ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8244| Title: | Організація мережі широкосмугового абонентського доступу на основі технології PLC |
| Authors: | Воробкало, Тетяна Василівна Мусієнко, Владислав Вікторович |
| Keywords: | технології PLC;широкосмуговий доступ;електромережі;магістральний модем;абонентський модем |
| Issue Date: | 2023 |
| Abstract: | Метою роботи є розробка та дослідження мережі широкосмугового абонентського доступу на основі технології PLC для населеного пункту селищного типу |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8244 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Мусієнко_Воробкало.pdf Restricted Access | 1.91 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ
Допущений до захисту
“____” червня 2023 р.
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
_________ Палагін В.В.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній ступінь)
на тему: Організація мережі широкосмугового абонентського
доступу на основі технології PLC
Виконав: студент 4 курсу, групи СКТК-18
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Телекомунікації»)
Мусієнко В.В.
(прізвище та ініціали)
Керівник Воробкало Т.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Протасов С.Ю.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2023 року
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра робототехнічних та телекомунікаційних систем і кібербезпеки
Освітня програма Телекомунікації
Спеціальність 172 – «Телекомунікації та радіотехніка»
ЗАТВЕРДЖУЮ
Зав. кафедри РТСК
д.т.н., професор Палагін В.В.
« » 2023 р.
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) здобувачу освітнього ступеня
«бакалавр»
(назва ступеня)
Мусієнка Владислава Вікторовича
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Організація мережі широкосмугового абонентського
доступу на основі технології PLC
затверджена наказом по університету від « 28 » 02.2023 р. № 45/04
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 10.06.2023 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Телекомунікаційна мережа, технологія PLC, населений
пункт селищного типу
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)______
Вступ
1. Технологія Power Line Communication (PLC)
2. Структура PLC мережі та вибір обладнаня
3. Розрахунок та особливості впровадження PLC мережі
4. Охорона праці.
Висновки
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
1.Технологія PLC. 2. Структура розробленої мережі
3. Розрахунок оптичного бюджету мережі.
4. Вибір обладнання.
5. Плакат з охорони праці
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання завдання
видав прийняв
1. Охорона праці Кожем’якін Олексій Сергійович
7. Дата видачі завдання 18.01.2023 р.
Керівник Т.В. Воробкало
(підпис) (ініціали, прізвище)
Студент В.В. Мусієнко
(підпис) (ініціали, прізвище)
Календарний план
Пор. № Назва етапів дипломного Т е р м і н виконання етапів П р и мітка
проекту (роботи) проекту (роботи)
Пошук та огляд літератури
1. 22.01.2023
Вивчення основних теоретичних
2. 07.02.2023
відомостей
Вивчення технології оптичного доступу
3. 22.02.2023
Розробка структури мережі
4. 09.03.2023
Вибір обладнання
5. 29.03.2022
6. Розрахунок оптичного бюджету 10.04.2023
7. Охорона праці 30.04.2023
8. Оформлення пояснювальної записки 25.05.2023
9. Оформлення презентації 10.06.2023
Студент В.В. Мусієнко
(підпис)
Керівник проекту Т.В. Воробкало
(підпис)
ЗМІСТ
сторінка
ВСТУП …………………………………………………………………………4
1. ТЕХНОЛОГІЯ Power Line Communication (PLC)…………………………7
2. СТРУКТУРА PLC МЕРЕЖІ ТА ВИБІР ОБЛАДНАННЯ ……………...29
3. РОЗРАХУНОК ТА ОСОБЛИВОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ
PLC МЕРЕЖІ …………………………………………………………………49
5. ОХОРОНА ПРАЦІ………………………………………………………..59
ВИСНОВКИ .....................................................................................................72
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…..............................................74
СКТК18.023.080.248 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Мусієнко В.В.
Організація мережі Літ. Арк. Акрушів
ЄПведроеквиірм.е нко Воробкало Т.В. широкосмугового 3 75
абонентського доступу на
Н. Контр. Воробкало Т.В. основі технології PLC ЧДТУ
Затверд. П алагін В.В.
ВСТУП
В сучасній телекомунікації однією з найактуальніших проблем є проблема
«останньої милі». Від реалізації побудови мережі доступу залежить перш за все
ефективність функціонування мереж зв'язку та успіх бізнесу телекомунікаційних
операторів.
На сьогодні на ринку абонентського доступу найбільш затребуваними є
наступні технології: оптичного зв’язку, широкосмугового безпровідного
радіодоступу, супутникового зв’язку, кабельного телебачення, пакетної передачі
даних в мережах стільникового зв'язку та ін.
Останнім часом, в якості альтернативного середовища передачі даних,
знаходить розвиток ще одна технологія широкосмугового доступу – доступ по
електромережах, це пояснюється широкою поширеність електричних мереж 0,2¸
0,4 кВ, відсутністю необхідності будівництва кабельної каналізації, прокладення
кабелів зв'язку, пробивки стін та ін. Ця технологія дістала назву Power Line
Communication (PLC).
Мережі абонентського доступу на базі PLC-технології організовані на тих же
принципах і за тією ж самою дворівневою схемою, що будь-які інші мережі з
безліччю абонентів. Зовнішнє PLC-обладнання доступу розміщується на
трансформаторній підстанції, підключається до електричної мережі та телефонної
або IP-магістралі. Це обладнання є шлюзом між мережами загального
користування і PLC-мережею і дозволяє підключати користувачів через PLC-
модем, що встановлюється у абонента.
Фізично PLC-мережа реалізується у вигляді невеликої муфти, яка одягається
на силовий кабель та індукційно "вприскує" високочастотний сигнал в електричну
проводку, що йде до будинку чи квартири. Для зняття сигналу абонент має
невеликий пристрій (модем) зі стандартним інтерфейсним набором. PLC-модеми
включаються до розетки мережі електроживлення, а через комунікаційні
інтерфейси типу USB, RS-232, RJ-45, Ethernet та RJ-11 підключаються різні
термінали (комп'ютерів, факсів, телефонів).
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
5
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Комунікаційні параметри ліній (загасання сигналу, частотні та фазові
спотворення та інші) змінюються в часі в залежності від рівня поточного
енергоспоживання (що особливо важливо в нашій країні, характерної постійними
перебоями в енергопостачанні), у той час як для традиційних фізичних середовищ
передачі цих параметрів більш-менш постійні. Тому потрібно застосування різних
методів компенсації: використання перешкодостійких методів обробки сигналів
та кодування, високонадійних методів доступу до середовища передачі і т.д. Усе
це накладає деякі обмеження на використання цієї технології.
Пропоноване виробниками PLC-обладнання демонструє (без додаткової
регенерації сигналу) в середньому від 300 до 500 метрів (іноді до 1000 м) Для
швидкісного доступу на даний момент використовують мережі з напругою ~0.4
кВ (стандартна трифазова напруга). Передача даних високовольтних лініях
електропередачі на великі відстані поки що утруднена через значне згасання
сигналу.
На даний час технології PLC набагато менше вивчена та описана ніж
бездротова технологія Wi-Fi, хоч і має ряд переваг: більш стабільний зв'язок, не
вимагає налаштувань, велика безпека інформації, на якість зв'язку не впливає
матеріал та товщина стін у квартирі.
Тому метою роботи є розробка та дослідження мережі широкосмугового
абонентського доступу на основі технології PLC для населеного пункту
селищного типу.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
6
Змн Арк № докум. Підпис Дата
1. ТЕХНОЛОГІЯ POWER LINE COMMUNICATION (PLC)
1.1. Розвиток технології PLC
В галузі сучасних телекомунікацій однією з найактуальніших є проблема
реалізації «останньої милі». Однак у більшості запропонованих реалізацій є один
загальний недолік - всі вони вимагають прокладання проводів та кабелів.
Напевно, немає сенсу говорити про те, які складності та труднощі це часом
викликає – дуже часто вартість прокладки кабелю становить більшу частину
вартості мережі. Більше того, існує низка випадків, при яких прокладання нових
кабелів неможливе або вкрай небажане – яскравим прикладом такої неприємної
ситуації є нещодавно закінчений ремонт, відразу після якого несподівано
з'ясовується, що необхідно прокладати додаткові дроти для комп'ютерних мереж.
Тому особливий інтерес завжди викликали технології, які дозволяли обійтися без
прокладання нових кабелів.
На даний момент існує два успішні підходи до цієї проблеми – це бездротові
мережі Wi-Fi та технології PLC. Якщо про бездротові мережі зараз написано
досить багато, то про технології PLC є набагато менше інформації. Технології
PLC дозволяють збудувати комп'ютерні локальні мережі на основі існуючих ліній
електропередач. Так, застосовуючи технології PLC, можливо побудувати
невелику домашню локальну мережу, використовуючи електричну проводку, яка
вже прокладена [1].
Насправді способи передачі інформації за допомогою електричної проводки
існували давно. Одним із них є всім відомі радянські репродуктори (які також
часто невірно називають радіоточками) [2]. В основі різних технологій лежить
досить проста ідея поділу сигналу – якби якимось чином можна було б одночасно
передавати кілька сигналів одним фізичним каналом, то таким чином можна було
б збільшити загальну швидкість передачі даних. Цього можна досягти за
допомогою модуляції (до того ж, модульований сигнал стійкий до перешкод), і
при різних способах модуляції на тих самих фізичних каналах передачі даних
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
7
Змн Арк № докум. Підпис Дата
можна домогтися різної швидкості передачі даних. На перший погляд, рецепт
вдалої технології PLC може здатися простим – достатньо вибрати такий спосіб
модуляції, який міг би забезпечити найбільш швидкісну передачу даних, і
сучасний засіб зв'язку готовий. Однак ті способи модуляції, які забезпечують
найбільш щільну упаковку сигналу, вимагають складних математичних операцій,
і для того, щоб їх можна було застосовувати в PLC технологіях, необхідно
застосування швидких сигнальних (DSP) процесорів.
Процесор цифрової обробки сигналів (digital signal processor - DSP) - це
спеціалізований програмований мікропроцесор, призначений для маніпулювання
в реальному масштабі часу потоком цифрових даних. DSP-процесори широко
використовуються для обробки потоків графічної інформації, аудіо- та
відеосигналів [3]. Таким чином, розвиток PLC-технологій упирався в темпи
розвитку DSP процесорів, і щойно останні почали справлятися з просунутими
алгоритмами ефективної модуляції, з'явилися нові технології організації таких
мереж. На даний момент у PLC-технологіях використовується OFDM-модуляція,
яка дозволяє досягати великої швидкості передачі даних та хорошої стійкості
сигналу до перешкод.
1.2 Класифікація технологій передачі інформації по електромережах та
їх застосування
В системах розподілу електроенергії виділяють три типи мереж: магістральні
– і більше10 кВ, середньовольтні – 4-5 кВ, і низьковольтні – менше 400 В. Від
трансформаторних підстанцій лінії з напругою 200 – 400 В підводяться до
кінцевого споживача [4].
Зрозуміло, що для організації абонентського доступу будуть
використовуються низьковольтні електромережі (до 400 В).
На даний час існує декілька підходів до високошвидкісної передачі
інформації по лініях електроживлення. Вони відрізняються орієнтацією на
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
8
Змн Арк № докум. Підпис Дата
конкретний клас додатків та в методах і засобах забезпечення надійної
інформаційної взаємодії.
Сучасні сфери застосування засобів зв'язку на основі електричних мереж
представлені на рисунку 1.1. Кожен вид застосунку характеризується
специфічними вимогами до швидкості і дальності передачі, також методу доступу
та інших показників від яких буде залежати якість передачі [5].
Рис. 1.1. Сфери застосування засобів зв'язку на основі електричних мереж
До низькошвидкісних розподілених систем відносяться: розподілені системи
управління та обліку в цехах і на виробничих територіях; у системах
життєзабезпечення будівель (ліфтах, системах кондиціювання та вентиляції
тощо); системах складського зберігання; засоби обліку споживання
електроенергії, води, газу, тепла; системах охоронної та пожежної сигналізації
тощо.
Також PLC-технологія відкриває нові можливості реалізації концепції
«розумного будинку», в якому вся побутова електроніка об'єднана в єдину
інформаційну мережу з централізованим управлінням [6]. Електрична мережа -
ідеальне середовище передачі керуючих сигналів між побутовими приладами, що
працюють від мережі 110/220 В. Вбудовані в різні прилади спеціалізовані
мікросхеми можуть забезпечити можливість прийому/передачі даних через
електромережу, а також обмін даними через інтернет, що стимулює появу нових
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
9
Змн Арк № докум. Підпис Дата
побутових приладів: інтернет-пилососа, інтернет-холодильника, інтернет-
пральної машини і т.д. (Інше питання, навіщо і кому це необхідно). Крім того,
можна також організувати передачу даних датчиків охоронної сигналізації,
аудіоданих, зображення з вхідної відеокамери при появі неочікуваних гостей
тощо.
Також на основі PLC-технології можна будувати локальні мережі для
домашніх і малих офісів, розгорнуті в межах невеликої будівлі або окремої
квартири.
Особливий інтерес викликає можливість спільного використання технології
PLC з іншими широкосмуговими технологіями передачі даних, наприклад
PLC+WiMAX, PLC+WLAN, PLC+xDSL, PLC+Satellite, PLC+UMTS тощо.
Приклад використання комбінованої технології Satellite+PLC наведено на рисунку
1.2. [7]. У цьому випадку зв'язок із постачальником інтернет-послуг здійснюється
через супутник. Дані приймаються на приймальну станцію, а в приміщеннях
будівлі використовується PLC-мережа.
