, которым требуется время реакции в диапазоне 100 мс, использует TCP / IP.
• Приложения Profinet CBA и ввода-вывода, которым требуется время цикла до 10 мс, используют протокол RT (Real-Time).
• Приложения Profinet IO в приводных системах для управления движением используют протокол IRT (изохронный режим реального времени) для времени цикла менее 1 мс.

EtherNet / IP и Profinet показали, что детерминизм – это не все или ничего. Но детерминизм – это ограничивающий фактор, который необходимо преодолеть. Конечные пользователи, машиностроители и интеграторы часто выбирают протоколы на основе уровня комфорта покупателя с поставщиком или предпочитаемого типа протокола.Иногда пользователи выбирают протоколы и типы шины в зависимости от производительности. Если вам нужна скорость 1 мс, вы не выберете шину ответа 250 мс, независимо от того, насколько вам нравится более медленный поставщик. Но первый протокол, который может обеспечить надежное, быстрое и детерминированное управление – все три – победит.

Боковая панель: ноябрь 2011 г., Детерминизм против. Скорость.
Чтобы прочитать статью, нажмите здесь

Отредактировано на основе официального документа Марка Лохаса , менеджера по продукту Advantech , www.advantech.com.

(PDF) ОБМЕН ДАННЫМИ И СЕТЬ

iii

Таблица рисунков

Рисунок 1: Типичный аналоговый сигнал

_______________________________________ 14

Рисунок 2: Типичный цифровой сигнал

________________________________________2 Рисунок 3: Базовый блок 3:

Рисунок 3: Базовый блок 3:

системы передачи данных

_______ 17

Рисунок 4: Передача данных и оконечное оборудование

_________________ 20

Рисунок 5: Персональная сеть

______________________________________ 30

Рисунок 6: Локальная сеть

_________________________________________ 31

Рисунок 7: Городская сеть

___________________________________ 32

Рисунок 8: Глобальная сеть

__________________________________________ 33

Рисунок 9: Категории топологии сети

__________ ______________________ 34

Рисунок 10: Топология шины

______________________________________________ 35

Рисунок 11: Топология шины с тремя станциями

____________________________ 37

Рисунок 12: Кольцевая топология

______________________________________________ 38

Рисунок 13: Топология звезды

__

Рисунок 14: Ячеистая топология

_____________________________________________ 42

Рисунок 15: Гибридная сеть

____________________________________________ 44

Рисунок 16: Режим передачи данных

___________________________________ 65

Рисунок 17: Передача данных

________________ 9___ 66 трансмиссия

_______________________________________ 67

Рисунок 19: Последовательная передача

________________________________________ 68

Рисунок 20: Синхронная передача

_________________________________ 68

Рисунок 21: Асинхронная передача

________________________________ 69

Рисунок 22: Opem wire Media

___________________________________________ 74

Рисунок 23: Витая пара

Рисунок 24: Коаксиальный кабель

______________________________________________ 77

Рисунок 25: Режим Step Index

___________________________________________ 79

Рисунок 26: Режим Grade Index

__________________________________________ 80

Рисунок 27: Одномодовый

________________ 9________________2 80 9000 280003 Распространение земной волны

__________________________________ 81

Рисунок 29: Небо Распространение волны

______________________________________ 82

Рисунок 30: Распространение по линии прямой видимости

___________________________________ 83

Рисунок 31: влияние затухания и усиления.

______________________ 86

Рисунок 32: Нарушение перекрестных помех

_______________________________________ 86

Программа для шаблона курса IST 220

Обратите внимание, что специфика этой программы курса может быть изменена. Преподаватели будут уведомлять студентов о любых изменениях, и студенты несут ответственность за их соблюдение. Даже если вы распечатываете эту программу, почаще проверяйте онлайн-версию.

Описание

IST 220: Сети и телекоммуникации (3 кредита) – Введение в топологии цифровых сетей; среда передачи, модуляция сигнала, цифровая коммутация и маршрутизация пакетов, системная интеграция, управление связью и безопасность.

IST 220 предоставит студентам базовые знания в области телекоммуникаций и сетевых технологий, а также основные концепции, присущие применению передачи данных и компьютерных сетей в цифровую эпоху. Этот курс посвящен проектированию и развитию сетей передачи данных с использованием задач и лабораторных работ для облегчения обучения студентов. Контент представляет собой введение и историю передачи данных, обзор различных типов сетей и сетевых уровней, а также будущее отрасли с акцентом на взаимосвязь с бизнесом и цифровой глобальной экономикой.

Предварительные требования

Цели

По завершении этого курса студенты смогут:

• Расскажите о роли и применении аппаратного и программного обеспечения сетей передачи данных.
• Опишите сетевые архитектуры, компоненты и другие ключевые термины, связанные с физическим уровнем.
• Обсудите основные концепции, связанные с передачей данных.
• Обсудите сетевые термины и характеристики, мотивы для создания сетей и основные сетевые приложения.
• Реализовать несколько проектов сети.
• Обсудите альтернативы и выбор аппаратного и программного обеспечения LAN и WAN.
• Описать топологии, протоколы и услуги передачи LAN и WAN.
• Обсудите реализации WAN, а также международные и глобальные сети.
• Опишите межсетевые соединения, технологии совместного использования мультимедиа и служебные программы межсетевого взаимодействия.
• Определите проблемы управления сетью, операции системы управления сетью и инструменты управления.
• Обсудите вопросы, связанные с сетевой безопасностью, обнаружением ошибок, системами резервного копирования и планами восстановления.
• Определите будущие тенденции в области передачи данных и сетей.

