PLC - Powerline Comunications
Autor: Thiago Nosch | Publicado: 2010-04-28T07:30:00-03:00

Recentemente, fiz uma pesquisa para um trabalho na faculdade e realmente fui surpreendido. Eu até conhecia a tecnologia (por artigos e talz) mas na verdade pela aplicabilidade e pela oportunidade de inclusão social que esta tecnologia oferece.1.1 PLC – DefiniçãoPLC (Power Line Communications) é a tecnologia que utiliza uma das redes mais utilizadas em todo o mundo: a rede de energia elétrica. A idéia desta tecnologia não é nova. Ela consiste em transmitir dados e voz em banda larga pela rede de energia elétrica. Como utiliza uma infra-estrutura já disponível, não necessita de obras numa edificação para ser implantada. A PLC trabalha na camada 2 do modelo ISO/OSI, ou seja, na camada de enlace. Sendo assim, pode ser agregada a uma rede TCP/IP (camada 3) já existente, além de poder trabalhar em conjunto com outras tecnologias de camada 2.1.1 Histórico da TecnologiaSistemas de Powerline Carrier, chamados também de OPLAT (Ondas Portadoras em Linhas de Alta Tensão), têm sido utilizados pelas empresas de energia elétrica desde a década de 1920. Estes sistemas foram e ainda são utilizados para telemetria, controle remoto e comunicações de voz. Os equipamentos são muito robustos e normalmente tem uma vida útil superior a trinta anos. Só recentemente, com o avanço de instalação de fibras ópticas e redução de preço dos sistemas de telecomunicações, diversas empresas de energia elétrica decidiram abandonar o Carrier. Como resposta, os fabricantes estão deixando de produzir estes equipamentos por falta de procura. Algumas, poucas, aplicações de banda estreita em residências e sistemas de segurança e automação predial utilizam ainda sistemas de Powerline Carrier de banda estreita, baixa velocidade e com modulação analógica.1.2.3 Powerline ComunicationsEm 1991, o Dr. Paul Brown da Norweb Communications (Norweb é a empresa de Energia Elétrica da cidade de Manchester, Inglaterra) iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade utilizando linhas de energia elétrica. Entre 1995 e 1997, ficou demonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e atenuar (mas não eliminar totalmente) as interferências e que a transmissão de dados de alta velocidade poderia ser viável. Em outubro de 1997, a Nortel e Norweb anunciaram que os problemas associados ao ruído e interferência das linhas de eletricidade estavam solucionados em apenas algumas faixas de freqüência. Mesmo assim dois meses depois, foi anunciado pelas mesmas empresas o primeiro teste de acesso à Internet, realizado numa escola de Manchester. Com isso, foi lançada uma nova idéia para negócios de telecomunicações que a Nortel/Norweb chamaram de Digital Powerline. Em março de 1998, a Nortel e a Norweb criaram uma nova empresa intitulada de NOR.WEB DPL com o propósito de desenvolver e comercializar Digital PowerLine (DPL). Todas as empresas elétricas do mundo estavam pensando em se tornar provedores de serviços de telecomunicações, utilizando seus ativos de distribuição. Devemos lembrar que o sector de telecomunicações estava passando por um crescimento explosivo no mundo (celular e Internet), e, particularmente no Brasil, estava em curso à maior privatização de empresas de telecomunicações. O acompanhamento dos desenvolvimentos e progressos da tecnologia Powerline era feito na época, no Brasil, pelo Subcomitê de Comunicações do GCOI, e a APTEL, que foi criada em abril de 1999, realizou o seu primeiro Seminário em setembro de 1999, com o tema: Tecnologia Powerline Communications (PLC). Convém também lembrar que na Europa em 1997 foi criado o PLC Fórum e, em 1998, a UTC lançou nos USA o Power Line Telecommunications Forum (PLTF). Atualmente, temos diversos produtos comerciais com tecnologia Powerline Communications e o próprio FCC (Federal Communications Commission) fez declarações sobre a viabilidade desta tecnologia com algumas ressalvas.4 FuncionamentoExistem dois tipos de PLC:--> a primeira é a interior (indoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede elétrica interna de um apartamento ou de um prédio; --> a segunda é o exterior (outdoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede pública exterior de energia elétrica. O princípio