снова Smart и BPL

приведенная в http://rzia.ru/topic5539-opyat-smart-grid.html ссылка http://rzia.ru/post76163.html#p76163 опять дает возможность говорить, что энергетики плохо знают свою историю. МОСЭНЕРГО занимается данными вопросами лет 15 и имеет большой опыт построения подобных систем, или по-крайней мере некоторый практический опыт их построения и использования...

В свободном доступе очень редко находятся экспериментальные результаты, и какие-то другие, кроме рекламных материалов...

Три года назад мне попали в руки такие результаты. Ценность их в том, что исполнитель решал безальтернативную задачу: получить рабочую систему, ресурсы, знания и опыт присутствовали. То есть к полученным результатам можно относиться достаточно серьезно... Место действия - олимпийский Юг...

Сначала я полностью приведу имеющиеся материалы (не все) (да простит меня автор), а потом некоторые к ним комментарии... (хотя все это дела еще 2011 года)

ООО «…»

Отчет о проведении обследования распределительной сети 10 кВ на объекте …
27.10.2011 

Отчет содержит результаты обследования распределительной сети СШП 10 кВ на объекте заказчика и выводы о возможности построения сети передачи данных на данном объекте с использованием BPL технологии

Цель

Определить возможность организации каналов передачи данных в соответствии со схемой предоставленной заказчиком, с использованием технологии BPL.

Используемое оборудование и программное обеспечение

1)      BPL модем CXP-MDU-HD200 - 2шт

2)      BPL модем Amh-253D LR-2шт

3)      Индуктивный каплер ICU-622-GA - 2шт

4)      Индуктивный каплер UNIC - 2шт

5)      Емкостный каплер Arteche UNDERCAP_25 - 2шт

6)      Персональный компьютер Lenovo ThinkPad — 2шт

7)      ПО Wisconsin SNRviewer ver 1.2.1

8)      ПО Iperf ver. 1.3.2

Проведенные измерения

В связи с не предоставлением со стороны заказчика, доступа на часть объектов, в начале обследования, невозможностью безопасного монтажа емкостных каплеров в ячейки RM-6, и отсутствием напряжения на некоторых объектах на момент проведения измерений, количество обследуемых объектов было изменено. В результате для измерений были выбраны наиболее протяженные кабельные линии, как наиболее проблемные с точки зрения передачи данных, а также участки средней протяженности для проверки возможности использования различных частотных режимов и реализации разделения частотного ресурса для организации независимых каналов передачи данных на одном объекте. В итоге были проведены измерения на следующих каналах

1.            РП1-ТП1              790 м,

2.            РП2-ТП6              1670 м,

3.            РП2-ТП8              2597 м,

4.            РП2-ТП11            3539 м,

5.            РП2-ТП34            2850 м

Измерения проводились по следующим пунктам.

1. Измерение распределения соотношения сигнал шум для различных рабочих диапазонов оборудования, для различных типов инжектирующего оборудования и различных типов оборудования BPL.
2. Измерение физических скоростей обмена данными для различных типов инжектирующего оборудования и различных типов оборудования BPL.
3. Определение фактического диапазона частот, в которых происходит передача данных для различных рабочих диапазонов оборудования, для различных типов инжектирующего оборудования и различных типов оборудования BPL.
4. Определение пропускной способности канала для TCP трафика с помощью утилиты iperf.

Для определения влияния перекрестного излучения между фазами проводились измерения на объекте РП1.

Результаты измерений на кабельных линиях

Примерная зависимость верхней границы диапазона частот, в которых происходит передача данных, от длины кабельной линии с диаметром кабеля 47 мм

Результаты измерений перекрестного излучения между шинами фаз на РП1

Подключение к фазам производилась в резервных ячейках, в ячейке 1 к фазе «В» подключение устройства 1,2 и в ячейке 3 к фазе «А» анализатора спектра.

Устройство1 - Corinex CXP-MDU-HD200

Устройство2 - DefiDef Amh-253D LR

 

Измерение переизлучения на устр.1 установлена широкая мода 13, уровень сигнала с НЕ измерялся через 20дБ аттенюатор.