Примечание: Цели индивидуальных уроков взяты из соответствующих глав учебника курса.

Инструктор

Материалы

• Фитцджеральд, Деннис, Дурчикова (2018). Связь бизнес-данных и сети (13-е изд.).Вайли.
• В этом курсе может использоваться лабораторный компонент, использование которого требует минимальной платы. В таком случае ваш инструктор предоставит информацию о покупке в программе курса в начале семестра.

Задания и оценки

Распределение оценок по курсу

Классификация	Процент выпускных классов
Назначения	30%
Групповой пр.	30%
Тесты	20%
Обсуждения	10%
Заключительный экзамен	10%
ИТОГО	100%

Шкала оценок за курс

Ниже приведены минимальные пороги для каждого сорта:

• 93.00% = A
• 90,00% = A-
• 87,00% = B +
• 83,00% = B
• 80,00% = B-
• 77,00% = C +
• 70,00% = C
• 60,00% = D
• менее 60,00% =
франков.

Политика и ожидания курса

• Вход в Canvas – Ожидается, что студенты будут регулярно входить в систему, чтобы проверять обновления курса, объявления, электронные письма, обсуждения и т. Д.
• Электронная почта через Canvas. Ожидается, что студенты будут использовать Canvas для общения по электронной почте во всех курсах.
• Посещение виртуальных собраний. Ожидается, что студенты будут использовать указанные инструменты виртуальных собраний для совместной работы, встреч, презентаций и т. Д. По мере необходимости.

Академическая честность

Penn State и Колледж информационных наук и технологий привержены соблюдению политики Penn State в отношении академической честности на этом и всех других курсах. Мы серьезно относимся к вопросам академической честности и ожидаем, что вы станете партнером в соответствии со стандартами академического мастерства университета / колледжа.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с этими политиками и процедурами:

Хотя использование дополнительных источников вне этого класса поощряется для лучшего понимания концепций курса, поиск явных ответов на оцениваемые задания из внешних источников (например, Course Hero, Chegg, репетиторские услуги, такие как tutor.com и т. Д.) Считается ОБМАНОМ и не будет терпеть. Санкции варьируются от невыполнения задания или курса до отчисления из университета. Кроме того, совместное использование материалов курса без разрешения является нарушением авторских прав и может привести к санкциям со стороны университета и / или юридическим последствиям.Обратитесь к своему инструктору с вопросами по этой теме.

Политика университета

Просмотрите текущую информацию о различных политиках штата Пенсильвания (например, об авторском праве, консультировании, психологических услугах, инвалидности и военном размещении, дискриминации, домогательствах, чрезвычайных ситуациях, фирменных наименованиях и т. Д.) На странице Политики университета.

Penn State гордится тем, что способствует созданию разнообразной и инклюзивной среды для студентов, преподавателей и сотрудников. Акты нетерпимости, дискриминации или домогательств по причине возраста, происхождения, цвета кожи, инвалидности, пола, гендерной идентичности, национального происхождения, расы, религиозных убеждений, сексуальной ориентации или статуса ветерана недопустимы, и о них можно сообщить через систему равноправия в образовании через Отчет. Веб-страница предвзятости (http: // equity.psu.edu/reportbias/).

Ресурсы

Найдите обширную информацию и ссылки на многие ресурсы Penn State и IST (включая библиотеки Penn State, инструменты видеоконференцсвязи, технологии и программное обеспечение, письменную и исследовательскую помощь и многое другое) на странице ресурсов.

Технические требования

Для этого курса используются технические характеристики компьютера

Standard World Campus. Пожалуйста, проверьте свой компьютер на соответствие требованиям. Кроме того, для прохождения курса НЕОБХОДИМЫ веб-камера и гарнитура с микрофоном.Их можно использовать для виртуальных встреч, часов виртуального офиса, взаимодействия с одноклассниками и вашим инструктором, а также для групповых презентаций, которые проводятся с помощью инструментов виртуальных встреч. Никакого специального программного обеспечения не требуется.

График

В следующем расписании представлены темы, затронутые в этом курсе, а также соответствующие временные рамки, чтения, действия и задания. Все сроки соответствуют восточному времени (восточноевропейское время). Указание часового пояса гарантирует, что у всех студентов будут одинаковые крайние сроки, независимо от того, где они живут.

Что такое протокол управления передачей (TCP)?

TCP означает протокол управления передачей, стандарт связи, который позволяет прикладным программам и вычислительным устройствам обмениваться сообщениями по сети. Он предназначен для отправки пакетов через Интернет и обеспечения успешной доставки данных и сообщений по сети.

TCP является одним из основных стандартов, определяющих правила Интернета, и включен в стандарты, определенные Инженерной группой Интернета (IETF).Это один из наиболее часто используемых протоколов в цифровых сетевых коммуникациях, обеспечивающий сквозную доставку данных.

TCP организует данные таким образом, чтобы их можно было передавать между сервером и клиентом. Это гарантирует целостность данных, передаваемых по сети. Перед передачей данных TCP устанавливает соединение между источником и пунктом назначения, которое, как он гарантирует, остается активным до начала связи. Затем он разбивает большие объемы данных на более мелкие пакеты, обеспечивая при этом целостность данных на протяжении всего процесса.

В результате все высокоуровневые протоколы, которые должны передавать данные, используют протокол TCP. Примеры включают методы однорангового обмена, такие как протокол передачи файлов (FTP), Secure Shell (SSH) и Telnet. Он также используется для отправки и получения электронной почты через протокол доступа к сообщениям в Интернете (IMAP), протокол почтового отделения (POP) и простой протокол передачи почты (SMTP), а также для доступа в Интернет через протокол передачи гипертекста (HTTP).