básico de funcionamento das redes PLC é que, como a freqüência dos sinais de conexão é na casa dos MHz (1 a 30 MHz), e a energia elétrica é da ordem dos Hz (50 a 60 Hz), os dois sinais podem conviver harmoniosamente, no mesmo meio. Com isso, mesmo se a energia elétrica não estiver passando no fio naquele momento, o sinal da Internet não será interrompido. A tecnologia, também possibilita a conexão de aparelhos de som e vários outros eletroeletrônicos em rede. A Internet sob PLC possui velocidade assimétrica, ou seja, você tem o mesmo desempenho no recebimento ou envio de dados. O sinal do BPL (PCL) sai da central, indo para o injetor, que vai se encarregar de enviá-lo para a rede elétrica. No caminho, o repetidor tem a função de evitar que os transformadores filtrem as altas freqüências. Chegando perto da casa, o extrator, que deixa o sinal pronto para uso da casa, chegando até o modem BPL, que vai converter para uso pelo computador, através de uma porta Ethernet ou USB. No penúltimo passo, no caminho poste-casa, há 3 meios: por cabo de fibra óptica; por wireless; por fiação elétrica, este último mais provável. Como há um repetidor a cada transformador, e nesse sistema com grids inteligentes não se usa mais os atuais 'relógios', descarta-se a desvantagem mais famosa na Internet do uso do PLC - de que os transformadores, por absorver os sinais, impossibilitariam a instalação.1.3 VantagensUma das grandes vantagens do uso da PLC é que, por utilizar a rede de energia elétrica, qualquer "ponto de energia" é um potencial ponto de rede, ou seja, só é preciso ligar o equipamento de conectividade (que normalmente é um modem) na tomada, e pode-se utilizar a rede de dados. Além disso, a tecnologia suporta altas taxas de transmissão, podendo chegar até aos 200Mbps em várias frequências entre 1,7MHz e 30MHz.1.4 DesvantagensUma das grandes desvantagens do uso da PLC (ou BPL), é que qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de interferência, ou seja, todos os outros equipamentos que utilizam radiofreqüência, como receptores de rádio, telefones sem fio, alguns tipos de interfone e, dependendo da situação, até televisores, podem sofrer interferência. A tecnologia usa a faixa de freqüências de 1,7MHz a 50MHz, com espalhamento harmônico até freqüências mais altas. Outra desvantagem é o fato de ser half-duplex sem esquecer que é um sistema de banda partilhada. Estas duas características fazem com que o débito seja reduzido em comparação com outras tecnologias. Em alguns países, existem movimentos e ações judiciais contra a sua instalação. Dentro e fora de casa, a rede elétrica está sujeita a todo tipo de interferência e ruídos gerados por fontes chaveadas, motores e até dimmers. Outro fator negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como impedância, atenuação e freqüência podem variar drasticamente de um momento para o outro, à medida que luzes ou aparelhos ligados à rede são ligados ou desligados. Além disso, se a intenção for transmitir informação a longas distâncias, os transformadores de distribuição são verdadeiras barreiras para a transferência de dados. Apesar de permitirem a passagem de corrente alternada a 50 Hz ou 60 Hz com quase 100% de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros sinais de maior freqüência. Para atender às suas próprias necessidades, as distribuidoras de energia elétrica ocasionalmente criam soluções que fazem com que esses sinais contornem ou até atravessem os transformadores por meio de redes especiais de alta freqüência. Novas técnicas são capazes de recuperar sinais fortemente atenuados, entretanto somente as grandes empresas têm acesso a essa tecnologia. Outra desvantagem vem do fato de a PLC ser uma mídia compartilhada e estruturada de modo paralelo. Assim, todas as casas ligadas numa mesma subestação elétrica compartilham a largura de banda disponível. Isso significa que o desempenho da ligação pode variar de acordo com o número de pessoas que estiverem navegando ou baixando arquivos simultaneamente. Apesar desses revezes, a PLC também possui outras características interessantes, além do aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A principal delas é ter a Internet sempre à disposição, 24 horas por dia. A atual velocidade máxima de 