Internet via rede de energia (TEL080)

Apesar do elevado nível de ruído, já está disponível em algumas partes do mundo o acesso à Internet utilizando a rede de energia elétrica. Com a vantagem de que as redes energia estão disponíveis em toda parte, esse novo sistema promete baratear o acesso, tornando-o acessível a usuários que estão em locais em que os sistemas tradicionais não estão disponíveis. Veja nesse artigo como funciona a Internet via rede, quais são suas vantagens e desvantagens. (2005)

A ideia de se utilizar a rede de energia elétrica para a transmissão de dados não é nova.

Há algumas décadas foi testados nos Estados Unidos um sistema bastante interessante que aproveitava essa idéia. Modems eram ligados à rede de energia na casa de usuários de determinadas regiões, com a finalidade de acionar sistemas de alarme.

Em caso de catástrofes naturais iminentes como furacões, tsunamis, tornados, etc., bastava sobrepor à energia da rede um sinal, e o alarmes tocariam nas casas das pessoas em perigo, conforme mostra a figura 1.

 


 

 

A frequência de cada modem poderia ser “sintonizada” de modo que os usuários de apenas determinadas regiões ameaçadas fossem alertados.

Se um sistema como esse tivesse sido implantado na Indonésia e outras regiões ameaçadas por terremotos e tsunamis, certamente muito menos vítimas ocorreriam.

Mas, além dessa já temos outras aplicações em menor escala, que já usam a rede de energia como meio de transmissão de sinais.

Os intercomunicadores via rede, babás eletrônicas e links de computadores de curta distância são exemplos de aplicações em que a rede de energia pode ser usada para transportar sinais, conforme mostra a figura 2.

 


 

 

 

Vantagens e Desvantagens da PLCC

PLCC significa Power Line Carrier Communication ou Comunicação tendo por Portadora a Linha de Energia.

As principais desvantagens estão no fato de que a linha de transmissão de energia elétrica é um meio extremamente hostil para a transmissão de dados.

Diferentemente da linha telefônica que mantém uma impedância relativamente constante e baixo nível de ruído, o nível de ruído da linha de energia é extremamente alto e imprevisível.

Além disso, numa mesma linha de distribuição de energia, num prédio, por exemplo, as espessuras dos cabos e portanto suas impedâncias são diferentes, o que dificulta enormemente o projeto dos filtros que devem separar os sinais contendo dados, dos sinais que transportam energia.

 

Os Padrões

Mesmo encontrando muitas dificuldades, foram criados padrões de transmissão de dados através da rede de energia. Analisemos alguns.

 

X-10

Esse é um dos padrões mais antigos, utilizando uma forma de modulação em amplitude denominada ASK ou Amplitude Shift Keying.

Nesse protocolo a amplitude do sinal é chaveada de acordo com o bit

que deve ser transmitido.

Apesar de ser um sistema originalmente unidirecional, algumas aplicações bidirecionais foram implementadas. A aplicação mais comum é no acionamento remoto de sistemas de iluminação, conforme mostra a figura

Nesse protocolo os sinais são enviados numa portadora de 120 kHz modulada em amplitude, com uma potência de 0,5 W.

A presença de uma salva de 120 kHz na passagem por zero da tensão da rede indica bit 1, e a ausência, bit 1.

Numa transmissão típica desse tipo temos um código de início da mensagem, um endereço de residência, um endereço de dispositivo e a função a ser realizada (ligar, desligar, etc.)

 

CEBus

O protoloco CEBus utiliza um modelo “perr-to-peer” de modo a se evitar conflitos de portadoras.

Esse protocolo utiliza uma variação da modulação por espectro espalhado (spread spectrum modulation) tendo sido patenteado pela Intellon Corporation.

Nele, a frequência da portadora aplicada à linha de energia salta entre 100 kHz e 400 kHz, evitando assim problemas de colisões de mensagens. Os saltos de frequências são denominados “chirps” , os quais são utilizados para a sincronização.

Ccom essa tecnologia é possível enviar dados numa velocidade de até 100 kHz. Os dígitos são definidos pelo tempo de duração da salva (burst) de freqüências aplicada à linha.

Assim, um “burst” de 100 microsegundos representa o binário 1, quanto que um “burst” de 200 microsegundos, representa o binário zero.

 

LONWorks

Esse protocolo foi desenvolvido pela Echelon Corporation e tem características que permitem seu uso numa rede sem necessidade de se conhecer a topologia dessa rede ou ainda o nome, endereço e funções dos dispositivos que são acessados.

A comunicação é feita por um ou mais pacotes que contém um número variável de bytes que contém uma representação compacta de uma das 7 camadas do modelo OSI.