Альтернативой TCP является протокол пользовательских дейтаграмм (UDP), который используется для установления соединений с малой задержкой между приложениями и уменьшения времени передачи.TCP может быть дорогим сетевым инструментом, поскольку он включает в себя отсутствующие или поврежденные пакеты и защищает доставку данных с помощью таких элементов управления, как подтверждения, запуск соединения и управление потоком.

UDP не обеспечивает ошибочное соединение или последовательность пакетов, а также не сигнализирует адресату до доставки данных, что делает его менее надежным, но менее дорогостоящим. Таким образом, это хороший вариант для ситуаций, чувствительных ко времени, таких как поиск в системе доменных имен (DNS), передача голоса по интернет-протоколу (VoIP) и потоковая передача мультимедиа.

Интернет-протокол (IP) – это метод отправки данных с одного устройства на другое через Интернет. Каждое устройство имеет IP-адрес, который однозначно идентифицирует его и позволяет ему обмениваться данными с другими устройствами, подключенными к Интернету.

IP отвечает за определение того, как приложения и устройства обмениваются пакетами данных друг с другом. Это основной протокол связи, отвечающий за форматы и правила обмена данными и сообщениями между компьютерами в одной сети или нескольких сетях, подключенных к Интернету.Он делает это через Internet Protocol Suite (TCP / IP), группу протоколов связи, которые разделены на четыре уровня абстракции.

IP – это основной протокол на Интернет-уровне TCP / IP. Его основная цель – доставлять пакеты данных между исходным приложением или устройством и местом назначения с использованием методов и структур, которые размещают теги, такие как адресная информация, в пакетах данных.

TCP против IP: в чем разница?

TCP и IP – это отдельные протоколы, которые работают вместе, чтобы гарантировать доставку данных по назначению в сети.IP получает и определяет адрес – IP-адрес – приложения или устройства, на которое должны быть отправлены данные. Затем TCP отвечает за транспортировку и маршрутизацию данных через сетевую архитектуру и обеспечение их доставки в целевое приложение или устройство, определенное IP.

Другими словами, IP-адрес сродни телефонному номеру, присвоенному смартфону. TCP – это компьютерная сетевая версия технологии, используемой для того, чтобы смартфон звонил и позволял пользователю разговаривать с человеком, который ему звонил.Эти два протокола часто используются вместе и полагаются друг на друга, чтобы данные имели место назначения и безопасно дошли до него, поэтому этот процесс часто называют TCP / IP.

Модель TCP / IP – это стандартный метод передачи данных в Интернете. Он был разработан Министерством обороны США для обеспечения точной и правильной передачи данных между устройствами. Он разбивает сообщения на пакеты, чтобы избежать повторной отправки всего сообщения в случае возникновения проблемы во время передачи.Пакеты автоматически собираются заново, когда достигают места назначения. Каждый пакет может проходить по разному маршруту между исходным и целевым компьютером, в зависимости от того, становится ли исходный используемый маршрут перегруженным или недоступным.

TCP / IP делит коммуникационные задачи на уровни, которые поддерживают стандартизацию процесса, при этом поставщики оборудования и программного обеспечения не выполняют управление самостоятельно. Пакеты данных должны пройти через четыре уровня, прежде чем они будут получены устройством назначения, затем TCP / IP проходит уровни в обратном порядке, чтобы вернуть сообщение в исходный формат.

В качестве протокола, основанного на соединении, TCP устанавливает и поддерживает соединение между приложениями или устройствами до тех пор, пока они не закончат обмен данными. Он определяет, как исходное сообщение должно быть разбито на пакеты, номера и повторно собирает пакеты, и отправляет их на другие устройства в сети, такие как маршрутизаторы, шлюзы безопасности и коммутаторы, а затем отправляет их по назначению. TCP также отправляет и принимает пакеты с сетевого уровня, обрабатывает передачу любых отброшенных пакетов, управляет управлением потоком и гарантирует, что все пакеты достигают места назначения.

Хорошим примером того, как это работает на практике, является отправка электронного письма с помощью SMTP с почтового сервера. Чтобы запустить процесс, уровень TCP на сервере делит сообщение на пакеты, нумерует их и пересылает на уровень IP, который затем транспортирует каждый пакет на целевой почтовый сервер. Когда пакеты прибывают, они возвращаются на уровень TCP, чтобы преобразовать их в исходный формат сообщения и передать их на сервер электронной почты, который доставляет сообщение в почтовый ящик пользователя.

TCP / IP использует трехстороннее рукопожатие для установления соединения между устройством и сервером, что гарантирует одновременную передачу нескольких соединений TCP-сокетов в обоих направлениях. И устройство, и сервер должны синхронизировать и подтверждать пакеты до начала связи, после чего они могут согласовывать, разделять и передавать соединения сокетов TCP.

Основы передачи в сети: характеристики носителей и типы разъемов – Видео и стенограмма урока

В сетевых коммуникациях среда передачи – это физическое соединение или интерфейс между передатчиком и приемником.Существует две основные категории средств передачи: управляемые и беспроводные (или неуправляемые). Давайте подробно рассмотрим типы средств передачи и соединителей в этом уроке.

Давайте сначала подробнее рассмотрим различные типы управляемых средств передачи данных по одному.

