Краткий обзор

нового способа

передачи по электросети

1. Проблема, текущее состояние дел, решение

Технология передачи информации по электросети относится к решению задач «последней мили» и «последнего дюйма». Понятно, и практически не оспаривается экспертами тот факт, что применение технологии PLC является перспективным путём решения проблемы. Преимущественное применение новой технологии предполагает сбор и передачу информации в сетях 220/380V в пределах трансформаторной подстанции с дальнейшей её передачей стандартными методами (интернет, GSМ, беспроводные каналы и т.п.), а при наличии возможности - управление устройствами.

Подавляющее большинство имеющихся в настоящее время на рынке решений передачи по электросети в рамках стандарта Cenelec а/b/с предполагают использование различных, методов модуляции и кодирования сигнала. Предыдущая история совершенствования технологии PLC в течение последних 20 лет не привела к существенным продвижениям качества и надёжности передачи. При этом главным недостатком является невозможность надежной работы в условиях сильных и длительных помех, часто существенно превышающих по уровню полезный сигнал. Решение же проблемы помехоустойчивости за счет повышения мощности полезного сигнала приводит к превышению предельно допустимых уровней побочных излучений и невозможности практического использования таких систем из-за нарушения ограничений ЭМС, а дублирование канала связи – к удорожанию устройств передачи и системы в целом, т.е. к снижению конкурентоспособности по сравнению с другими методами.

Решение вроде бы лежит на поверхности: передавать и принимать широкополосный сигнал. Тогда можно «уложиться» в требования ЭМС, но существенно возрастает сложность обработки сигналов и стоимость необходимого оборудования становится чрезмерной. Например, применение «классического» подхода рядом производителей модемов (Echelon) позволило обеспечить достаточно высокие показатели отношения сигнал/шум, но, вследствие сложности вычислений, стоимость оборудования оказалась слишком высока.

Имеющийся опыт создания аналогичных систем, авторские алгоритмы специальных методов обработки сигналов на основе высокоэффективных быстрых алгоритмов согласованной фильтрации сложных сигналов позволили разработать и создать прототипы, реализующие новый подход к решению задачи, основными требованиями которой является надёжная и дешёвая доставка сообщений в системе передачи информации по электросети.

Новую систему связи, получившую название nG-PLC (PLC нового поколения) отличает от других PLC-систем:

- Использование сложных сигналов с большой базой, адаптивно меняющейся в пределах от 400 до 24000 единиц.

- Использование высокоэффективных помехоустойчивых кодов Рида-Соломона с «мягким» корреляционным декодированием.

- Использование структуры «потенциального приемника», обеспечивающего «потенциальную», то есть максимально возможную помехоустойчивость и скорость передачи за счет использования уникальных быстрых алгоритмов корреляционного анализа и декодирования сложных сигналов, позволяющих безошибочно передавать информацию даже в тех случаях, когда помеха превышает полезный сигнал в 4000 раз (минус 36 дБ)

- Использование адаптивных интеллектуальных алгоритмов организации сетевой передачи информации, использование которых обеспечивает гарантированную доставку сообщений, независимо от уровня помех, так как интеллектуальные алгоритмы обеспечивают оптимальный выбор скорости передачи, базы сигнала, мощности передатчика и конкретного маршрута передачи информации в сети.

- автоматическая перенастройка сети передачи информации в случае подключения новых абонентов, выхода из строя узлов сети, увеличения уровня помех, по принципу «включил и забыл».

Достигнутые в новой системе связи уникальные характеристики позволяют в корне пересмотреть отношение к системам PLC, что, в свою очередь может привести к формированию новых стандартов в данной области и формированию экспортного потенциала.

2. В основе технологии лежат новые принципы обработки сложных сигналов.

Краткое описание принципов формирования, передачи и обработки сигналов.

2.2. Технология передачи информации:

  • 2.2.1. Широкополосные шумоподобные сигналы без несущей в полосе частот Cenelec а/b/с (20-148,5кГц).
  • 2.2.2. Количество первичных широкополосных сигналов - 1024
  • 2.2.3. База первичного широкополосного сигнала - переменная от 400 до 24000
  • 2.2.4. Внешнее помехоустойчивое кодирование – укороченный код Рида Соломона

2.2.5. Регулировка выходной мощности: - 20 дБ

2.3. Технология приема и обработки информации:

  • 2.3.1. Чувствительность входных цепей приемника (динамический диапазон) – 1 – 5000 мВ
  • 2.3.2. Защита от повреждения импульсными помехами до 1000 Вольт
  • 2.3.3. Диапазон АЦП – 72 дБ
  • 2.3.4. Технология обнаружения и фильтрации сигналов – согласованная цифровая многоканальная фильтрация.
  • 2.3.5. Технология борьбы с нестабильностью характеристик канала и помех - адаптивная интеллектуальная цифровая
    • фильтрация и адаптивное управление передатчиком по обратному каналу.