Результаты измерений:

	Ml 6.3 МГц	М2 16.6 МГц	М3 24.4 МГц	М4 28 МГц
Ур. сигнала, дБ	-37.8	-39.1	-37.7	-39.4
Ур. переизл., дБ	-61.2	-62.5	-40.2	-55.1
Результат, дБ	43.4	43.4	22.5	35.7

Измерение переизлучения на устр.1 установлена мода 1, уровень сигнала с НЕ измерялся через 20дБ аттенюатор.

Результаты измерений:

	М1 6.3 МГц	М2 12.8 МГц
Ур. сигнала, дБ	-38.3	-39.2
Ур. переизл., дБ	-57.5	-70
Результат, дБ	39.2	50.8

Измерение переизлучения на устр.1 установлена мода 2, уровень сигнала с НЕ измерялся через 20дБ аттенюатор.

Результаты измерений:

	М1 13.95 МГц	М2 16.6 МГц	М3 23.1 МГц	М4 23.3 МГц
Ур. сигнала, дБ	-39.4	-39.6	-38.3	-38.8
Ур. переизл., дБ	-64	-59.2	-48.3	-47
Результат, дБ	44.6	39.6	30	28.2

 

Измерение переизлучения на устр.1 установлена мода 3, уровень сигнала с НЕ измерялся через 20дБ аттенюатор.

Результаты измерений:

	М1 24.5 МГц	М2 27.4 МГц	М3 30.875 МГц	М4 33.8 МГц
Ур. сигнала, дБ	-38.1	-38	-39.3	-39.6
Ур. переизл., дБ	-42	-58	-61.8	-54
Результат, дБ	23.9	40	42.5	34.4

 

Измерение переизлучения устр.2 установлена мода 10, уровень сигнала с НЕ измерялся через 30дБ аттенюатор.

Результаты измерений:

	М1 1.8 МГц	М2 3.92 МГц
Ур. сигнала, дБ	-39	-41
Ур. переизл., дБ	-78	-56
Результат, дБ	69	45

Выводы.

• При измерениях, выполненных без подключения кабельных линий к шинам фаз было выяснено следующее:

На всех обследованных линиях, включая наиболее протяженные, были организованы каналы передачи данных с пропускной способностью, превышающей требуемую.

Для всех обследованных линий, были подобраны варианты комплектов оборудования и диапазоны частот, при которых коэффициенты усиления приемников BPL оборудования не были максимальными. Другими словами, имелся запас по коэффициенту усиления.
Была определена примерная зависимость верхней границы диапазона частот, в которых происходила передача данных, от длины кабельной линии с диаметром кабеля 47 мм.
Для этого использованы данные измерений кабельных линий РП1-ТП1, РП2-ТП6, РП2-ТП8, РП2-ТП11. При этом нужно отметить, что для кабеля диаметром 55 мм (РП2-ТП34) верхняя граница диапазона частот, в которых происходит передача данных выше чем в кабеле аналогичной длины диаметром 47 мм, другими словами диапазон частот для такой линии более широкий и позволяет организовать канал передачи данных с большей пропускной способностью.

• Измерения с подключением кабельной линии к шинам фаз с подачей напряжения и включением нагрузки были проведены для одной линии по причинам изложенным в начале пункта «Проведенные измерения». Измерения проводились на линии РП2-ТП8, длина участка 2597 м. Данные измерения выделены в таблице результатов. При измерениях выяснено следующее:

Подключение кабельной линии к шинам фаз ухудшило пропускную способность канала на величину от 90 до 20 % в зависимости от используемого оборудования.

Для оборудования и схемы инжектирования планируемого к использованию на данной линии ухудшение составило менее 20 %, при этом был организован канал пропускной способностью выше требуемой и коэффициент усиления приемников оборудования не был максимальным.

• Измерения перекрестного излучения между шинами соседних фаз что в области высоких частот минимальное затухание сигнала составляет от 22 до 43 dB, в области низких частот (до 6 МГц) минимальное затухание сигнала составляет от 45 до 69 dB.

При проверке в лаборатории для частично перекрывающихся диапазонов частот (1-4 МГц и 2,03-7,03 МГц) выяснилось, что при ослаблении сигнала на 40 dB уменьшение пропускной способности каналов передачи данных происходит на величину от 5 до 30%. При ослаблении сигнала на 50 dB влияние уменьшения пропускной способности каналов не наблюдалось, другими словами изменение пропускной способности находилось в пределах погрешности измерений. Эти данные позволяют предполагать возможность использования частично перекрывающихся диапазонов низких частот на фазах А и С с
возможным, в случае необходимости, частичным маскированием области перекрытия.