Рис.1.2. Комбінована технологія Satellite+PLC
Інший варіант класифікації телекомунікаційні системи на базі електромереж:
широкосмугові (BPL – Broadband over Power Lines), вимагають смугу більше 2
МГц та вузькосмугові (NPL – Narrowband over Power Lines) [4]. Спектр
вирішуваних з їх допомогою завдань дуже широкий, а вибір необхідного методу
заснований на характеристиках і об'ємі інформації, що передається.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
10
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Широкосмугові пристрої (зі швидкістю від 1 до 200 Мбіт/c) орієнтовані на
системи доступу до Інтернету, на створення домашніх комп'ютерних мереж, а
також на додатки, що вимагають високошвидкісного обміну даними: потокове
відео, системи відеоконференцзв'язку, цифрової телефонії і т. д. [2].
Найбільший інтерес для розробників апаратури представляють
вузькосмугові PLC-модеми у зв'язку з їх відносною дешевизною і поліпшеними
характеристиками, що дозволяють працювати не лише в звичайних мережах, але і
в мережах з підвищеним рівнем перешкод [4].
Мікросхеми і модулі для вузькосмугових модемів (з пропускною
спроможністю каналу від 0,1 до 100 кбит/с) широко застосовуються у складі
різних виробів побутового і промислового призначення, при створенні
розподілених систем автоматизованого контролю і управління в цехах і системах
життєзабезпечення будівель (ліфтах, облаштуваннях кондиціонування і
вентиляції), засобах обліку споживання електроенергії, води, газу, тепла,
приладах охоронної і пожежної сигналізації.
Існуючі технології передачі даних по електричних мережах також можна
класифікувати за типом використовуваних ліній електропередачі
• високовольтні, вище 10 кВ (НV)
• середньовольтні, до 10 кВ (MV)
• низьковольтні, до 400 В (LV).
1.3. Технології широкосмугового абонентського доступу на основі PLC
Сучасні PLC системи, які орієнтовані на рішення задач широкосмугового
абонентського доступу, переважно використовують дві технології. У першій
застосовується сигнал із так званим розширенням спектра (spread spectrum - SS),
що істотно підвищує завадостійкість передачі. При використанні SS-модуляції
потужність сигналу розподіляється в широкій смузі частот і сигнал стає
непомітним на тлі перешкод [8]. На стороні, що приймає, значна інформація
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
11
Змн Арк № докум. Підпис Дата
виділяється з шумоподібного сигналу з використанням унікальної для даного
сигналу псевдовипадкової кодової послідовності. За допомогою різних кодів
можна здійснювати передачу відразу кількох повідомлень в одній широкій смузі
частот. Описаний принцип є основою методу множинного доступу з кодовим
поділом каналів (CDMA). Зазначимо, що крім стійкості до перешкод SS-
модуляція забезпечує високий рівень захисту інформації. Як базова
використовується QPSK-модуляція.
Друга технологія заснована на частоті ортогонального ущільнення з
одночасною передачею сигналів на декількох несучих (OFDM -Orthogonal
Frequency Division Multiplex). Цей метод також гарантує високу достовірність
передачі та стійкість до спотворень сигналу. Подальшим розвитком другого
варіанта стала технологія, запропонована американською фірмою Intellon. Тут
застосований модифікований OFDM-метод, в якому вихідний потік даних
розбивається на пакети, і кожен з них передається в діапазоні частот 4,3-20,9 МГц
з використанням відносної фазової модуляції на піднесе (DBPSK або DQPSK -
Differential Quadrature Phase Shift Keying , Диференціальна квадратурна фазова
модуляція зі зсувом) [8].
Розглянемо ці принципи докладніше.
1.3.1. Технологія розширення спектру (SS)
Основний принцип технології розширення спектру (Spread Spectrum, SS)
полягає в тому [8], щоб від вузькосмугового спектру сигналу, що виникає при
звичайному потенційному кодуванні, перейти до широкосмугового спектру, що
дозволяє значно підвищити стійкість до перешкод даних. Розглянемо детальніше,
як це відбувається.
При потенційному кодуванні інформаційні біти 0 та 1 передаються
прямокутними імпульсами напруг. Прямокутний імпульс тривалості T має спектр,
ширина якого обернено пропорційна тривалості імпульсу.
Чим менша тривалість імпульсу, тим більший спектральний діапазон займає
такий сигнал. Щоб підвищити завадостійкість сигналу, що передається (тобто
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
12
Змн Арк № докум. Підпис Дата
збільшити ймовірність безпомилкового розпізнавання сигналу на приймальній
стороні в умовах шуму), можна скористатися методом переходу до
широкосмугового сигналу, додаючи надмірність у вихідний сигнал. І тому кожен
переданий інформаційний біт вбудовують певний код, що з послідовності про
чіпів (рис.1.3) [8].
Рис.1.3 Зміна спектра сигналу під час додавання шумоподібного коду.
Інформаційний біт, що представляється прямокутним імпульсом,
розбивається на послідовність дрібніших імпульсів-чіпів. В результаті спектр
сигналу значно розширюється, оскільки ширину спектра можна з достатнім
ступенем точності вважати обернено пропорційною тривалості одного чіпа. Такі
кодові послідовності часто називають шумоподібними кодами. Поряд із
розширенням спектра сигналу, зменшується і спектральна щільність енергії, так
що енергія сигналу як би розмазується по всьому спектру, а результуючий сигнал
стає шумоподібним у тому сенсі, що тепер важко відрізнити від природного
шуму. Виникає питання: навіщо ускладнювати початковий сигнал, якщо у
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
13
Змн Арк № докум. Підпис Дата
результаті стає невідмінним від шуму? Справа в тому, що кодові послідовності
чіпів мають унікальну властивість автокореляції, під цим терміном в математиці
розуміють ступінь взаємоподібності двох функцій, тобто наскільки дві різні
функції схожі один на одного. Відповідно під автокореляцією розуміється ступінь
подібності функції самої себе різні моменти часу. Наприклад, якщо деяка функція
залежить (міняється) від часу і ця залежність виражається у вигляді f(t), то можна
розглянути функцію в певний момент часу t0 і момент t0+τ. Ступінь відповідності
цих двох функцій один одному в різні моменти часу називається автокореляцією.
При цьому можна підібрати таку послідовність чіпів, для якої функція
автокореляції, що відображає ступінь подібності функції самої себе через певний
часовий інтервал, буде різко виражений пік лише для одного моменту часу. Таким
чином, функція буде подібна до самої себе тільки для одного моменту часу і
зовсім не схожа на себе для всіх інших моментів часу. Одна з найбільш відомих
(але не єдина) таких послідовностей - код Баркера довжиною в 11 чіпів:
11100010010. Коди Баркера мають найкращі серед відомих псевдовипадкових
послідовностей властивості шумоподібності, що і зумовило їх широке
застосування. Для передачі одиничного та нульового символів повідомлення
використовуються, відповідно, пряма та інверсна послідовності Баркера [10].
У приймачі отриманий сигнал множиться на код Баркера (обчислюється
кореляційна функція сигналу), у результаті він стає вузькосмуговим, тому його
фільтрують у вузькій смузі частот, що дорівнює подвоєної швидкості передачі.
Будь-яка перешкода, що у смугу вихідного широкосмугового сигналу, після
множення код Баркера, навпаки, стає широкосмуговою, а вузьку інформаційну
смугу потрапляє лише частина перешкоди, за потужністю приблизно 11 разів
менша, ніж перешкода, діюча на вході приймача. Основний сенс використання
коду Баркера полягає в тому, щоб гарантувати високий ступінь достовірності
інформації, що приймається, і при цьому передавати сигнал практично на рівні
перешкод.
Розрізняють два види фазової модуляції: власне фазову та відносну фазову
модуляцію. При фазової модуляції (Phase Shift Key, PSK) передачі логічних нулів
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
14
Змн Арк № докум. Підпис Дата
і одиниць використовують сигнали однієї й тієї частоти і амплітуди, але зміщені
щодо друг друга по фазі. Наприклад, логічний нуль передається синфазним
сигналом, а одиниця - сигналом, який зрушений фазою на 180° (рис.1.4) [8].
Рис.1.4 Двійкова фазова модуляція BPSK.
Якщо зміна фази може набувати всього два значення, то говорять про
двійкову фазову модуляцію (Binary Phase Shift Key, BPSK). Математично сигнал,
відповідний логічному нулю, можна як S0(t) =Asin(2πft), а сигнал, відповідний
логічної одиниці, як S1(t) =-Asin(2πft). Тоді модульований сигнал можна записати
у вигляді: SBPSK(t) = V(t)Asin(2πft), де V(t) - керуючий сигнал, що приймає
значення +1 і - 1. При цьому значення сигналу +1 відповідає логічному нулю, а
значення сигналу – 1 – логічній одиниці.
Зміна фази може мати і більше двох значень, наприклад, чотири - 0, 90, 180 і
270°. У цьому випадку говорять про так звану квадратурну фазову модуляцію
(Quadrature Phase Shift Key, QPSK - рис.1.5) [8]. Щоб зрозуміти походження цього
терміна, розглянемо загальний вигляд сигналу, модульованого по фазі:
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
15
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис.1.5 Квадратурна фазова модуляція QPSK.
Даний сигнал можна подати у вигляді S(t) = Asin (2πft) cosφ+Acos (2πft) sinφ.
З отриманого виразу видно, що вихідний сигнал можна у вигляді суми двох
гармонійних складових, зміщених один щодо одного по фазі на 90°. У передавачі,
що робить модуляцію, одна з цих складових синфазна сигналу генератора, а друга
знаходиться в квадратурі по відношенню до цього сигналу (звідси - квадратурна
модуляція). Синфазна складова позначається як I (In Phase), а квадратурна – як Q
(Quadrature). Тоді вихідний сигнал наводиться до виду S (t) = Icos + Qsin.
При квадратурної фазової модуляції фаза сигналу може набувати чотирьох
різних значень. Для вибору певного значення фази використовуються сигнали, що
кодують dI і dQ, які можуть приймати значення +1 і - 1. Відмінною особливістю
квадратурної фазової модуляції є наявність чотирьох дискретних станів сигналу,
що відповідають різним фазам. Це дозволяє закодувати в одному дискретному
стані послідовність двох інформаційних бітів . Дійсно, послідовність двох бітів
може мати всього чотири різні комбінації: 00, 01, 10 і 11, а значить, рівно в два
рази підвищується швидкість передачі даних, тобто бодова швидкість буде в два
рази більше бітової (1 Бод = 2 біт/ с).
Недоліком фазової модуляції і те, що з декодуванні сигналу приймач повинен
визначати абсолютне значення фази сигналу, оскільки у фазової модуляції
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
16
Змн Арк № докум. Підпис Дата
інформація кодується саме абсолютним значенням фази сигналу. Для цього
необхідно, щоб приймач мав інформацію про так званий синфазний еталонний
сигнал передавача. Тоді шляхом порівняння прийнятого сигналу з еталонним
можна визначати абсолютний зсув фази. Отже, необхідно в якийсь спосіб
синхронізувати сигнал передавача з еталонним сигналом приймача (з цієї
причини фазова модуляція отримала назву синхронної). Реалізація синхронної
передачі досить складна, тому більшого поширення набув різновид фазової
модуляції, звана відносної фазової модуляцією (Differential Phase Shift Keying,
DPSK) (Див.43). При відносній фазової модуляції (також іменованої відносною
фазовою маніпуляцією) кодування інформації відбувається за рахунок зсуву фази
по відношенню до попереднього стану сигналу. Фактично приймач повинен
вловлювати не абсолютне значення фази сигналу, що приймається, а лише зміна
цієї фази, тобто інформація кодується зміною фази. Звичайно, така модуляція вже
не є синхронною і тому простіше реалізується. У решті DPSK-модуляція не
відрізняється від PSK-модуляції.
У пізнішому стандарті HonePlug AV, що забезпечує значно вищу швидкість
передачі даних, використовуються дещо інші принципи кодування, а саме замість
шумоподібних послідовностей Баркера для розширення спектра
використовуються комплементарні коди (Complementary Code Keying, CCK) [10].
Надзвичайно важливий момент, який необхідно враховувати при
використанні електричних ліній при передачі інформаційного сигналу, пов'язаний
із виникненням ефекту багатопроменевої інтерференції: в результаті
багаторазових відображень один і той же сигнал може потрапляти до приймача
різними шляхами. Але різні шляхи поширення мають різні довжини, тому для
різних шляхів поширення ослаблення сигналу буде неоднаковим. Отже, у точці
прийому результуючий сигнал є суперпозицією (інтерференцією) багатьох
сигналів з різними амплітудами і зміщеними відносно один одного за часом, що
еквівалентно додавання сигналів з різними
Наслідком багатопроменевої інтерференції є спотворення сигналу, що
приймається. Багатопроменева інтерференція властива будь-якому типу сигналів,
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
17
Змн Арк № докум. Підпис Дата
але особливо негативно позначається на широкосмугових сигналах. Справа в
тому, що при використанні широкосмугового сигналу в результаті інтерференції
певні частоти складаються синфазно, що призводить до збільшення сигналу, а
деякі навпаки - протифазно, викликаючи ослаблення сигналу на даній частоті
(рис.1.6).
Рис.1.6 Спотворення сигналу за рахунок присутності інтерференції.
