Επικοινωνία γραμμής ρεύματος

Το Power line communication (PLC) (επικοινωνία γραμμής ρεύματος), που επίσης λέγεται power line carrier (κομιστής γραμμής ρεύματος), mains communication, power line telecom (PLT) (επικοινωνία γραμμής ρεύματος), ή power line networking (PLN) (δικτύωση γραμμής ρεύματος), είναι όροι που περιγράφουν διάφορα διαφορετικά συστήματα χρήσης των γραμμών του ρεύματος για την μεταφορά σημάτων με σκοπό την επικοινωνία.

Περίληψη

Οικιακός έλεγχος (Narrowband) 

Η τεχνολογία PLC μπορεί να χρησιμοποιήσει την οικιακή καλωδίωση ηλεκτροδότησης σαν μέσο μετάδοσης. Το INSTEON και το X10 είναι τα πιο δημοφιλή πρότυπα χρήσης της PLC για τον οικιακό έλεγχο. Αυτή είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται στην οικιακή αυτοματοποίηση για την απομακρυσμένη διαχείριση του φωτός και των οικιακών συσκευών χωρίς την εγκατάσταση επιπρόσθετης καλωδίωσης ελέγχου.

Τυπικά, οι PLC συσκευές οικιακού ελέγχου λειτουργούν εκπέμποντας απ' τον πομπό σε συχνότητα κύματος
μεταξύ 20 και 200 kHz στην καλωδίωση του οικιακού ρεύματος. Το κύμα είναι διαμορφωμένο σε ψηφιακά σήματα. Κάθε δέκτης του συστήματος έχει μια διεύθυνση και μπορεί να δεχτεί αποκλειστικές εντολές απ' τα σήματα που στέλνει ο πομπός και αποκωδικοποιεί ο δέκτης. Αυτές οι συσκευές μπορούν είτε να τοποθετηθούν σε μια απλή πρίζα είτε να καλωδιωθούν μόνιμα. Αφού τα σήματα μπορεί να επηρεάσουν τα κοντινά σπίτια (ή διαμερίσματα) στο ίδιο δίκτυο διανομής, τα σήματα ελέγχου έχουν μια "διεύθυνση οικίας" καθορισμένη απ' τον ιδιοκτήτη.

Οικιακό δίκτυο (Broadband) 

Η τεχνολογία PLC μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να συνδέσει (δικτυώσει) οικιακούς υπολογιστές ή περιφερειακά, όμως αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει ένα καθολικό πρότυπο για αυτή την εφαρμογή. Πρότυπα για οικιακό δίκτυο μέσω των γραμμών ηλεκτροδότησης έχουν αναπτυχθεί από πολλές διαφορετικές εταιρείες στο πλαίσιο της HomePlug Powerline Alliance (Συμμαχίας HomePlug Powerline) και του Universal Powerline Association (Συνεταιρισμού Universal Powerline).

Πρόσβαση στο Internet (Broadband over powerlines - Ευρυζωνικότητα μέσω των γραμμών ρεύματος, BPL) 

Το BPL, είναι η χρήση της τεχνολογίας PLC με σκοπό την παροχή ευρυζωνικού Internet μέσω των συμβατικών γραμμών ρεύματος. Το μόνο που χρειάζεται για έναν υπολογιστή ή μία συσκευή για να έχει πρόσβαση υψηλής ταχύτητας στο Internet είναι η τοποθέτηση ενός BPL "modem" σε μια πρίζα.

Με μια πρώτη ματιά, βλέπουμε πως το BPL μπορεί να προσφέρει πλεονεκτήματα όμοια με εκείνα των καλωδιακών ή DSL συνδέσεων: η έτοιμη υποδομή φαίνεται πως θα επέτρεπε ανθρώπους σε απομακρυσμένες περιοχές να αποκτήσουν πρόσβαση στο Internet με σχετικά μικρή επένδυση σε εξοπλισμούς. Επίσης, η τόσο μεγάλη διαθεσιμότητα θα έκανε ευκολότερη τη σύνδεση άλλων ηλεκτρονικών συσκευών, όπως οι τηλεοράσεις ή τα ηχοσυστήματα.

Όμως, οι παραλλαγές στα φυσικά χαρακτηριστικά του δικτύου ηλεκτροδότησης και η σημερινή έλλειψη προτύπων IEEE οδηγούν στο συμπέρασμα πως η παροχή της υπηρεσίας θα αργήσει να αποκτήσει κάποιο πρότυπο και να γίνει ευρεία διαδικασία. Επίσης το ερώτημα αν μέγεθος της ευρυζωνικότητας που μπορεί να παρέχει συγκρινόμενο με την καλωδιακή ή την ασύρματη πρόσβαση είναι ικανοποιητικό παραμένει αναπάντητο.  Ειδικοί παρατηρητές πιστεύουν πως η δυνατότητα σύνδεσης BPL θα κινητοποιήσει τους παρόχους DSL ή καλωδιακού Internet να παρέχουν υπηρεσίες σε απομακρυσμένα χωριά.

