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Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final
Volume I – Projeto
PLC Estudo da Tecnologia Power Line
Communication e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor
Aluno: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090
Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo
Brasília, DF – Junho / 2004
Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final
Volume I – Projeto
Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo
Brasília, DF – Junho / 2004
Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final
Monografia
PLC Estudo da Tecnologia Power Line
Communication e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor
Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959 Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo
Brasília, DF – Junho / 2004
Universidade Católica de Brasília Curso de Processamento de Dados Projeto Final
Monografia
Alunos: Emerson Santos Lima 2000023959
Wellington Nogueira Rolim 9853090 Cleber Franco Madureira e Silva 9952810 Orientador: Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann Co-Orientador: Prof. Msc. Eduardo Lobo
Brasília, DF – Junho / 2004
AGRADECIMENTOS
Gostaríamos de agradecer primeiramente a Deus. Agradecimentos especiais aos
Professores Eduardo Lobo e Vilson Hartmann. As pessoas que tornaram possíveis a
realização desse trabalho: Osvaldo Madureira, Maria Araújo, Célio Henrique, Karla
Oliveira, Salomão Sampaio, Francisca Nogueira, Edilson Lima, Maria Helena,
Fabiana Nunes por sua paciência, por seu amor e compreensão.
Projeto Final de Graduação, sob a Orientação do Prof. Msc.Vilson Carlos Hartmann e co-orientação do Prof. Msc. Eduardo Lobo, avaliado por uma Banca Examinadora do Curso de Processamento de Dados da UCB e constituiu requisito para obtenção do Título de Tecnólogo em Processamento de Dados.
SINOPSE
Essa monografia apresenta um estudo da tecnologia Power Line Communication que
tem o objetivo de prover um meio de acesso no trecho que comumente chamamos de
“última milha” incluindo a sua Arquitetura de Rede e Sistema de Acesso. São
demonstrados os serviços – Telemetria e vídeo conferência com o uso da PLC, que
podem ser implementados a partir de exploração em conjunto com empresas de
Telecomunicações, Redes de Televisão, Vídeo-Locadoras, Rádios, Empresas de
Segurança e Automação e pela própria Concessionária de Energia Elétrica, segue
também um comparativo da PLC com dois Links de acesso: Acesso discado (Modem)
e ADSL.
ABSTRACT
This paper presents a study about the technology Power Line Communication whose
the objective of providing a way of access in a passage that is commonly called "last
mile" and whose includes its Net Architecture and Access System. The services
demonstrated - Telemetry and video conference with the use of PLC, can be
implemented from exploration with Telecommunications companies, Nets of
Television, rental-Video companies, Radios, Safety and Automation Companies and
for the own Electric power Dealership, it also follows a comparative of PLC with two
Links of access: Dialed access (Modem) and ADSL.
ÍNDICE ANALÍTICO
1. Introdução ............................................................................................................ 13 2. Objetivos da Pesquisa .......................................................................................... 17 2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................ 17
2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................. 17
3. Sistemas de Acesso PLC ...................................................................................... 18 4. Hierarquia em uma rede PLC ............................................................................ 21 5. Características da tecnologia PLC ..................................................................... 23 5.1 Controle da radiação emitida ................................................................................. 23
5.2 Prioridade a dados em tempo real ........................................................................ 23
5.3 Fácil integração do sistema .................................................................................. 24
5.4 Pontos de instalação flexíveis .............................................................................. 24
6. Serviços e benefícios trazidos pela tecnologia PLC ........................................ 25 6.1 Vídeo Conferência ............................................................................................... 25
6.1.1 Modelo Centralizado ................................................................................ 26
6.1.2 Modelo Descentralizado .......................................................................... 29
6.1.3 Modelo Híbrido ........................................................................................ 30
6.2 Telemetria ............................................................................................................ 31
6.2.1 Componentes de Soluções de Telemetria ................................................ 33
6.2.2 Usuários de Soluções de Telemetria (Clientes) ....................................... 34
7. Comparativo entre ADSL e Acesso discado ................................................ 39 7.1 História dos Modems ........................................................................................... 39
7.2 Modems de 56KBPS ............................................................................................ 40
7.3 Modems ADSL .................................................................................................... 41
7.3.1 Vantagens e Desvantagens do ADSL ...................................................... 41
7.3.2 Características Gerais do ADSL .............................................................. 42
7.4 Voz e Dados ......................................................................................................... 43
8. O Sistema de provisão de energia elétrica e suas propriedades ................ 48 8.1 Topologias e Estruturas Elétricas ......................................................................... 48
8.2 O nível de alta voltagem ...................................................................................... 48
8.3 O nível médio e baixo de voltagem ..................................................................... 51
8.3.1Propriedades de Linhas e Cabos em Níveis de voltagem Médio e Baixo .......... 52
8.4 O Cenário da Interferência .................................................................................. 52
9. O Mercado da PowerLine Communication ................................................. 54 9.1 A Desregulamentação do Mercado de Telecomunicações .................................. 54
9.2 Missão e Visão para o Homeplug PowerLine Alliance ....................................... 55
9.3 Padrão para a PLC ............................................................................................... 56
9.4 Livre comércio da eletricidade ............................................................................. 57
9.5 ASCOM ............................................................................................................... 58
9.6 A PLC no Brasil ................................................................................................... 59
9.6.1 Projeto-Piloto da Cemig ...................................................................................... 60
10. Implementação ............................................................................................... 64 10.1 Características Técnicas ................................................................................... 66
10.1.1 Adaptador de Rede FacilNet – PLC ................................................................. 66
10.1.2 Requisito do Sistema ...................................................................................... 66 11 Conclusão ............................................................................................................. 667
Referência Bibliográfica .......................................................................................... 668
Lista de Figuras
Figura 1.1 - Interactive .............................................................................................. 13
Figura 1.2 - Ilustração de como Trabalha a PLC ................................................... 15
Figura 3.1 - Sistema Indoor e Outdoor .................................................................... 18
Figura 3.2 - Rede PLC .............................................................................................. 19
Figura 4.1 - Topologia de rede .................................................................................. 21
Figura 6.1 - Serviços trazidos pela PLC ................................................................... 24
Figura 6.1.1.1 - Videoconferência entre dois participantes .................................... 27
Figura 6.1.1.2 - Videoconferência baseada em modelo centralizado .................... 27
Figura 6.1.2.1 - Videoconferência baseada em modelo descentralizado ............... 29
Figura 6.1.3.1 - Videoconferência baseada em modelo híbrido ............................. 30
Figura 7.4.1 - Tecnologia para conexão à Internet ................................................. 45
Figura 9.6.1 - Modem PLC ................................................................................ .......58
Figura 9.6.2 - Master PLC ....................................................................................... 59
Figura 9.6.3 - Repetidor PLC .................................................................................... 59
Figura 9.6.4 - Master PLC............................................................................................60
ÍNDICE REMISSIVO
10BaseT ............................................ 54
Acesso discado ........................ 17,38,44
Amplificadores ............................. 23,43
Atenuação ............................... 14,20,49
ATM .................................................. 21
Backbone ............. 17,19,20,21,24,30,33
Baixa tensão ................................. 17,21
Banda larga ......... 14,16,25,39,42,56,64
Broadcast ........................................... 22
Canais de dados ................................. 22
Célula de energia .......................... 18,19
Concentrador ................. 19,20,21,23,24
Corrente alternada ........................ 14,47
Decodificador .................................... 15
Demodulador ........................... 19,24,38
DHCP ................................................ 22
DPL .............................................. 52,53
Espectro ........................................ 54,55
Ethernet ......................... 20,56,58,63,64
Fax ................................................ 51,56
Fibra óptica ....................................... 21
Indoor ............................ 17,18,20,24,64
IP ............................................ 23,56,60
ISDN ................................................. 14
Link ......................................... 17,44,45
Master ................................ 58,59,60,65
Média tensão ..................................... 21
Oscilação ........................................... 14
Outdoor ................................... 17,18,19
PNR.............................................. 19,21
PNT .............................................. 19,21
PNU ............................................. 19,21
Protocolos .................................... 23,64
Radiação ...................................... 23,47
RDIS ................................................. 25
Repetidores ....................................... 20
SNMP .......................................... 22,63
Subestação ........................................ 14
Throughput .................................. 20,22
TIC .................................................... 25
Topologia ................................ 20,46,49
Transformadores ................ 13,14,46,50
Última milha ................. 13,20,56,57,60
Upload .......................................... 42,43
USB......................................... 20,56,63
V-LAN .............................................. 22
VoIP ............................................. 44,60
Voltagem ............. 13,46,47,48,49,50,51
Estudo da Tecnologia Power Line Communication – PLC e Implementação de uma vídeo conferência no Sistema Indoor - Monografia
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1. Introdução
Figura 1.1 [INT 2003] Existem várias opções para conexão a Internet, mas nenhuma se mostra tão
promissora quanto a Power Line Communication (PLC). A PLC utiliza os cabos de
cobre das redes de energia elétrica para transmissão de voz, dados e imagens. A
proposta principal dessa tecnologia de acesso é prover, de forma eficiente e barata, o
alcance da “The Last Mile” (A Última Milha), levando a informação à casa dos
clientes via um sistema de acesso que 98 por cento da população mundial está
integrada – O sistema de distribuição de energia elétrica.
Como esses sinais não conseguem passar por transformadores, é necessário o
uso de dispositivos externos que combinam os sinais de dados e voz com a corrente de
baixa voltagem (gerada nas subestações), para serem enviadas às residências,
cobrindo desse modo à última milha. [TAV 2002]
A tecnologia PLC não é nova; ela já é pesquisada há mais de uma década e
utilizada em aplicações que não demandam grande velocidade na transmissão dos
dados. Esse meio de acesso também é usado por distribuidoras de rede elétrica para
medições remotas, controle de equipamentos, monitoração de postes e até de
parquímetros.
A novidade fica por conta do uso da PLC em transmissões de dados em alta
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velocidade (4,5 Mbps, podendo chegar em breve a 8 Mbps), o que abre caminho para
que aplicações mais sofisticadas, como Internet de banda larga e videoconferência,
estejam disponíveis em qualquer tomada elétrica de casas ou edifícios.
A tecnologia PLC seria uma solução perfeita se não fosse pelo fato de as
linhas de força – assim como a rede telefônica no passado – não serem consideradas
meios ideais para a transmissão de dados.
Dentro e fora de casa, a rede elétrica está sujeita a todo tipo de interferência e
ruídos gerados por fontes chaveadas, motores e até dimmers.
Outro fato negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como
impedância, atenuação e freqüência podem variar drasticamente de um momento para
outro, à medida que luzes ou aparelhos conectados a rede são ligados ou desligados.
Além disso se a intenção for transmitir informação a longas distâncias, os
transformadores de distribuição são verdadeiras barreiras para a transferência de
dados. Apesar de permitirem a passagem de corrente alternada a 50 Hz ou 60 Hz com
quase 100 por cento de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros
sinais de maior freqüência.
Para atender as suas próprias necessidades, as distribuidoras de energia elétrica
ocasionalmente criam soluções que fazem com que esses sinais contornem ou até
atravessem os transformadores por meio de redes especiais de alta freqüência. Novas
técnicas são capazes de recuperar sinais fortemente atenuados, entretanto, somente as
grandes empresas tem acesso a essa tecnologia.
Outra desvantagem vem do fato de a PLC ser uma mídia compartilhada e
estruturada de modo paralelo. Assim, todas as casas conectadas numa mesma
subestação local estarão compartilhando a largura de banda disponível. Isso significa
que o desempenho da conexão pode variar de acordo com o número de pessoas que
estiverem navegando ou baixando arquivos simultaneamente.
Apesar desses revezes, a PLC também possui outras características
interessantes, além de aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A principal
delas é ter a Internet sempre a disposição, 24 horas por dia. A atual velocidade
máxima de 14 Mbps é bem maior que a de uma conexão ISDN – 128 Kbps ou ADSL
– 6.1 Mbps.
Outra característica interessante da PLC é a possibilidade de transformar toda
a infra-estrutura elétrica de uma residência ou edifício em uma rede local de dados,
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onde cada tomada pode ser encarada como um ponto de acesso que pode ser usado de
maneira simples e descomplicada.