Говорячи про багатопроменеву інтерференцію, що виникає при передачі
сигналів, розрізняють два крайні випадки. У першому випадку максимальна
затримка між різними сигналами не перевищує часу тривалості одного символу, і
інтерференція виникає в межах одного символу, що передається. У другому
випадку максимальна затримка між різними сигналами більша за тривалість
одного символу, а в результаті інтерференції складаються сигнали, що
представляють різні символи, і виникає так звана міжсимвольна інтерференція
(Inter Symbol Interference, ISI - рис.1.7) [11]/
Рис.1.7. Виникнення міжсимвольної та внутрішньосимвольної інтерференції.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
18
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Найбільш негативно на спотворенні сигналу позначається міжсимвольна
інтерференція. Оскільки символ - це дискретний стан сигналу, що
характеризується значеннями несучої частоти, амплітуди і фази, то для різних
символів змінюються амплітуда і фаза сигналу, тому відновити вихідний сигнал
вкрай складно.
Тому в технології PCL використовується метод передачі кодованих даних,
який полягає в тому, що потік даних розподіляється по безлічі частотних
підканалів і передача ведеться паралельно на всіх цих підканалах. При цьому
висока швидкість передачі досягається саме за рахунок одночасної передачі даних
по всіх каналах, а швидкість передачі в окремому підканалі може бути і не
високою [4].
1.3.2. Технологія частотного розподіл у PLC
Технологія Powerline будується на використанні частотного розподілу
сигналу, при якому високошвидкісний потік даних розбивається на кілька
відносно низькошвидкісних потоків, після чого кожен з них передається на
окремій частоті, що підносить, з подальшим їх об'єднанням в один сигнал (рис.
1.8.) [11].
Рис. 1.8. Частотний розподіл
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
19
Змн Арк № докум. Підпис Дата
При використанні звичайного частотного мультиплексування (FDM-
Frequency-Division Multiplexing) захисні інтервали (Guard Band) між піднесучими,
необхідні для запобігання взаємному впливу сигналів, досить великі (рис. 1.9),
тому доступний спектр використовується не дуже ефективно.
Рис. 1.9. Звичайний FDM
У разі ортогонального частотно-розділеного мультиплексування (OFDM)
центри піднесучих частот розміщені так, що пік кожного наступного сигналу
збігається з нульовим значенням попередніх (рис. 1.10.). Така схема дозволяє
ефективніше використовувати доступну смугу частот [9].
Рис. 1.10. OFDM
Перед тим як окремі несучі частоти будуть об'єднані в один сигнал, вони
зазнають фазової модуляції (рис. 1.11.), кожна визначається своєю послідовністю
біт. Після цього всі вони проходять через PowerPacket engine та збираються в
єдиний інформаційний пакет, який ще називають OFDM-symbol [10]. На рисунку
1.12. наведено приклад відносної квадратурної фазової маніпуляції (DQPSK -
Differential Quadrature Phase Shift Keying) на кожній з 4 несучих частот в діапазоні
4-5 МГц.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
20
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 1.11. Фазова модуляція
Рис. 1.12. DQPSK-модуляція
Реально в технології Powerline використовуються 84 несучих частоти в
діапазоні 4-21 МГц (рис. 1.13.) [13].
Теоретична швидкість передачі при використанні паралельних потоків з
одночасним фазовим модулюванням сигналів становить понад 100 Мбіт/с.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
21
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 1.13. Реалізація OFDM у технології Powerline
1.4. Стандарти технології PCL
Основними організаціями та спільнотами, що займаються питаннями
стандартизації різних аспектів цієї технології, є IEEE, ETSI, CENELEC, OPERA,
UPA та HomePlug Powerline Alliance. IEEE [14].
У липні 2004 року IЕЕЕ оголосив про створення групи, яка займатиметься
розробкою стандарту ВPL. Проект має назву IEEE P1675, "Standard for Broadband
over Power Line Hardware".
Крім IEEE P1675 існують ще три напрямки:
• IEEE P1775, ініційоване 12 травня 2005 року з метою регламентування
PLC-обладнання, вимог щодо електромагнітної сумісності, методів
тестування та вимірювання;
• IEEE P1901, "Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium
Access Control and Physical Layer Specifications", що забезпечує опис
фізичного рівня та рівня доступу до середовища для всіх класів ВPL-
пристроїв;
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
22
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• IEEE BPL Study Group, "Standardization of Broadband Over Power Line
Technologies", що забезпечує створення нових груп, пов'язаних із BPL.
Європейський інститут зі стандартизації в галузі телекомунікацій сформував
технічний комітет ETSI Technical Committee Power-Line Telecommunications (ТС
PLT), який відповідає за стандартизацію в галузі PLC.
CENELEC - некомерційна організація, що складається з Національних
електротехнічних комітетів держав-членів ЄС, яка є найбільшою організацією ЄС
у галузі стандартизації електромагнітних полів. Стосовно PLC, CENELEC
виконує створення специфікацій PLC для фізичного рівня та підрівня доступу до
середовища передачі; прийнято відповідний стандарт EN55022.
Консорціум Open PLC European Research Alliance (OPERA) створено у 2004
році в рамках європейської програми Broadband for All з просування технологій
швидкісного інтернет-доступу. Робота OPERA складається з двох етапів,
виконання кожного з яких відведено два роки. Основним ініціатором та джерелом
фінансування є Європейська комісія. Сумарний бюджет становить понад 40
мільйонів євро, значна частина сум виділяється у рамках програми FP6. Загалом у
проекті беруть участь понад 30 компаній та дослідницьких інститутів із 12 країн.
Підготовлені на даний момент специфікації OPERA охоплюють рівні PHY, MAC
та обладнання передачі даних мереж електропостачання [15].
Асоціація UPA була офіційно анонсована у грудні 2004 року. Основною
декларованою метою UPA є пропаганда технологій PLC та демонстрація урядам
країн та індустріальним лідерам перспектив її масштабного використання. UPA
займається розробкою стандартів та регулюючих документів для забезпечення
швидкого розвитку ринку PLC [16]. Забезпечує учасників ринку відомостями про
відкриті стандарти, що базуються на сумісності та безпеці.
Для широкого впровадження та розвитку технології HomePlug (одна з
перших технологій передачі по силових лініях), стандартизації та сумісності
пристроїв різних виробників, які використовують цю технологію, у 2000 році
було організовано міжнародний індустріальний альянс HomePlug Powerline [17].
Сьогодні понад 80 фірм є спонсорами, учасниками альянсу, а також
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
23
Змн Арк № докум. Підпис Дата
дотримуються його рекомендацій. Серед них такі відомі фірми як: Motorola,
France Telecom, Philips, Samsung, Sony, Matsushita, Sanyo, Sharp, Panasonic та
багато інших. Зареєстрований знак альянсу "HomePlug Certified" на продукції
будь-якого виробника означає, що цей пристрій задовольняє всі вимоги стандарту
HomePlug Powerline і повністю сумісний з аналогічними пристроями іншого
виробника. В основі першого стандарту HomePlug Powerline Specification 1.0
лежить технологія Power Package™, запропонована компанією Intellon (USA) і
прийнята як стандарт членами HomePlug Powerline Alliance [18]. Прийняті на
даний момент і стандарти, що перебувають у стадії підготовки, представлені в
таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 Основні стандарти HomePlug Powerline Alliance
Найменування Особливості стандарту
HomePlug 1.0 Визначає технологію забезпечення
передачі даних зі швидкістю до 14
Мбіт/с
HomePlug 1.0 Turbo Є розвитком специфікації 1.0 із
забезпеченням максимальної швидкості
передачі до 85 Мбіт/с
HomePlug AV Визначає технологію PLC із швидкістю
передачі до 200 Мбіт/с. Специфікація
передбачає забезпечення якості
обслуговування, необхідного для
передачі аудіо- та відео потоків.
Шифрування - 128-розрядне за
алгоритмом AES
HomePlug Command and Визначає керування та керування
Control пристроями HomePlug
HomePlug BPL Застосовує чіпсети HomePlug AV із
підтримкою специфікації IEEE 1901:
Broadcom, Qualcomm Atheros, Sigma
Designs, Intellon, SPiDCOM і MStar
Про ратифікацію стандарту HomePlug AV оголосила асоціація виробників
електротехніки HomePlug Power Alliance, яка розробила первісну специфікацію
HomePlug 1.0. Це відкриває дорогу для комерційних продуктів. Асоціація
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
24
Змн Арк № докум. Підпис Дата
заговорила про великі перспективи технології HomePlug AV, наголосивши на
необхідності створення доступних мережевих механізмів для трансляції потоків
ТВ-сигналу високої чіткості в домашніх умовах.
HomePlug 1.0 дозволяє передавати дані електропроводки при теоретичному
максимумі 14 Мбіт/с, а реальна продуктивність цієї технології становить 4,5
Мбіт/с, що еквівалентно пропускній здатності бездротових мереж стандарту
802.11b (Wi-Fi). Теоретичний максимум швидкодії мережі HomePlug AV
становить 200 Мбіт/с, а реальні швидкості мають бути в межах 70-100 Мбіт/с.
Стандарт HomePlug AV передбачає підтримку якості обслуговування для
забезпечення безперервної передачі потоків відео та аудіо, а також 128-розрядне
шифрування даних за алгоритмом AES. Його попередник, HomePlug 1.0, визначав
лише 56-розрядне шифрування DES. Крім того, технологія HomePlug AV може
використовуватися при роботі і по коаксіальному кабелю, і по телефонних лініях,
а не тільки електропроводкою, для якої вона спочатку створювалася. В основу
першого промислового стандарту HomePlug 1.0 (схвалений влітку 2001 р.) лягла
технологія PowerPacket, запропонована американською фірмою Intellon. Її
основою став модифікований OFDM-метод, в якому вихідний потік даних
розбивається на пакети і кожен з них передається в діапазоні частот 4,3-20,9 МГц
з використанням відносної фазової модуляції (DBPSK або DQPSK) [18]..
Висока ефективність роботи обладнання стандарту HomePlug у складній
завадній обстановці забезпечується за рахунок гнучкого перерозподілу
потужності випромінюваного сигналу в робочій смузі. З цією метою в пристроях
реалізовано три процедури:
• адаптації до реальної перешкодової обстановки за рахунок виключення
окремих уражених перешкод робочих частот;
• оперативної зміни методу модуляції на індивідуальних несучих (DBPSK
чи DQPSK);
• зниження швидкості передачі для підвищення перешкодостійкості (з
допомогою вибору параметрів згорткового коду - 1/2 чи 3/4).
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
25
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Слід зазначити, що адаптація до завадової ситуації здійснюється без втрати
даних. Наприклад, якщо одна з 84 робочих частот уражена на заваді, вона просто
відключається. Однак пакет даних, що передається на ураженій частоті, не
втрачається, а автоматично відновлюється при подальшій обробці інформації в
приймачі. Досягається це за рахунок перемежування та каскадного кодування,
заснованого на поєднанні блочного коду Ріда-Соломона та згорткового коду з
декодуванням за алгоритмом Вітербі. Такий принцип кодування дозволяє
виправляти як поодинокі помилки, а й пакети помилок. Для придушення
вузькосмугових перешкод існує процедура аналізу перешкодової обстановки та
адаптивного режектування "уражених" ділянок спектру, завдяки чому технологію
HomePlug можна використовувати в різних умовах експлуатації, в тому числі і
тоді, коли в будь-якій місцевості заборонено використання окремих частот.
На MAC рівні специфікації HomePlug використовують протокол CSMA/CA,
який завдяки наявності періоду очікування до початку кожного сеансу дозволяє
знизити рівень внутрішньосистемних конфліктів.
Фізично CSMA/CA регламентує передачу пакетів таким чином, що кожна
посилка передається лише після оцінки стану каналу зв'язку і надходження від
приймача сигналу, що свідчить про його готовність. У специфікаціях HomePlug
AV передбачено високоякісну передачу зображень, розважальних програм,
сигналів телебачення високої (HDTV) та стандартної (SDTV) чіткості. Основною
відмінністю цього стандарту є те, що в ньому використовується OFDM-модуляція
з піднесучими 1536 (замість 84 в попередньому стандарті) і методом доступу TDD
або FDD, а також забезпечується повна відповідність стандартам
електромагнітної сумісності ETSI і CENELEC.
Як додаткові типи модуляції стандартом передбачено використання DBPSK
(Differential Binary Phase Shift Keying, диференціальна двійкова фазова
маніпуляція) та різновиди DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying,
квадратурна диференціальна фазова маніпуляція). На канальному рівні
(мережевої моделі OSI) стандарт HomePlug 1.0 посилається на вимоги зі
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
26
Змн Арк № докум. Підпис Дата
специфікації Ethernet, включаючи підтримку забезпечення QoS, та передбачає
виконання пристроїв відповідно до стандарту IEEE 802.3u.
1.5 Діапазони частот, що використовуються для реалізації технології
PLC
Для передачі інформації по електромережах використовуються різні
діапазони частот. Так європейський стандарт CENELEC EN 50.065 для передачі
низькошвидкісної інформації, в основному, телеметрії, рекомендує діапазон 3-
148,5 кГц, розбитий на 5 ділянок: від 3-9 кГц аж до 140-148,5 кГц. (рис.1.14). У
першому випадку швидкість передачі не перевищує 60 біт/с, в останньому – 9,6
Кбіт/с. Відповідний північноамериканський стандарт CEBus (FCC 15)
використовує діапазон 100-400 кГц [4].
Рис. 1.14 Діапазони частот для передачі інформації по електромережам
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
27
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Для реалізації мережі широкосмугового абонентського доступу на основі
PLC оптимальним вважається діапазон частот 1,6-30 МГц. Ймовірно, на більш
високих частотах в мідному/алюмінієвому кабелі збільшується загасання, а на
нижчих частотах знижується максимальна швидкість передачі інформації.