• Результаты, полученные в ходе обследования, позволяют предположить, что организовать каналы по технологии BPL в соответствии со схемой предоставленной заказчиком, возможно.

Графики SNR (безусловный интерес здесь представляют зеленые кривые и правая ось. Условия экспериментов - относительно слабые промышленные помехи - удаленный объект - в городе будет много хуже)

Собственно измерительная часть Отчета на этом заканчивается.

Далее идут мои комментарии...

30.10.2011 

В «Отчете …» выполненного 27.10.2011 указано, что все измерения выполнены на следующем оборудовании:

Техническая спецификация на оборудовании BPL

PLC модем DefiDef AMH-253D LR
Chipset	Marvell DSS 9503
Диапазон частот	5КГц-34 МГц
Мощность передаваемого спектрального сигнала	до -25дБм/Гц
PLC модем Corinex CXP-MDU-HD200
Chipset	Marvell DSS 9002
Диапазон частот	2-34 МГц
Мощность передаваемого спектрального сигнала	до -50 дБм/Гц

Необходимо указать, что оборудование компании Corinex является устаревшим (относится к третьему поколению подобных устройств), и фактически запрещенным к использованию в странах Евросоюза. Оборудование компании DefiDef относится к четвертому «пробному» поколению устройств широкополосной ВЧ связи (ШВЧ), которое было создано для того, чтобы возродить интерес к технологии среди потребителей (сама технология в 2005 году была фактически запрещена во многих странах Евросоюза и мира).

В отношении самих устройств нигде не указано, что они могут использоваться, как устройства доступа. Более того, французская компания DefiDef специализируется как раз на «домашних» применениях ШВЧ (http://www.defidev.com/?page=home&lang=en). Канадская компания Corinex (http://www.corinex.com/index) хоть и обладает оборудованием доступа, это совсем не рассматриваемое устройство (да и применения несколько отличаются от исследуемых http://www.corinex.com/index.php?option=com_content&view=article&id=76 ).

Оба оборудования используют микросхемы мирового лидера индустрии ШВЧ компании DS2, которая в 2010 году объявила себя банкротом, и была перекуплена компанией Marvell Technology Group, Ltd.  (http://investor.marvell.com/phoenix.zhtml?c=120802&p=irol-newsArticle&ID=1461502) – одного из мировых лидеров производителей микросхем. Однако нигде не указано, что компания Marvell будет продолжать исследования в данной области. Да и выпуск последних продуктов компании DS2 DS9960/62 компанией Marvell не начат.

Это принципиальный вопрос, так как более ранние чипы компании DS2 в лучшем случае удовлетворяют требованиям стандарта IEEE P1901, а DS9960/62 – ITU-T G.hn.  Принципиальные отличия стандартов таковы:

IEEE P1901 имеет две несовместимые схемы модуляции, ITU-T G.hn - одну

IEEE P1901 имеет три несовместимые схемы коррекции ошибок, ITU-T G.hn - одну

IEEE P1901 имеет три несовместимые схемы QoS, ITU-T G.hn - одну

IEEE P1901 имеет три несовместимые схемы безопасности, ITU-T G.hn - одну

IEEE P1901 4 компании производителя чипов могут выпускать не более 16 млн.чипов/год, ITU-T G.hn – 3-4 производителя могут выпускать до 160 млн.чипов/год

IEEE P1901 остальные производители, кроме лидеров Intellon и DS2, очень маленькие, ITU-T G.hn – кроме DS2/Marvell другие компании так же большие

Для потребителей это значит: однажды приобретя какое-либо из устройств стандарта IEEE P1901, потребитель вынужден будет и далее приобретать только аналогичные устройства (как минимум – этой же фирмы. Но в нашем случае, поскольку рассматриваемые устройства являются устаревшими, скорее всего и только у данного продавца, получившего доступ к складу подобных продуктов – скорее всего по договоренности с французами, которые будут управлять Роза Хутор – монополия производителя и продавца).

Для продавца (не входящего в схему): огромный возврат по следующим поставкам из-за несовместимости внутри стандарта.