Na entrada de cada casa ou prédio é instalado um aparelho decodificador que
separa a corrente elétrica dos sinais de dados e os distribui para os usuários.
Uma ilustração de como Trabalha a PLC:
Figura 1.2 [HPL 2002]
Essa idéia de transmitir dados sobre rede elétrica também poderia ser aplicada
para interconectar dispositivos inteligentes dentro de uma casa. No início do ano
2000, a empresa SUNBEAM por meio de sua subsidiária THALIA PRODUCTS –
anunciou uma linha de eletrodomésticos inteligentes que trocavam informação no
momento em que eram ligados à tomada. Batizada de HLT (Home Linking
Technology), a iniciativa pretendia lançar produtos como despertadores, detectores de
fumaça, cafeteiras, cobertores elétricos, medidores de pressão arterial, capazes de se
comunicar. Por exemplo o despertador poderia ser programado para mandar uma
ordem a cafeteira para começar a preparar o café um pouco antes do pessoal da casa
cair da cama. Num futuro próximo, até será possível colocar um filme em DVD no PC
de casa e transmitir o som e imagem para uma TV compatível pela fiação interna.
[MAR 2002].
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Já existem experimentos nessa área em pelo menos quatro estados brasileiros:
Paraná, São Paulo, Espírito Santo e Minas Gerais.
Ainda sem um modelo de negócio definido, as distribuidoras de energia
afirmam que não pretendem oferecer os serviços diretamente ao consumidor,
mantendo seu foco de atuação na distribuição de energia e terceirizando a infra-
estrutura para tráfego de banda larga para outros fornecedores. Atualmente, no Brasil
não existe um modelo comercial que permita lançar o serviço, mas isso depende das
parcerias comerciais com os fornecedores da tecnologia, em termos de participação
acionária na empresa. É preciso também criar uma empresa nova para isso, porque as
empresas de energia não podem prestar serviço de telecom.[TIM 2003]
A Cemig iniciou os testes do acesso à internet em banda larga via rede elétrica
no final de 2001. O projeto está sendo feito em conjunto com outras empresas, uma de
transmissão de dados, voz e imagem e outra , idealizadora dos equipamentos.[EMI
2002]
Outra distribuidora de energia que vem testando o sistema PCL é a Copel
Telecomunicações, do Paraná. A Copel gastou R$ 1 milhão para levar o sistema
elétrico de banda larga a 50 domicílios e estabelecimentos comerciais de Curitiba.
A concessionária de energia elétrica Eletropaulo Metropolitana também iniciou testes
práticos de viabilidade da tecnologia PLC na região metropolitana e no interior do
estado de São Paulo.
O grande desafio na implantação da PLC é a adaptação de suas condições ao
sistema elétrico brasileiro, na Europa e nos Estados Unidos, a rede é subterrânea, ou
seja, não sofre interferências do meio ambiente. [MIL 2003].
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2. Objetivos da Pesquisa
2.1 Objetivo Geral
Apresentar a Tecnologia Power Line Communication – PLC, que é a
utilização da rede de energia elétrica para transmissão de voz, dados e imagens. Fazer
uma comparação objetiva com outras tecnologias de acesso em banda larga e ilustrar
que a PLC é uma evolução das conexões de banda já existentes, possibilitando uma
amostra de taxa de transferência de dados muito superior ao que se conhece hoje.
2.2 Objetivos Específicos
Ilustrar os serviços e benefícios trazidos por essa tecnologia dando ênfase a
vídeo conferência e telemetria. Fazer uma comparação da taxa de transmissão de dados entre os Links de
acesso: Acesso discado e ADSL.
Pesquisar como é realizado a comunicação de dados sobre a rede elétrica.
Apresentar um estudo das características das linhas de distribuição elétrica e
fazer um levantamento do mercado da Power Line Communication no Brasil.
Implementar transmissão de voz e dados e imagem com a utilização de um
segmento de rede PLC no sistema indoor. Imagina-se dois ambiente de aplicação:
Indoor (Interno) e Outdoor (Externo), no ambiente indoor, em residências, escritórios,
industrias esse tipo de comunicação de dados trará como vantagem a redução do
número de cabos de interconexão. No ambiente Outdoor, a concessionária de energia
poderá oferecer novos serviços como controle de equipamentos, telemetria, tráfego de
dados, acesso a internet, monitoramento.
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3. Sistemas de Acesso PLC
O sistema de acesso PLC consiste basicamente em dois sistemas simultâneos
de operação de: o sistema Outdoor e o Sistema Indoor.
Outdoor envolve a parte pública da distribuição de baixa tensão, do transformador
para o ponto de acesso da residência do cliente. O sistema Outdoor é conectado ao
backbone de comunicação na estação do transformador.
Já o sistema Indoor se estende do ponto de acesso da residência do cliente para
qualquer tomada dentro dela. Esse sistema envolve toda a área privada de distribuição
de energia.
Figura 3.1 [TAV 2002]
Nesse ponto é interessante introduzir o conceito de “célula de energia”. Uma
“célula de energia” na arquitetura de rede de um sistema PLC é caracterizada por um
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sistema outdoor e todos os seus sistemas indoor.
Observando um pouco mais de perto, podemos destacar alguns outros pontos
característicos de uma rede PLC. Veja a figura a seguir:
Figura 3.2 [TAV 2002]
O sistema funciona da seguinte forma: os dados são transmitidos por uma
empresa de telecomunicações, até o transformador instalado nas ruas. Em seguida, um
equipamento concentrador (PNU) converte o sinal para a rede elétrica, o conduzindo
até a residência. Lá, um outro aparelho amplificador (PNR), localizado junto ao
medidor de energia, recupera as informações perdidas no percurso e as transfere para
dentro de casa. Finalmente, um último equipamento acoplado ao micro (PNT) recebe
as informações que chegam pela fiação:
► Concentrador Mestre (PNU): Controla o sistema Outdoor e interconecta
uma célula de energia (Power Cell) à rede do backbone. Geralmente está localizado
no transformador ou no centro geométrico de uma célula.
► Demodulador Repetidor (PNR): Provê o acesso direto do usuário para o
sistema Outdoor. Cada residência tem um. Esse equipamento se comunica com o
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Concentrador em uma freqüência que varia entre 2 e 3 MHz.
► Modem (PNT): Usado para recepção e transmissão dos dados. Comunica-
se com o Demodulador Repetidor a uma freqüência que varia entre 13 a 30 MHz.
A distância alcançada de um sistema PLC depende primeiramente das perdas
ao longo da distribuição de energia. È possível hoje prever a distância média que se
pode alcançar em uma situação real.
A atenuação do sinal é aumentada com a freqüência, consequentemente a
distância alcançada varia com a freqüência. A uma freqüência de 2,4 MHz, pode-se
alcançar uma distância típica de 150 a 250 m. Com uma freqüência de 8,4 MHz, a
distância fica na faixa de 100 a 200 m. A cobertura do sistema pode ser ampliada com
a inserção de repetidores.
A freqüência Indoor em torno de 20 MHz alcança entre 70 a 100 m dentro das
residências. A distância depende bastante do tipo do cabo. A cobertura do sistema
Indoor pode ser ampliada também com a inserção de repetidores.
Como o sistema PLC é um meio compartilhado, ele carrega tráfego de todos
os usuários conectados em sua rede. O acesso ao canal é gerenciado pelo
Concentrador Mestre, que dinamicamente aloca a capacidade do canal para o usuário
baseado em sua demanda instantânea, provendo assim uma possibilidade de
“throughput” máximo.
O número de residências que um concentrador Mestre suporta é de
aproximadamente 20.
Os fabricantes já estão produzindo equipamentos com interfaces padronizadas,
tais com ethernet e USB, para uma fácil integração com o mundo da comunicação,
sendo eles do usuário ou do backbone. Em um futuro próximo, os fabricantes
conseguirão produzir equipamentos com preços competitivos, para serem capazes de
comercializar seus produtos em larga escala.
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4. Hierarquia em uma rede PLC
A tecnologia PLC tem o objetivo de prover um meio de acesso no trecho que
comumente chamamos de “última milha”. No entanto, quando olhamos a topologia de
rede sob uma perspectiva mais ampla, percebemos que a rede PLC precisa estar
completamente integrada à rede de telecomunicações convencional.
O objetivo desse tópico é comentar um pouco mais sobre esse assunto,
fornecendo uma idéia da hierarquia de uma rede utiliza a tecnologia PLC. Para isso,
vamos utilizar a figura mostrada em seguida.
Figura 4.1 [TAV 2002]
Na primeira camada estão os equipamentos e aparelhos elétricos ligados na
tomada e sendo interligados pela linha de baixa tensão dentro da residência. Na
segunda camada (rede de acesso PLC) podemos encontrar os equipamentos da rede
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PLC, como os modems (PNT), concentrados na linha de média tensão fora da
residência, por intermédio do amplificador (PNR) que se comunica com o
concentrador Mestre (PNU).
A comunicação diretamente pela linha elétrica acaba nesse ponto e agora o
acesso ao provedor de serviço vai depender muito de cada caso, como, por exemplo,
da distância, da velocidade requerida, da acessibilidade etc.
Nessa terceira camada (Rede de acesso 1), várias tecnologias podem ser utilizadas,
como por exemplo: fibra óptica ,rádio, ADSL etc.
Agora já disponibilizado o acesso, o meio de transporte da comunicação é
requerida, podendo ser um backbone ATM, por exemplo, onde será feita a distinção
da comunicação de cada usuário.
Como a PLC é um meio compartilhado, muitos usuários podem acessar o meio
ao mesmo tempo. Portanto, é necessário proteger a privacidade de cada tráfico
individual. Para tal tarefa, é utilizada a tecnologia V-LAN, que habilita a separação
específica para cada usuário dos canais de dados resultando na proteção da
comunicação. Com esse propósito, a administração da rede especifica cada usuário a
uma V-LAN privada.
Após essa camada, vem a camada de supervisão, que fica na empresa que
disponibiliza a rede de acesso. O sistema de comunicação PLC já contém todos os
atributos necessários para facilitar a integração com um sistema de gerência e
supervisão automatizado.
Todos os equipamentos são gerenciados via DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol) e SNMP ( Simple Network Management Protocol). Isso
permite a integração em sistemas de gerenciamento de rede padrão, provendo um
sistema de monitoramento efetivo de tráfego e localização de tráfego rápido com
ferramentas já estabelecidas.
Paralelamente a essa camada, existirá a camada do provedor de serviço, que
poderá ser um provedor de Internet, alguma empresa de monitoramento a distancia.
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5. Características da tecnologia PLC
O sistema de acesso do Power Line Communication é otimizado para
transmissão de dados via uma rede de distribuição de energia já existente, provendo
um máximo “throughput” em um mínimo nível de energia.
Para a máxima eficiência dessa tecnologia é necessário um tipo de modulação
do sinal e freqüências especificas que devem evitar interferências vindas de sinais de
rádio e de serviços broadcast. Os fabricantes têm investido avançadas tecnologias para
garantir a privacidade nos dados transmitidos.
Uma das vantagens mais marcantes do PLC é que como toda a informação
trafega pela rede elétrica da casa, a monitoração e o controle de equipamentos
elétricos podem ser facilmente implementados, além é claro da comunicação de dados
com o mundo exterior.
No entanto, essa ainda é uma tecnologia nova, mas seus fabricantes acreditam
que em breve seu uso seja difundido. Para tal, eles implementam a cada dia uma série
de características para ajudar a sua popularização, dentre elas podemos citar: [TAV
2002]
5.1 Controle da radiação emitida
Com o intuito de minimizar a radiação, são utilizados dispositivos de
transmissão capazes de controlar a emissão de energia para um valor máximo
parametrizado.
Esses dispositivos são acoplados juntos aos concentradores, amplificadores e
modem, e ajustam automaticamente a energia de transmissão para um nível mínimo
requerido, mantendo uma conexão de alta qualidade.
5.2 Prioridade a dados em tempo real
Os equipamentos de um sistema PLC já podem distinguir entre dados normais
e dados de tempo real baseados em protocolos. Para uma boa qualidade do serviço, o
tráfego de tempo real, como voz e vídeo, requer uma transmissão com o mínimo de
atraso. Já pelo tráfego normal, como uma transferência de arquivos, não há a
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sensibilidade a atrasos de transmissão.
