Технология PLC для Интернета вещей

Концепция Интернета вещей, сформулированная еще в 1999 году, описывает сеть из большого количества физических устройств, способных обмениваться данными друг с другом и с внешней средой. Несмотря на концептуальное изложение этой технологий она может получить самое широкое применение в жилищно-коммунальном хозяйстве и промышленности, например, для сбора данных со счетчиков электроэнергии и различных датчиков.

Хотя изначально создание Интернета вещей предполагалось за счет внедрения радиочастотных меток, для практической реализации подходит технология передачи данных по силовым проводам (Power Line Communications, PLC). Она идеально применима для устройств, подключенных к электросети, а также может использовать любые имеющиеся кабельные каналы: не только силовые провода, но и телефонные линии, коаксиальный кабель, а также обычные слаботочные линии электропитания. В отличие от беспроводной технологии при этом не создается дополнительной загрузки на радиочастотный диапазон, и так перегруженный в городских условиях, а небольшой объем передаваемых данных позволяет эксплуатировать большое количество устройств на одной линии. Появление новых, более производительных цифровых сигнальных процессоров, позволяющих использовать сложные способы модуляции, открывает большие возможности по использованию PLC-технологий.

Передача данных по PLC строится по принципу частотного разделения каналов, при котором поток данных разбивается на несколько низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте и затем объединяется в один сигнал. В процессе передачи данных осуществляется постоянный мониторинг затухания сигнала в канале. При обнаружении участка спектра, в котором затухание превышает допустимые значения, передача данных в нем прекращается, пока состояния линии не восстановится до приемлемого уровня. Кроме того, в зависимости от местных требований по электромагнитной совместимости некоторые частотные каналы могут быть отключены в настройках.

Технология PLC имеет две способа реализации:

  • Широкополосная передача данных в частотном диапазоне 1-40 МГц со скоростью от десятков мегабит до гигабита для передачи данных (стандарт IEEE 1901-2010).
  • Узкополосная передача данных со скоростью до 1 Мбит, например, для управления технологическими процессами, контроля и учета электроэнергии, диспетчеризации, «умного» дома и др. Начиная с 1995 года, узкополосный PLC регламентируется стандартом международной электротехнической комиссии IEE 61334. Кроме того, используемый частотный диапазон ограничивается в соответствии со стандартом GENELEC 50065-1 в европейских странах и ГОСТ 51317.3.8-99 в России (см. также ГОСТ 30804.3.11-2013).

На рисунке ниже приведен пример построения инфраструктуры городского хозяйства на базе PLC-технологии: Коммуникация по PLC

В низковольтных сетях с напряжением до 230 В PLC-модем подключается напрямую к электросети, а для более высоких напряжений через индуктивные или емкостные устройства. Подключение к средневольтным и высоковольтным сетям, а также контактной сети питания электротранспорта (600 В) требует использования специальных фильтров для присоединения.

Огромный потенциал имеет реализация Интернета вещей в промышленности. Сбор информации с датчиков, регистрирующих изменение физических и химических параметров состояния среды, перемещение объектов и событий, позволяет обеспечить автоматизацию на качественно новом уровне. При этом благодаря наличию на всей территории предприятия силовых линий электропередачи не требуется прокладка дополнительных проводных линий, а коммуникация может осуществляться с использованием каналов передачи данных по PLC. Для защиты передаваемой информации возможно использование криптостойкой защиты данных, например, кодирование по симметричному алгоритму блочного шифрования в соответствии с ГОСТ 28147-89.

Таким образом, в соответствии с концепцией Интернета вещей PLC-технология позволяет обеспечить коммуникацию самых различных устройств с использованием любых существующих кабельных сетей, что минимизирует затраты на развертывание и дальнейшее расширение сети.