Os algoritmos de endereçamento desse protocolo define como os pacotes de bits são roteados de uma fonte até um ou mais destinatários.

Cada pacote de dados também contém o endereço do dispositivo transmissor (fonte de dados) e o endereço do dispositivo que deve recebê-lo, possibilitando assim que duas ou mais LONWorks operem na mesma rede física, desde que cada um tenha seu próprio domínio ID.

Podem existir até 256 grupos num domínio, e cada grupo pode ter qualquer número de dispositivos conectados.

 

As Maiores Interferências

Mas, para afetar a transmissão, devem ser considerada a existência de uma boa quantidade de ruídos que precisam estar muito definidos.

 

a) Ruído de 50 ou 50 Hz

Geram esses ruídos os tiristores que controlam dispositivos de pot6encia conectados à rede. São ruídos sincronizados, capazes de produzir picos que se propagam pela rede, conforme mostra a figura 3.

 


 

 

 

b) Pulsos únicos

Os pulsos isolados são gerados de diversas formas. Raios que atingem a linha de energia, comutação de cargas potentes, bancos de capacitores comutados são algumas fontes desse tipo de ruído.

 

c) Impulsos periódicos

Triacs em dimmers são os principais responsáveis por este tipo de ruído. Comutando no semiciclo positivo e no negativo produzem picos de tensão numa frequência que é o dobro da freqüência da rede de energia.

 

d) Ruídos contínuos

Neste caso temos os produzidos pelos motores AC, barbeadores, e muitos equipamentos de uso doméstico que usam motores. Os pulsos produzidos por tais equipamentos podem chegar a faixa de vários quilohertz.

 

e) Ruídos não sincronizados

Podemos citar os televisores que geram ruídos de 15 kHz da frequência horizontal e que podem aparecer na rede de energia.

Além do ruído deve ser considerada atenuação que vai depender da impedância (bastante variável) e do comprimento da linha. De um modo geral é bastante baixa, dando-se como referência a de um par de fios trançados 22 que é da ordem de 120 Ω.

 

Padrões

O FCC (Federal Communications Commision) e o European Committe for Electro Technical Strandardization (CENELEC) estabeleceram alguns padrões para o uso da rede de energia como meio para a transmissão de dados.

Esses padrões estabelecem o uso da banda de 3 kHz a 148 kHz na Europa enquanto que nos Estados Unidos, a alocação vai de 0 a 500 kHz.

Pelos padrões o espectro é dividido em 5 bandas, conforme mostra a figura 4.

 


 

 

 

3 – 9 kHz

Essa faixa tem seu uso limitada para os fornecedores de energia

 

9 – 95 kHz

Esta faixa também tem seu uso limitado aos fornecedores de energia e concessionárias. Essa faixa também é designada por “Banda A”.

 

95 – 125 kHz

Essa faixa é destinada aos clientes das concessionárias , não havendo protocolo de acesso definido. Essa banda de freqüências também é chamada de “Banda B”.

 

125 – 140 kHz

O uso desta faixa também é restrito aos fornecedores de energia. Para tornar o acesso possível para diversos clientes, um protocolo de acesso múltiplo usando a freqüência central de 132,5 MHz foi definido. Essa faixa de freqüências também é conhecida como “Banda C”.

 

140 – 148,5 kHz

O uso dessa faixa de freqüência é limitado aos clientes das fornecedoras de energia, não havendo protocolo de acesso definido. Também é conhecida como “Banda D”.

Observamos que a largura de faixa é proporcional à velocidade de transmissão dos bits. De modo a aumentar essa taxa de transmissão de bits, pesquisas recentes sugerem o uso de freqü6encias mais altas, no intervalo entre 1 e 20 MHz.

O grande problema no uso dessa frequência mais alta está na dificuldade de impedir que sua transmissão não cause interferências, já que não sendo blindadas, a rede de energia funciona como uma verdadeira antena.

 

Conclusão

Da mesma forma que as linhas telefônicas, quando foram criadas, nunca tiveram outra finalidade que não a de transmitir a voz humana, o mesmo ocorre com a rede de distribuição de energia elétrica.

Com o tempo, mesmo não tendo sido criada para isso, a linha telefônica passou também a dar acesso à Internet. Agora é a vez das linhas de distribuição de energia e os problemas estão sendo contornados um a um.

Métodos especiais de modulação, uso de frequências mais altas, permitem colocar junto a uma senóide de 60 Hz, informações em taxas cada vez mais altas.

O uso prático da rede de energia para acessar a Internet está cada vez mais próximo, como já se observa em alguns países, podendo consistir numa solução muito importante, principalmente para os locais que não têm acesso a telefone.

 


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