5.3 Fácil integração do sistema
Para que ocorra a popularização da tecnologia, os equipamentos PLC devem
conter a funcionalidade e os protocolos requeridos para uma fácil integração em um
grande sistema de comunicação.
Esses equipamentos devem ser capazes de receber e processar
automaticamente todos os parâmetros de operação, tais como endereços IP, VLAN-
ID’s e números telefônicos.
Também é muito importante que um sistema PLC possa ser facilmente
estendido de um tamanho pequeno para um tamanho grande, mantendo os valores de
serviços agregados.
5.4 Pontos de instalação flexíveis
Em circunstâncias normais, os pontos de instalação são os Concentradores
Mestres no transformador, ou o Demodulador – repetidor entre o medidor elétrico.
No entanto, não há nenhum tipo de imposição para instalar essas unidades, podendo
ser instaladas em qualquer ponto que satisfaça às seguintes exigências:
- Fácil acesso para o pessoal de serviço;
- Lugar protegido de vandalismo e fenômenos como calor e chuva;
- Acesso ao backbone e/ou acesso ao usuário;
- Área acessível para o Concentrador Mestre e o Demodulador Repetidor;
- Nível de sinal disponível para os equipamentos;
- Evitar interferência entre sistemas Indoor vizinhos.
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6. Serviços e benefícios trazidos pela tecnologia PLC
Figura 6.1 [SER 2004]
Os serviços podem ser implementados a partir de exploração em conjunto com
empresas de Telecomunicações, Redes de Televisão, Video-Locadoras, Rádios,
Empresas de Segurança e Automação e pela própria Concessionária de Energia
Elétrica.
6.1 Vídeo Conferência
Esta tecnologia é uma forma de envio e recepção de imagens em tempo real
entre diversas pessoas fisicamente distantes entre si através de computadores. De
todas as TICs - Tecnologia de informação e comunicação, a videoconferência é o
meio mais “rico”, porque permite a troca não apenas de conteúdo, mas também de
informação relacional (gestos, mímica, expressões) entre humanos. Esta característica
é importante para a construção de confiança numa colaboração virtual. Requer a
ligação em alta velocidade (PLC, RDIS, ADSL ou banda larga) entre dois ou mais
locais e o uso de sistemas apropriados e compatíveis (existem standards diferentes em
uso). Embora a video-conferência tenha beneficiado os avanços nas tecnologias de
compressão e de disponibilização de banda larga, a qualidade de transmissão é muitas
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vezes insuficiente para garantir uma difusão mais vasta desta forma de comunicação
[ORGA 2004].
Atualmente, a existência de novas alternativas para as redes de computadores,
tais como ReMAVs (Redes Metropolitanas de Alta Velocidade), Internet2, RNP2 e
futuramente a PLC estão viabilizando o desenvolvimento de aplicações avançadas
como videoconferência, vídeo interativo, bibliotecas digitais e laboratórios virtuais.
Isto tem favorecido a comunidade acadêmica e instituições de pesquisa, além do setor
comercial; e tem provocado um crescimento no uso do computador como uma
ferramenta para mediar a comunicação em tempo real entre indivíduos e grupos,
aumentando o número de ferramentas disponíveis e também o número de usuários
destes serviços.
A videoconferência é uma forma de comunicação interativa que permite a
duas ou mais pessoas que estejam em locais diferentes, a comunicação com áudio e
visualização de imagem em tempo real. Reuniões, cursos, conferências, debates,
palestras são conduzidas como se todos os participantes estivessem juntos no mesmo
local. Com os recursos da videoconferência, pode-se conversar com os participantes e,
ao mesmo tempo visualizá-los na tela de um monitor (telão ou televisão, dependendo
dos recursos utilizados), trocando informações como se fosse pessoalmente.
Uma grande variedade de soluções para sistemas de videoconferência está
disponível e cada aplicação, de acordo com o seu propósito, pode ter necessidades
diferentes com relação a equipamentos, à infra-estrutura de comunicação e à
qualidade de serviço. Considerando estes fatores, um sistema de videoconferência
deve se adequar da melhor forma possível aos recursos que a infra-estrutura de rede
oferece. Além disso, o modelo de comunicação escolhido (centralizado,
descentralizado ou híbrido) pode influenciar no tipo de recursos que serão utilizados
na aplicação.
6.1.1 Modelo Centralizado
O modelo centralizado é baseado no modo de comunicação ponto a ponto ou
unicast. Quando existem três ou mais pontos para se conectarem entre si, a
comunicação é possível utilizando-se uma Unidade de Controle Multiponto (MCU -
Multipoint Control Unit)
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A principal característica desse modelo é a utilização de um MCU que faz
parte dos mecanismos descritos na recomendação H.323 do grupo de trabalho da ITU
(International Telecommunications Union) que estuda comunicações e conferências
multimídia. O padrão de conferência H.323 está sendo amplamente utilizado no
desenvolvimento de sistemas de videoconferência.
Em uma sessão de videoconferência baseado neste modelo cada participante
estabelece uma conexão com o MCU central e a distribuição do fluxo de áudio, vídeo
e dados para cada participante é feita pelo MCU que mescla os vários fluxos de áudio,
seleciona o fluxo de vídeo correspondente e retransmite o resultado para todos os
outros participantes. Ele gerência a videoconferência usando funções de controle
H.245 que definem a capacidade de cada terminal. O H.245 é um protocolo para
controle de chamadas especificado no padrão H.323.
Um MCU é a combinação de um Controlador Multiponto (MC - Multipoint
Controller) e de zero ou mais Processadores Multiponto (MP - Multipoint Processor).
O MC, geralmente um software, é o responsável pelo controle de três ou mais
participantes durante sessões Multiponto e o MP, geralmente um hardware, é o
responsável pelo processamento do fluxo de áudio, vídeo e/ou dados durante sessões
Multiponto. A presença do MP provê mesclagem, chaveamento, ou outro
processamento de fluxo de mídia sob o controle do MC.
A seguir são apresentadas figuras que ilustram o modelo centralizado em sessões de
videoconferência:
Figura 6.2 [MOD 2001]
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Figura 6.3 [MOD 2001]
Algumas vantagens deste modelo são:
Os equipamentos dos participantes não precisam ter recursos poderosos, pois
localmente apenas codificam seu fluxo de mídia produzido e decodificam o fluxo
enviado pelo MCU;
Não exige nenhuma capacidade especial da infra-estrutura de rede, pois todas
as conexões são ponto a ponto;
Permite a integração mais fácil de aplicações de um único usuário em cenários
orientados a grupos. O controle do material disponível é manuseado pelo MCU com
redirecionamento de conteúdo para o equipamento dos participantes.
E, algumas desvantagens são:
O MCU geralmente é um recurso caro;
Limitação em escalabilidade. Os sistemas de videoconferência são projetados
para cenários específicos e não são facilmente adaptáveis para uso em outros cenários.
Cada MCU suporta um número específico de participantes;
Gera mais tráfego na rede. O fato de utilizar conexões unicast faz com que
todo o tráfego seja roteado pelo MCU podendo provocar um congestionamento na
rede.
Existem, no mercado, soluções de videoconferência Multiponto centralizada
que consistem somente de software, e outras que envolvem software e hardware. Por
exemplo, a Cisco possui soluções compostas de hardware e software. Por outro lado,
o CUSeeMe disponibiliza soluções em software.
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6.1.2 Modelo Descentralizado
O modelo descentralizado compartilha características de controle comum com
o modelo centralizado, mas o fluxo de mídia é manuseado diferentemente. Uma das
entidades participantes deve ser um MC que, independente do modelo de
comunicação, prove o controle de três ou mais participantes durante uma sessão
Multiponto. O MC tipicamente é colocado com um dos participantes. Todas as
conexões H.245 terão que terminar no MC apenas no modelo centralizado quando o
MCU está presente. Enquanto no modelo centralizado o MCU faz o processamento de
mídia, no modelo descentralizado, os fluxos de mídia são enviados e recebidos por
todos os participantes sobre uma base fim a fim.
Não há MCU para processar os múltiplos fluxos; cada participante é
responsável por sua própria mesclagem de áudio e seleção de vídeo. A mídia pode ser
enviada entre todos os participantes utilizando multicast, ou múltiplos unicast se a
rede não suportar multicast.
Figura 6.4 [MOD 2001]
Algumas vantagens deste modelo são:
Não requer a presença de um MCU. Geralmente, um recurso limitado e caro;
Permite um processamento individualizado em cada participante o que
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possibilita que cada um execute em seu próprio nível;
Ao contrário do modelo centralizado, é escalável quanto ao número de
participantes, mais flexível e sensível a variações nas condições da rede;
Pode economizar largura de banda se a rede suportar multicast.
E, algumas desvantagens são:
Uma sessão de videoconferência é terminada quando o participante que
contém o MC deixa a sessão. Para que a videoconferência não seja terminada o MC
deve permanecer ativo;
Um participante que possui um equipamento com baixo desempenho pode ser
prejudicado já que a mesclagem do fluxo de áudio e a seleção do vídeo são realizadas
localmente em cada participante e não só a codificação e decodificação como no
modelo centralizado;
Cada participante tem sua própria cópia dos arquivos que estão sendo
compartilhados, o que torna mais difícil manter a consistência entre as cópias
distribuídas no grupo.
Como exemplo deste modelo, pode-se citar as ferramentas utilizadas no
MBone (Multicast Backbone), o qual suporta distribuição de dados multicast.
6.1.3 Modelo Híbrido
O modelo híbrido tenta mesclar o melhor dos dois modelos anteriores,
mantendo a consistência dos dados através de um armazenamento centralizado e
suportando visões individualizadas através do uso de front ends gráficos do modelo
descentralizado no qual cada participante pode ter controle sobre sua aplicação para
prover suas necessidades pessoais.
Uma implementação híbrida pode operar sobre uma rede multicast com cada
usuário utilizando sua própria versão das ferramentas, distribuir o fluxo de mídia de
acordo com o modelo descentralizado, mas conter algum mecanismo - tal como um
servidor na conferência - para controlar documentos compartilhados, ou arquivar a
mídia de sessões que ocorreram. Portanto, o modelo híbrido tem a vantagem de prover
armazenamento centralizado para sessões de videoconferência sem ter que controlar
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cada instante da aplicação, para cada participante da sessão.
Neste exemplo, um MCU separado é usado para manusear o áudio, dados e
controle de funções, e o vídeo é distribuído por multicast conservando a largura de
banda. [MOD 2001]
Figura 6.5 [MOD 2001]
6.2 Telemetria
Telemetria é a transferência (via rede fixa ou sem fio) e utilização de dados
provindos de múltiplas máquinas remotas, distribuídas em uma área geográfica de
forma pré-determinada, para o seu monitoramento, medição e controle.
Apesar de ainda estar em seus estágios iniciais no Brasil, o mercado de
telemetria oferece diversas oportunidades de alta rentabilidade, tanto para os seus
participantes, quanto para as empresas que decidirem entrar neste ramo nos próximos
anos. Atualmente, o nível de penetração no mercado ainda é incipiente, o mercado
encontra-se fragmentado, e as barreiras à entrada de novas empresas, de maneira
geral, ainda são poucas.
Telemetria refere-se à transferência e utilização de dados provindos de
equipamentos remotos, para o monitoramento, medição e controle dos mesmos. O
mercado brasileiro de telemetria é o segundo maior da América Latina, e representa
73% dos 146.000 terminais instalados na América do Sul e Central (Dezembro/2001).
Nesta região, a América Central representa 24% do total da base instalada, e os 3%
restantes estão divididos entre os outros países da América do Sul.
A contratação de aplicações de telemetria aumentará substancialmente nos
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próximos três anos, atingindo a marca de cinco milhões de terminais instalados e
receitas de US$ 200 milhões. Até o final de 2005, aplicações de telemetria estarão
gerando receitas significativas para seus provedores de telecomunicações
(operadoras), de equipamentos (OEM's), e integradores de soluções, ao mesmo tempo
que estarão trazendo reduções de custos substanciais às empresas que adotarem tais
soluções (clientes).