Істотно, що для класичного PLC нині використовується діапазон 10-30 МГц.
Приведена на рисунку1.15 діаграма ілюструє залежність послаблення сигналу від
несучої частоти
Рис. 1.15 Залежність послаблення сигналу від несучої частоти
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
28
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2. СТРУКТУРА PLC МЕРЕЖІ ТА ВИБІР ОБЛАДНАННЯ
2.1. Структура і функціональний склад мережі на основі PLC
У загальному випадку PLC-мережа складається з обладнання, яке забезпечує
перехід від тракту системи зв'язку до електромережі, яка буде слугувати
середовищем передачі, та зовнішнього обладнання доступу, яке представляє
собою повторювачі, які забезпечує передачу інформації по електромережі на
більшу відстань, та PLC-модему, який від’єднується до розетки електромережі/
PLC-модем буде забезпечувати підключення до тракту зв'язку як одного
пристрою, так і декількох [11]. У другому випадку він виконує ще і функцію
розподільника.
Зовнішній контролер PLC (обладнання доступу), розміщується на локальній
трансформаторній підстанції, з одного боку підключається до Iнтернет магістралі
і/або до телефонної мережі використовуючи існуючу телекомунікаційну
інфраструктуру (мережі операторів зв'язку і/або Інтернет-провайдерів). З другого
боку зовнішній контроллер PLC підключається до електричної мережі, яка
поставляє електричну енергію споживачам до їх будинків [4].
Тобто дане обладнання є як би шлюзом між мережами загального
користування (телефонний зв’язок, Інтернет) і мережею абонентського доступу по
електричних мережах а керує смугою пропускання між внутрішніми
контролерами, що встановлюються в приміщеннях будівлі.
В залежності від відстані до абонентів та умов на трансформаторній
підстанції для підключення до IP мережі існує декілька варіантів підключення
зовнішнього PLC обладнання доступу. Можуть використовуватися як системи
ШСД, радіорелейні лінії зв'язку, кабельні лінії зв'язку (на основі мідного кабелю
або волоконно-оптичного кабелю).
Загальна структура мережі доступу на основі PLC технології представлена на
рисунку 2.1. Мережа складається з трьох основних підсистем: блок сервис-
провайдерів, транспортна інфраструктура на основі розподільної електромережі і
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
29
Змн Арк № докум. Підпис Дата
безпосередньо абонентська мережа доступу, яка включає повторювачі (PLC
Repeater), розподільник і PLC-модеми.
Рис. 2.1 Загальна структура мережі доступу на основі технології PLC
Рис. 2.1 Структура мережі електроживлення, що використовується в якості
середовища доступу
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
30
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Топологія мережі електроживлення (низьковольтного, до 400 В (LV), та
середньовольтного 10 кВ (MV)), що використовується в якості середовища
доступу до мережі представлена на рисунку 2.2.
Рис. 2.3. Основні елементи мережі доступу на основі PLC
Типова функціональна схема та склад внутрішнього контроллера
представлені на рисунку 2.3.
Технологія PLC реалізується за принцип множинного доступу «точка-багато
точок». Трансформаторна підстанція доставляє до будівель електроенергію і,
паралельно з цим, забезпечує користувачів послугами передачі даних, телефонії
та ін.
Рис. 2.4. Функціональна схема PLC-модему (комутаційного вузла)
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
31
Змн Арк № докум. Підпис Дата
На рисунку 2.4 показані основні елементи PLC-модему. Ядром PLC-модему
є контроллер мережевого, фізичного та канального рівнів. Ці компоненти
реалізуються на базі спеціалізованих або універсальних мікропроцесорів, які
випускаються фірмами у вигляді наборів мікросхем.
Ізолюючий (сполучний) модуль здійснює дві функції: ізолює обладнання
абоненського вузла від напруги живлення та виділяє інформаційний сигнал, що
передається по електромережі.
Також існують спеціальні мікросхеми підсилювачів потужності, які
дозволяють передавати сигнал на достатньо великі відстані. На основі цих
компонентів будується так званий «електромодем» із стандартним або
замовленим користувачем інтерфейсом.
Внутрішні контролери призначені для організації абонентської мережі
доступу усередині приміщень шляхом об'єднання абонентських пристроїв
(адаптерів), що безпосередньо включаються в розетки мережі електроживлення.
Зазвичай адаптери мають набір стандартних інтерфейсів типу USB, RS232 та
інші підключення різноманітних терміналів (комп'ютерів, телефонних апаратів,
відео обладнання та ін.).
Використання режиму гнучкого керування смугою пропускання гарантує
оптимальне використання пропускної спроможності та достатньої швидкості
передачі даних навіть в період максимального завантаження мережі.
2.2. Структура мережі за технологією PLC для населеного пункту
В роботі розглянемо реалізацію мережі за технологією PLC для населеного
пункту селищного типу. Будинки абонентів будуть розташовані на деякій відстані
один від одного (рис. 2.5)
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
32
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 2.5. Cхема мережі за технологією PLC для населеного пункту селищного
типу.
Для розгортання цієї мережі (рис.2.5) будуть використовуються вже існуючі
повітряні лінії електропередачі. Повітряна лінія електропередачі - пристрій,
призначений для передачі або розподілу електричної енергії по проводах, які
знаходяться на відкритому повітрі і прикріплені за допомогою траверс
(кронштейнів), ізоляторів та арматури до опор або інших споруд (мостів,
шляхопроводів). Плюси вибору таких ліній у тому, що суттєво економляться
кошти через відсутність витрат:
- на будівництво, прокладання та подальше обслуговування каналів та ліній
зв'язку;
- для отримання додаткових дозволів та сертифікатів на використання
радіочастот;
- на додаткові пристрої, що забезпечують якісну роботу обладнання;
- на оренду каналів зв'язку.
А точка доступу буде знаходитися на трансформаторній підстанції, на якій
буде розташоване широкосмугове обладнання для обміну даними по
електромережі зі швидкістю до 200 Мбіт/с на відстані до 1 км і до 10 Мбіт/с на
відстані до 20 км. Для покращення якості обслуговування віддалених абонентів
буде застосовуватися ретранслятор сигналу
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
33
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2.3. Вибір магістрального модему для організації PLC мережі
Точка доступу буде знаходиться в трансформаторній підстанції і включати
магістральне обладнання наступного типу TL-202НЕ [19].
При використанні модемів типу TL-202НЕ користувачеві буде доступна
максимальна швидкість 200 Мб/с на рівні PLC, стійкість, безпомилковість і
надійність передачі даних, а також широка смуга пропускання сигналу в
реальному часі.
Драйвер лінії модему – потужний та надійний, і може бути використаний в
якості майстер-модема головного вузла (HE - Head End Master), ретранслятора
часового поділу (TDR - Time Division Repeater) або веденого пристрою (CPE -
Slave), залежно від конфігурації.
Цей виріб найбільше підходить для систем з високими. вимогами до
пропускної спроможності каналу передачі таких як:
-високошвидкісний доступ в Інтернет,
-організація локальних та віртуальних мереж,
-передача цифрового відео та звукового потоку по ЛЕП.
В модемі для досягнення надійності комунікацій із пропускною здатністю до
200 Мб/с на рівні PLC, використовується мікропроцесорний контролер на основі
ієрархічної структури. Мікроконтролер реалізує наступні функції:
- широкосмугову модуляцію сигналу,
- автоматичне відстеження та адаптацію до швидкозмінних умов поширення
сигналу,
- пряме виправлення помилок,
- протокол перешкодно-захищеного символьного пересилання.
Усі мікропроцесори та мікроконтролери, оптимізовані для PLC обладнання, а
також контролери фізичного рівня, процесори передачі даних та канального рівня,
виконані на основі мікропроцесорної архітектури. Аналогові та цифрові
мікросхеми, що забезпечують функції PLC приймача, здійснюють
модуляцію/демодуляцію, відстеження та адаптацію поширення сигналу, пряме
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
34
Змн Арк № докум. Підпис Дата
виправлення помилок. Із застосуванням високо-інтегрованих спеціалізованих
мікросхем, що виконують як цифрові, так і аналогові функції, немає необхідності
застосовувати додаткових зовнішніх пристроїв чи схемних рішень.
Даний модем має кілька виходів, що перемикаються.
Лінія для підключення до:
- 220В/0,4кВ – 3 фази+Нейтраль
- Коаксіал - F конектор
- Віта пара – RJ-45
Конструктивно корпус виробу виконаний з алюмінію, пофарбованого
порошковою фарбою. сірого кольору. Усі підключення виконуються через
герметичні кабельні вводи. Введення RJ-45 - для підключення зовнішніх
комунікацій стандарту Fast Ethernet, введення AC220В – для підключення
живлення виробу, введення Лінія – для підключення лінії передачі даних (рис
2.6).
Рис. 2.6. Магістральний модем TL-202НЕ. Зовнішній вигляд
Основні технічні характеристики TL-202НЕ:
Режими: майстер, slavе, повторювач.
Швидкість передачі: до 200 Mbps
Фізичний рівень: модуляція OFDM з 1536 несучими для прийому/передачі
каналом зв'язку, симетрична, адаптивна за допомогою несучої з символом 10 bit
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
35
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Крок передачі потужності: 1dB
PSD (Щільність Спектральної Потужності): >-56 dBm/Hz
Програмоване посилення передачі: 33 dB та 21 dB
Програмоване посилення прийому: від -12dB до +30dB, з кроком 6dB
Динамічний діапазон: 90 dB min
Протоколи другого рівня MAC (Media Access Control - керування доступом
до носія): MAC для домашнього обслуговування малих мереж LAN. Доступ до
LV (логічного) для великих мереж LAN здійснюється за механізмом Master Slave.
Динамічний QoS (Якість передачі даних): Конфігурація залежить від
сервісного класифікатора
Протокол сполучного дерева: IEEE 802.1D
VLAN (Віртуальна локальна мережа): IEEE 802.1Q, до 16 активних VLAN у
LV інтерфейсі
Пріоритет трафіку: IEEE 802.1p
Тактова синхронізація: NTP (синхронізуючий мережевий протокол)
Безпека
Ідентифікація: CPE (Центральний Обробний Елемент) LMAC адреси
реєструються на провідному елементі для запобігання несанкціонованому
доступу. Відповідає протоколу RADIUS.
Поділ на другому рівні: Пристрої TelLink підтримувані VLAN базуються на
стандартному протоколі IEEE 802.1Q
Поділ на фізичному рівні: Зв'язок між одним CPE та ведучим залежить від
особливого кодування для запобігання декодуванню сигналу іншого CPE.
Конфігурація та управління
Дистанційне керування у всіх модемах TelLink виконується за стандартним
протоколом SNMP (Простий Протокол Мережевого Управління)
Версія MIB (Бази Керівної інформації): MIB IV IETF RFC1213, 1493, 2674
SNMP (Простий Протокол мережного управління): Підтримується SNMP v2c
Ініціалізація: конфігурація IP по DHCP (протоколу динамічної конфігурації
хоста) FTP клієнта, конфігурація та оновлення файлів за TFTP
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
36
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Можливість взаємодії мереж із маршрутизаторами та іншими мережними
пристроями, такими як DNS сервери, DHCP сервери та завантажувальні сервери
налаштовується за стандартними протоколами.
Чіпсет 9001.
Кількість підтримуваних з'єднань 32.
Інтерфейси: Ethernet 10/100
Протоколи: DHCP, TCP/IP (IPv4), TFTP, SNMP, VLAN (802.1q), OVLAN,
VPN, TFTP, STP, HTTP, UDP, 8 QoS.
Шифрування – 3DES+розширене Швидкість – до 200 Мбіт/с.
Підключення магістрального модему здійснюють у такому порядку:
підключення зовнішніх комунікацій, а потім вже підключення електроживлення.
Для підключення зовнішніх пристроїв використовується порт Fast Ethernet
10/100M, виведений на розетку типу RJ-45 на платі модему (рис 2.7).
Підключення здійснюється через кабельний ввід. Застосовується кабель кручена
пара категорії 5 необхідної довжини для підключення до порту Ethernet іншого
пристрою (маршрутизатор, ПК, WiFi модем та ін.), що входить до складу
організованої мережі.
Рис.2.7. Підключення Ethernet
При підключенні виходу Лінія попередньо встановіть перемички на платі в
положення, що відповідає обраному типу підключення: 0,4 кВ, коаксіал або
кручена пара. Перемички переставляють по 2 штуки зверху вниз (рис. 2.8).
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
37
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис.2.8. Комутація виходів
Потім заводять відповідний кабель необхідної довжини через «введення
кабеля» та підключіть на платі до відповідного гнізда. При цьому, 0,4кВ
підключається до розетці промаркованої F1, F2, F3, N у наступному порядку F1 –
Фаза А, F2 – Фаза B, F3 – Фаза С, N – Нейтраль чи Земля (рис. 2.9).
Рис.2.9. Підключення виходу «Лінія»
Електроживлення модему здійснюється від електромережі змінного струму
напругою від 100 до 240В та частотою 50 або 60 Гц. Внутрішнє імпульсне
джерело живлення складається з перетворювача змінного струму в постійний з
напругою, необхідною для функціонування пристрою. Максимальна споживана
потужність 20 Вт.