1. Кабель витой пары

Кабели витой пары существуют уже давно. В основном они были изобретены для передачи голоса. Витая пара широко используется в сетях, потому что она легче, дешевле, гибче, проста в установке и обеспечивает большую скорость, чем коаксиальные кабели.Существует два типа кабелей витой пары: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP). Рассмотрим подробнее каждую из них.

Неэкранированная витая пара состоит из 4 пар медных проводов, находящихся внутри пластиковой оболочки. Эти провода скручены, чтобы защитить их от помех. Единственная защита, доступная для кабеля UTP, – это тонкая пластиковая оболочка.

Неэкранированная витая пара

Экранированная витая пара широко используется в высокоскоростных сетях.Основное различие между UTP и экранированной витой парой заключается в том, что STP использует металлический экран для обертывания проводов. Этот металлический экран предотвращает помехи лучше, чем UTP. Эти кабели STP имеют нумерацию; чем выше нумерация, тем лучше предотвращение помех. В качестве примера: большинство компьютерных сетей должны работать с CAT 3 или CAT 5, и не более того.

Экранированная витая пара

UTP и STP разница

2.Коаксиальные кабели

Коаксиальные кабели имеют центральный медный провод, окруженный изолирующим слоем, проводящим экраном и внешней пластиковой оболочкой. Таким образом, внутренний медный кабель имеет три слоя изоляции. Существует два основных режима передачи данных в коаксиальных кабелях: режим основной полосы частот с выделенной полосой пропускания и широкополосный режим с распределенной полосой пропускания кабеля.

Кабельное телевидение и аналоговые телевизоры в основном используют коаксиальные кабели. Коаксиальные кабели обладают большей устойчивостью к перекрестным помехам, чем кабели с витой парой.Коаксиальные кабели используются для связи на большие расстояния. Наиболее распространенными типами коаксиальных кабелей являются RG-59 и RG-6 (RG означает «радиогид»). RG-59 имеет меньшее экранирование и подходит для коротких кабелей и соединений кабельного телевидения.

RG-6 имеет лучшую изоляцию, чем RG-59, и используется для спутникового телевидения и передачи цифровых сигналов с большей силой и на большие расстояния.

Коаксиальный кабель

Коаксиальные кабели обладают множеством преимуществ, включая следующие:

• Высокая пропускная способность
• Простой и дешевый монтаж
• Лучшая помехоустойчивость
• Лучшее масштабирование

Однако коаксиальные кабели имеют ряд недостатков, в том числе следующие:

• Они более подвержены ударам молнии.
• Они покрывают меньшее расстояние, чем оптоволоконные кабели.
• Они обладают меньшей пропускной способностью, чем оптоволоконные кабели и кабели витой пары.

Теперь давайте перейдем к другому типу управляемой среды передачи.

3. Оптические волокна

В оптических волокнах для передачи используются световые волны. Перекрестные помехи, электромагнитные помехи и затухание не являются проблемами для оптических волокон. Эти кабели хорошо подходят для передачи голоса, данных и видео. Оптические волокна являются наиболее безопасными из всех кабельных сред.Установка и обслуживание сложны и дороги. Волоконно-оптические кабели имеют более высокую скорость передачи, широкую полосу пропускания, а сигнал может проходить на большие расстояния по сравнению с коаксиальными кабелями и кабелями витой пары. Хотя стоимость волоконно-оптического кабеля меньше по сравнению с коаксиальным кабелем и кабелем витой пары, дополнительные оптические компоненты, необходимые для установки, делают волоконно-оптический кабель самым дорогим из всех кабелей.

Оптоволоконный кабель

Преимущества оптических волокон:

• Отсутствие помех и покрытие крупных городов и стран.
• У них высокая скорость и широкая полоса пропускания.
• Они очень безопасны.

Также имеется ряд недостатков, в том числе следующие:

• Установка и обслуживание затруднены.
• Кабельная проводка стоит дорого.
• Модернизация существующей сети является сложной задачей, поскольку оптические волокна несовместимы со многими типами электронного сетевого оборудования.

Существует два режима работы оптических волокон.Во-первых, это одномодовое волокно, которое использует единственный луч света и обеспечивает связь на больших расстояниях с лучшей скоростью передачи. Кроме того, существует многомодовое волокно, в котором используются несколько световых лучей внутри одного волоконного кабеля, уменьшенная длина и скорость движения, а также большая ширина полосы пропускания, но сила сигнала ослаблена.

Передача по оптоволокну в виде световых волн

Теперь давайте подробнее рассмотрим неуправляемую среду передачи, или, как ее чаще всего называют, беспроводную.

4. Беспроводная или неуправляемая среда передачи

Особенности беспроводной / неуправляемой среды передачи заключаются в том, что сигнал транслируется без какой-либо управляемой среды по воздуху и менее безопасен. Существует три типа средств беспроводной передачи данных:

• Радиоволна
• Инфракрасный
• Микроволновая печь

Преимущества неуправляемой среды передачи включают следующее:

• Они полезны в методах беспроводного удаленного доступа.
• Сети можно расширять, не беспокоя текущих пользователей.

К недостаткам можно отнести:

• Возможные проблемы с безопасностью.
• У них ограниченная скорость по сравнению с управляемыми средствами передачи.