Τα PLC modems εκπέμπουν σε μεσαίες και υψηλές συχνότητες (1,6 - 80 MHz). Η ασύμμετρη ταχύτητα του modem είναι γενικά από 256kbit/s έως 2,7 Mbit/s. Στον επαναλήπτη που εγκαθίσταται στο μεσαίο δωμάτιο η ταχύτητα φτάνει τα 45 Mbit/s και μπορεί να συνδεθεί σε 256 PLC modems. Στους μεσαίους ηλεκτρικούς σταθμούς η ταχύτητα φτάνει τα 135 Mbit/s. Για τη σύνδεση στο Internet μπορούν να χρησιμοποιηθούν οπτικές ίνες ή ασύρματη γραμμή.

Για το σύστημα έχουν προκύψει αρκετά θέματα, το κυριότερο απ' τα οποία είναι το γεγονός ότι οι γραμμές ηλεκτροδότησης έχουν υψηλό θόρυβο (παράσιτα σημάτων). Κάθε φορά που μια συσκευή κλείνει, παράγει ένα ξαφνικό σήμα στη γραμμή. Οι συσκευές χαμηλής κατανάλωσης παράγουν αρμονικούς θορύβους στη γραμμή. Το σύστημα πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε να λειτουργεί χωρίς να επηρεάζεται απ' αυτές τις φυσικές διακοπές στο σήμα.

Το BPL έχει αναπτυχθεί περισσότερο στην Ευρώπη απ' ότι στις ΗΠΑ εξαιτίας της ιστορικής διαφοράς στη φιλοσοφία του σχεδιασμού του συστήματος ηλεκτροδότησης. Σχεδόν όλα τα μεγάλα δίκτυα ηλεκτροδότησης μεταδίδουν ρεύμα σε υψηλές τάσεις με σκοπό να μειώσουν τις απώλειες μετάδοσης, έπειτα κοντά στον καταναλωτή χρησιμοποιούν μετασχηματιστές για να μειώσουν την τάση. Απ' τη στιγμή που τα σήματα BPL δεν μπορούν να μεταδοθούν μέσω μετασχηματιστών - η υψηλή επαγωγή τα κάνει να λειτουργούν ως φίλτρα, εμποδίζοντας τα σήματα υψηλής συχνότητας - πρέπει να τοποθετηθούν επαναλήπτες στους μετασχηματιστές. Στις ΗΠΑ, είναι συχνό ένας μικρός μετασχηματιστής να εξυπηρετεί μόνο ένα σπίτι ή έναν μικρό αριθμό σπιτιών. Στην Ευρώπη, είναι πιο συχνό ένας κάπως μεγαλύτερος μετασχηματιστής να εξυπηρετεί 10 ή και 100 σπίτια. Για την ηλεκτροδότηση, αυτή η σχεδιαστική διαφορά δημιουργεί ελάχιστες διαφορές στη διανομή, όμως για την επίτευξη του BPL στο δίκτυο μιας μέσης πόλης των ΗΠΑ χρειάζονται πολύ περισσότεροι επαναλήπτες απ' ότι σε μια Ευρωπαϊκή πόλη. Παρόλα αυτά, αφού το εύρος μετάδοσης (ταχύτητα) στον μετασχηματιστή είναι περιορισμένο, ο σχεδιασμός στις ΗΠΑ μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα με την οποία κάθε σπίτι μπορεί να συνδεθεί, εξαιτίας του ότι λιγότεροι άνθρωποι θα μοιράζονται την ίδια γραμμή. Μια πιθανή εναλλακτική είναι η χρήση του BPL ως αναμεταδότη ασύρματης επικοινωνίας, τοποθετώντας για παράδειγμα σημεία πρόσβασης (access points)  Wi-Fi ή σταθμούς κινητής τηλεφωνίας σε κοινούς πόλους, επιτρέποντας στους τελικούς χρήστες να συνδεθούν σε ένα μια ορισμένη ακτίνα με εξοπλισμό που ήδη διαθέτουν. Στο κοντινό μέλλον, το BPL ίσως χρησιμοποιηθεί σαν αναμεταδότης για δίκτυα WiMAX.

Το δεύτερο μεγαλύτερο θέμα είναι η ισχύς και η συχνότητα του σήματος. Το σύστημα χρησιμοποιεί συχνότητες από 10 έως 30 MHz, περιοχή που για δεκαετίες έχει χρησιμοποιηθεί από ερασιτεχνικούς ραδιοφωνικούς σταθμούς, καθώς και διεθνείς σταθμούς βραχέων και από ένα πλήθος άλλων συστημάτων επικοινωνίας (στρατιωτικά, αεροναυτικά, κτλ.). Οι γραμμές του ρεύματος δεν είναι μονωμένες με αποτέλεσμα να συμπεριφέρονται ως κεραίες που μεταδίδουν τα σήματα που μεταφέρουν, και υπάρχει το ενδεχόμενο να καταστήσουν άχρηστες τις επικοινωνίες βραχέων κυμάτων από 10 έως 30 MHz.

