HomePlug AV адаптеры. Компьютерная сеть по электропроводке

Если не удается обеспечить весь дом надежным доступом в Интернет традиционными способами, на выручку придет обычная электропроводка, способная по совместительству исполнять роль компьютерной локальной сети. Поможет в этом комплект специального сетевого оборудования, соответствующего стандарту HomePlug AV. Об основных этапах развития, принципе работы и способах применения технологии HomePlug AV будет рассказано в этой статье.

В современном высокотехнологическом мире трудно представить жизнь без Интернета — для многих оставить без него хотя бы одну комнату в доме просто непозволительно. Но в некоторых случаях не удается воспользоваться привычными методами подключения, сетевым кабелем Ethernet или беспроводным соединением Wi-Fi. Причины тому могут быть разными: недавно сделанный ремонт и нежелание сверлить стены для укладки витой пары; стальная арматура в стенах и плитах перекрытия, препятствующая проникновению радиоволн; специфика архитектуры строений и пр.

Из, казалось бы, патовой ситуации выход все же есть — можно попросту воспользоваться ранее проложенной, но изначально не предназначенной для передачи данных электропроводкой. Конечно же, соединять напрямую Ethernet-пopт компьютера с розеткой бытовой электросети ни в коем случае нельзя, так как это неизбежно приведет к выходу из строя ПК, а возможно, и к травме пользователя. Решением проблемы стала технология HomePlug AV, обеспечивающая связь между 220-вольтовой розеткой и портом Ethernet.

Рождение идеи

Сама по себе идея передавать данные по электрическим проводам не нова. Еще в начале эры тотальной электрификации появилась необходимость обмениваться диспетчерской информацией между отдаленными энергетическими узлами. Прокладывать телеграфные или телефонные линии параллельно электросетям считалось нерациональным. Поэтому в начале двадцатого столетия в США стали практиковать пересылку телеграфных сообщений по проводам линий электропередач постоянного тока, а со временем и по энергосетям переменнога тока. В России первые исследования в этом направлении проводились на Каширской линии электропередач в 1930-х годах. На большом расстоянии высокочастотный сигнал затухал из-за помех, так что скорость передачи данных была ничтожной. Со временем этот недостаток был устранен при помощи алгоритмов широкополосной модуляции сигнала — технологии PLC (Power Line Communication), которая по сей день активно используется для передачи технических данных в энергосетях и на железных дорогах. К сожалению, из-за высокой стоимости оборудования передача больших объемов данных по ЛЭП на многокилометровые расстояния оказалась нецелесообразной. Зато разработка неплохо зарекомендовала себя на малом расстоянии — в пределах одного дома.

Стандартизация технологии

В 2000 году крупнейшие игроки рынка телекоммуникаций основали организацию HomePlug Powerline Alliance, которая занимается разработкой и стандартизацией оборудования для передачи данных по электропроводке. В настоящий момент ее членами являются Cisco, Qualcomm, Broadcom, General Electric, Sony, LG, Huawei и многие другие всемирно известные корпорации. Первые наработки базировались на и без того пригодной к массовому использованию технологии PowerPacket компании Intellon, одного из участников альянса.

Благодаря этому уже в 2001 году был представлен общепринятый стандарт HomePlug 1.0 с пиковой скоростью передачи данных 14 Мбит/с; на практике же скорость была заметно ниже из-за высоких накладных расходов на служебные данные. Чуть позже появилась модификация HomePlug 1.0 Turbo с возросшей до 85 Мбит/с пиковой пропускной способностью, которая благодаря сравнительно невысокой цене да сих пор применяется наравне с более поздними стандартами. В 2005 году на смену HomePlug 1.0 пришел стандарт HomePlug AV с пиковой скоростью 200 Мбит/с (на практике- около 80 Мбит/с), что сделало его вполне пригодным для IР-телефонии и просмотра онлайн-видео высокого разрешения. В настоящее время близятся к завершению работы по стандартизации нового поколения устройств для передачи данных по электросетям — HomePlugAV2. Пиковая пропускная способность этого стандарта может достигать 1 Гбит/с, реальная же скорость составляет около 600 Мбит/с.

Принцип действия

Немножко теории. В основе передачи информации по электропроводке лежит принцип частотного разделения сигнала: высокоскоростной поток данных разбивается на несколько более медленных потоков, каждый из которых передается в отдельной полосе частот, накладываясь на несущую частоту 50 Гц (в США 60 Гц), и на другом конце линии объединяется в общий сигнал. Проблема затухания сигнала на определенной частоте решается путем динамического включения и выключения передачи. На практике устройство HomePlug AV в режиме реального времени следит за каналом передачи данных и в случае выявления участка частотного спектра с затухающим сигналом временно прекращает его использование. Именно поэтому адаптеры HomePlug AV не могут работать через сетевые фильтры (хотя выпускаются фильтры, совместимые с HomePlug) и источники бесперебойного питания, а требуют включения непосредственно в розетку электросети. Повышение скорости соединения достигается примерно также, как в сетях 802.11n, увеличением ширины используемого диапазона, при этом, в отличие от беспроводных сетей, разработчикам не приходится заниматься поиском свободных частот и их лицензированием, значение имеют лишь физические характеристики электропроводки. Заметим, что провода, проложенные в разных странах в разные годы, весьма различаются, что непосредственно влияет на достижимую скорость и надежность связи.