Наборы данных сети передачи – wiki.openmod-initiative.org

Европа

Имя	Версия	Год Опубликован	Представленный год	Регион	Чис.Подстанции или автобусы	Чис. Линии	Содержит	Прямая загрузка?	Лицензия	Формат
SciGRID	0,2	2015 г.	2015	Германия, но в принципе весь мир	495	825	Топология, импедансы	Да	Лицензия Apache, версия 2.0 (код, документация). ODBL (данные)	CSV (csvdata)
Bialek Европейская модель	2	2013 г.	2009 г.	Континентальная Европа	1494 автобусов	2322	Топология, импедансы, нагрузки, генераторы	Да	Посвящение общественному достоянию	PowerWorld, Excel
National Grid, модель ETYS 2014		2014 г.	2014 г.	Великобритания	365	316	Топология, импедансы, нагрузки, генераторы	Да	Неясно
Электросеть Австрии		2015 г.	2015 г.	Австрия		~ 100	Топология, импедансы	Да	Неясно	PDF
ENTSO-E STUM	1	2015 г. и ранее	2020?	Континентальная Европа?	1000-х	1000-х	Топология, импедансы	Требуется регистрация	Ограничительный	CIM
ENTSO-E STUM	2	2015 г.	2030	ГБ, Ирландия, Прибалтика, Финляндия, Континентальная Европа	1000-х	1000-х	Топология, импедансы	Требуется регистрация	Ограничительный	Excel
ENTSO-E STUM	3	2016 г.	2030	ГБ, Ирландия, Прибалтика, Финляндия, Континентальная Европа	1000-х	1000-х	Топология, импедансы	Требуется регистрация	Ограничительный	Excel
ENTSO-E STUM	2	2015 г.	2030	ГБ, Ирландия, Прибалтика, Финляндия, Континентальная Европа	1000-х	1000-х	Топология, импедансы	Требуется регистрация	Ограничительный	Excel
PyPSA-Eur	0.1.0	2020	2020	GB, Ирландия, Прибалтика, Скандинавия, Континентальная Европа	5000	6000	Топология, импедансы, нагрузки, генераторы, временные ряды возобновляемой доступности	Есть	CC BY 4.0 (набор данных), GNU GPL v3.0 (код)	NetCDF, CSV (альтернатива)

SciGRID

SciGRID – это проект, который стартовал в 2014 году и продлится три года.Целью SciGRID является разработка открытой и бесплатной модели европейской сети передачи данных на основе данных из OpenStreetMap. Он проводится NEXT ENERGY – Исследовательским центром энергетических технологий EWE, независимым некоммерческим институтом при Университете Ольденбурга, Германия, и финансируется Министерством образования и исследований Германии, а также инициативой Zukunftsfähige Stromnetze.

В качестве примера PyPSA доступна неофициальная версия SciGRID версии 0.2 для Германии с присоединенной нагрузкой, генерацией и трансформаторами, см. Также скриншоты.

GridKit Европейский набор данных

GridKit использует пространственный и топологический анализ для преобразования объектов карты из OpenStreetMap в сетевую модель электроэнергетической системы. Он был разработан в контексте проекта SciGRID в NEXT ENERGY – Исследовательском центре энергетических технологий EWE для исследования возможности «эвристического» анализа для расширения анализа на основе маршрутов, используемого в SciGRID. Это было реализовано в виде серии сценариев для базы данных PostgreSQL с использованием пространственных расширений PostGIS.

Выдержки данных предоставляются для Европы и Северной Америки в формате CSV, аналогичном SciGRID.

osmTGmod Модель

osmTGmod – это модель потока нагрузки немецкой системы передачи данных, основанная на бесплатной базе геоданных OpenStreetMap (OSM). Модель, соответственно процесс эвристической абстракции, использует базу данных PostgreSQL, расширенную PostGIS. Ключевая часть процесса абстракции реализована в SQL и процедурном языке ProstgreSQL pl / pgSQL. Абстракция и все дополнительные модули контролируются средой Python.

Bialek Европейская модель

Вторую версию Европейской модели Биалека можно загрузить в виде файла Excel и в формате проприетарного программного обеспечения для моделирования PowerWorld. Модель рассчитана на напряжение от 110 кВ (одиночная линия на Балканах) до 380 кВ. Он выпущен в рамках Посвящения в общественное достояние.

Первая версия была выпущена в 2002-2004 годах и больше не доступна (см. Зеркало архива). Первая версия не содержала Балканского региона.

Методологию и валидацию для 1-й версии модели можно найти в статье Zhou and Bialek, 2005 г. Приблизительная модель европейской взаимосвязанной системы в качестве эталонной системы для изучения эффектов трансграничных торгов.

Модель содержит импедансы и количество цепей каждой линии, но не длину (которая в принципе может быть определена по импедансу и количеству цепей при стандартных параметрах линии). Тепловые мощности назначаются только приграничным линиям.

В настоящее время нет набора координатных данных для автобусов. Файл PowerWorld содержит пространственные данные, но в неизвестной проекции. Проект github georef-bialek – попытка исправить это; есть также версия с географической привязкой от Tue Vissing Jensen.

DIW ELMOD-DE открытая модель Германии

ELMOD-DE – это открытая модель немецкой электроэнергетической системы, разработанная в DIW и TU Berlin, которая включает в себя как модель сети передачи высокого напряжения, электростанции, почасовые данные о нагрузке и погоде за 2012 год, так и код GAMS для линейной работы. оптимизационное моделирование.Он содержит 438 узлов сети с географической привязкой и 697 линий электропередачи напряжением 380 и 220 кВ. Трансформаторы не моделируются, но на единицу последовательного импеданса линии регулируется уровень напряжения.

Модель включает 47 страниц документации.

Данные передачи, согласно документации, были получены из карт VDE и TSO и из OpenStreetMap. Данные предоставляются как есть, без кода, который их сгенерировал.

Модель национальной сети

Национальная электросетевая декларация за 10 лет Модель 2014 г.