Для підключення електроживлення необхідно через кабельний вхід завести
провід відповідної довжини та підключити до вилки Х10 на платі. Фаза та
Нейтраль підключаються до N та L, земля – до GND. Категорично забороняється
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
38
Змн Арк № докум. Підпис Дата
до контакту GND підключати будь-який з проводів електричної мережі, крім
заземлення.
Рис.2.10. Підключення живлення
2.4. Підключення до електромереж
Одним із найважливіших моментів при організації PLC мережі є вибір
методу підключення модему до силової лінії. Пристрій, який здійснює
введення/виведення сигналу, називається Каплер (Coupler), у перекладі з
англійської - дільник, відгалужувач. Існує два основних фізично різних варіанти
підключення до силової електромережі:
• Ємнісний – сигнал подається контактним методом через високочастотний
високовольтний конденсатор;
• Індуктивний – сигнал подається безконтактним методом через ланцюг
утворений витками петлі інжектора та силовими кабелями.
У коаксіальну мережу сигнал підключається через звичайний ТВ-спліттер,
або через частотний відгалужувач, званий диплексером (рис. 2.11.). Для
підключення до головної станції використання диплексера обов'язково, оскільки
він забезпечує придушення сигналу у бік ГС більш ніж на 50 дБ (у спліттера
розв'язка 22 дБ), а втрати інжекції становлять 0,5 дБ (у спліттера – 3,5) Зовні
диплексер не відрізняється від звичайного дільника КТБ.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
39
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 2.11. Диплексер PLD-42
Для підключення до LV мереж (110-240 Вольт) зазвичай не важко
організувати гальванічне з'єднання, хоча в деяких випадках без індуктивного
з'єднання не обійтися, наприклад, якщо гальванічний контакт організувати
неможливо. У такому випадку застосовуються феритові кліпси, що замикаються,
як показано на рисунку 2.12.:
Рис. 2.12. Феритові кліпси
Основне правило при індуктивному підключенні полягає в тому, що
сигнальна петля повинна утворювати замкнутий ланцюг з напрямком руху в одну
сторону по фазі та в іншу нейтраль.
Для підключення до середньовольтових мереж (MV) застосовуються
спеціальні каплери, що складаються з високовольтних конденсаторів та феритів,
розраховані на великий струм. Існують спеціалізовані компанії, які виробляють
таке обладнання, наприклад, Arteche, TelLinc.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
40
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Так як в роботі підключення до електромережі відбувається на середньому
рівні (WL) (рис. 2.2) обираємо ємнісний пристрій приєднання УП10, виробник
TelLinc (рис. 2.13)
Рис. 2.13. Зовнішній вигляд пристрою приєднання УП10.
Даний пристрій призначений для передачі сигналів несучої частоти за
технологією PLC через лінії електропередач середньої напруги. Виріб
розроблений для встановлення як усередині, так і поза приміщення; на кабельних
та повітряних електричних мережах [19].
Цей пристрій є невід'ємною ланкою при побудові мереж PLC та виконує
двосторонню передачу високочастотних сигналів PLC модему в канал зв'язку. На
рисунку 2.14 зображено основну електричну схему пристрою приєднання УП10.
Рис. 2.14. Електрична схема пристрою приєднання УП10
Простота та унікальність електричної схеми, у поєднанні з новітніми
технологіями виробництва елементної бази, що забезпечують високу захищеність
дорогої апаратури передачі даних від перенапруги з боку електромережі з
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
41
Змн Арк № докум. Підпис Дата
великим електричний потенціал. Пристрій виконаний таким чином, що не
потребує додаткового електроживлення і не потребує будь-яких налаштувань.
До особливостей УП10 можна віднести:
• Двонаправлена передача високочастотних сигналів між апаратурою
передачі даних щодо лінії електропередач;
• Гальванічна розв'язка між ланцюгами високовольтної лінії та вхідними
ланцюгами апаратури передачі;
• Узгодження імпедансу каналу зв'язку та апаратури передачі;
• Забезпечення високого рівня захисту апаратури передачі;
• Вбудований розрядник для захисту від перенапруг з високовольтного боку;
• Вбудований розрядник для захисту апаратури передачі від перенапруг з
низьковольтної сторони;
• Сумісність із більшістю систем лінійного захисту;
• Відсутність додаткового електроживлення;
• Відсутність потреби у налаштуванні пристрою;
• Характеристики Виробу мало залежить від стану лінії;
• Низький коефіцієнт інтермодуляційних спотворень;
• Пригнічення сигналу промислової частоти;
• Повне заливання внутрішніх компонентів Виробу герметиком;
• Ступінь захисту IP66;
Підключення зовнішніх комунікацій до УП10 здійснюється через наступні
з'єднувачі: •
• «Модем» – для підключення апаратури передачі;
• "Фаза" - для підключення фази лінії електропередач;
• «Земля» – для підключення землі.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
42
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2.5. Вибір міжфазного ретранслятора сигналу
Міжфазний ретранслятор сигналу МРС призначений для ретрансляції PLC
сигналу між фазами та обходу проблемних зон, що затримують сигнал PLC, а
також для двонаправленої інжекції сигналу з крученої пари в електромережу, і
для двонаправленої інжекції сигналу з коаксіалу в електромережу. Застосовується
в лініях електропередач низької напруги (до 0,4 кВ) та призначений для
встановлення усередині приміщення (рис. 2.15).
Міжфазний ретранслятор сигналу є невід'ємною ланкою при побудові PLC
мереж, виконує передачу високочастотних сигналів PLC модему між різними
провідниками. Виробу не потрібне додаткове електроживлення, і воно не
потребує у будь-яких налаштуваннях.
Рис. 2.15. Зовнішній вигляд міжфазного ретранслятора МРС-1ШП
До особливостей МРС-1УП можна віднести [20]:
• Двонаправлена передача високочастотних сигналів між апаратурою
передачі даних по лінії електропередач, а також двонаправлена інжекція сигналу
між електромережею та коаксіалом або витою парою;
• Робочий діапазон частот для вузькосмугових або широкосмугових PLC
модемів (перед замовлення – УП або ШП)
• Застосування Виробу для обходу проблемних зон, наприклад, ПЗВ або
дифф. автоматів. Можливість застосування кількох Виробів для обходу
проблемних зон;
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
43
Змн Арк № докум. Підпис Дата
• Відсутність додаткового електроживлення;
• Немає потреби в налаштуванні виробу;
• Характеристики виробу, що мало залежать від стану лінії;
• Повна гальванічна розв'язка;
Встановлений та закріплений виріб підключається до фазних шин і нейтралі
електромережі за допомогою проводів, підключених до клемної колодки.
Електромережа має бути знеструмлена. Схема підключення показана на рисунку
2.16. Метод підключення та кількість контактів залежить від варіанта виконання,
а також умов конкретного об'єкта.
Рис 2.16. Схема підключення МРС
Обхідний фільтр (ОФ) має 3 незалежні пари 1-1, 2-2, 3-3. Міжфазний
ретранслятор сигналу (МРС) має 3 незалежні фази ABC і загальну нейтраль N. Усі
пари, фази та нейтраль гальванічно розв'язані та ізольовані. Для правильного та
необхідного у кожному конкретному випадку підключення достатньо розуміння
простого принципу: сигнал, що надходить на одну з пар 1- 1, 2-2, 3-3, AN, BN,
CN, присутній на всіх інших вищезгаданих парах. До пар 11, 22, 33 може бути
підключений коаксіал або кручена пара через відповідні перехідники чи роз'єми.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
44
Змн Арк № докум. Підпис Дата
2.6. Клієнтські модеми
Обираємо клієнтський модем для побудови мережі TL-200WM.
Даний модем буде забезпечувати надійний зв'язок з численними пристроями,
що підтримують стандарт Fast Ethernet 10/100M за ЛЕП [22]. Може
використовуватися для організації офісних або домашніх локальних мереж з
високошвидкісним доступом до Інтернету, віртуальних локальних мереж VLAN
стандарту IEEE 802.1Q, передачі цифрового відео потоку IPTV, а також у
телефонії VoIP. Має можливість спільного використання кількох рішень.
Сформовані мережі PLC дозволяють встановити захист від несанкціонованого
доступу. через F - конектор по коаксіальному кабелю.
Конструктивно корпус модему виконаний із пластику чорного/білого
кольору. Роз'єм RJ-45 для підключення зовнішніх комунікацій стандарту Fast
Ethernet 10/100M та індикатори стану винесені на корпус виробу. Також у корпусі
виробу вбудована штепсельна розетка для підключення електроживлення,
поєднана з PLC виходом. У модемах TL-200/201WMF PLC вихід виведено на
роз'єм F типу. Зовнішній вигляд виробу показано рисунку 2.17.
Рис. 2.17. Зовнішній вигляд клієнтського модему TL-200WM.
Основні технічні характеристики модему.
Швидкість передачі: До 200 Mbps.
Модуляція: OFDM з 1536 несучими для Прийому/Передачі каналом зв'язку,
симетрична, адаптивна за допомогою несучої з символом 10 bit
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
45
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Крок передачі потужності: 1dB PSD (Щільність Спектральної Потужності):
>-56 dBm/Hz
Програмоване посилення передачі: 33 dB та 21 dB
Програмоване посилення прийому: Від -12dB до +30dB, з кроком 6dB
Динамічний діапазон: 90 dB min
Протоколи другого рівня:
MAC (Media Access Control - керування доступом до носія): MAC для
домашнього обслуговування малих мереж LAN. Доступ до LV (логічного) для
великих мереж LAN здійснюється за механізмом Master Slave.
Динамічний QoS (Якість передачі даних): Конфігурація залежить від
сервісного класифікатора
Протокол сполучного дерева: IEEE 802.1D
VLAN (Віртуальна локальна мережа): IEEE 802.1Q, до 16 активних VLAN у
LV інтерфейсі
Пріоритет трафіку: IEEE 802.1p
Тактова синхронізація: NTP (синхронізуючий мережевий протокол)
Ідентифікація: CPE (Центральний Обробний Елемент) LMAC адреси
реєструються на провідному елементі для запобігання несанкціонованому
доступу. Відповідає протоколу RADIUS.
Поділ на другому рівні: Пристрої TelLink підтримувані VLAN базуються на
стандартному протоколі IEEE 802.1Q
Поділ на фізичному рівні: Зв'язок між одним CPE та ведучим залежить від
особливого кодування для запобігання декодуванню сигналу іншого CPE.
Конфігурація та управління .
Дистанційне керування у всіх модемах TelLink виконується за стандартним
протоколом SNMP (Простий Протокол Мережевого Управління)
Версія MIB (Бази Керівної інформації): MIB IV IETF RFC1213, 1493, 2674
SNMP: Підтримується SNMP v2c
Ініціалізація: Конфігурація IP по DHCP (протоколу динамічної конфігурації
хоста) FTP клієнта, конфігурація та оновлення файлів за TFTP.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
46
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Можливість взаємодії мереж із маршрутизаторами та іншими мережними
пристроями, такими як DNS сервери, DHCP сервери та завантажувальні сервери
налаштовується за стандартними протоколами.
Для підключення зовнішніх пристроїв використовується порт Fast Ethernet
10/100M, виведений на розетку типу RJ-45 на корпусі виробу та вхідний в
комплект з'єднувальний кабель "Patch cord". Другий кінець з'єднувального кабелю
підключається до порту Ethernet пристрою (принтер, ПК, xDSL модем та ін.),
входить до складу організованої мережі.
Модем живиться від мережі змінного струму частотою 50/60 Гц. з напругою
від 100 до 240 В. Внутрішнє імпульсне джерело живлення складається з
перетворювача змінного струму в постійний з напругою 12В, 5В, 3,3В та 1,8 В,
необхідних для функціонування пристрою. Максимальна споживана потужність
виробу 5 Вт 6.
Для підключення електроживлення необхідно використовувати стаціонарну
розетку. Не допускається підключати виріб за допомогою подовжувачів,
розгалужувачів та через мережеві фільтри.
Прилади, що створюють перешкоди в електромережі та високочастотні
випромінювання рекомендується підключати через мережеві фільтри або PLC
фільтри, що являють собою низькопрохідні фільтри, які пропускають тільки
промислові частоти 50-60 Гц, тим самим запобігають несприятливому
взаємовпливі побутової апаратурою із PLC обладнанням.
Рис. 2.18. Підключення за допомогою мережевого фільтра
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
47
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 2.19. Підключення за допомогою PLC фільтра
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
48
Змн Арк № докум. Підпис Дата
3. РОЗРАХУНОК ТА ОСОБЛИВОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ
PLC МЕРЕЖІ
3.1. Розрахунок втрат бюджету в PLC мережі
Оскільки PLC технологія є різновидом передачі радіосигналів, метод
розрахунку мереж PLC підпорядковується законам радіотехніки. При цьому для
коаксіальних мереж розрахунок збігається з практикою дуже добре, а для
електромереж виявляється вельми приблизним, насамперед через відсутність
точної інформації про структуру електромережі. В таблиці 3.1 наведено дані
виробників, які дають уявлення про запас бюджету лінії.