Devido à enorme quantidade de equipamentos remotos que se beneficiariam
de um melhor controle e medição, o potencial do mercado de telemetria a longo prazo
é substancial. Porém, somente são potenciais reais as aplicações que trazem ganhos
financeiros a curto prazo. A redução de custos de tecnologias que se espera ao longo
das próximas décadas deverá viabilizar novos mercados de telemetria gradualmente, e
por isso não se espera uma saturação deste mercado a longo prazo.
Atualmente, o mercado de telemetria brasileiro, apesar de incipiente em
comparação a mercados como os dos Estados Unidos e da China, está entre os 12
maiores do mundo em número de terminais instalados.
Número de Equipamentos de Telemetria Instalados (Em Milhares de Unidades, Dez/2001)
Figura 6.6 [TEL 2004]
Algumas empresas, tanto nacionais quanto internacionais, já compreendendo o
valor e o potencial do mercado de telemetria brasileiro, vêm alocado recursos
significativos, estrategicamente buscado uma fatia do mesmo.
Soluções que se utilizam de comunicações com fio fazem parte deste estudo
(telefonia fixa ou redes de energia elétrica/ "PLC" Power Line Communication). Por
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outro lado, existem sistemas que não se enquadram na definição de telemetria e
portanto não foram incluídos neste estudo. São eles:
- Sistemas que comunicam máquinas móveis (tais como Telemática/AVL -
localização automática de veículos),
- Sistemas que conectam máquinas que se localizam dentro de uma área
limitada e de fácil acesso (redes locais / LANs), e
- Máquinas que são operadas por pessoas (tais como terminais de ponto de
venda / POS).
Apesar de terem suas semelhanças com a descrição de telemetria, esses três
tipos de sistemas não devem ser confundidos com o conceito em pauta.
A cadeia de valor (value chain) do setor de telemetria é formada por cinco
elos. Algumas empresas que tem demonstrado iniciativas e projetos na área estão
elencadas abaixo. É importante notar que os principais catalisadores deste mercado
têm sido os Provedores de Soluções/ Integradores de Sistemas, seguidos pelos
Clientes e finalmente pelos fornecedores de equipamentos (OEMs).
6.2.1 Componentes de Soluções de Telemetria
Os sistemas de telemetria possuem os seguintes componentes:
Figura 6.7 [TEL 2004]
1. Máquinas Inteligentes e Sensores: Aparelhos que monitoram, controlam e medem
algum tipo de atividade localmente. Podem existir vários sensores em um
determinado local.
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2. Interface da Aplicação: Interface entre os sensores e a rede de comunicação. Para
aplicações remotas, refere-se à Unidade de Terminal Remota (RTU - Remote
Terminal Unit).
3. Base de Comunicação (Backbone): O sistema pode ser por linhas fixas (landline)
ou rádio, e transmitir informações dos sensores através da interface da aplicação, para
um computador central de comando e um centro de controle.
4. Centro de Controle e Comando: Este é o ponto central que recebe os dados
transmitidos pelos sensores. A informação é processada, podendo ser disseminada
para diferentes locações através da Internet.
6.2.2 Usuários de Soluções de Telemetria (Clientes)
Atualmente, os dois setores que mais usam soluções de telemetria são o setor
de serviços públicos e o setor de segurança patrimonial.
Setor Oportunidade / Aplicação Descrição
Segurança
• Segurança patrimonial
residencial, para as classes A, B e
C.
• Segurança patrimonial para
empresas de todos os tamanhos.
• Implantar soluções de telemetria sem fio que
comuniquem os sensores de alarme do
equipamento de segurança à central, para servir
como uma contingência à comunicação via linha
fixa já utilizada pelo sistema de segurança.
• Esta solução é vendida como um elemento
adicional de segurança aos seus usuários.
Serviços Públicos
• Medição de consumo de energia
elétrica em residências , comércio
e indústrias.
• Monitoramento de estações
elétricas.
• Medição de consumo de água
em grandes consumidores
(comércio e indústrias) -
Futuramente em residências e
empresas.
• Monitoramento de estações de
tratamento e distribuição de água.
(ex: sistema SCADA, da Sabesp)
• Medição de consumo de gás
• Implementar um meio de comunicação bi-
direcional em medidores e controladores de
consumo e de distribuição de energia elétrica, de
água e saneamento, de gás natural, e das ameaças
ao meio ambiente. Estas soluções permitem um
melhor gerenciamento de demanda, através de um
acompanhamento mais preciso das taxas de
consumo.
• Soluções podem ser utilizadas para detecção de
falhas ou vazamentos, permitindo a resolução de
problemas com mais rapidez.
• A diminuição da leitura manual proporcionará
uma redução dos custos de mão-de-obra e a
adoção de meios inovadores de servir os clientes,
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natural em residências e
empresas.
• Monitoramento de estações e
canais de distribuição de gás
natural e monitoramento de redes
de transporte de gás, primárias
(Transpetro) e secundárias
(distribuidoras).
oferecendo produtos de valor agregado e
diferenciados.
• Ativamento (e corte) de assinantes
inadimplentes.
Além destes dois setores primários , também existem diversos outros setores
da economia que podem se beneficiar de aplicações de telemetria:
Outros Setores Oportunidade / Aplicação Descrição
Controle de
Trânsito
• Monitoramento de semáforos.
• Captação de infrações e registro
de multas.
• Medição de fluxos de veículos e
situação de vias.
• Implantar soluções de telemetria que
transmitiriam os dados à uma central, permitindo
que o processamento desses dados fosse realizado
instantaneamente, aumentando a eficiência dos
processos e a confiabilidade nas informações.
Automação
Industrial
• Medição e controle de processos
industriais em diversos setores.
• Implantar soluções de telemetria em setores
que operam máquinas de grande porte e que se
beneficiariam de um controle e monitoramento
remoto, como manufaturas (automotiva,
aeronáutica, etc.), agricultura, mineração e
construção pesada.
Distribuição de
Petróleo e
Derivados
• Medição do fluxo em pontos
selecionados de oleodutos.
• Medição de volumes em tanques
de postos de gasolina.
• Monitoramento de tanques.
• Implantar soluções de telemetria que
permitiriam um melhor gerenciamento da
demanda, assim como a detecção de mal
funcionamento ou vazamentos. Geralmente, estas
soluções requerem uma transmissão de dados em
tempo real por se tratar de questões ambientais e
de segurança.
• A transmissão de dados, além de ajudar a
prevenir grandes perdas devido ao mal
funcionamento ou vazamentos, pode solucionar o
problema de coleta de dados em dutos localizados
em áreas rurais onde nem sempre há estrutura de
telefonia fixa instalada.
Caixas Eletrônicos
• Controle e monitoramento de
caixas eletrônicos por meio
wireless.
• Implantar soluções de telemetria que
comuniquem o equipamento à central, servindo
como contingência à comunicação por linha
telefônica já utilizada pelo sistema.
Máquinas
Dispensadoras
• Medição de níveis de estoque e
de problemas operacionais de
máquinas dispensadoras (Vending
Machines) aos seus operadores.
• Implantar soluções de telemetria que auxiliem
no controle dos fornecimentos, e na detecção de
mal funcionamento das máquinas, principalmente
em localidades mais afastadas.
• As soluções de telemetria permitem a
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maximização das receitas, uma vez que auxiliam
no controle de demanda e abastecimento, e
detecção do mal funcionamento da máquina,
permitindo que se solucione o problema
rapidamente.
Elevadores • Monitoramento remoto de
elevadores.
• Implantar soluções de telemetria para controle
operacional de elevadores a partir de uma central
localizada remotamente.
6.2.2.1 Serviços Públicos
As empresas de geração e distribuição de energia tem grande interesse nas
atividades de controle remoto, tais como leitura de medidores, e ativação e corte de
assinantes. Parte deste interesse pode ser atribuído às exigências do MAE (Mercado
Atacadista de Energia) e às atuais circunstâncias mercadológicas, onde a liberalização
do mercado de energia fez com que as empresas se tornassem mais competitivas,
buscando alternativas de redução de custo e aumento de eficiência. Além disso, os
problemas resultantes da crise de energia sofrida pelo país em 2001, fez com que a
questão de medição e controle do consumo de energia se tornasse muito relevante.
A quebra da cadeia de valores, no caso da energia é um "driver", junto ao
MAE. Os geradores, transportadores, distribuidores, e "traders" já são uma realidade
no Brasil. Como exemplo disso, podemos citar empresas como a Copel e outras, cujo
custo / benefício da quebra da cadeia de valores, somente poderia ser justificado com
adequada medição no decorrer desta cadeia.
Principais Aplicações de Telemetria em Serviços Públicos na América do Sul e
Central
(% de Unidades Instaladas, Dez/2001)
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Figura 6.8 [TEL 2004]
As soluções de telemetria são ferramentas úteis para redução dos custos
provenientes de práticas ineficientes de monitoramento manual de equipamentos ou
para se evitar perdas de receitas que ocorrem quando o mal funcionamento de algum
equipamento não é percebido. Além da redução de custos e aumento da eficiência, a
telemetria pode ser uma parte integral de uma solução de tecnologia de informação
mais ampla que auxilia as empresas a analisarem o mercado, a servirem os seus
clientes e a oferecerem novos produtos e serviços.
• Segmentos de mercado com maior demanda potencial por serviços de telemetria
são: serviços de utilidade pública e leitura de medição automática, segurança e
monitoramento de alarmes, controle e monitoramento de equipamentos industriais,
dutos e tanques, máquinas dispensadoras, caixas eletrônicos, e monitoramento geral.
• Há vários meios de comunicação que podem ser utilizados em sistemas de
telemetria e que competem entre si. Estas tecnologias de comunicação incluem:
microondas, rádio privado, celular, telefonia fixa, redes elétricas e satélites. Cada uma
dessas redes de comunicação pode ser apropriada para diferentes aplicações de
telemetria, dependendo da demanda da aplicação sobre a rede. Estas demandas são
uma função da cobertura, tempo e resposta da transmissão, preço dos serviços e dos
equipamentos, capacidade de integração e a experiência e envolvimento das
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operadoras de rede com as aplicações de telemetria. As operadoras terão que analisar
cuidadosamente em qual segmento do mercado elas irão se focar, baseadas no meio
de comunicação que elas oferecem.
• O maior mercado potencial para soluções de telemetria é o setor de serviços
públicos para leitura de medição automática. No entanto, devido ao fato deste setor ter
um grande incentivo a utilizar seus sistemas de comunicação já existentes e outras
redes alternativas, é previsto que a penetração das operadoras de redes wireless e fixas
será baixa neste segmento, no curto prazo. Além disso, embora o mercado potencial
neste setor seja enorme, o mercado brasileiro (em contraste com o mercado norte-
americano), tem um número limitado de empresas semi-privatizadas (107 agentes
cadastrados no MAE). Sendo um setor do mercado bastante consolidado, é
recomendado que novas empresas no setor foquem seu recursos em outras áreas de
alto valor econômico , tais como segurança patrimonial, automação de processos
industriais, e distribuição de petróleo e derivados - a não ser as que tiverem forte
relacionamento com operadoras de serviços públicos . [TEL 2004]
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7. Comparativo entre ADSL e Acesso discado
7.1 História dos Modems
A palavra “modem” é uma junção das palavras “modulador” e “demodulador”
representando sua principal função, mandar dados em formato digital através de uma
linha analógica de comunicação. O modem que está mandando um sinal faz a
“modulação” do mesmo; isto é, transforma os impulsos para um formato compatível
com a transmissão através da linha telefônica (no caso da PLC através da rede
elétrica); e o modem que recebe o sinal faz o contrário, faz a “demodulação” do sinal
para retomá-lo à sua forma original. Os modems sem-fio (“wireless modems”)
convertem o sinal analógico para ondas de rádio quando estão transmitindo dados, e
fazem o oposto na recepção.
Os modems surgiram em 1960 como uma maneira de permitir que os
terminais de computador pudessem se interligar ao computador principal
(“mainframe”) através de linha telefônica. Os anos 60 foram a época dos
computadores compartilhados (“time shared”); uma empresa podia alugar o tempo
ocioso no mainframe de outra e conectá-los através de uma linha de 300 bits por
segundo (300 bps). Pelo jeito, o crescimento das aplicações que rodam via Internet
está fazendo com que a informática volte às origens. Hoje também temos
computadores centrais que são acessados via telefone, só que em um número muito
maior, com alta velocidade e recursos infinitamente mais poderosos.