Здесь находятся шейп-файлы и карты вышек, линий, кабелей и подстанций.

Модель электросети Австрии

Австрийская электросетевая сеть

Модель энергосистемы Дании

Датская сеть передачи данных

Данные не доступны напрямую, но для получения доступа требуется регистрационная форма.

Он имеет функции, отсутствующие в ENTSO-E STUM (см. Ниже):

• Это полностью нелинейная модель со всей потребляемой реактивной мощностью, возможностями P и Q для компенсации реактивной мощности генератора и шунта.
• В нем указаны мощности генераторов и их тип топлива (ветер / солнце / газ и т. Д.), А не только отправка.
• Кажется, они отделили подачу ВЭ от нагрузки, чего не было в случае с STUM, где ветер и солнце объединяются с нагрузкой в ​​качестве остаточной нагрузки.

Чего не хватает, так это геокоординат для подстанций (которые можно примерно считать из карты JPG) и временной зависимости нагрузок и / или переменных генераторов. Для Дании, где имеется много когенерационных установок, также было бы полезно знать потребность в тепле и то, как эти блоки работают.

Набор сетевых данных RTE для Франции

Набор сетевых данных

RTE

Набор сетевых данных Elia для Бельгии

Набор сетевых данных Elia

Набор сетевых данных TenneT NL для Нидерландов

TenneT NL

Набор сетевых данных TenneT DE для Центральной Германии

Теннет DE

Набор сетевых данных Amprion для Западной Германии

Amprion, интерактивная карта проектов расширения сети

Набор сетевых данных TransnetBW для Юго-Западной Германии

TransnetBW

Набор сетевых данных 50 Гц для Восточной Германии

Статистика, частота 50 Гц, Netz

Набор сетевых данных Ceps для Чешской Республики

CEPS

Интерактивная сеточная карта ENTSO-E

ENTSO-E анонсировала свою интерактивную карту сети передачи данных ENTSO-E в марте 2016 года.

Карта использует OpenStreetMap в качестве фона и Mapbox для отображения данных карты.

Карта основана на статической сеточной карте ENTSO-E, которая основана на собственных картах TSO. Известно, что это приблизительное художественное изображение, а не точная географическая карта. Некоторые электростанции могут иметь неправильную маркировку (например, тип топлива может быть неточным).

Карта содержит информацию о количестве цепей и уровнях напряжения в линиях электропередачи.

Информация, включая все географические координаты, может быть извлечена из веб-API, но требует дальнейшей топологической обработки для преобразования в модель электрической сети.Необходимо соединить линии и т. Д. Проект GridKit предоставляет код для этой цели и выпустил неофициальный набор данных, который формирует модель электрической сети с шинами, связями, генераторами и трансформаторами, полными географическими координатами, а также всеми содержащимися электрическими метаданными. на карте ENTSO-E.

Карта статической сетки ENTSO-E

ENTSO-E выпускает карты европейской сети электропередач как в электронном, так и в бумажном виде.

Карты для всей системы ENTSO-E находятся в проекции EPSG 3034, которая является проекцией конической формы Ламберта.Нижний левый угол примерно равен (долгота, широта) = (-9,5,28), а верхний левый угол находится в точке (75,5,58,5). Это было проверено в проекте github georef-bialek.

ПЕНЬ ENTSO-E

ENTSO-E предоставляет модель европейской системы передачи. Для его загрузки требуется регистрация на странице ENTSO-E STUM. Не совсем ясно, что можно, а что нельзя с ним делать (например, можно ли публиковать полученные на его основе результаты или агрегирование узлов и т. Д.).

Первая версия модели была выпущена в формате на основе CIM XML для старой области UCTE. Модель была зимним снимком на 2020 год, включая проекты TYNDP. Имена узлов были скрыты, поэтому модель нельзя было использовать. Линейные мощности отсутствовали.

Вторая версия, опубликованная в июне 2015 года в виде таблиц Excel, более полезна. Он включает всю территорию ENTSO-E, за исключением Норвегии, Швеции, Сайруса и Исландии. Имена узлов такие же, как и у TSO.Цитата из документации: «Он представляет энергосистему участников ENTSO-E на 2030 год в Видении I TYNDP 2014», т.е. включает запланированные проекты TYNDP. Он включает в себя все узлы, линии, трансформаторы и агрегированные нагрузки и генераторы на каждом узле для одного снимка. Данные линии включают в себя последовательное реактивное сопротивление и сопротивление, но не длину или емкость линии, или количество цепей или проводов в пучке цепей. Данные о геолокации узлов отсутствуют. Имена узлов можно узнать по именам подстанций на карте ENTSO-E.Модель предназначена только для линейного потока нагрузки. Неясно, какой снимок ветра / солнца / нагрузки представляет модель (это «примерный сценарий»). Генераторы не различаются по источнику генерации.

Третья версия, опубликованная в феврале 2016 года в виде таблиц Excel, содержит дополнительно тепловые характеристики для большинства трансформаторов и большинства линий электропередачи, а также подачу реактивной мощности, потребление и компенсацию, так что может быть запущен полный нелинейный поток мощности на сетке.

ENTSO-E Первоначальная динамическая модель континентальной Европы

ENTSO-E Первоначальная динамическая модель континентальной Европы

Требуется регистрация.Может моделировать «основную частотную характеристику системы, а также основные режимы межзональных колебаний».