4,5 Mbps é bem maior que a de uma conexão ISDN (128 kbps) ou ADSL (faixa dos megabits por segundo) partilhada com todos os consumidores ligados no transformador. Por exemplo: Se o transformador estiver alimentando 45 unidades consumidoras, no pior caso (se todas os 45 usuários estiverem navegando ao mesmo tempo) a taxa para cada um será de 100Kbps, no mínimo. Futuramente o PLC poderá alcançar taxas superiores à 10Mbps. Outra característica interessante da PLC é a possibilidade de transformar toda a infra-estrutura elétrica de uma residência ou edifício em uma rede local de dados, onde cada tomada pode ser encarada como um ponto de acesso que pode ser usado de maneira simples e descomplicada. Um dos grandes entraves que ainda existem para a ampla disseminação do acesso à Internet para o público em geral é, sem dúvida, a falta de um meio de transmissão de dados de baixo custo. Até recentemente, a maioria dos esforços públicos e privados esteve concentrada na montagem de uma grande infraestrutura de comunicação, capaz de suportar o tráfego de informações na Internet por meio de grandes vias de dados, os chamados "backbones". O passo seguinte consistiu em encontrar uma maneira simples e prática de ligar individualmente cada usuário doméstico ou empresa ao "backbone" principal, um trecho normalmente chamado de "the last mile" (a última milha) pelos profissionais da área, isso até hoje tem sido feito utilizando infra-estruturas já existentes, como redes telefônicas ou de TV a cabo. Entretanto, esses meios tem-se concentrado em zonas urbanas – o que exclui residências de regiões afastadas ou de difícil acesso, além de serem relativamente caros.1.5 Serviços suportadosOs serviços de telecomunicações em uma rede PLC estão baseados no protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). O estado atual da tecnologia PLC e as possibilidades de exploração de serviços que ela oferece merecem dupla atenção por parte dos dirigentes das empresas de energia elétrica, a anunciada chegada da competição nos mercados de energia e a conseqüente pressão pelo aumento de resultados vem forçando essas empresas a buscar fontes alternativas de receita, outra razão é que o emprego da tecnologia proporciona a redução de custos operacionais, outra imposição do mercado competitivo. A aplicação da tecnologia contribui para a realização desses dois objetivos, viabilizando a exploração dos seguintes serviços: Acesso em Banda Larga à Internet; Streaming de vídeo; Telefonia VoIP; Serviços de Monitoração e Vigilância; Serviços de Monitoramento de Trânsito (Câmeras e Comandos); Automação Residencial doméstica; Monitoramento de processos produtivos on-line.1.6 Ferramental necessárioOs principais equipamentos presentes em redes PLC são: Modem (PNT): Usado para a recepção e transmissão dos dados, o modem é instalado em um host (estação de trabalho, servidor, etc.) que é ligado à tomada de eletricidade. É responsável pela comunicação com o Demodulador Repetidor (PNR). Demodulador Repetidor (PNR): Este equipamento faculta o acesso direto do sistema indoor para o sistema outdoor. Cada residência tem um, e este comunica com o concentrador mestre (PNU). Concentrador Mestre (PNU): Controla o sistema Outdoor e liga uma célula de energia (Power Cell) à rede do backbone. Geralmente esta localizada no transformador. Deste ponto em diante a comunicação pode ser feita pela operadora de telecomunicações.1.7 Multiplexação e ModulaçãoA tecnologia PLC utiliza a técnica de modulação de sinais OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), pode utilizar as modulações por QAM (Quadrature Amplitude Modulation) e PSK (Phase Shift Modulation).OFDM OFDM, do inglês Orthogonal frequency-division multiplexing, também conhecido como discrete multitone modulation (DMT), é uma técnica de modulação baseada na idéia de multiplexação por divisão de frequência (FDM) onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. Muitos são familiarizados com FDM pelo uso de aparelhos de rádio e televisão: normalmente, cada estação é associada a uma determinada frequência (ou canal) e deve utilizá-la para realizar suas transmissões. OFDM parte deste conceito mas vai além, pois divide uma única transmissão em múltiplos sinais com menor ocupação espectral (dezenas