Quando os computadores pessoais começaram a aparecer, no final dos anos
80, os modems continuaram a ser utilizados para acessar os BBS, abreviação de
“Bulletin Board Systems”, ou seja, algo como “Sistemas de Mostrar Boletins”. Podia-
se configurar um computador com um ou dois modems para acessar os BBS, onde o
usuário acessava o mainframe emulando (imitando) um terminal burro.
A velocidade ficou nos mesmos 300 bps por um bom tempo pois é tolerável
para um terminal, representa aproximadamente 30 caracteres por segundo; ou seja,
muito mais do que uma pessoa pode digitar ou ler. Assim que os usuários começaram
a transferir programas e imagens maiores de seu micro para o BBS e vice-versa os
300 bps ficaram insuportavelmente lentos. Para contornar este problema, os modems
foram sendo melhorados passo a passo, como listado abaixo:
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300 bps - Usados de 1960 até 1983.
1200 bps - Ficaram populares a partir de 1984.
2400 bps - No Brasil, começaram a chegar em 1986.
9600 bps - Apareceram primeiro no final de 1990; no Brasil começaram a chegar em
1991.
14.4 Kbps - Surgiram a partir de 1993; foram rapidamente suplantados pelos modems
de 28.8 Kbps.
28.8 Kbps - Um verdadeiro padrão para medir velocidades de modem; perduraram
um bom tempo até que foram melhorados para atingir os 33.6 Kbps.
33.6 Kbps - Com esta velocidade já se atingiu a maioridade da comunicação via
modem e linha telefônica convencional.
56 Kbps - Tornou-se o padrão em 1998, representando o máximo teórico que se pode
conduzir através de uma linha telefônica analógica.
ADSL - Com um limite teórico de 8Mbps, ganhou popularidade a partir de 1999 e é
uma das conexões de banda larga mais utilizadas atualmente.
PLC - Velocidade de transferência de até 14Mbps, utiliza a rede de maior
capilaridade do planeta - a Rede Elétrica, Boa relação custo / benefício.
7.2 Modems de 56KBPS
A evolução dos modems convencionais passou por diversas etapas com o
intuito de atingir maiores velocidades. Inicialmente foi utilizada uma técnica chamada
de Phase-Shift Keying (PSK) e posteriormente outro sistema chamado de Quadrature
Amplitude Modulation (QAM). Estas duas tecnologias permitem enviar um grande
volume de dados nos limitados 3.000 Hz de banda disponível em uma ligação
telefônica comum, projetada a princípio para transmitir apenas voz. Com isto, chegou-
se à velocidade máxima teórica representada pelos modems de 56Kbps nominais mas
que, na verdade, se conectam com velocidades em torno de 48 Kbps se a linha for de
boa qualidade.
Os modems de 56Kbps incorporam o conceito chamado de “degradação
gradual”, significando que podem testar a linha telefônica e diminuir a velocidade se
não for possível transmitir na velocidade máxima do modem.
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7.3 Modems ADSL
Continuando a evolução dos modems surgiu tecnologia ADSL, abreviação de
Asymmetric Digital Subscriber Line, ou seja Linha de Assinatura Digital Assimétrica.
A palavra “assimétrica” é usada porque estes modems podem mandar dados mais
rápido em uma direção do que em outra. Os modems ADSL tiram vantagem do fato
de que, em uso normal, as linhas telefônicas têm um fio de cobre dedicado para cada
linha, que vão do local de instalação até a central telefônica da operadora, podendo
transportar uma banda de passagem bem maior do que os 3.000 Hz do sinal de voz.
Desta forma é possível transportar um sinal entre os dois pontos de maneira
puramente digital sem interferir na comunicação de voz, e esta é uma grande
vantagem do ADSL, aproveitar a instalação física existente sem interferir no serviço
telefônico convencional.
Em condições ideais, a capacidade da linha ADSL pode chegar a 1 Mbps entre
o ponto de instalação e a companhia telefônica (“upload”) e a 9 Mbps entre a
companhia telefônica e o ponto de consumo (“download”).
O princípio de funcionamento do ADSL é bem simples. A faixa de frequências
entre 24.000 Hz (24 KHz) e 1.100.000Hz (1,1 GHz) é dividida em até 247 segmentos
de 4.000 Hz e é designado um modem virtual para cada uma destas faixas. Cada um
dos segmentos testa sua banda de passagem e faz o melhor que pode com ela. O valor
total de transmissão dos modems virtuais será a velocidade máxima da conexão.
7.3.1 Vantagens e Desvantagens do ADSL
As conexões ADSL têm diversas vantagens; entre elas:
A conexão à Internet é contínua e permanente e a linha pode ser utilizada
normalmente para chamadas de voz. Note que não se paga nada a mais por deixar a
Internet conectada 24 horas por dia, mas o serviço telefônico (voz) é cobrado
normalmente, por pulso.
A velocidade é muito maior do que a de um modem convencional (mais de 1,5
Mbps contra 56 Kbps).
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As conexões ADSL utilizam a linha de telefone e o respectivo sistema
telefônico existente, dispensando a construção de um novo cabeamento. Esta talvez
seja a razão pela qual o ADSL está se expandindo muito rapidamente no Brasil.
As empresas que oferecem o ADSL usualmente fornecem também o modem
como parte da instalação e do contrato, cobrando uma pequena taxa mensal,
dispensando o usuário da compra do equipamento que costuma ter um preço
relativamente alto.
São muitas vantagens, mas o ADSL também tem lá suas desvantagens:
Uma conexão ADSL funciona melhor quanto mais perto for da central
telefônica, e o inverso também é verdadeiro; se a central estiver muito longe não será
possível instalar o ADSL, situação comum no Brasil.
A conexão é mais rápida para receber do que para mandar dados.
O serviço não está disponível em todos os locais onde há um telefone, pois
precisa de equipamentos especiais na central telefônica cujo custo só se justifica se
houver um número mínimo de usuários.
7.3.2 Características Gerais do ADSL
Uma instalação de telefone convencional consiste em um par de fios de cobre
que vai do ponto de instalação da linha até a central telefônica do bairro. A
capacidade de transportar informações de um cabo vai muito além de transportar
sinais de voz; ou seja, tem uma banda de passagem de dados, ou faixas de freqüências
maior do que a necessária para transportar uma conversa. O DSL explora esta
capacidade extra para transportar mais informações no mesmo fio sem perturbar a
habilidade da linha de transportar sinais de voz. O princípio de funcionamento está
baseado em dar a cada tarefa exatamente a banda de passagem (resposta de
freqüência) de que ela necessita. Em jargão técnico americano, o sistema de telefonia
convencional é chamado de POTS, abreviação de “Piam Old Telephone Service” o
qual utiliza diversas técnicas para extrair o máximo dos fios e demais equipamentos
das concessionárias. Uma destas técnicas é limitar as freqüências que os painéis
chaveadores, telefones e outros equipamentos precisam transportar.
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A voz humana pode ser perfeitamente inteligível em um sistema que
transporte sons entre 100 a 3.400 Hertz (Hz) o que é bem pouco se comparado à
capacidade de audição humana, entre 20 a 20.000 Hz, faixa necessária para um
sistema de som de alta-fidelidade. Os fios do sistema telefônico podem transportar
uma faixa de frequências muito maior do que isto, mas desde a invenção do telefone
as frequências transportadas foram limitadas a 3.400 Hz para aumentar a capacidade.
Isto é fácil de entender apesar de usar um par de fios para cada residência, é possível
utilizar um enorme maço de fios agrupados sem que um interfira no outro, o que
poderia acontecer se estes transportassem sinais analógicos de alta frequência.
Entretanto, aparelhos digitais (como os modems) podem usar com segurança muito da
capacidade da linha que é desperdiçada pelo sistema convencional de telefonia.
A maioria dos sistemas de banda larga para residências e pequenas empresas
acessam a Internet usando uma variação de DSL chamada “Asymetric DSL” (ADSL).
O ADSL pressupõe que a maioria dos usuários de Internet recebam muito mais
informações do que enviam, ou seja, fazem mais download do que upload. Assim, a
velocidade de conexão à Internet foi dimensionada para ter a velocidade de download
duas a quatro vezes maior do que a velocidade de upload, de maneira a fornecer as
melhores condições possíveis de navegação para o usuário típico.
7.4 Voz e Dados
Como vimos, a capacidade de transmissão de dados dos sistemas ADSL varia
muito em função da distância entre o local de instalação e a central da concessionária
que vai fornecer o serviço ADSL. A medida em que a distância aumenta o sinal
diminui de intensidade e de qualidade devido às interferências recebidas no percurso
significando menor velocidade de conexão e, num limite extremo, a impossibilidade
total de conexão.
O limite máximo de distância permitido é de cerca de 18.000 pés, ou seja,
5.500 metros; mas para manter uma boa qualidade de conexão o ideal é ficar bem
abaixo disto, algo em tomo de 3.000 metros.
Isto significa que os consumidores que ficam mais próximos da estação têm
uma conexão melhor, mais estável e mais rápida, enquanto os consumidores que estão
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mais longe terão uma conexão de pior qualidade, podendo ocasionalmente ficar sem o
serviço.
A velocidade máxima de download pode chegar a até 8 Megabits por segundo
(Mbps) numa distância de 6.000 pés (1.820 metros) e a velocidade máxima de upload
pode chegar a até 640 Kbps na mesma distância. Na prática, as operadoras limitam
esta velocidade na estação para valores como 256Kbps, 512 Kbps, 1,5 Mbps e 2
Mbps, sendo que a velocidade de upload fica na metade disto.
Frente ao exposto, pode-se questionar: se a distância é um problema para o
ADSL, por que não é para uma ligação telefônica convencional? Isto ocorre por
diversos motivos. A qualidade de voz pode ser ruim mas ainda é inteligível e, além
disso, a telefonia convencional conta com pequenos amplificadores (“loading coils”)
colocados em pontos estratégicos para reforçar os sinais de voz. Infelizmente, este
recurso é incompatível com os sinais ADSL. Se existir um destes amplificadores entre
a central telefônica e o ponto de instalação a linha não poderá receber um sistema
ADSL.
Existem também outros fatores que podem inviabilizar o ADSL em uma determinada
linha:
Cabeamento externo (Bridge Taps) - São extensões entre o ponto de instalação
e a estação de telefonia do bairro, utilizadas para levar o serviço para outros
consumidores. Os usuários não percebem estas pontes no serviço telefônico normal,
mas as ligações somadas podem consumir todo o espaço máximo permitido pelo
circuito entre o ponto de instalação do DSL e a estação telefônica local (5.000
metros).
Cabos de fibra ótica - Os sinais ADSL não passam através dos circuitos de
conversão analógico-digital que existem no percurso quando o sistema de telefonia
utiliza cabos de fibra ótica.
Distância - Mesmo que você saiba onde fica a central telefônica em seu bairro
e esta esteja a poucos metros de sua residência ou empresa, isto não quer dizer que a
distância máxima de cabeamento permitida pelo ADSL não tenha sido alcançada.
Pode ser que sua instalação esteja sendo servida pela estação de outra região, ou
mesmo que o cabeamento que sai da estação local percorra um longo caminho pelos
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cabos de distribuição até chegar ao seu endereço. [PCS 2004]
A seguir um comparativo da PLC com dois Links de acesso à Internet: Acesso
discado (Modem), acesso ADSL.
Como base para os testes, utilizamos um arquivo existente e disponível no
Web Site da Hidrelétrica Xanxerê e realizamos os downloads via conexão discada
(Modem Comum de 56 KBit/s), e em seguida via ADSL (Link de 512 KBit/s). [COMP
2004]
O arquivo em questão é o Adobe Acrobat Reader de distribuição livre para a
leitura de arquivos com extensão "PDF", e que possui um tamanho de 8,96 MBytes.