  • 2.3.6. Технология повышения помехоустойчивости – адаптивное «мягкое» декодирование кода Рида-Соломона.
  • 2.3.7. Технология информационной защиты - шифрование информации.
  • 2.3.8. Основные технические характеристики:
    • базовая скорость передачи информации - 1 кб/c;
    • групповая скорость в сети – до 30 кб/с
    • максимальный уровень помех - 36 дБ
    • вероятность ошибки: 1 ошибка на 1 миллион бит
    • дальность передачи без ретрансляции сигнала: внутри многоквартирного дома – до 100 метров,
      по воздушной линии – до 5 и более км
    • вероятность доставки сообщений в сети - 100%
    • время самонастройки сети – не более 1 час
    • уровень побочных излучений - соответствует ГОСТ и требованиям ЭМС

3. Перспективы развития

Технические характеристики любой системы должны быть адекватны поставленной задаче, которую она призвана решать. При этом решаться поставленная задача должна эффективно не с точки зрения стоимости 1 бита информации отправляемого в сеть, а скорее с точки зрения стоимости 1 бита принимаемой полезной информации, т.е. с учётом КПД сети. Поэтому требования к PLC-модемам «должен работать всегда и везде» часто являются технически неверными и экономически необоснованными: нет необходимости создавать дорогие модемы, способные «добить» везде, т.к. применяя современные методы построения сети с использованием принципов ретрансляции сигнала можно также достигнуть 100%-й доставки сообщения (естественно, при наличии канала связи и работоспособного передатчика).

Изучив основные параметры систем, применяемых в РФ производителями из России и других стран, можно с уверенностью сказать, что внедрение новой технологии, например, в АСКУЭ, позволит увеличить их эффективность. Технология, имея уникальные параметры помехоустойчивости и надёжности доставки информации, может лечь в основу построения городских систем мониторинга в модном тренде «интеллектуального города» для передачи телеметрической информации и управления оконечными устройствами, подключенными к электросети, реализуя основные моменты «интеллектуальной электросети».

Естественно также и то, что новый подход к созданию «интеллектуальной электросети» потребует закономерных аппаратных изменений, а также протоколов передачи, в частности:

Построения архитектуры сбора данных по принципу «снизу-вверх», т.е. «по событию». Это значительный объём работ, связанный с реализацией следующего изменения:

  • максимального упрощения и удешевления оконечного оборудования, превращения его в датчик/сенсор/измеритель, подключаемый к модему PLC по максимально дешёвому интерфейсу. Чем больше подключается устройств, тем дешевле стоимость точки контроля.В этом случае «наверх» передаются лишь приращения, позволяющие не только разгрузить сеть от лишней информации, но и обеспечить обслуживание огромного количества оконечных устройств, снизив количество необходимых запросов, увеличив точность управления. Например, при замене электросчётчиков на дешёвые сертифицированные измерители, их стоимость будет в 3-5 раз меньше, чем перевооружение на «интеллектуальные счётчики», что для России с её 70 млн. электросчётчиков составит десятки миллиардов рублей экономии и увеличив точность сбора показаний практически в реальном времени.
  • формирование приёмной инфраструктуры с возможностью передачи данных на более высокие уровни систем сбора и мониторинга. Приёмник представляет 3-хфазный Концентратор, оснащаемый контроллером управления сетью и интерфейсами связи с верхним уровнем сети мониторинга. Данные устройства располагаются в удобных местах топологии 3-х фазной сети, позволяя использовать её в качестве канала связи для передачи коротких сообщений устройствами соответствующего типа/стандарта.

4. Пилотный проект на площадке МЗТА

В рамках проекта, на пилотной площадке, которой выступает МЗТА, демонстрируется возможность надёжной передачи данных по электросети для устройств, подключенных к электросети. В проекте участвуют более десятка различных устройств, в том числе электрические счётчики и счётчики воды. Их мониторинг осуществляется из облака, где также визуализируются показания, осуществляется администрирование уполномоченными представителями. Для демонстрации команд управления (обратная связь) используется электросчётчик «Интегра-101», имеющий реле отключения нагрузки.

В настоящем проекте применён «прозрачный» протокол (опрос из облака, где сосредоточены необходимые библиотеки протоколов для каждого устройства), который, в случае продолжения сотрудничества и развития проекта, будет заменяться на новый транспортный протокол, обеспечивающий передачу «снизу-вверх». Для развития этого направления разработан прототип нового счётчика «ИТМ-1», представляющий из себя измеритель и модем в одном корпусе, позволяющий, при условии надёжной доставки сообщений обеспечить сбор аналогичных показаний намного дешевле и эффективнее.