Таблиця 3.1. Запас бюджету лінії
Опис Значення в дБ
Шум у коаксіальному кабелі -125
Шум в електропроводці -110
Потужність передачі HD та GPON шлюзів -50
Потужність передачі стандартних шлюзів -53
Потужність передачі CPE -57
Бюджет лінії в коаксіальній 58 … 65
(при SNR =10)
Бюджет лінії у силовій мережі 43 … 50
(при SNR = 10)
Витрати, які мають місце у реальній PLC мережі представлено в таблиці 3.2.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
49
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Таблиця 3.2. Витрати в PLC мережі
Опис Значення в дБ
Однофазний ємнісний каплер 1,25
Однофазний індуктивний каплер 4 … 8
Трифазний ємнісний каплер 5
11 + 1 каплер 11,5
Втрати у коаксіальному дроті на 30 МГц 2,5 на 100 метров
Втрати у силовому мідному дроті 6...12 на 100 метров
Втрати у підземному мідному дроті 10... 20 на 100 метров
Коаксіальний спліттер на 2 виходи 3,5
Коаксіальний спліттер на 3 виходи 5
Коаксіальний спліттер на 4 виходи 7
Розгалуження на 2 електропроводи 3
На 3 5
На 5 7
На 9 10
На 17 12
Захисний автомат 2 … 5
Електролічильник 5 … 40
У реальних умовах дуже неважко уявити таку конфігурацію
електропроводки, коли бюджету лінії бракує покриття всього об'єкта. Але
використання репітерів дозволяє збільшити максимальну відстань до 5 разів, хоч
це відбувається за рахунок зменшення максимальної доступної смуги. На
практиці сформульовано так зване правило «двох щитків», яке свідчить, що
сигнал PLC може подолати не більше двох електрощитів..
В таблиці 3.3 наведено фізичні швидкості з'єднання PLC залежно від
співвідношення сигнал/шум (SNR):
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
50
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Таблиця 3.3. Фізичні швидкості з'єднання PLC
SNR дБ TX, Мбит/c. RX, Мбит/c.
14,33 39 23
20,9 78 43
25,52 101 76
30,57 156 86
Проведемо наближений розрахунок втрат бюджету мережі за технологією
PLC для населеного пункту селищного типу, представленої на рисунку 2.5.
Результати розрахунків наведені в таблиці 3.4.
Таблиця 3.4. Розрахунок втрат бюджету в PLC мережі.
Опис Значення в дБ
Однофазний ємнісний каплер 1,25
Головний електрощит 7
Прохід автомата ГЕ 2 … 5
Мідний товстий дріт до щитка на будинку, 6 ... 12
до 100 метрів.
Будинковий електрощит 7
Прохід автомата БЕ 2 … 5
Тонкий мідний кабель по будинку, до 50 5
метрів
Розгалуження на 2 електропроводи 3
Усього: 36 … 45
З розрахунку очікується, що з'єднання встановиться нормально зі швидкістю
не менше 50 Мбит/c у всіх точках двох будинків, що розташовані найближче до
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
51
Змн Арк № докум. Підпис Дата
трансформаторної підстанції. Для підключення кожної наступної пари будинків
потрібно використовувати репітер, що дозволить підвищити якість підключення
до мережі та збільшити максимальну можливу відстань до абонентів.
3.2. Адаптація до фізичного середовища, усунення помилок та вирішення
конфліктів
Лінії електропередачі, що використовуються як середовище для організації
«останньої милі», мають певні особливості:
- високий рівень шумів зі швидким загасанням високочастотного сигналу,
який здійснює передачу даних;
- не стаціонарність (присутня зміна параметрів в часі) лінії зв'язку.
Тобто комунікаційні параметри лінії зв'язки (часові і фазові спотворення,
загасання сигналу, та ряд інших), які для традиційних фізичних середовищ
передачі інформації є постійними, для ліній електромереж істотно міняються в
часі в залежності від поточного навантаження (денний і вечірній час, зимовий і
літній періоди і так далі).
Ці негативні дії вимагають застосування різних заходів компенсації.
Наприклад, використання завадостійких методів обробки та кодування сигналів
(які були описані в першому розділі), високонадійних методів доступу до
середовища передачі даних та ін..
Розглянемо деякі методи, що використовуються для усунення помилок при
передачі сигналів в технології Powerline.
При передачі сигналів по побутовій мережі електроживлення можуть
виникати великі згасання в функції передачі на певних частотах, що призведе до
втрати даних (рис. 3.1.).
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
52
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Рис. 3.1. Передавальна функція
У технології Powerline передбачений спеціальний метод вирішення цієї
проблеми - динамічне вимикання та включення передавання сигналу (dynamically
turning off and on data-carrying signals). Суть даного методу полягає в тому, що
пристрій здійснює постійний моніторинг каналу передачі з метою виявлення
спектру ділянки з перевищенням певного порогового значення згасання. У разі
виявлення цього факту використання цих частот на якийсь час припиняється до
відновлення нормального значення згасання (рис. 3.2.).
Рис. 3.2. Адаптивна передача даних
Даний метод робить технологію Powerline максимально гнучкою при
використанні в різних умовах. Наприклад, у різних країнах існують різні
регулюючі акти, згідно з якими частина діапазону частот не може бути
використана. Отже, у випадку Powerline у такому діапазоні просто не
передаватимуться дані. Ще одним прикладом є варіант, коли якийсь додаток вже
використовує частину діапазону. Аналогічно першому випадку тут також
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
53
Змн Арк № докум. Підпис Дата
вимикається передача даних на певних частотах, і два програми можуть спокійно
співіснувати в одному фізичному середовищі.
Іншою серйозною проблемою при передачі даних по побутовій
електромережі вважаються імпульсні перешкоди (до 1 мкс), джерелами яких
можуть бути галогенові лампи (рис. 2.3), включення та вимкнення різних
електроприладів тощо.
Рис. 3.3. Імпульсні перешкоди
При використанні методу динамічного вимикання і включення передачі
сигналу система може не встигнути адаптуватися до умов, що швидко змінилися,
в результаті частина переданих бітів буде зруйнована і втрачена. Для вирішення
цієї проблеми використовується двоступінчасте (каскадне) завадостійке
кодування бітових потоків, перш ніж вони будуть промодульовані і надійдуть
канал передачі даних. Суть завадостійкого кодування полягає у додаванні в
вихідний інформаційний потік за певними алгоритмами надлишкових
("захисних") бітів, які використовуються декодером на приймальному кінці для
виявлення та виправлення помилок. Каскадування блочного коду Ріда-Соломона і
простого надточного коду, що декодується за алгоритмом Вітербі, дозволяє
виправляти не тільки поодинокі помилки, а й пакети помилок, забезпечуючи тим
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
54
Змн Арк № докум. Підпис Дата
самим гарантію цілісності даних, що передаються, практично в 100%. Крім того,
завадостійке кодування є і способом технічного закриття, що забезпечує відносну
безпеку інформації, що передається в загальному середовищі передачі.
Ще одним проблемним моментом є те, що мережа побутового
електроживлення служить загальним середовищем передачі даних, тобто
одночасно передачу можуть здійснювати відразу кілька пристроїв. У цій ситуації
для вирішення конфліктів зіткнення трафіку необхідний регулюючий механізм
протокол доступу до середовища. Як такий протокол був обраний добре відомий
Ethernet, який у технології Powerline був розширений шляхом додавання
додаткових полів пріоритетності. Така модифікація викликана необхідністю мати
гарантовану смугу пропускання передачі голосу і відео через IP тоді, коли
величина затримки є критичним параметром. Пакети, що містять голос або відео,
у цьому випадку позначаються як "timing critical", вони мають найвищий
пріоритет при обробці та доступі до середовища передачі
3.3. Електромагнітна сумісність в PLC мережах
Однією з основних перешкод на шляху впровадження PLC мереж є
необхідність дотримання жорстких вимог до допустимого рівня
електромагнітного випромінювання сигналів PLC-обладнання. Передача
корисного сигналу може бути джерелом радіоперешкод для різних радіослужб,
працюючих в цьому діапазоні (1-30 МГц). Тобто є ризик інтерференції радіохвиль
від функціонування PLC/BPL мереж і це достатньо серйозна проблема.
Технологія PLC/BPL полягає в накладанні сигналів даних на канали несучих
частот, що охоплюють дуже широкий діапазон хвиль. Дані несучі частоти можуть
перекриватися з безліччю інших радіосигналів (сигналами короткохвильового
радіомовлення, з професійним радіозв'язком, з сигналами пристроїв стеження за
дітьми так звана «радіо няня», з нижніми частотами ТV-діапазону та інші). BPL-
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
55
Змн Арк № докум. Підпис Дата
сигнали транспортуватимуть дроти, які, в певній мірі можуть поводитися як
антени.
Лінії електропередач призначені переносити електроенергію і зазвичай
оптимізовані по ККД і електробезпеці, але це не стосується мінімального
випромінювання енергії широкосмугового сигналу.
На даний час не існує єдиних міжнародних норм і стандартів на допустимий
рівень потужності сигналів, які передаються по лініях електроживлення. Тому
більшість розвинених країн розробили свої національні норми по
електромагнітній сумісності (ЕМС) для PLC обладнання.
Найбільш жорсткі норми встановлені в США, допустимий максимальний
рівень напруженості поля складає 70 дБмкВ/м і не адаптований до розподілу
природніх завад, що виникають в каналах зв'язку.
В європейських країнах вимоги до допустимого максимального рівня
випромінювання залежать від діапазону частот. У випадку мереж зв'язку, що
використовують лінії електроживлення в частотному діапазоні 3-150 кГц, в
Європі діє стандарт CENELEC, який встановлює вимоги щодо завадо захищеності
та ЕМС.
Стандарт IEEE P1675, прийнятий 20.07.2005, не згадує про проблему ЕМС. У
своїй офіційній заяві IEEE заявляє, що не бачить особливих перешкод для
реалізації BPL. Згадується, що «...комбінація комп'ютера, маршрутизатора і блоку
сполучення знімає сигнал з підведеного до трансформаторної підстанції
оптоволоконного кабелю і наложить його на електричний струм. Сигнал
поширюватиметься по розподільчих високовольтних лініях, і
підтримуватиметься повторювачами, розташованими через кожні 0,8-1,6 км.
Повторювач і маршрутизатор, які розташовані поблизу житлового будинку або
офісу, здобудуть сигнал з ліній електроживлення перед трансформатором, і потім
введуть його в низьковольтну проводку по інший бік трансформатора. У
результаті сигнал зявиться у внутрішній проводці будинку і за наявності
спеціального модему буде доступний з будь-якої розетки» [4].
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
56
Змн Арк № докум. Підпис Дата
В той час, були затверджені правила, що дістали назву «Access BPL». В них
прописано, «щоб уникнути проблем сервис-провайдери, розгортаючи системи
BPL, повинні погоджувати використання частотного спектру з радіомовними
компаніями і асоціаціями радіоаматорів». Таке узгодження, в деяких випадках,
може призводити до необхідності зменшення потужність сигналу, що
передається, а іноді навіть може заборонити розгортання BPL-системи.
Слід відмітити, що виробники проводять польові випробування обладнання
на електромагнітну сумісність, але в широкому доступі ця інформація не
з'являється.
3.4. Переваги та недоліки технології PLC
Отже на завершення, виділимо основні переваги та недоліки технології PLC
Переваги:
• Не потрібно прокладання кабелю, укладання його в короби, свердління
стін та опорних конструкцій
• Простота використання
• Швидкість монтажу
В порівнянні з Wi-Fi:
• Не вимагає налаштувань
• Більш стабільний зв'язок
• Велика безпека інформації
• Підходить для передачі Multicast-трафіку, наприклад IPTV
• На якість зв'язку не впливає матеріал та товщина стін у квартирі
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
57
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Недоліки:
• Порушення радіоприймання в тих приміщеннях, де працюють PLC-
модеми, це особливо проявляється на середніх і коротких хвилях, але на
достатньо невеликій відстані близько 3-5 метрів від модему.
• Пропускна спроможність мережі організованою електропроводкою
ділиться між усіма її учасниками. Тобто, якщо в одній PLC-мережі
використовуються дві пари адаптерів, то швидкість обміну інформацією
для кожної пари буде приблизно 50% від загальної пропускної здатності.
• Стабільність та швидкість роботи PLC-мережі залежить від таких
чинників, як якості виконання електропроводки, наявність стиків з різних
матеріалів (мідь, алюміній) та кількості з'єднань провідника.
• На якість зв'язку також можуть негативно впливати такі прилади, як
тиристорні дімери, дешеві енергозберігаючі лампи, імпульсні блоки
живлення, зарядні пристрої та ін. Перераховані пристрої вносять
максимальний вплив на швидкість мережі мають тоді, коли підключенні
в безпосередній близькості від PLC-модему.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
58
Змн Арк № докум. Підпис Дата
4. ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
дослідника при роботі в технічній лабораторії
Усі роботи, щодо виконання даної бакалаврської роботи проводяться в
приміщенні дослідницької технічної лабораторії, де проводиться створення та
моделювання мережі широкосмугового абонентського доступу.
Проведення досліджень неможливе без використання комп’ютерної техніки
для відповідних розрахунків та побудови планів, схем, графіків. Тому для більш
продуктивної та безпечної праці співробітника лабораторії необхідно створити
раціональні та безпечні умови праці під час роботи з в приміщенні лабораторії.
Дослідження проводяться в приміщенні, яке має наступні геометричні
розміри: довжина – 12 м, ширина – 5,5 м, висота стелі – 3,5 м. Відповідно площа
всього приміщення складає 66 м2, а об’єм становить 231 м3. Тому на одного
працюючого припадає 13,2 м2, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010 та
ДСанПіН 3.3.2-007-98, відповідно до яких площа, яка припадає на одне робоче
місце, яке обладнане ПК, повинна складати не менше 6 м2, а об’єм - не меншим
ніж 20 м3.