Para realizar o teste no acesso PLC, foi configurado um Web Server na Rede de
Acesso PLC contendo o mesmo Web Site da Hidrelétrica Xanxerê, porém substituindo
o arquivo utilizado anteriormente para Download por outro cujo tamanho é de 100
MBytes utilizando o mesmo nome.
Desta forma pudemos observar o comportamento do Download via PLC por
um tempo maior e, já que a velocidade de acesso PLC ficou limitada a 7.5 MBit/s (por
uma condição imposta pela Rede Elétrica em que foi instalado), buscamos identificar
nesta condição, variações de velocidade, tempo do Download e estabilidade do Link.
Nesta situação, somente o próprio PLC e a condição da Rede Elétrica poderiam
limitar ou influenciar na velocidade do Download, já que a rede em que este Web
Server está instalado é uma rede de 100 MBit/s e o PLC está conectado diretamente a
ela.
Assim, os seguintes resultados foram obtidos:
Links de Acesso
Velocidade de acesso
Arquivos Copiados
% Concluído
Tempo restante estimado
Taxa de Transferênci
a
Resultados
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Acesso Discado
56Kbps/s 719KB de
8,95MB
8 46 min e 50 s
3,85 KB/s Link estável, velocidade constante porém baixa
ADSL 512 KBit/s
7,17MB de
8,95MB
80 34 s 53,6 KB/s Link estável, velocidade variando de acordo com a quantidade de assinantes conectados simultaneamente no sistema
PLC 7.5 MBit/s 98 MB de 100MB
98 2 s 938 KB/s Link estável, velocidade estabilizada logo no início do Download, pequenas variações momentâneas (±0,05%) em decorrência de alterações de modulação no sistema elétrico
O gráfico abaixo mostra a porcentagem de cada tecnologia que está sendo utilizada
mundialmente para conexão à Internet:
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Figura 7.1 [RAM 2002]
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8. O Sistema de provisão de energia elétrica e suas
propriedades
8.1 Topologias e Estruturas Elétricas
Existem três níveis de voltagem de energia elétrica: Alta voltagem (110-380
kv), o nível de média voltagem (10-30 kv), e a baixa voltagem (0,4kv), cada um
adaptado para atravessar certas distâncias. Os níveis de voltagem são interconectados
através de transformadores, projetados de tal forma que a perda de energia seja baixa
assim como a freqüência (50 ou 60 Hz). Para as freqüências de portadoras altas,
tipicamente usadas para comunicação de dados, os transformadores são obstáculos
“naturais”. Isto sugere uma estrutura hierárquica correspondente para planejar o
sistema de comunicação.
8.2 O nível de alta voltagem
O nível de alta voltagem serve para transportar energia elétrica em longa
distância, da estação de energia até o consumidor, percorrendo distâncias que vão
desde algumas dezenas até algumas centenas de quilômetros. Na rede de alta
voltagem são implementadas quase que exclusivamente a forma atual de 3 fases em
cabos suspensas. Comparado com outros sistemas multifásicos, o sistema trifásico
tem um número mais favorável de fios elétricos, e assim um custo de investimento
menor. O objetivo de construir um sistema de 3 fases simétrico é:
- Usar três fases, com mesma amplitude, com defasagem de 120 graus entre
elas.
- Construção de linhas simétricas. Isto pode ser alcançado usando o mesmo
material para todos os três fios elétricos, usando a mesma geometria, e tentando
organizar os fios no formato de um triângulo eqüilátero, com as mesmas distâncias do
solo. Isto é freqüentemente negado por considerações econômicas no que diz respeito
a construção e fundações de postes. Dessa forma existe uma seleção de uma estrutura
assimétrica. Por exemplo: Usando os lados iguais do triângulo e trocando os fios de
uma vez a cada 20 (Vinte) postes cíclicos é alcançado o balanceamento.
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- Tentando distribuir igualmente ambos, a precisão e o poder de carregamento
reativo.
Assumindo que há simetria , então deveremos considerar o sistema de uma
fase substituta no cálculo de um sistema trifásico.
Para a perspectiva física, não há nenhuma diferença entre transmissão de
sinais de alta freqüência em cima de linhas de alta voltagem e a transmissão de
energia com as técnicas de freqüências AC - Corrente Alternada de 50 ou 60Hz.
Pensando em um sistema substituto de fase simplificado como uma linha de
transmissão que consiste em 2 fios elétricos paralelos em espaços livres; Então a
corrente e a voltagem no par de fios, causam um campo eletromagnético transversal,
que é o portador da energia transportada. Quando a distância do fio for muito menor
que o comprimento de onda dos sinais transmitidos, então a energia do campo é
concentrada principalmente entre os fios, e não há nenhuma radiação de ondas
eletromagnéticas virtuais.
Embora transmissão de energia e transmissão de altas freqüências de sinais em
cabos sejam processos físicos similares, existe uma diferença considerável nas
propriedades das linhas e as diferentes freqüências. Em particular, as perdas junto as
linhas aumentam consideravelmente com freqüências mais altas. Com a técnica de
freqüências AC - Corrente Alternada de 50 ou 60Hz, o comprimento de onda
correspondente em alta voltagem, em cima de linhas, é de cerca 6000 ou 5000 Km,
respectivamente. Isto é por que são considerados os efeitos de propagação de ondas
em redes estendidas, assumindo condições do tipo DC - Corrente Contínua. As longas
linhas de alta voltagem na Europa ocidental se estendem a mais de 500 Km.
Em princípio, redes de alta voltagem são projetadas para uma transmissão de
energia otimizada, com o objetivo de minimizar a perda de energia em cima de longas
distâncias. Perdas de transmissão de energia são essencialmente compostas por
(Joule’s) perdas de calor devido a resistência ôhmica, pelo material do fio e perdas
com vazamentos, perdas essas devido a correntes de “fuga” ao longo dos isoladores.
Embora o aumento da voltagem nominal reduza as perdas de calor , as perdas por
vazamento aumentam concorrentemente. Convenientemente dimensionado o
cruzamento das seções no fio, e selecionado o material satisfatório, pode-se ajudar a
baixar as perdas de calor. A resistência ôhmica é a responsável pelas perdas de calor e
não podem ser determinados a 50 ou 60 Hz, como no caso do DC - Corrente
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Contínua, por que a distribuição da corrente em cima das interseções dos fios não é
constantemente extensa devido ao efeito crosta. Há um deslocamento da corrente para
a superfície do fio e uma resistência efetiva.
2/ IPR veff =
A equação acima é uma definição um pouco incomum usada em tecnologia de
energia, no qual a resistência efetiva ôhmica Reff, de um fio é o resultado da relação
da potência efetivo que Pv consumiu longitudinalmente ao quadrado do valor efetivo,
I2 da corrente atravessada no fio. As perdas por vazamento dependem da qualidade e
do projeto dos isoladores. As perdas por vazamento só podem ser calculadas por
aproximação e podem haver mudanças devido a flutuações climáticas fortes.
As altas voltagens tem perdas pela adição do efeito “coroa”, originado pelas
atividades de descarga no ar, devido as altas forças do campo elétrico. As descargas
começam a se formar no ar seco quando a força do campo elétrico excede
aproximadamente 15 Kv/cm. No ar úmido ou nevoeiro, a força, baixa dos campos, já
é o suficiente. O fio elétrico fino que carrega alta voltagem tem um forte efeito de
descarga, por causa da alta força do campo marginal que acontece na superfície do
cabo. Descargas do efeito “coroa” não só causam perdas de energia mas também são
as principais fontes de interferência em altas freqüências.
Um arranjo geométrico satisfatório dos fios elétricos com altas voltagens
podem ajudar a reduzir as perdas de energia pelo efeito coroa , e as interferências
relacionadas, sem a necessidade de aumentar a interseção no fio para dimensões
impraticáveis ou inviáveis economicamente.
As freqüências altas relevantes para o CTP - Carrier Transmission over
PowerLine, e a resistência no fio é muito maior que no caso DC, devido ao efeito
crosta (Skin Effect), e depende da freqüência, por que a profundidade da crosta,
diminui com freqüência. Para o alumínio que é o material usado para linhas de alta
voltagem aplica-se o seguinte:
Hzfcma 1.768.8≈
Com fios com raio de aproximadamente 1cm (Padrão 380 Kv linha com arranjo de
tronco de 4 fios), a resistência para um sistema de 2 fios com um comprimento de 500
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Km é R50eff ≈ 30 Ohms a 50Hz. Com a mesma linha e freqüência operacional de 500
KHz, tem a expectativa de R500k ≈ 1023 Ohms. Este exemplo mostra claramente que
existe expectativa de valores altos de atenuação e sinais de alta freqüência, comparado
com a força da freqüência de transmissão. Além disso, a configuração de uma linha de
alta voltagem com transmissão de energia é diferente da configuração para
comunicação de dados. Transmissão de energia envolve carga igual em todos os 3
(Três) fios de um sistema trifásico. Comunicação de dados usa geralmente 2 fios. Isto
significa que se obtém resultados diferentes ao estudar processos de propagação de
ondas em transmissão de energia ao invés de comunicação de dados
8.3 O nível médio e baixo de voltagem
Em anos recentes foram modelados um grande número de redes de
distribuição de energia e foram desenvolvidos canais de comunicação para
freqüências de até aproximadamente 150 KHz. As propriedades de transmissão das
redes para freqüências acima de Megahertz não foram estudados, na teoria e na
prática, no passado. Uma descrição teórica geral é difícil devido a uma gama
extensiva de diferentes topologias de rede que usam diferentes tipos de cabos . Uma
meta significante nos estudos teóricos é a descrição das propriedades dos
componentes individuais que podem nos ajudar a ganhar gradual perspicácia no
comportamento de uma rede complexa.
Linhas de média voltagem tem voltagens nominais abaixo de 110 kv; os
valores típicos são 10-20 Kv. Linhas de média voltagem provê energia elétrica
normalmente a áreas rurais, cidades pequenas, ou companhias industrias. O
comprimento típico das médias voltagens em cima das linhas está entre 5 e 25 Km.
Não existe mais linhas em cima de áreas densamente povoadas . A energia é provida
para estas áreas com cabos subterrâneos. No nível baixo de voltagem, ainda são
encontradas linhas aéreas localizadas nas pequenas cidades e em áreas com prédios
velhos. Em muitos casos essas linhas estão sendo substituídas por cabos aéreos, onde
uma instalação subterrânea seria impossível ou pouco econômica. Em outros casos o
suprimento da baixa voltagem é geralmente via cabos subterrâneos.
Devido as baixas voltagens tipicamente em torno de 10-20 Kv, as alturas
exigidas dos postes são baixas, expondo-os assim a força do vento. As construções de
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postes para média voltagem em cima de linhas são muito leves, se comparado com
construções de postes para altas voltagens. Cabos ligados em média e baixa voltagem
são usados com um grande números de variantes. Os materiais usados incluem cobre
e alumínio. O material de isolamento em cabos modernos é normalmente cloreto de
polivinil (PVC) ou polietileno vulcanizado (VPE). Óleo ou papel são usados para
voltagens mais altas.
8.3.1 Propriedades de Linhas e Cabos em Níveis de voltagem Médio
e Baixo
Nos níveis de voltagens médios e baixos, nós podemos distinguir entre redes
de transmissão e redes de distribuição. As limitações, são reduzidas, entre estas duas
formas de redes. A regra geral é que a função de distribuição dominante opera com
voltagem de rede decrescente. O raio de provisão, de redes de média voltagem,
variam entre 5 e 25 Km. São achados maiores, áreas de alcance, em meios rurais. Para
redes de baixa voltagem o raio de provisão típico é de 100 a 500 m.
8.4 O Cenário da Interferência
É claro que, instalações de rede dentro de edifícios também serão incluídos.
Porém será visto que é bem lógico separar os sinais de transmissão dentro de uma
rede interna de uma casa e a distribuição dos sistemas externos.
As redes de média voltagem, para um uso geral, com propósitos de
comunicações são atualmente calculadas para serem de baixas voltagens.
Redes de média voltagem geralmente são alimentadas pelas redes de alta
voltagem através de uma estação transformadora., em troca, eles alimentam
normalmente um número de transformadores de baixa voltagem, separando-os em
ilhas com suprimento individuais, cada um com pequenas cidades remotas ou prédios
industriais com alto poder de demanda.