Для служб обслуживания и ремонта: высокие расходы из-за несовместимости оборудования, невозможности приобрести запчасти (все связанное с IEEE P1901 так или иначе будет скоро снято с производства), и их высокой стоимости (маленькие производители).

Плюс потребителей ждет полное разочарование от того, что даже в лучшем случае пользовательские скорости передачи данных в разы меньше агрегатной скорости передачи, которую указывают производители и продавцы (см. предыдущую таблицу: logical speed/actual speed). По данным ATAW до 95% устройств стандарта UPA (еще один стандарт ШВЧ) в диапазоне частот модуляции 2-30 МГц в лучшем случае имеют скорости передачи не выше 50-85 Мбит/с, стандарта IEEE P1901 в диапазоне частот модуляции 2-75 МГц – не более 50-100 Мбит/с, в то время как G.hn – 250-400 Мбит/с при частотах модуляции до 200 МГц. Кстати, это хорошо видно и в отчете в таблице «Результаты измерений на кабельных линиях»: см. колонки «Физическая скорость» и «Скорость TCP».

К сожалению, до банкротства в апреле 2010 DS2 успела продемонстрировать только прототип чипсета DS9960/62 в январе 2010 на Consumer Electronics Show (CES). Серийный выпуск DS9962TC (ограниченный по функциональности чипсет)  планировался в сентябре 2010, DS9960 – в феврале 2011, а DS9962 – полный функционал – в августе 2011.

Далее. ШВЧ оборудование для передачи различных видов информации может работать в режимах с разделением по времени или по частоте (в рамках стандарта G.nn: и по времени, и по частоте; в рамках UPA / P1901 – по времени). Например, для AMI / AMR приложений обычно используется диапазон частот 2-12 МГц, для In-Home приложений либо частоты выше 12 Мгц, либо полный рабочий диапазон. Из рисунка ниже видно, что G.nn системы более эффективны (слева), чем UPA / P1901 (справа), что еще больше снижает пользовательские скорости передачи данных в рассматриваемых системах.

Причем, если говорить о продуктах на чипсете DS2, полный диапазон частот модуляции делится в них на 13 поддиапазонов в зависимости от напряжения ВЛ / КВЛ на которых организуется ШВЧ канал (в зависимости от структуры шумов).

Тем более удивительно, что основная доля измерений при обследовании проведена именно в диапазонах частот (1, 6, 7, 10, 13), предназначенных для работы на низковольтных ВЛ (LV), а не среднего напряжения (MV) (2 и 8), к которым относятся исследуемые в Роза Хутор кабельные линии (хотя, если присмотреться, это становится понятным – скорости передачи в LV режиме значительно выше (шумы меньше – чувствительность выше) – ведь отчет должен был показать, что реализовать некоторые заданные скорости передачи в ШВЧ возможно) (см. рисунок ниже).  

Что касается самих измерений, то они мало информативны, а по сути практического значения не имеют. Причины:

Измерения скоростей передачи / полос модуляции:

• Отсутствуют схемы присоединений (к экрану, заземлению экрана, центральной жиле, и т.д.)
• Отсутствуют схемы КЛ и информация об их конструкции / способе-схеме прокладки (марки и тип кабелей, горизонтальная / треугольная прокладка, строительная длина и способ обработки соединений строительных участков, схемы заземления и защиты, и т.д.)
• Отсутствуют рабочие напряжения (а, следовательно, основной сдерживающий фактор – шумы)

Измерения взаимных влияний: (в дополнение к указанному выше)

• Не указано, какие переходные затухания измеряются: ближние или дальние
• Не указано, какие переходные затухания измеряются: для одной КЛ или разных КЛ

Не проведены ГЛАВНЫЕ измерения – измерения электромагнитного поля / влияния.