Серед багатьох чинників зовнішнього середовища, що впливають на
організм людини під час праці, світло займає одне з перших місць. Світло має
властивість впливати не лише на органи зору, а й на діяльність організму в
цілому, тому при діяльності втомлюваність очей, в основному, залежить від
напруженості процесів, що супроводжують зорове сприйняття. При поганому
освітленні у людини перенапружуються органи зору, що призводить до швидкого
втомлення. А це в свою чергу може призвести до помилкових дій під час роботи і
навіть до нещасного випадку.
Робоче приміщення згідно з нормами проектування ДБН В.2.5-28-2018
«Природне та штучне освітлення» має природне та штучне освітлення. Природне
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
59
Змн Арк № докум. Підпис Дата
освітлення приміщення здійснюється через п’ять вікон, які зорієнтовані на захід.
Розміри кожного вікна складають 1,42 м. Робоче місце розташоване таким
чином, що усі вікна знаходяться перед робочим місцем працюючого. За рахунок
цього забезпечене мінімальне потрапляння прямих сонячних промінів на екран
монітора, які б спричиняли би відбиття світла від екрану. При цьому у полі зору
працюючого забезпечується оптимальне співвідношення яскравості робочих та
навколишніх поверхонь.
Під час роботи працівник в більшості випадків працює з даними, які
виводяться програмним забезпеченням (з розрахунками на екрані монітора).
Тобто найменшим об’єктом розрізнення виступає «крапка» на екрані монітора (в
текстових редакторах та математичних прикладних програмах це текст чорного
кольору на білому фоні). Найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає
дуже високому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової праці – II,
підрозряд – Г. Контраст об’єкту розрізнення з фоном - великий. Для даного типу
зорової праці нормативне значення КПО згідно норм освітлення
ДБН В.2.5-28-2018 дорівнює 1,8%. Робоче місце розташовано на відстані 1,5 м від
вікна і в цій точці значення КПО складає 27-32%, що задовольняє нормам. Тому
рівень природного освітлення можна вважати достатнім.
Для темного часу доби в приміщенні передбачене штучне освітлення.
Штучне освітлення також передбачається у всіх виробничих та побутових
приміщеннях, якщо недостатньо природного світла. При організації штучного
освітлення необхідно забезпечити сприятливі гігієнічні умови для зорової роботи
і одночасно враховувати економічні показники. При штучному освітленні
нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від
характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта
розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Приміщення обладнане дванадцятьма світильниками денного світла типу
ЛСП02-2х58-001, які розташовані симетрично та рівновіддалено від стін.
Відповідно до ДБН В.2.5-28-2018 для даного типу зорової праці необхідна
величина штучного загального освітлення складає 400 лк. Фактичне значення
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
60
Змн Арк № докум. Підпис Дата
даного параметра складає 420-430 Лк. Отже, рівень штучного освітлення на
робочому місці є достатнім.
Важливе значення має мікроклімат робочого приміщення, так як він
безпосередньо впливає на здоров’я та самопочуття працівника. До важливих
мікрокліматичних умов можна віднести такі параметри, як температура, відносна
вологість, швидкість руху повітря в робочій зоні. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99
«Повітря робочої зони», що регламентує параметри мікроклімату виробничих
приміщень, нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1. Температура повітря: в холодний період року – 22-24 °С (допустима – 21-
25 °С); в теплий період року – 23-25 °С (допустима – 22-28 °С).
2. Вологість повітря: в холодний період року – 40-60 %; в теплий період
року – 40-60 %.
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року – 0,1 м/с (допустима –
не більша ніж 0,1 м/с); в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с).
Фактичні значення параметрів мікроклімату становлять:
1. Температура повітря: в холодний період року – 16-17 °С; в теплий період
року – 23-25 °С.
2. Вологість повітря: в холодний період року – 45-47 %; в теплий період
року – 50-52 %.
3. Швидкість руху повітря: в холодний період року – 0,05-0,1 м/с; в теплий
період року – 0,07-0,12 м/с.
З наведених даних видно, що фактичне значення вологості повітря та
швидкості руху повітря відповідають нормативним значенням параметрів.
Значення температури повітря в холодний період року є нижчим за нормативне
значення, отже, необхідно провести модернізацію системи опалення у даному
приміщенні.
Шум також являється одним з важливих факторів виробничого середовища,
який може негативно впливати на працівника. Шум може послаблювати увагу,
посилювати розвиток втоми, сповільнює реакцію людини на небезпеку. Внаслідок
цього знижується працездатність та підвищується ймовірність нещасних випадків.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
61
Змн Арк № докум. Підпис Дата
В даному приміщенні головним джерелом шуму є вентилятор охолодження
джерела живлення системного блоку. Шум, який видає системний блок не
перевищує нормативне значення еквівалентного рівня шуму, яке згідно вимог
ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» становить
50дБА.
Головним джерелом електромагнітного випромінювання в приміщенні є
монітор та системний блок. Рівні електромагнітного випромінювання на
робочому місці повністю відповідають вимогам ДСН 3.3.6.096-2002.
В даному приміщенні використовується електропроводка прихованого типу,
яка виконана мідним дротом ППВ 3*2.5. Таке виконання проводки запобігає
виникненню та поширенню пожежі внаслідок можливого короткого замкнення в
проводці, та можливому враженню працівника струмом. Обладнання, а саме
системні блоки та монітори, встановлене в кабінеті, живиться напругою 220 В і
споживає потужність менше ніж 2 кВт. Оскільки ПК та має металевий корпус, то
згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в приміщенні передбачена магістраль захисного
занулення, яка забезпечує захист людини від ураження електричним струмом.
За категорією пожежонебезпеки згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, дане
приміщення відноситься до типу В (горючі та важкогорючі рідини, тверді горючі
та важкогорючі речовини і матеріали, речовини та матеріали, здатні при взаємодії
з водою, киснем повітря або одне з одним лише горіти, за умови, що приміщення,
в яких вони знаходяться не належать до категорій А чи Б). Стіни приміщення
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою.
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а
підлога з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва
приміщення повністю дозволені для оздоблення приміщень органами державного
санітарно-епідеміологічного нагляду.
Приміщення обладнано системою автоматичної пожежної сигналізації
відповідно до вимог ДБН В.2.5-56-2014. Також в приміщенні знаходиться три
переносних вуглекислотних вогнегасника ВВК-5, які використовуються для
гасіння легкозаймистих та горючих рідин, твердих горючих речовин та
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
62
Змн Арк № докум. Підпис Дата
матеріалів, електропроводок, що знаходяться під напругою до 1000 В, що
відповідає Правилам експлуатації вогнегасників.
Для забезпечення проведення швидкої та організованої евакуації персоналу
на випадок виникнення пожежі в будівлі передбачений план евакуації,
розміщений на стіні з вільним доступом до нього.
На працездатність дослідника окрім зовнішніх факторів виробничого
середовища також впливає безпосередня організація робочого місця. Отже
робочий стіл має такі розміри: висота – 710 мм, ширина – 510 мм, довжина – 1100
мм. Відповідно стілець має такі розміри: висота – 400 мм, ширина – 400 мм.
Відстань від екрана до ока складає 700 мм при розмірі екрану по діагоналі 22", а
клавіатура розміщена на поверхні столу на відстані 200 мм від працюючого. Кут
огляду 30о. Конструкція робочого місця робітника забезпечує підтримання
оптимальної робочої пози з такими ергономічними характеристиками: ступні ніг -
на підлозі; стегна - в горизонтальній площині; передпліччя - вертикально; лікті -
під кутом 70-90° до вертикальної площини; зап'ястя зігнуті під кутом не більше 20
град. відносно горизонтальної площини та нахил голови - 15-20° відносно
вертикальної площини. Отже, організація робочого місця повністю задовольняє
ергономічним вимогам ДСТУ 8604:2015
Важливим фактором для підвищення продуктивності праці та запобіганню
виснаження організму являється правильна організація її режиму. Отже, при
організації праці, яка пов’язана з роботою за комп’ютером та іншими приладами,
для збереження здоров’я працюючого, запобігання виникненню професійних
захворювань та підтримки працездатності на належному рівні повинні бути
передбаченні перерви для відпочинку.
Після проведення детального аналізу приміщення та безпосередньо
робочого місця можна зробити висновок, що всі фактори виробничого
середовища, окрім температури приміщення в холодний період року,
відповідають своїм нормативним значенням. Тому необхідно провести
модернізацію системи централізованого водяного опалення, щоб забезпечити
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
63
Змн Арк № докум. Підпис Дата
відповідність значення температури повітря в холодний період року
нормативному значенням цього параметра, а саме на рівні 20-22 °С.
4.2 Модернізація системи водяного опалення лабораторії
Системи опалення являють собою комплекс елементів, необхідних для
нагрівання приміщень в холодний період року. До основних елементів системи
опалення належать: джерела тепла, теплопроводи та нагрівальні прилади.
Теплоносіями можуть бути нагріта вода, пара чи повітря. Системи опалення
повинні компенсувати втрати тепла через огороджуючі зовнішні будівельні
конструкції та підігрівати холодне повітря, яке надходить ззовні через вікна,
двері, ворота та ін. Для підприємств та організацій проектується, як правило,
центральна водяна система опалення низького тиску або система повітряного
опалення. При проектуванні системи опалення необхідно визначити категорію
вибухопожежної небезпеки виробництва; внутрішню температуру повітря в
приміщенні, залежно від категорії роботи (легка, середньої важкості, важка);
розрахункову зовнішню температуру повітря для даного кліматичного району;
орієнтовні втрати тепла будинком; тепловиділення від людей, електродвигунів,
нагрітих поверхонь котлів, сушильних установок, світильників, та іншого
обладнання; необхідну систему опалення, вид теплоносія, тип опалювальних
приладів; кількість тепла на опалення приміщень; поверхню нагрівальних
приладів; кількість елементів секцій в одному нагрівальному приладі, загальну
кількість секцій; годинні витрати води (повітря) на опалення; необхідну поверхню
нагріву.
Але, основною метою системи опалення є створення комфортної
температури у приміщенні, де перебуває та працює людина. Система опалення
повинна підтримувати температуру повітря в приміщенні на рівні від 20 до 22°C .
В залежності від того який теплоносій використовується в опалювальній системі,
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
64
Змн Арк № докум. Підпис Дата
вона може поділятися на декілька типів: водяна, парова, низького тиску, високого
тиску. Водяна та парова системи опалення в залежності від тиску пари чи
температури води можуть бути низького тиску (тиск пари до 70 кПа чи
температура води до 100 °С), та високого тиску (тиск пари більше 70 кПа чи
температура води понад 100 °С).
Найчастіше використовується водяне опалення низького тиску, яке має ряд
переваг в порівнянні з паровим опаленням та відповідає основним санітарно-
гігієнічним вимогам. До основних переваг цієї системи можна віднести
рівномірне нагрівання приміщення; можливість централізованого регулювання
температури води; підтримання відносної вологості повітря в приміщенні на
відповідному рівні; виключення можливості опіку від нагрівальних приладів;
високий рівень пожежної безпеки. Основний недолік системи водяного опалення
– можливість її замерзання при аварійному відключенні в зимовий період, а також
повільне нагрівання великих приміщень після тривалої перерви в опаленні.
Парове опалення має низку санітарно-гігієнічних недоліків, тому
застосовується нечасто. Зокрема, внаслідок перегрівання повітря знижується його
відносна вологість, а органічний пил, що осідає на нагрівальних приладах,
підгоряє і створює запах гару. Окрім того, існує небезпека пожеж та опіку.
Враховуючи вищевказані недоліки не допускається застосування парового
опалення в пожежонебезпечних приміщеннях та приміщеннях зі значним
виділенням пилу.
До опалювальних приладів висувають ряд вимог, за якими їх класифікують,
аналізують ступінь досконалості та проводять порівняння.
Опалювальні прилади повинні мати за можливістю більш низьку
температуру корпусу для забезпечення непригорання пилу та неможливості
отримання опіку при доторканні до корпусу, зменшення нейтралізації нестійких
іонів з негативним зарядом, зниження швидкості руху повітря і відповідно
швидкості руху пиловидних частинок; мати найменшу площу для зменшення
відкладання пилу; мати вільний доступ для видалення пилу з корпусу та з
огороджуючих конструкцій за ним.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
65
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Опалювальні прилади повинні мати найменші приведені витрати на
виготовлення, монтаж та експлуатацію. Найменшу витрату металу, найменшу
питому вартість, віднесену до 1 м2 площі поверхні або до 1 кВт теплового потоку.
Зовнішній вигляд (форма, розміри, фарбування) опалювальних приладів
повинен відповідати інтер'єру приміщення, а їх об'єм, віднесений до одиниці
теплового потоку, бути як найменшим.
Повинна забезпечуватись максимальна механізація робіт при виробництві
та монтажу опалювальних приладів. Опалювальні прилади повинні мати
достатню механічну міцність.
Опалювальні прилади повинні пропорційно реагувати на автоматичну
керованість їх тепловіддачею; забезпечувати пріоритет теплоти у приміщенні;
бути довговічними, температуростійкими.
Опалювальні прилади повинні забезпечити найбільшу щільність питомого
теплового потоку, віднесену на одиницю площі.
Опалювальні прилади можуть мати додаткове обладнання для задоволення
потреб споживача – дзеркала, вішалки, зволожувачі повітря тощо.
За переважним видом тепловіддачі всі опалювальні прилади розділяють на
три групи, а саме: радіаційні, що передають випромінюванням не менше 50% су-
марного теплового потоку (до них відносять сталеві бетонні опалювальні панелі
та випромінювачі); конвективно-радіаційні, що передають конвекцією від 50% до
75% сумарного теплового потоку (в цю групу включають секційні та панельні
радіатори, підлогові та стінові опалювальні панелі, гладкотрубні опалювальні
прилади); конвективні, передають конвекцією понад 75% загального теплового
потоку (до цієї групи відносять конвектори та ребристі труби).