Данные о рыночных связях на основе потоков от Joint Allocation Office

В совместном офисе распределения хранятся различные официальные данные (включая PTDF) по алгоритму рыночной привязки на основе потоков, используемому в Европе.

http://utilitytool.jao.eu/

http://utilitytool.jao.eu/CascUtilityWebService.asmx

PyPSA-Eur: открытая модель оптимизации европейской системы передачи данных

PyPSA-Eur – это модель / набор данных европейской энергосистемы на уровне сети передачи.

Данные сети передачи основаны на очищенном извлечении интерактивной карты сети передачи ENTSO-E, извлеченной с помощью GridKit.

Модель охватывает территорию ENTSO-E и содержит все линии переменного тока с уровнем напряжения 220 кВ и выше, а также все линии постоянного тока высокого напряжения, подстанции, открытую базу данных по обычным электростанциям, временные ряды для спроса на электроэнергию и регулируемый возобновляемый генератор доступность и географические возможности для расширения ветровой и солнечной энергетики.

Модель включает только свободно доступные и открытые данные. Он предоставляет полностью автоматизированный конвейер бесплатного программного обеспечения для сборки готовой к загрузке модели из исходных наборов данных. Модель подходит как для эксплуатационных исследований, так и для исследований планирования расширения производства и передачи.

Текущие версии кода и набора данных можно найти на zenodo:

Документация

доступна по адресу https://pypsa-eur.readthedocs.io.

Разработка проходит на Github по адресу https: // github.com / pypsa / pypsa-eur

Файлы netcdf (.nc) можно импортировать с помощью PyPSA. Документация по этому поводу доступна по адресу https://pypsa.readthedocs.io/en/latest/import_export.html#import-from-netcdf.

Некоторая базовая проверка приведена в документе, описывающем набор данных:

Йонас Хёрш, Фабиан Хофманн, Дэвид Шлахтбергер и Том Браун. PyPSA-Eur: открытая оптимизационная модель европейской системы передачи. Обзоры энергетической стратегии, 22: 207-215, 2018. https://arxiv.org/abs/1806.01613, https://doi.org/10.1016/j.esr.2018.08.012.

Австралия

Линии и подстанции

США

Растровое изображение сети электропередачи США можно найти по адресу https://www.e-education.psu.edu/geog469/book/export/html/111.

Координационный совет по электроэнергетике Western

По-видимому, существует набор данных GridView 2024 Common Case GridView Комитета по политике планирования расширения передачи (TEPPC) WECC, но точная ссылка кажется неуловимой.

Планирование расширения передачи WECC имеет ссылки на файлы Excel.

Электросеть западных штатов США

Набор данных Western US Power Grid содержит 4941 узел и 6594 линии, но, по-видимому, они недостаточно хорошо помечены, чтобы различать, где и что находятся узлы / линии.

GridKit Североамериканский набор данных

GridKit использует пространственный и топологический анализ для преобразования объектов карты из OpenStreetMap в сетевую модель электроэнергетической системы.Он был разработан в контексте проекта SciGRID в NEXT ENERGY – Исследовательском центре энергетических технологий EWE для исследования возможности «эвристического» анализа для расширения анализа на основе маршрутов, используемого в SciGRID. Это было реализовано в виде серии сценариев для базы данных PostgreSQL с использованием пространственных расширений PostGIS.

Выдержки данных предоставляются для Европы и Северной Америки в формате CSV, аналогичном SciGRID.

Набор данных сетки США от Breakthrough Energy

Набор данных

US grid от Bill Gates ‘Breakthrough Energy

Глобальный

OpenStreetMap

Глобальные данные энергосистемы OpenStreetMap (OSM) доступны в ITO World Electricity Distribution, а Enipedia еженощно получает данные об энергосистеме из OSM.

Наборы данных GridKit

GridKit использует пространственный и топологический анализ для преобразования объектов карты из OpenStreetMap в сетевую модель электроэнергетической системы. Он был разработан в контексте проекта SciGRID в NEXT ENERGY – Исследовательском центре энергетических технологий EWE для исследования возможности «эвристического» анализа для расширения анализа на основе маршрутов, используемого в SciGRID. Это было реализовано в виде серии сценариев для базы данных PostgreSQL с использованием пространственных расширений PostGIS.

Выдержки данных предоставляются для Европы и Северной Америки в формате CSV, аналогичном SciGRID.

См. Объявление новостей IRENA

PLEXOS-Мир

Глобальный набор данных чистой пропускной способности между странами и субрегионами, извлеченный для модели глобальной энергосистемы PLEXOS-World на основе 2015 календарного года, доступен в открытом доступе. Набор данных можно получить на специализированном сайте PLEXOS-World Harvard Dataverse.

Не для региона

Архив тестовых примеров энергосистем Вашингтонского университета

Архив тестовых случаев

Power Systems

Библиотека электросетей IEEE PES

Обзор

Варианты оптимального потока мощности

Эталонный пример проблемы расширения трансмиссии

RWTH Ахен

RWTH Aachen опубликовал тестовый пример для расширения сети, который «основан на шинной сети IEEE 118 и модифицирован в соответствии с европейскими стандартами, такими как номинальная частота 50 Гц, использование обычных уровней напряжения и размеры проводника.”

Для загрузки модели требуется регистрация.

Документ с описанием модели представляет собой эталонный пример методов расширения сети, 2015 г.

PyPower в Python

PyPSA: Python для анализа энергосистем

PowerGAMA на Python

MATPOWER в Matlab или Octave

OpenDSS в Delphi

PSAT в Matlab или Octave

PowerModels.jl в Юлии

AutoGridComp на Python для сравнения моделей электросетей

Другие списки программного обеспечения для анализа энергосистем

https: // wiki.openelectrical.org/index.php?title=Power_Systems_Analysis_Software

Power system simulation software list

http://www2.econ.iastate.edu/tesfatsi/ElectricOSS.htm

Расчет импеданса кабеля

См. Http://www.openelectrical.org/wiki/index.php?title=Cable_Impedance_Calculations и учебники по электротехнике.