Одновременно по результатам измерения скоростей передачи / полос модуляции не сделаны важные выводы (см. рисунок ниже):

• Чем шире полоса модуляции, тем меньше коэффициент модуляции, то есть отсутствует прямая зависимость: чем шире полоса, тем выше скорость (вероятно, связано с дефектами алгоритма модуляции, используемого в чипах DS2, но скорее всего с  увеличением числа режектируемых частот (будет показано далее))
•  Коэффициент модуляции зависит от диапазона частот модуляции (рабочего диапазона частот, причина указана выше)
• Индуктивное присоединение обеспечивает более высокий коэффициент модуляции, чем емкостное (не исключено, что это методическая ошибка из-за использования неправильной схемы присоединения к КЛ, по крайней мере, для КЛ без напряжения емкостное присоединение к центральной жиле КЛ должно было дать значительно лучшие результаты)
• От длины КЛ зависит эффективная полоса модуляции (очевидно, определяется частотной зависимостью линейного затухания КЛhttp://romvchvlcomm.pbworks.com/w/file/fetch/39418240/cable_12.pdf, 10,12, 13, 16)
• Снижение коэффициента модуляции при подаче рабочего напряжения на КЛ составляет 2-4 раза, а не 20-90% как указано (об этом чуть позже)

Теперь о самой технологии ШВЧ, и почему она запрещена в большинстве стран. Если коротко:

18 May 2011. Парламентские слушания. Division No. 283 (http://www.publications.parliament.uk)

The Minister of State, Department for Business, Innovation and Skills (Mr Mark Prisk):  «The Government will continue to pay attention to the concerns of complainants, but we believe that a ban on PLT products would be wholly disproportionate. Let me put it simply: our approach is to be vigilant in monitoring the situation and proportionate in enforcement»

Mark Lancaster (Milton Keynes North): «Even NATO has investigated the effects of PLTs on its equipment. One report states that the noise coming from PLT devices “has the potential to cause problems for military HF (high frequency) radio communications and communication intelligence in all NATO countries”. … It concluded that PLTs “should not be available for sale/use within the EU”.

Ofcom (http://www.ofcom.org.uk/about/). The Likelihood and Extent of Radio Frequency Interference from In-Home PLT Devices. 21 June 2010

За последние полтора года в Великобритании зафиксировано 208 случаев влияния ШВЧ систем на работу других, включая оборонных, систем. В 104 случаях проблему удалось устранить: заменой аппаратуры и использованием проводной или радиосвязи.

В России: весна 2011 года – поражение резервной системы связи ЦУП Королев; отключение ПС Афипская (и, соответственно, Красной поляны и Геленджика).

Минимальные требования к существующим ШВЧ устройствам:

ОФДМ модуляция, физическая скорость передачи 200 Мбит/с, диапазон частот модуляции 2-30 МГц +/- 2 МГц, минимальная глубина режекции селективных фильтров 30 дБ (в IARU диапазонах, не совпадает с частотами, запрещенными к использованию в России); максимальная квазипиковая мощность передачи  (PSD) в диапазоне частот 2-30 МГц не более -50 дБм/Гц в США и -55 дБм/Гц в Европе (то есть, оба рассматриваемых устройства не могут использоваться в Европе/России), в диапазоне 30-300 МГц -80 дБм/Гц.

ШВЧ мешает работе любых систем связи, работающих в диапазоне частот 5 кГц – 300 МГц. Основные механизмы воздействия: прямое влияние на присоединениях, переходные затухания, радио излучения (прямые и тропосферные), заземление / земляные волны.

В зависимости от типа и характеристик поражаемых систем / устройств зона поражения может составлять от 1м до 50 км.

В общем случае используются следующие критерии поражения:

• Пренебрежимое – вероятность поражения менее 1%
• Малое – вероятность поражения 1-5%
• Среднее – вероятность поражения 5-20%
• Сильное – вероятность поражения более 20%

Некоторыми поражающими факторами, как правило, пренебрегают.

Например, одна из самых применимых схем ШВЧ присоединения – индуктивная, с установкой «бублика» на заземляющий провод экрана КЛ. Мощность помехи на расстоянии r от передатчика при этом пропорциональна r^-3. В соответствие с ITU-R P.368-7 при проводимости земли 14 мСим/м, мощности передатчика -50 дБм/Гц, плотности передатчиков 29 на км², полосе приема 2.2 кГц на частоте 8 МГц получим

Это значит, что все системы связи, чувствительность приемников которых составляет -130 -140 дБм (навигационные, оборонные, проводной связи) могут быть поражены ШВЧ на расстоянии более 25 км.