Τα σύγχρονα συστήματα BPL χρησιμοποιούν την διαμόρφωση OFDM που επιτρέπει την μετρίαση της αλληλεπίδρασης με ραδιοφωνικές υπηρεσίες αφαιρώντας συγκεκριμένες συχνότητες. Μια μελέτη των ARPL και HomePlug Powerline alliance, που έγινε το 2001, έδειξε ότι με τα modems που χρησιμοποιούν αυτή την τεχνική "γενικά με τον διαχωρισμό της κεραίας απ' την δομή που περιλαμβάνει το σήμα του HomePlug αυτή η αλληλεπίδραση ήταν ελάχιστα αισθητή" και ότι η αλληλεπίδραση συνέβαινε μόνο όταν "η κεραία ήταν κοντά στις γραμμές του ρεύματος".

Πολύ υψηλότερες ταχύτητες με τη χρήση συχνοτήτων μικροκυμάτων που μεταδίδονται μέσω ενός μηχανισμού διάδοσης επιφανειακών κυμάτων που ανακαλύφθηκε πρόσφατα που λέγεται E-Line έχουν πραγματοποιηθεί με τη χρήση ενός μόνο αγωγού γραμμής ρεύματος. Τα συστήματα αυτά ανέδειξαν την προοπτική για συμμετρική και πλήρως αμφίδρομη επικοινωνία με εύρος που ξεπερνά το 1 Gbit/s σε κάθε κατεύθυνση. Πολλαπλά κανάλια Wi-Fi ταυτόχρονα με τηλεόραση στο εύρος από 2,4 έως 5,3 GHz έχουν πραγματοποιηθεί λειτουργώντας σε μία μόνο κοινή γραμμή ρεύματος. Επιπλέον, επειδή μπορεί να λειτουργήσει σε οποιαδήποτε συχνότητα μεταξύ 100 MHz έως 10 GHz, με την τεχνολογία αυτή μπορούμε να αποφύγουμε εξ ολοκλήρου την αλληλεπίδραση που σχετίζεται με την εκμετάλλευση κοινού φάσματος, ενώ προσφέρει μεγαλύτερη ελαστικότητα για την διαμόρφωση και τα πρωτόκολλα που έχουν βρεθεί για κάθε άλλο τύπο συστήματος μικροκυμάτων.

Εφαρμογές κοινής ωφέλειας 
Οι εταιρείες κοινής ωφέλειας χρησιμοποιούν ειδικούς πυκνωτές σύζευξης για να συνδέσουν μεταδότες ραδιοκυμάτων χαμηλής συχνότητας στους "power-frequency AC" αγωγούς. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται είναι μεταξύ 24 και 500 kHz, με ισχύ μεταδότη μέχρι εκατοντάδες Watt. Τα σήματα αυτά μπορεί να μεταδίδονται σε ένα, σε δύο ή και στους τρεις αγωγούς την γραμμής υψηλής τάσης. Διάφορα κανάλια PLC μπορούν να μεταδοθούν σε μία γραμμή υψηλής τάσης. Συσκευές-φίλτρα τοποθετούνται στους υποσταθμούς για να προληφθεί τυχόν παράκαμψη του σήματος μέσω των συσκευών του σταθμού και να επιβεβαιωθεί πως λάθη λόγω της απόστασης δεν επηρεάζουν τα μονωμένα τμήματα του συστήματος PLC. Τα κυκλώματα αυτά χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του "switchgear", και για την προστασία των γραμμών μετάδοσης. Για παράδειγμα, ένα προστατευτικό ρελέ μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα κανάλι PLC για να σταματήσει τη λειτουργία σε μια γραμμή αν εντοπίσει κάποιο πρόβλημα ανάμεσα στα τέρματά της, αλλά να την αφήσει σε λειτουργία αν το πρόβλημα βρίσκεται κάπου αλλού.

Καθώς οι εταιρείες κοινής ωφέλειας χρησιμοποιούν μικροκύματα και τώρα, αυξανόμενα, οπτικές ίνες για τις ανάγκες της άμεσης επικοινωνίας συστήματος, οι μηχανισμοί σημάτων γραμμής ρεύματος μπορούν ακόμα να φανούν χρήσιμοι ως ένα εφεδρικό κανάλι ή για απλές χαμηλού κόστους εγκαταστάσεις που δεν εγγυώνται πρόβλημα στην ίνα.

Πηγές
 What is Power Line Communication? | EE Times
 Power Line Communications - Atmel
 Powerline Communication | Cypress

Τηλεπικοινωνίες
Υπολογιστική
Μετάδοση δεδομένων
Δικτύωση υπολογιστών