ou milhares). Isto adicionado com o uso de técnicas avançadas de modulação em cada componente, resulta em um sinal com grande resistência à interferência. OFDM é quase sempre utilizado juntamente com codificação de canal (técnica de correção de erro), resultando no chamado COFDM. É uma tecnologia de alto grau de complexidade em sua implementação, mas é amplamente utilizada em telecomunicações, usando sistemas digitais para facilitar o processo de codificação e decodificação dos sinais. Sua aplicação é encontrada em tecnologias de broadcasting e também em algumas formas de redes de computadores. Sua principal característica quanto ao desempenho é o fato de apresentar boa imunidade a multi-percursos, geradores dos famosos "fantasmas" presenciados nas televisões analógicas.Quadrature Amplitude Modulation A modulação de amplitude em quadratura (do inglês Quadrature Amplitude Modulation (QAM)) é utilizada em TV digital e outros sistemas que necessitam de alta taxa de transferência de informação. Consiste em duas portadoras que são utilizadas em quadratura. Este sistema é utilizado na TV digital terrestre, a cabo e em alguns sistemas utilizados experimentalmente por radioamadores (QPSK) para transmissões em radiopacote para transferência de dados. Nas transmissões digitais utiliza-se a modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) para satélite, QAM para cabo ou terrestre e a OFDM para emissão terrestre. Alguns exemplos para o QAM são os enlaces de rádio digital e microondas, transmissões em altas taxas de transferência, televisão digital de alta definição, em modem, cable modens, ADSL. A modulação QAM pode ser: 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM, 256 QAM, 512 QAM, 1024 QAM e 20481.8 Interferencias PLCO PLC é uma tecnologia interferente aos serviços e utilizadores de rádio comunicação. Parte da banda de rádio de ondas médias - 1,7 a 3 MHz - todas as altas frequências HF - 3 a 30 MHz - e o VHF baixo - 30 a 50 MHz - ficam prejudicados com aumento do nível de ruído, inutilizando várias faixas de rádio. Entre os sectores e serviços a serem interferidos estão as forças armadas, as comunicações aéreas e navais em HF, radioamadores, radiodifusão pública, ionossondas e pesquisas de radioastronomia em HF. Estudos recentes debatidos em fóruns da ABERT ( Associação Brasileira de Rádio e Televisão) demonstraram interferências nos canais abertos de televisão em VHF e rádio AM. Os radiodifusores reivindicam protecção contra o PLC, inclusivé na manutenção das faixas internacionais de ondas tropicais e ondas curtas, de relevância social para difusão directa e gratuita de informações cobrindo todo o país, sem a necessidade de repetidoras, redes, links terrestres ou espaciais (satélites). Equipamentos domésticos também podem causar interferências na rede PLC, como motores de escova, dimmers de luz, secadores de cabelos, aspiradores, furadeiras elétricas, chuveiros elétricos, etc. A conexão PLC é prejudicada em redes domésticas que dispuserem de equipamentos bloqueadores de frequência (filtros de linha), equipamentos isoladores (estabilizadores) ou que sejam alimentados por fontes chaveadas (no-breaks).1.9 Experiências feitas no mundoEntre 2001 e 2003 muitas experiências foram realizadas de forma bem sucedida, confirmando a viabilidade das redes PLC e criando ambiente para iniciativas comerciais. A situação de hoje evoluiu transformando experiências PLC piloto em implantações comerciais. Mais de 10 países já estão comercializando e muitos outros já anunciaram esta intenção de fornecer serviços de Banda Larga PLC. Nos Estados Unidos da América (EUA), as empresas autorizadas na prestação de serviços de utilidade pública (Utilities), não consideram a tecnologia PLC apenas uma forma de expandir seus negócios para a prestação de serviços de telecomunicações. De facto, estas empresas têm deixado esta tarefa para uma parceira voltada a telecomunicações. O interesse no PLC reside no potencial de serviços que uma rede de distribuição de eletricidade inteligente pode representar, em termos de aumento de eficiência, fiabilidade e segurança. No Brasil a ligação à Internet por meio de rede elétrica ainda não está disponível comercialmente e tem sido testada por empresas como Eletropaulo