Здесь есть два принципиальных момента (два следующих рисунка):

• Уровень PSD (квазипиковой мощности передачи) в зависимости от числа установленных передатчиков нарастает очень быстро (потом нормализируется). В данном проекте, как я понял, должны работать не менее 10 передатчиков, соответственно их групповая PSD будет составлять -40 дБм/Гц, а не -50 дБм/Гц
• Вероятность поражения нарастает быстрее, чем квазипиковая мощность передачи

Если оценивать всю совокупность поражающих факторов, можно определить максимально допустимые мощности ШВЧ передатчиков и предполагаемую степень поражения тех или иных систем связи (см. ниже).

Видно, что стандартные ШВЧ передатчики гарантированно поражают все системы связи (на каком расстоянии можно посчитать). Отдельно взятые механизмы защиты: контроль выходной мощности (до банкротства DS2 планировалось, что будет реализовано в устройствах с конца 2010) и частотно зависимая режекция (в России не работает) не решают проблему полностью – поражаемость выше Сильной.

Ниже приведена поражаемость аэронавигационных систем ШВЧ аппаратурой в зависимости от их удаленности друг от друга.

Следующий график показывает: степень поражаемости зависит от того, что считать поражением. На графике одна кривая построена для коэффициента интермодуляции -2 дБ, а другая -11 дБ. Во втором случае голосовые переговоры вести еще возможно, во втором – нет. А разница в допустимых уровнях мощности ШВЧ передатчика равна 9 дБ!

Еще одним объектом поражения являются самолеты, пролетающие над ШВЧ оборудованием / каналами. Ниже приведен график зависимости уровня помех от высоты пролета самолета – возможность поражения его навигационных и переговорных систем здесь очевидна.

На приведенных выше рисунках вертикальная синяя линия показывает, какой должна быть PSD передатчика, чтобы поражением можно было пренебречь. 

Это формирует новые требования к ШВЧ аппаратуре:

• Мощность передатчика не более – 63 дБм/Гц
• Глубина управление мощностью передатчика не менее 22 дБ (CISPR 22)
• Глубина селективной частотной режекции не менее 30-40 дБ
• Частоты режекции должны быть управляемыми (IARU smart notching) (до банкротства DS2 планировалось, что будет реализовано в устройствах с начала 2011)

При этом для КВ систем дистанция поражения составит 1 м, для вещательных систем 5 м, для аэронавигационных систем 100 м.

Последнее требование требует пояснения. Сейчас полосы режекции либо фиксированы, либо могут быть установлены при конфигурации аппаратуры

 

В действительности объекты поражения могут динамично возникать и отключаться (см. рисунки ниже. NATO. RTO TECHNICAL REPORT TR-IST-050). Поэтому к современным ШВЧ системам предъявляется требование: они должны постоянно анализировать радиочастотную обстановку, и при обнаружении нового объекта поражения исключать соответствующие частоты из модуляционного плана, или включать при исчезновении объекта поражения.

В заключении приведу данные «объекта» исследования компании Ofcom:

Для Справки:

НАТО дает свою очень жесткую оценку влияния ШВЧ систем на работоспособность систем НАТО

Для Европы:

• Первый график - требуемый уровень мощностей передатчиков ШВЧ
• Второй график – зона и степень поражения военных систем к 2015-2020 годам

Для США:

• Первый график - требуемый уровень мощностей передатчиков ШВЧ
• Второй график – зона и степень поражения военных систем к 2015-2020 годам

Степени поражения (превышения реального группового уровня передачи над требуемым)

PS

Не могу сказать, что за последние 3 года моя точка зрения радикально изменилась.

Так получилось, что год назад мне пришлось сделать дома канал данных "TCP/IP/Ethernet из розетки" на скорости до 300 МБ/с физической длиной (по проводке) метров 20, причем, практически до каждой розетки прокинута своя медная пара 2,5 мм2 (две не связанные звезды, борюсь с помехами - имеется достаточно чувствительная техника).

Никакими фактическими измерениями не занимался - лень, скорость - в районе 25-50-80 МБ/с.

Будь смысл моей жизни в этом канале, вероятно, был бы безмерно счастлив...

Однако... вся чувствительная техника в думе "умерла", начиная с аналогового телевизора, и кончая дорогой спецтехникой... чтобы ей пользоваться, эту сетевую фигню приходится выключать (благо их одновременное действие не предусмотрено)