За матеріалом опалювальні прилади розділяють на металеві (чавунні,
сталеві, алюмінієві, мідні тощо), біметалеві (сталево-алюмінієві, мідно-
алюмінієві), неметалеві (керамічні, пластмасово-бетонні) та комбіновані
(металево-керамічні, металево-бетонні тощо).
Чавунні секційні батареї – теплові прилади, які відносяться до застарілих
систем опалення. Мають малу поверхню віддачі тепла й низьку теплопровідність
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
66
Змн Арк № докум. Підпис Дата
металу, роблять нагрівання в основному випромінюванням і близько 20% тепла
передають повітрю конвекцією. Рух теплоносія в системі відбувається
гравітаційним шляхом, що сильно сповільнює передачу тепла. Для збільшення
конвекційної віддачі тепла чавунними радіаторами, їх рекомендують розміщати
тільки під вікнами, щоб холодне повітря, що опускається з поверхні скла,
примусово проходило через радіатор.
Панельні сталеві батареї являють собою дві сталеві пластини, між якими
циркулює теплоносій. Пластини мають товщину 1,2 мм, з'єднані між собою
точковим електрозварюванням, містять виштампувані канали, по яких протікає
вода. Панель розмірами за звичайний чавунний радіатор має товщину 30 мм, але
вдвічі меншу тепловіддачу. Для підвищення теплової потужності ставлять
паралельно дві, навіть три панелі. При двох або трьох панелях радіатор передає
тепло випромінюванням тільки зовнішніми площинами, тому до всіх внутрішніх
площин радіатор приварюють ряди П-подібних пластин, які значно збільшують
поверхню тепловіддачі, тобто внутрішні площини працюють як конвектор.
Основний недолік такий же, як й в алюмінієвих радіаторах – прискорена корозія.
Алюмінієві секційні батареї, більш досконала конструкція, у якій
застосований матеріал з великим коефіцієнтом теплопередачі у вигляді
алюмінієвого сплаву. Секції алюмінієвого радіатора мають глибину всього 80-110
мм. Алюмінієві секційні радіатори більше половини тепла віддають
випромінюванням, іншу половину – конвекцією. Деякі типи алюмінієвих
радіаторів можуть мати сильно розвинену поверхню у вигляді додаткових тонких
ребер, розміщених усередині секції, при цьому зростає площа нагрівання однієї
секції. Теплова потужність однієї секції декларується виготовлювачами до 180
ватів. Завдяки зменшеному обсягу води в секціях алюмінієві радіатори добре
піддаються регулюванню за допомогою термозапірних клапанів і термочуттєвих
головок. Теплорегулюючі елементи, якими необхідно постачати всі алюмінієві
радіатори, дозволяють обмежувати протік гарячої води через радіатор при
досягненні заданої температури в кімнаті. Основний і самий великий недолік –
схильність до електрохімічної корозії. Біметалічні секційні радіатори, найбільш
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
67
Змн Арк № докум. Підпис Дата
досконала конструкція, що дозволяє використати всі переваги алюмінієвих
радіаторів, уникаючи їхніх недоліків. Біметалічний радіатор складається з міцного
й стійкого до електрохімічної корозії сталевого трубопровідного каркаса,
зовнішні ребра виконані з високоякісного алюмінієвого сплаву методом лиття під
високим тиском. При цьому утвориться монолітне з'єднання, що виключає
можливість контакту алюмінію з водою, а значить і корозії. Ці радіатори не
вимагають спеціальної підготовки води (очищення, зниження кислотності,
лужності), на відміну від алюмінієвих радіаторів. Радіатори мають корпус без
гострих кутів, температура на поверхні в 2 рази нижче, ніж усередині, що
дозволяє навіть по дуже строгих нормах застосовувати їх у дитячих і лікувальних
установах. При роботі радіатор створює ефект повітряного теплового вентилятора
й дуже добре перемішує шари повітря в приміщенні.
В приміщенні застосовується схема периметральної двотрубної тупикової
вітки системи опалення з рухом теплоносія в середині системи за схемою «зверху-
донизу». Кількість тепла, що втрачається будівельною конструкцією QK залежить
від різниці температур, величини їх значень, площі та виду матеріалу та може
бути підрахована для плоских поверхонь за формулою:
Q = k F (t − t )
K k вн зовн (4.1)
де: k – коефіцієнт теплопередачі конструкції огорожі (стін),
k = 0,97ккал / год;
Fк – поверхня огороджувальної конструкції, Fк=105 м2;
tвн – розрахункова температура повітря в приміщенні, t = 22 °C;
tзовн – розрахункова температура зовнішнього повітря (приймається за
кліматичними даними для даного міста), t = -20 °C.
QK = k Fk (tвн − tзовн ) = 0,97 42(22− (−20)) =1711
ккал / год.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
68
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Відносні витрати води розраховуються за формулою:
7,98 (t −10)
q =
T L
прил (4.2)
де: Δt– різниця температур між середньою температурою теплоносія в
нагрівальному приладі та температурою в приміщенні, °С;
ΔTприл – перепад температур теплоносія в нагрівальному приладі, °С;
L – кількість води, що подається зверху донизу, L = 21,3кг/м2·год;
Температурний перепад в даній системі складає 85 – 50 °C.
85+ 50
7,98 (( − 22) −10)
7,98 (t −10) 2 291,27
q = = = = 0,39
Tприл L (85− 50) 21,3 746,8
ккал/год
Значення е. к. м. можна порахувати за формулою:
q = 7,98 (t −10) ,
е.к.м. (4.3)
де: α – поправочний коефіцієнт, що залежить від відносної витрати води,
який дорівнює α = 0,89;
85+50
qе.к.м. = 7,98 (t −10) = 7,98 (( − 22) −10) 0,89 = 252 ккал/год
2
Необхідну поверхню приладів е.к.м. Fпр можна визначити за формулою:
Q 1711
Fприл. =
к = = 6,8м2 .
q 252
е.к.м. (4.4)
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
69
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Необхідна кількість секцій радіаторів визначається за формулою:
Fприл
n = ,
f
е.к.м. (4.5)
де fе.к.м - площа однієї секції даного типу радіаторів.
Вибираємо біметалічний радіатор Mirado. Площа поверхні однієї секції
цього радіатора становить 0,35 м2.
f 2
е.к.м. = 0,35м .
Fприл 6,8
n = = =19,4
fе.к.м. 0,35
Отже в даному приміщенні необхідно встановити 2 радіатори, які
складаються з 10-ти секцій кожен.
Біметалічний радіатор Mirado витримує тиск до 30 бар, що дозволяє
використовувати його в різних системах опалення - як в приватних будинках, так і
в багатоповерхових. Mirado витримують температуру в системі до 120 °С, не
піддаються корозії, а також пофарбовані за спеціальною технологією, яка
дозволяє зберігати радіаторам свій стильний зовнішній вигляд довгий час.
Рис. 4.1. Зовнішній вигляд біметалевого радіатора Mirado
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
70
Змн Арк № докум. Підпис Дата
Характеристики радіатора біметалевого Mirado 500:
Вага, кг: 15
Висота, мм: 582
Ширина, мм: 860
Тиск робочий, бар: 30
Матеріал: Біметал
Монтаж: Боковий нижній, боковий верхній
Потужність однієї секції, Вт: 196
Виробник: Mirado
Країна: Україна
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
71
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ВИСНОВКИ
Одним із варіантів організації мереж абонентського доступу є система
передачі даних по енергомережах.
Технологія PLC (Power Line Communications - комунікації по силовим
лініям) провідною технологією, спрямованою на використання кабельної
інфраструктури силових електромереж для організації високошвидкісної передачі
даних.
Технологія PLC - це насамперед вирішення проблеми "останньої милі".
Тому що у цьому рішенні використовується внутрішньобудинкова
електромережа. Сама послуга надається за принципом Plug&Play. Тобто адаптер
або абонентський модем, придбаний споживачем у магазині, не потребує жодних
налаштувань: при включенні в розетку автоматично йде зв'язок із головним
пристроєм, який у кожному будинку один; відбувається автоматичне
налаштування конфігурації та присвоєння IP-адреси. Перевагою технології є
також і те, що для підключення до Інтернету немає потреби чекати на монтерів і
пускати їх до себе додому. Інший додатковий плюс – роумінг: модем працює у
всіх будинках, де є PLC-покриття. Він не прописаний жорстко до конкретної
адреси і працює і всередині району, і всередині міста, і в іншому місті.
Усе існуючі PLC-системы прийнято розділяти на широкосмугові (BPL —
Broadband over Power Lines) і вузькосмугові (NPL — Narrowband over Power
Lines).
Широкосмугові пристрої (зі швидкістю від 1 до 200 Мбіт/c) орієнтовані на
системи доступу до Інтернету, на створення домашніх комп'ютерних мереж, а
також на додатки, що вимагають високошвидкісного обміну даними : потокове
відео, системи відеоконференцзв'язку, цифрової телефонії і т. д.
Найбільший інтерес для розробників апаратури представляють
вузькосмугові PLC-модеми у зв'язку з їх відносною дешевизною і поліпшеними
характеристиками, що дозволяють працювати не лише в звичайних мережах, але і
в мережах з підвищеним рівнем перешкод.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
72
Змн Арк № докум. Підпис Дата
PLC технології застосовуються для створення мобільних високошвидкісних
локальних мереж в офісах, будівлях і реалізації нових концепцій розумних
будинків і т. п. Інші перспективні сфери застосування PLC технології:
• системи безпеки;
• системи управління вуличним освітленням;
• системи автоматизації;
• диспетчерські системи;
• системи сигналізацій;
• системи збору інформації датчиків витрат;
• промислові системи моніторингу і управління.
Важливою є можливість спільного використання PLC технології з іншими
широкосмуговими технологіями передачі даних, наприклад PLC + WiMAX, PLC
+ WLAN та ін.
В роботі розроблено мережу широкосмугового абонентського доступу
саме на основі технології PLC.
Для організації абонентського доступу використовуються низьковольтні
електромережі (до 400 В). Нині існує декілька стандартних підходів до
високошвидкісної передачі інформації по лініях електроживлення. Відмінності
між ними полягають, передусім, в орієнтації на конкретний клас додатків, а також
в методах і засобах забезпечення надійної інформаційної взаємодії.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
73
Змн Арк № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. http://oniis.org/ukr/news-ukr/plc-technology
2. https://uk.wikipedia.org/wiki/PLC
3. https:// uk.wikipedia.org/wiki/DSP
4. О.Л. Недашківський, Б.Ю. Жураковський, С.І. Тарбаєв. «Технологія PLC та
її перспективи на ринку широкосмугового абонентського доступу». – К.
2014. ТОВ «АНВА Прінт» 123 с
5. Інтелектуальні системи забезпечення енергозбереження житлових будинків.
Навчальний посібник. – К.: Медіа-ПРЕС, 2008. – 256 с.
6. https://galinfo.com.ua/news/systema_rozumnogo_budynku
7. Інтелектуальні електричні мережі: елементи та режими: За заг. ред..акад.
НАН України О.В. Кириленка / Інститут електродинаміки НАН України.–
К.: Ін-т електродинаміки НАН України, 2016. – 400 с.
8. https://uk.wikipedia.org/wiki/Spread Spectrum
9. https:// uk.wikipedia.org/wiki/OFDM
10. Жуйков В.Я., Терещенко Т.О., Хохлов Ю.В. Передавання сигналів
керування в умовах завад. Навчальний посібник. – К.: Аверс, 2010. – 256 с.
11. Балашов В. О. Системи передавання широкосмуговими
сигналами:[навчальний посібник] / В. О. Балашов, П. П. Воробієнко, Л. М.
Ляховецький, В. В. Педяш. – Одеса: Вид. центр ОНАЗ ім.. О. С. Попова,
2012. – 336 с.
12. https://uk.fmuser.net/content/?6996.html
13. https://elearn.nubip.edu.ua/mod/book/tool/print/index.php?id=334789
14. IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access
Control and Physical Layer Specifications // IEEE 1901. – 2010
15. www.ist-opera.org.
16. www.upaplc.org.
17. http://www.homeplug.org/tech/homeplug_tech_apps
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
74
Змн Арк № докум. Підпис Дата
18. http://www.homegridforum.org/content/pages.php?pg=about_overview
19. http://enir.by/oborudovanie-plc/plc-modemy
20. https://deps.ua/ua/katalog/telecommunications-equipment.html
21. http://cpto.dp.ua/public_html/posibnyky/posibnyk_ooi/Modem.html
22. https://www.tp-link.com/us/business-networking/outdoor-radio/cpe510
23. Основи охорони праці: підручник / М. С. Одарченко, А. М. Одарченко, В. І.
Степанов, Я. М. Черненко. – Х. : Стиль-Издат, 2017. – 334 с.
24. Методичні вказівки до виконання випускних робіт бакалавра та дипломних
робіт для студентів напряму підготовки та спеціальності «Радіотехніка»
освітньо- кваліфікаційних рівнів «бакалавр», «спеціаліст», «магістр» усіх
форм навчання / Укл. В.В. Палагін, В.В. Філіпов. – Черкаси: ЧДТУ, 2016. –
53 с.
Арк
СКТК18.023.080.248 ПЗ
75
Змн Арк № докум. Підпис Дата