Telecom, em São Paulo, Light no Rio de Janeiro, Copel no Paraná e Celg (Companhia Energética de Goiás), sem previsão de conclusão. Com relação a preço, ‘‘o serviço de acesso à internet deverá ter um custo compatível com as tecnologias existentes”, diz Cardoso . Em dezembro de 2006, Porto Alegre passou a se beneficiar com a primeira rede de comunicação e acesso à Internet pela linha de energia elétrica- tecnologia PLC (Power Line Communication) – do Rio Grande do Sul. Dados, imagem, voz e vídeo vão ser disponibilizados a uma velocidade de 45 megabits (velocidade nominal), por segundo pela rede elétrica da CEEE. Com mais de 3,5 quilómetros de extensão, a Rede PLC da Restinga será a maior em extensão do país, em média e baixa tensões, para fins de inclusão social. Nesta primeira etapa, foram ligados à rede de alta velocidade o posto de saúde Macedônia, a Escola Municipal Alberto Pasqualini e o posto local do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (AEP Senai) e, recentemente, na cidade de Santo antônio da platina pela Copel 2 Segurança Toda comunicação do PLC é criptografada. Alguns protocolos como o HomePlug 1.0 utilizam criptografia DES de 56 bits. Os dados estão sempre em rede local porque esta tecnologia não ultrapassa a caixa elétrica da casa. Contém de facto muito mais segurança do que o Wi-Fi, que pode ser visível pelos vizinhos e que necessita uma identificação por utilizador e senha. Embora os pacotes transmitidos sejam seguros, as ligações físicas são realizadas diretamente na tomada de energia elétrica, deixando o hardware exposto às variações de tensão e raios.EXEMPLO PRÁTICOPRÓS E CONTRAS:VantagensAbrangência: a internet via rede elétrica chega a quase todas as residências do país, onde há energia. Assim, seu o potencial de penetração é enorme, podendo chegar a lugares onde hoje não existe banda larga pela linha telefônica, por rede de TV a cabo ou, ainda, por rádio;Facilidade de implementação pois, a rede elétrica é a mais abrangente em todos os países, e cobre 95% da população nacionalReduz os gastos com instalação de infra-estrutura independente. Destaca-se ainda a praticidade, pois é só ligar e conectar o cabo na rede;Alta taxa de transmissão podendo chegar a até 40Mbps nas freqüências de 1,7MHz a 30MHz. A segurança também é um ponto importante: ao contrário da rede Wi-Fi, onde um usuário pode tentar se aproveitar do sinal do próximo, no PLC quem compartilha do mesmo "relógio", não tem como compartilhar a conexão de rede, devido à criptografia com algoritmo DES de 56 bits. Os eletrodomésticos podem também usar uma rede doméstica, com dispositivos Ethernet, USB, wireless ou ponte de áudio, esta conectando o computador às caixas de som, bastando comprar módulos PLC que inclusive já estão à venda.DesvantagensUma das grandes desvantagens da tecnologia é principalmente o sinal pode se perder em distâncias muito longas devido à alta velocidade;Os fios de cobre podem interferir em alguns equipamentos eletroeletrônicos;Alguns aparelhos podem interferir na transmissão; Emendas, "T"s, filtros de linha, transformadores e o ligamento e desligamento de eletrônicos na rede elétrica causam ecos do sinal, por criar pontos de reflexão. Assim, pode haver corrupção dos dados.TARIFAÇÃO – PROMESSA DE MENOR PREÇOOs preços e velocidade do acesso à internet via rede elétrica ainda não estão definidos, mas acredita-se que a conexão será mais barato do que a banda larga. Testes já realizados no país mostram que a conexão pode chegar a 21 megabits por segundo (Mbps), mas essa velocidade não será, necessariamente, repassada em sua totalidade para os clientes.Para adotar essa alternativa, os usuários não precisarão fazer substituições em sua rede elétrica, a não ser que ele já esteja bastante velha ou deteriorada. O único investimento extra necessário para esse internauta é o modem BPL, que leva a conexão da tomada até o PC.Bibliografiahttp://info.abril.com.br/noticias/ti/aneel-aprova-internet-por-rede-eletrica-26082009-41.shlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/PLChttp://tecnologia.uol.com.br/ultnot/2009/07/29/ult4213u779.jhtmhttp://tecnologia.uol.com.br/ultnot/2009/07/29/ult4213u777.jhtmhttp://tecnologia.uol.com.br/ultnot/2009/07/29/ult4213u777.jhtmhttp://www.abusar.org.br/plc.html