Общие сведения о воздушных линиях электропередачи переменного тока

Трехфазное питание

Почти во всем мире электроэнергия передается с использованием переменного тока с тремя фазами, разделенными на 120 градусов, см. Википедию: Трехфазная электроэнергия.

По этой причине кабели на линиях электропередач объединены группами по три.

(Исключения включают: линии электропередач постоянного тока и некоторые системы передачи для питания поездов, которые, например, в Германии двухфазные и с частотой 16,7 Гц.)

Ток I и пределы тока почти всегда указываются для каждой фазы.

Напряжение в системе передачи почти всегда указывается как межфазная разность потенциалов, часто называемая межфазным напряжением V_ {LL}, поскольку это значение проще всего измерить.Он связан с разностью потенциалов между фазой и землей или между фазой и нейтралью V_ {LN} соотношением V_ {LL} = \ sqrt {3} V_ {LN}.

Полная мощность, передаваемая в каждой фазе, равна I * V_ {LN}, так что для полной цепи передачи мощность в три раза превышает это значение:

S = 3 * I * V_ {LN} = \ sqrt (3) * I * V_ {LL}

Часто предполагается, что значения напряжения и тока одинаковы в каждой фазе, т.е. что система сбалансирована и симметрична. Так должно быть при нормальной работе системы передачи.Приведенные ниже импедансы и пределы приведены с учетом того, что система сбалансирована, так что даны только импедансы прямой последовательности. См. Википедию: Симметричные компоненты.

В несбалансированной системе три фазы можно описать с помощью компонентов прямой, обратной и нулевой последовательности, где импедансы разные для каждой последовательности.

Жилы в пучках

См. Википедия: Воздушная линия электропередачи: жгут проводов.

Часто токопроводящие провода для каждой фазы разделены на пучки из нескольких параллельных проводов, соединенных через определенные промежутки с помощью прокладок.Это дает несколько преимуществ: большая площадь поверхности увеличивает допустимую нагрузку по току, которая ограничивается скин-эффектом, снижает индуктивность и помогает охлаждать провода.

Схемы

Каждая группа из трех фаз называется цепью. Нагрузочная способность может быть увеличена за счет наличия нескольких цепей на одной опоре, так что жгуты проводов всегда появляются в линиях электропередач в количестве, кратном 3.

Европейские линии передачи 50 Гц

Основная европейская система электроснабжения переменного тока работает с частотой 50 Гц.(Другие сети, например сети для электрифицированных поездов, работают на других частотах, а некоторые линии передачи используют постоянный ток.)

На континенте напряжение передачи переменного тока обычно составляет 220 кВ или 380 кВ (иногда указывается как 400 кВ, поскольку сетевые операторы часто используют напряжение в сети выше номинального, чтобы снизить потери в сети).

Воздушные линии 220 кВ обычно комплектуются пучком из 2-х проводов на фазу с проводами сечением Al / St 240/40.

Воздушные линии 380 кВ обычно комплектуются пучком из 4 проводов на фазу с проводами сечением Al / St 240/40.

Теперь мы перечислим импедансы линий передачи, которые можно использовать, например, в модели с сосредоточенными Пи.

Индуктивное сопротивление серии

Электрические свойства одиночных цепей

Уровень напряжения (кВ)	Тип	Проводники	Последовательное сопротивление (Ом / км)	(Ом / км)	Шунтирующая емкость (нФ / км)	Текущий тепловой предел (A)	Тепловой предел кажущейся мощности (МВА)
220	Воздушная линия	Жгут с двумя проводами Al / St 240/40	0.06	0,301	12,5	1290	492
380	Воздушная линия	Жгут из 4-х проводов Al / St 240/40	0,03	0,246	13,8	2580	1698

В таблице тепловой предел для тока рассчитан как 645 А на провод при наружной температуре 20 градусов Цельсия.

Тепловой предел для полной мощности S выводится из предельного значения фазного тока I и межфазного напряжения V с помощью S = \ sqrt {3} VI.

Источники электрических параметров:

Oeding и Oswald Elektrische Kraftwerke und Netze, 2011, Глава 9

См. Также сопоставимые параметры в:

• Исследование распределительной сети DENA, 2012 г., таблица 5.6
• DIW Data Documentation 72, 2014, таблица 15, взято из Kießling, F., Nefzger, P., Kaintzyk, U., «Freileitungen: Planung, Berechnung, Ausführung», 2001, Springer
• KIT Образец считывания электрических параметров, 2013 г.

Европейские высоковольтные трансформаторы 50 Гц

Типовые трансформаторы 380/220 кВ имеют номинальную мощность около 400-500 МВА и реактивное сопротивление на единицу серии около 0.08-0.1.

1. TODO: ссылки

Объединение электрических параметров для нескольких цепей

В приведенной выше таблице импедансы указаны для одной цепи. Сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление уменьшаются пропорционально количеству параллельных цепей (с небольшими изменениями индуктивности из-за различной геометрии параллельных цепей). Точно так же емкость увеличивается пропорционально количеству параллельных цепей (опять же примерно из-за изменения геометрии).

Стандартные тестовые тестовые сети

http://sites.ieee.org/pes-testfeeders/resources/

https://github.com/e2nIEE/pandapower/tree/develop/pandapower/networks

.