Na gama de freqüência em torno de 20 KHz, estes transformadores são
barreiras quase perfeitas, de forma que nas linhas com voltagens médias não há
nenhuma junção notável dentro das redes de alta e baixa voltagem. E por outro lado a
interferência que vem destas redes esta fortemente reduzida.
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Quando o overhead nas linhas são concernidos, as propriedades da
transmissão das redes de média voltagem são similares as linhas de alta voltagem, isso
vale também com respeito as cargas de interferências.
Tarefas de transmissão que envolve redes de média voltagem, ambos com
overhead nas linhas e cabos, requerem uma junção para as linhas de média voltagem
com os níveis de baixas voltagens. Isto significa que as boas propriedades nas linhas
de média voltagem são perdidas quase inteiramente, por que as propriedades são
agora determinadas essencialmente pela rede de baixa voltagem, que também
significa que a interferência será efetiva. Uma grande parte das interferências são
causadas pelas máquinas elétricas e dispositivos durante sua operação normal. Em
particular, instalações de redes nos prédios são estruturas eletromagnéticas abertas. A
irradiação das estações de rádio, principalmente a gama que inclui as ondas longas e
as médias causam voltagens consideráveis. Em casos normais, eles não exibem
qualquer efeito de interferência significativa, pelo contrário, dispositivos de rádio
podem até se beneficiar deles, porém se sistemas de telecomunicações com altas taxas
de dados tiverem de operar na rede elétrica, futuramente, então as colisões serão
inevitáveis, a menos que sejam tomadas medidas especiais, porque a gama de
freqüências usadas são fechadas ou até sobrepostas. Isto interessa principalmente para
freqüências de até aproximadamente 30 MHz. Incluindo inteiramente a gama de
ondas curtas. [DOS 2001]
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9. O Mercado da PowerLine Communication
9.1 A Desregulamentação do Mercado de Telecomunicações
A rápida comunicação da PLC permitirá maior qualidade de acesso à Internet.
Ela também suportará o uso de telefonia, fax, e vários tipos diferentes de serviços de
transmissão de dados. A visão do acesso à Internet através de uma tomada elétrica na
parede é atraente, pois o acesso às informações do mundo estará mais facilmente
disponível para muitas pessoas e a um baixo custo.
Atualmente o custo de acessos rápidos representa um obstáculo. O
desenvolvimento da Powerline Communication oferece um potencial para uma
mudança drástica nessa situação, trazendo fáceis e baratos acessos à Internet. Todas
pessoas podem estar conectadas online simplesmente ligando seus PCs na tomada. Da
parte dos custos, a situação poderia ser semelhante a atual, sem levar em consideração
a quantidade de dados que serão transmitidos. O que não existirá é a cobrança para
períodos ociosos online como ocorre hoje pelos acessos convencionais via linha
telefônica.
O fim dos monopólios nas telecomunicações permitem novos mercados de
participantes para prover serviços de telecomunicações através da rede elétrica.
Tecnologias proprietárias permitirão serviços de telecomunicações através das redes
elétricas existentes, públicas e privadas.
Nos Estados Unidos, órgãos nacionais têm especificado e/ou sugerido
regulamentos que ajudariam a total exploração dessa nova tecnologia.
Num esforço para se chegar a um comum acordo, várias alianças incluindo
membros da teoria e da prática tem sido formadas, como a HomePlug Powerlne
Alliance. A pouco tempo atrás, foi decidida a fusão de dois dos grupos que pretendem
a normalização da DPL: O Power Line Telecommunications Fórum, criado na
Alemanha em 1997, e International PowerLine Communications Fórum fundado em
1988 no Reino Unido. Desta fusão resulta o PCL Fórum, que agrupa fabricantes de
equipamento e empresas dos setores da energia e telecomunicações, algumas das
quais eram antes membros dos dois grupos (Alcatel, Bosch Telecom, Ericsson, France
Telecom, Mitsubishi, RWE, Siemens…). O novo fórum vai exercer uma pressão mais
forte sobre os organismos oficiais, em particular sobre a União Européia e as
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entidades reguladoras.
Além do PCL Fórum, existe também, desde o final de 1999, a Consumer
Electronics Association (CEA). Mais recentemente surgiu o HomePlug Powerline
Alliance, um grupo de 13 empresas onde se incluem alguns nomes de peso da
indústria de TI – Microsoft, Compaq, Intel e Cisco, apenas para citar alguns
exemplos. Esta organização não lucrativa já solicitou a cerca de 20 empresas que
submetam à sua apreciação os seus produtos DPL. A CEA e o HomePlug partilham
objetivos: querem testar a tecnologia PowerLine dos diferentes fornecedores e
escolher a melhor como padrão. Algumas empresas – 3Com, Panasonic, Enikia,
Adaptative Networks, iTran… – são membros de ambos os grupos; Esse é um dos
motivos pelos quais HomePlug e CEA discutem a possibilidade de colaborar nesta
matéria.
Contudo, e apesar dos motivos de otimismo, é necessária cautela. Lembre-se, a
título de exemplo, a experiência da Nortel, desde sempre uma promotora da
tecnologia PowerLine. Em 1997, este fabricante formou uma joint-venture – a
Nor.Web – com a United Utilities, companhia britânica de eletricidade. A empresa
provou, na seqüência de uma experiência levada a cabo em Manchester (Reino
Unido), que as transmissões de dados eram possíveis. Só que aconteceu um
imprevisto: candeeiros nas imediações da área onde estava a decorrer o teste
funcionaram como antenas e interceptaram os downloads, retransmitindo-os sob a
forma de ondas de rádio. Depois de anos de investigação e desenvolvimento, a
Nor.Web acabou por fechar as portas no final de 1999, concluindo que, tecnicamente,
era possível a transmissão de dados sobre a rede elétrica, mas que, economicamente,
se tratava de um projeto incomportável.
Durante anos rodeada de ceticismo, a DPL evoluiu ao ritmo de dois passos à
frente e um atrás. Só agora, a PowerLine parece reunir algum consenso em torno da
sua viabilidade.
9.2 Missão e Visão para o Homeplug PowerLine Alliance
A Homeplug PowerLine Alliance, Inc., foi formada por 13 membros em
Março de 2000 nos Estados Unidos. Homeplug é uma corporação não lucrativa
formada para promover fóruns para a criação de padrões e especificações para
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produtos e serviços PLC e acelerar a demanda baseadas nesses produtos e serviços
nesses padrões mundiais.
Os propósitos da organização são:
- Definir, estabelecer e dar suporte para as especificações da PLC para ser
compatível com outros padrões de produtos e serviços;
- Promover um ambiente segundo o qual os membros da corporação podem se
encontrar e aprovar sugestões e aprimoramento da especificação inicial, criar
agências com o propósito de ratificar essas especificações como um padrão
internacional, e promover fóruns para os usuários se encontrarem e conhecer
os serviços e produtos da tecnologia;
- Informar o valor, benefícios e aplicações da tecnologia para a comunidade
consumidora através de demonstrações, publicações e palestra abertas ao
publico;
- Manter relações entre instituições educacionais, centros de pesquisa e outras
organizações que contribuem para o desenvolvimento e regulamentação da
tecnologia PLC.
9.3 Padrão para a PLC
A Homeplug PowerLine Alliance liberou em 26 de junho de 2001, durante a
feira TechXNY em Nova York, a primeira especificação para redes domésticas. Redes
baseadas em instalações elétricas utilizando o cabeamento das casas para criar uma
rede doméstica que sirva tanto a computadores como para eletrônicos de consumo.
Como os lares são repletos de tomadas elétricas por todos os cômodos, a aliança
argumenta que a nova tecnologia será mais fácil de instalar e mais barata do que
outros tipos de rede.
A especificação Homeplug 1.0 aceita transferência de arquivos a velocidades
semelhantes às do padrão "10BaseT". A velocidade máxima teórica é de 13 Mbps.
Porém, o padrão usa algumas das tarefas do protocolo de rede, o que significa que a
taxa de transferência máxima real ficará em torno de 8,2 Mbps; a velocidade média
ainda ficará abaixo desse patamar. Mais de 80% das casas onde a aliança realizou
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testes apresentaram velocidade média de 5 Mbps, valor comparável a velocidade do
padrão de redes sem fio 802.11b, que é de 11 Mbps.
Os membros da aliança conduziram testes exaustivos de fevereiro a maio de
2002, em mais de 500 casas nos EUA e no Canadá. Os resultados: a especificação
funcionou como esperado em 98% das tomadas operacionais. Com essa cobertura, a
Homeplug PowerLine Alliance acredita que os consumidores ficarão satisfeitos com
os futuros produtos baseados no padrão, afastando qualquer dúvida que possa ter
surgido a respeito da viabilidade de redes baseadas em instalações elétricas. A
tecnologia como já dissemos proverá velocidades da ordem de 1 Mbps, portanto um
espectro de 0 a 1MHz são necessários (assumindo 1 Hz para 1bit). Se vamos utilizar
este espectro, e uma infra-estrutura de fio metálico existente, então necessitamos de
um espectro de rádio, mas para a segurança temos que gerenciar também a harmonia
necessária entre todas novas tecnologias em cabos (PLC, ADSL, HDSL, VDSL,
XDSL). Nas divisões existentes, temos a faixa de 3 a 148.5 KHz, que não dá para
acomodar serviços de alta velocidade. A faixa de 150 KHz até 2.2 MHz é utilizada
para serviços de estações de rádio de ondas longas e médias. Resta então as
frequências mais altas, acima de 2.2 MHz até 10 MHz.
Para a harmonia do espectro a ser usado por PLC é necessário considerar os
serviços de banda de rádio de 2.2 a 10 MHz, transmissões de rádio em ondas curtas,
rádio amador, serviços governamentais, marítimos, aeronáuticos e militares de
comunicação (uso civil em áreas urbanas). PLC foi desenhado para utilizar o mínimo
de energia destas freqüências. O nível de entrada de energia é de 05. MilliWatts em 10
KHz. Em termos de freqüência atualmente a NORWEB usa 2 MHz desta banda entre
2.2 e 10 MHz.
9.4 Livre comércio da eletricidade
O processo de desregulamentação do mercado de energia elétrica Europeu está
em alta. Embora essas atividades tenham começado mais lentamente que a
desregulamentação do monopólio das telecomunicações, isso não significa que este
assunto possui menos importância. Em breve os consumidores de energia elétrica
terão a liberdade para escolher a empresa prestadora do serviço e mudar de prestadora
quando quiser. Isso estará ligado a consideráveis perdas de lucro, portanto essas
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companhias têm começado a arquitetar opções para manter seus consumidores dentro
do campo de serviços adicionais, o que não será fácil.
Com uma comunicação bidirecional entre a estação transformadora e as casas
dos consumidores, há um modo para trocar informações rapidamente e diretamente
entre a central elétrica e o consumidor de energia. Durante períodos de altos gastos de
energia, como nas noites de inverno, a energia elétrica será mais cara se comparada
com os feriados e dias de temperatura amena, quando a redução das tarifas pode ser
oferecida.
O novo canal de mensagens pode ser usado pelas centrais elétricas para
rapidamente determinar a demanda de um alto número de consumidores, então
calcular a tarifa corrente nesta base e enviar para os consumidores esta informação.
Basicamente tornaria-se possível preparar propostas individuais para os
consumidores.
Há grande possibilidade para a central elétrica não apenas entregar a energia
elétrica, mas também vender pacotes de serviços individuais. Essas possibilidades
podem ser realizadas para a velocidade de dados de vários kilobits por segundo em
conexões com medidores de energia elétrica e aparelhos inteligentes. Serviços
adicionais não diretamente conectados por energia elétrica são imagináveis como, por
exemplo, o paperview da TV a cabo. Outro mais intuitivo serviço poderia ser a leitura
remota de água e gás com uma interface apropriada.
9.5 ASCOM
A ASCOM PowerLine Communications é uma subsidiária da ASCOM
Holding e foi estabelecida em 1999. Tem tecnologia já comprovada para trazer a
Internet de banda larga (até 4.5 Mbps hoje, com possibilidades de até 40 Mbps dentro
de 3 anos) e telefonia às casas e às empresas via linhas elétricas comuns. A APC está
em fase de expansão e colabora com algumas das maiores empresas de serviços de
utilidade pública no mundo na área de energia elétrica. Já está operando na Europa, na
Ásia e na América Latina (até agora só no Chile). O sistema está funcionando
atualmente em 16 países.