• Внешний вид. Оборудование HomePlug AV от разных производителей довольно схоже между собой: с одной стороны находится вилка электросети (встроенная в корпус устройства или с отдельным кабелем), с другой — один или несколько Ethernet- пopтoв. В одних случаях адаптер «глухой», в других — обладает розеткой бытовой электросети, чтобы компенсировать свое присутствие. За информирование пользователя о режиме работы отвечают встроенные светодиодные индикаторы или небольшой дисплей. Современные адаптеры HomePlug AV весьма компактны и зачастую могут подключаться к многорозеточным блокам без перекрытия соседних розеток.
• Внутреннее строение. Учитывая особенности конструкции, оборудование стандарта HomePlug AV можно условно разделить на две группы: адаптеры и маршрутизаторы. Представители первой группы имеют лишь один порт Ethernet и на деле являются не чем иным, как обычной точкой доступа. Представители второй группы посложнее — они объединяют в себе HomePlug-aдaптep и многопортовый маршрутизатор. НоmеРlug-адаптеры отличаются от обычного сетевого оборудования тем, что в них наличествуют более мощные конденсаторы, понижающий трансформатор и пара свойственных только этому классу устройств микрочипов. Первый чип, построенный на базе процессора архитектуры ARM, отвечает за модуляцию и демодуляцию сигнала, а второй, представляющий собой аналоговый интерфейс, выполняет аналого-цифровое (при приеме) и цифроаналоговое (при передаче) преобразование. Большинство подобных микросхем маркируется литерами INT в честь компании Intellon. Долгое время она была лидером этого сегмента рынка, но в 2009 году ее купила компания Atheros, которую, в свою очередь, недавно поглотил полупроводниковый гигант Qualcomm.
• Безопасность. Вероятность несанкционированного доступа к компьютерной сети по линиям электропередач довольно высока: большой радиус ее действия позволяет подключиться в соседней квартире и даже здании. К счастью, стандарт HomePlug AV привнес не только повышение скорости передачи данных, но и алгоритм шифрования AES со 128-битным ключом, надежность которого не вызывает сомнений. В предыдущих версиях HomePlug применяется упрощенный, а значит, менее безопасный алгоритм шифрования DES. В целом же можно считать, что по безопасности HomePlug AV значительна превосходит Wi-Fi, хотя бы в силу меньшей распространенности поддерживающих его устройств.

Способы применения HomePlug AV

Схема построения сети HomePlug AV предельно проста: достаточно подключить модем или маршрутизатор через специальный адаптер к розетке бытовой электросети, после чего любая розетка в доме с помощью такого же адаптера станет точкой доступа в Интернет. Достоинством таких компьютерных сетей является простота реализации, мобильность и легкая расширяемость. Даже не обладая навыками монтажника, объединить в сеть десяток компьютеров или сетевых принтеров не составит труда. При необходимости отдельный адаптер и даже всю сеть на их основе можно оперативно переместить в другое помещение. Кроме того, оборудование стандарта НоmеРlug АV целесообразно применять наряду с традиционными сетями Ethernet и Wi-Fi — например, когда нужно подключить компьютер, находящийся в соседнем здании. В таком случае электропроводка фактически сыграет роль удлинителя. При проектировании сетей по линиям электропередачи следует учитывать, что оборудование HomePlugAV неможет работать с устройствами на основе более старой технологии HomePlug 1.0. Кроме того, HomePlug AV несовместима с конкурирующими технологиями передачи данных по ЛЭП : UPA (разработка компании Marvell) и HD-PLC (творение компании Panasonic). Зато адаптеры HomePlug AV, HomePlug AV2 и HomePlug Green РНY легко подружатся.

Типовая схема построения компьютерной сети по технологии HomePlug AV

Дальнейшие перспективы HomePlug AV

Несмотря на широкое распространение беспроводной связи, старый добрый провод во многих случаях остается незаменимым. Большие расстояния, надобность в высокой пропускной способности, радиопоглощающие препятствия — все это вынуждает выбирать традиционные медные провода. И многие недостатки, свойственные проводной сети, изящно обходятся путем применения HomePlug AV, что делает ее будущее вполне безоблачным.

Безусловно, технология связи по электроповодке не лишена своих характерных недостатков, в частности, к ним можно причислить относительно невысокую скорость передачи и уязвимость перед помехами, генерируемыми подключенными к сети электроприборами. Даже двигатель холодильника способен повлиять на скорость HomePlug AV, а уж работающий в соседней квартире сварочный аппарат и вовсе прервет всякую связь. Тем не менее технология совершенствуется, растет как скорость, так и помехозащищенность канала. Не стоит также забывать, что зачастую иных вариантов организации сетевой инфраструктуры просто нет (либо они слишком дороги).

Кроме того, популяризации передачи данных по электропроводке обязательно поспособствует одна из ключевых технологических концепций обозримого будущего — интеллектуальные домашние сети, без которых невозможно построить настоящий «умный» дом. Без всякого сомнения, будущее за централизованным мониторингом и управлением всей бытовой техникой и домашними системами — от холодильника до дверного замка. И технология передачи данных подходит для этого как нельзя лучше.