Esta solução PLC de "última milha" não precisa de novos fios, aproveitando-
se dos fios elétricos comuns. Necessita um adaptador na parte exterior do edifício e
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outro na tomada no interior que separa a corrente elétrica e os sinais de voz e dados
IP. O adaptador de tomada oferece conexões padrão - ethernet, RC 232, a/ b e USB.
Dentro da casa ou empresa pode haver telefone, fax e uma LAN interna, tudo sem
nova fiação ou cabos especiais. Também precisa de aparelhos instalados nas
subestações das companhias de luz.
Para implementar esta solução se precisa da colaboração entre uma
distribuidora de energia elétrica, uma companhia telefônica (se pretende oferecer
telefonia) e um provedor de serviços Internet. A ASCOM está contemplando o
estabelecimento de uma fábrica de modems e outros equipamentos especializados no
Brasil para servir os mercados brasileiro, do MERCOSUL e da América Latina.
A solução PLC pode ser a solução chave para levar a Internet (com seus
governos eletrônicos) e a telefonia para qualquer casa com uma conexão elétrica --
uma solução de acesso popular quando combinada com o uso de uma caixa pequena
tipo WebTV usada com um aparelho comum de televisão.
Em julho de 2001 ASCOM PLC anunciou o começo produção em massa de
equipamentos e importantes novos contratos no sul e norte da Europa.
9.6 A PLC no Brasil
Três distribuidoras de energia já implantaram projetos-piloto para avaliar a
viabilidade da tecnologia PLC no Brasil. São elas a Copel, do Paraná, a Cemig, de
Minas Gerais, e a Eletropaulo, de São Paulo.
Pioneira nesse experimento no País, a Copel (Companhia Paranense de
Energia Elétrica) anunciou em abril do ano passado que instalaria a PLC em 50
domicílios selecionados na região de Curitiba, que já tinham computadores instalados,
de modo que comparações pudessem ser feitas.
O contrato de cooperação foi assinado em março de 2001 na CeBIT, na
Alemanha, época em que a empresa alemã RWE Plus demonstrou sua linha de
produtos RWE PowerNet, capazes de alcançar taxas de transmissão de até 2 Mbps.
A Copel investiu cerca de um milhão de dólares no projeto e os resultados
demonstraram que o sistema funcionou bem em conexões de curta distância – algo em
torno de 300 metros entre a fonte de sinal e a residência –, alcançando taxas de
transferência de até 1,7 Mbps.
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A Cemig foi a segunda distribuidora a anunciar um experimento semelhante
em dezembro de 2001, na cidade de Belo Horizonte, utilizando a tecnologia da
empresa suíça Ascom. A responsável pela infra-estrutura é a Empresa de Infovias,
uma joint venture entre Cemig e AES, que opera redes ópticas em Minas Gerais. “A
Internet chega ao usuário trafegando pela rede óptica da Infovias e nós oferecemos a
última milha pela rede elétrica, do poste à residência”, explica Luiz Henrique de
Castro Carvalho, superintendente de telecomunicações e informática da Cemig.
9.6.1 Projeto-Piloto da Cemig
Detalhe do modem PLC ligado ao computado:
Figura 9.1 [PPC 2002]
O projeto piloto da Cemig funciona com um canal de acesso com velocidade
de 2Mbps (dois megabits por segundo) compartilhado, o que corresponde a uma
velocidade 50 vezes maior que o acesso convencional à Internet, via rede de telefonia.
O sistema PLC tem capacidade final para 4.5Mbps e através de uma master conectada
a um cable modem, injeta o sinal nas 3 fases e no neutro do circuito secundário da
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Cemig, sendo coletado em uma tomada elétrica convencional pelo modem PLC, a
partir do qual é feita uma conexão Ethernet padrão com o computador do usuário
final. Os microcomputadores que estão sendo utilizados no projeto foram cedidos aos
participantes e o acompanhamento para avaliar a performance do novo sistema está
sendo feito através do preenchimento de um formulário onde os usuários fornecem
informações referentes ao nível de qualidade do acesso à Internet.
O projeto-piloto da Cemig que consumiu algo em torno de R$ 200 mil em
investimentos (junto com a empresa Infovias) já está funcionando em 40 pontos na
capital mineira, sendo 15 em um novo condomínio residencial na Vila Paris, 20 na
Associação das Obras Pavonianas de Assistência – entidade de ensino
profissionalizante para alunos carentes – e outros cinco pontos em um prédio de
construção antiga no Belvedere. O canal de acesso utilizado também é de 2 Mbps
compartilhado. [PPC 2002]
Master PLC no barramento elétrico:
Figura 9.2 [PPC 2002]
Master
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Detalhe – Repetidor PLC no medidor de energia:
Figura 9.3 [PPC 2002]
Master PLC – Caixa para uso externo:
Figura 9.4 [PPC 2002]
A iniciativa da Cemig em oferecer o acesso à Internet como valor agregado,
não parte da premissa que a companhia elétrica queira transformar-se em empresa de
Repetidor
Cable Modem
Master
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telecomunicações. O projeto de trafegar dados pela rede elétrica nasceu da
necessidade de implantar telemedição de consumo e controle de carga em tempo real
na rede de Belo Horizonte.
Para viabilizar economicamente o projeto, serão oferecidos serviços de valor
agregado, que serão explorados comercialmente assim que a Anatel definir um
regulamento para o setor, segundo a Cemig.
A Cemig pretende vender a capacidade de transmissão pela rede elétrica na
última milha para provedores de Internet, operadoras que queiram atuar no segmento
de voz sobre IP (VoIP) e até mesmo operadoras de TV por assinatura e empresas de
vigilância, quando os equipamentos da Ascom estiverem desenvolvidos a ponto de
trafegar 4,5 Mbps.
Em março, a concessionária de energia elétrica Eletropaulo Metropolitana
também iniciou testes práticos de viabilidade da tecnologia PLC na região
metropolitana e no interior do estado de São Paulo. A empresa deve seguir os mesmos
moldes do projeto da Cemig e, tanto no caso da Cemig como na Eletropaulo, o projeto
de oferta da PLC em alta velocidade segue a estratégia do grupo norte-americano
AES, conglomerado de geração e distribuição de energia, que detém ações de ambas
as distribuidoras de energia.
Na visão da Eletropaulo, o maior desafio na implantação da PLC é a adaptação
de suas condições ao sistema elétrico brasileiro. Na Europa e nos Estados Unidos, a
rede é subterrânea, ou seja, não sofre interferências do meio ambiente. [RAM 2002]
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10. Implementação
A título de pesquisa foi montada uma rede usando a fiação elétrica para a
transferência de voz e imagem, onde foi observada uma excelente qualidade de
serviço – QoS. A capacidade de concessão de acesso livre estende o conceito de
segmentação para permitir a transmissão de múltiplos frames através da rede elétrica
sem requisitar o controle do meio.
A PLC é uma das tecnologias mais práticas para a montagem de pequenas redes,
usando a fiação elétrica da casa ou do escritório para transmitir dados. Com
velocidade nominal de 14 Mbps, oferece taxas de transferência reais em torno de 4
Mbps, o suficiente para realizar vídeos conferência, webconference e outros. O uso de
criptografia com chave de 56 bits como chave de gerenciamento para assegurar
comunicações segura através da rede elétrica, é possível através do software de
configuração que acompanha os modems PLC. O melhor de tudo é que os
computadores podem ser facilmente conectados em qualquer lugar da casa, basta que
exista uma tomada elétrica e que não haja mais de 300 metros de fiação entre os
computadores.
Foi montada uma rede HomePlug com dois computadores, um com Windows
2000 e o outro Windows 98. Os computadores foram conectados com a utilização de
dois adaptadores de rede INNOVUS FacilNet – PLC [FAN 2004]. Configurados
como nós da rede interligados na mesma sala. Passando a trocar arquivos, imagem e
som. Em testes realizados na transmissão de voz e imagem, foi obtido taxa de
velocidade máxima de 10.6 Mbps. A velocidade de transmissão manteve-se em torno
de 4 Mbps durante quase todo o período de testes, devido a interferências causadas na
rede elétrica por lâmpadas fluorescentes. Mesmo com as flutuações, aparentemente
causadas por essas interferências, a PLC mostra-se uma tecnologia muito versátil.
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Figura 10.1 [COR 2003]
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10.1 Características Técnicas
10.1.1 Adaptador de Rede FacilNet – PLC
- Meio Físico com taxa de Transferência de até 14 Mbps através da rede
elétrica
- Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (OFDM) com
sofisticadas técnicas de processamento de sinal para a alta confiabilidade de dados
condições com muito ruído
- Adaptação inteligente de canal que maximiza o fluxo através de condições
severas de transmissão
- Características de Qualidade de Serviço – QoS integrada como: acesso
randômico priorizado de quatro níveis, acesso de livre concessão e segmentação
Implementa um esquema que prioriza e repete a chamada para uma entrega confiável
de pacotes Ethernet via encapsulamento de pacote;
- Baseado na tecnologia Home Plug 1.0.1;
- Capacidade de Gerenciamento SNMP
- Comunicação em Multiprotocolo (TCP/IP, NetBeui, IPX/SPX)
10.1.2 Requisito do Sistema
- Dois Computadores com porta USB
- Placa de Rede Ethernet
- Drive de CD- ROM
- Sistema Operacional Windows 2000
- WebCam:
- Resolução 640-480 pixeles / hasta 10 fps
- Resolução 320-240 pixeles / hasta 20 fps
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11 - Conclusão
A PLC é a tecnologia de transmissão de dados que utiliza a Rede Elétrica
como meio físico de transporte, permitindo a criação de uma Rede LAN sem a
necessidade de se utilizar cabeamento estruturado ou antenas, que tem como
características técnicas a modulação OFDM - Modulação por Divisão de Freqüência
Ortogonal, Freqüência de 4,5MHz a 21MHz e Velocidade de transferência de até
14Mbps a uma distância máxima de 300 m, no sistema Indoor, usando uma
Criptografia 56-bits DES. Existem alguns serviços, como por exemplo Telemetria,
que pode ser difundida através dessa tecnologia. Outros serviços que podem vir a ser
utilizado com essa tecnologia são a criação de uma rede local – LAN,
Compartilhamento de acesso à Internet (banda larga), Voz sobre IP (VoIP), Vídeo
Conferência, Automação Predial e Segurança.
Esses serviços podem ser utilizados em diversos setores como: Redes
domésticas, Pequenos escritórios, Prédios e Condomínios, Centros comerciais,
Escolas, Hospitais, Hotéis, Prefeituras, Prédios Históricos, Shopping Centers,
Indústrias. O sistema PLC é de fácil integração com vários tipos de protocolos como
TCP/IP, NetBeui, IPX/SPX. A PLC pode ser implementada com adaptadores de
fabricantes diferentes desde que sejam compatíveis com o padrão HomePlug.
O Adaptador PLC permite compartilhar o acesso à Internet,
compartilhando o acesso de banda larga, seja ADSL, Cable Modem ou Acesso Via
Rádio conectando a porta Ethernet do Adaptador PLC ao Modem (ADSL/Cable
Modem ou Acesso Via Rádio), e utilizar a Rede Elétrica para distribuir os acessos no
prédio, condomínio, empresa, escola ou até mesmo em residências próximas, desde
que não passe por um transformador. É possível estender uma LAN, já existente,
utilizando adaptadores HomePlug, conectando uma porta do Hub ou Switch a um
Adaptador PLC, que funcionará como Bridge, fazendo a interligação de todos os
outros PLCs com a Rede de cabeamento estruturado. Pode-se também interligar
adaptadores PLCs que estão em fases diferentes num mesmo ambiente
sendo utilizado um adaptador PLC para cada fase conectando-os num Hub ou Switch
para que este equipamento funcione como Bridge. Assim, todos os Adaptadores PLCs
de uma determinada fase se comunicarão através do Hub ou Switch com os outros
adaptadores PLCs de uma outra fase.
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