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Avaliação da Tecnologia de Internet Sob Rede elétrica.

Alexandre Camargo Lu

Programa de Pós Graduação Em Redes e Segurança de SistemasPontifícia Universidade Católica do Paraná

Curitiba, Janeiro de 2010

Resumo

O objetivo desse trabalho e descrever e avaliar como a tecnologia de internet pode serimplantada sob rede elétrica e descrever vantagens e desvantagens da implantação datecnologia incluindo fatores de segurança e disponibilidade da rede. Inicialmente notrabalho será explicado como os serviços de voz e banda larga são transmitidos sobrea rede elétrica, quais equipamentos e recursos serão necessários para que a rede sejaimplantada com sucesso. No trabalho também será discutido os principaisexperimentos realizados para obter a tecnologia e como grandes empresas estãoplanejando usar essa nova tecnologia para seu beneficio.

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1 Introdução ao conceito PLC (Power Line Communication)

O conceito de tecnologia PLC está diretamente ligado a uma tecnologia na qual permiteusar redes elétricas para transmissão de dados , tais como serviços de voz ou bandalarga, esse conceito surgiu no ano de 1991 e foi criado por Dr. Paul Brown que iniciouexperimentos de comunicação de dados via redes elétri cas, desde então váriosexperimentos foram realizados com o objetivo aprimorar essa nova tecnologia e parase alcançar um objetivo, que era transmitir dados digitais em altas velocidades via redeelétrica. O acesso de banda larga sobre a rede elétrica resu me-se em enviar o sinal deinternet ou voz no mesmo fio (rede elétrica) de energia elétrica, para isso os sinais debanda larga e energia elétrica são enviados na rede (fiação elétrica) com umafreqüência diferente, desse modo a tecnologia PLC e capaz transmitir sinais de bandalarga e energia elétrica no mesmo ambiente (Rede Elétrica) sem que haja conflito entresinais.

A tecnologia PLC e capaz de transformar a as redes elétricas já existentes nas cidades,prédios e residências em redes de banda larga, uma vez que transformam as tomadaselétricas que já existem nas residências em pontos de voz e dados, com o uso dessatecnologia o usuário poderá conectar seu computador ou seu telefone nas tomadas desua residência evitando ter que instalar cabos de re de como e feito atualmente pelasindústrias que vendem banda larga e serviços de voz. Para que essa tecnologia sejaimplantada em uma rede elétrica já existente e necessário instalar roteadores nospostes juntos aos transformadores nas ruas, também será ne cessário instalardecodificadores junto às residências para que os sinais de banda larga sejamdecodificados. O processo de decodificação envolve a diferenciação das freqüênciasemitidas nos cabos de rede elétrica. A tecnologia PLC trabalha na camada 2 do modeloISO/OSI, ou seja, na camada de enlace. Sendo assim, pode ser agregada a uma redeTCP/IP (camada 3) já existente, além de poder trabalhar em conjunto com outrastecnologias de camada 2.

1.2 Historia Power Line Comunication no Mundo

Em 1991, o Dr. Paul Brown da Norweb Communications (Norweb é a empresa deEnergia Eléctrica da cidade de Manchester, Inglaterra) iniciou testes com comunicaçãodigital de alta velocidade utilizando linhas de energia eléctrica. Entre 1995 e 1997, ficoudemonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e atenuar (mas nãoeliminar totalmente) as interferências e que a transmissão de dados de alta velocidadepoderia ser viável. [1]

Em outubro de 1997, a Nortel e Norweb anunciaram que os problemas associados aoruído e interferência das linhas de electricidade estavam solucionados em apenasalgumas faixas de frequência. Mesmo assim dois meses depois, foi anunciado pelasmesmas empresas o primeiro teste de acesso à Internet, realizado numa escola de

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Manchester. Com isso, foi lançada uma nova ideia para negócios de telecomunicaçõesque a Nortel/Norweb chamaram de Digital Powerline. [1]

Em março de 1998, a Nortel e a Norweb cria ram uma nova empresa intitulada deNOR.WEB DPL com o propósito de desenvolver e comercializar Digital PowerLine(DPL). [1]

Todas as empresas eléctricas do mundo estavam pensando em se tornar provedoresde serviços de telecomunicações, utilizando seus activ os de distribuição. Devemoslembrar que o sector de telecomunicações estava passando por um crescimentoexplosivo no mundo (celular e Internet), e, particularmente no Brasil, estava em curso amaior privatização de empresas de telecomunicações. [1]

O acompanhamento dos desenvolvimentos e progressos da tecnologia Powerline erafeito na época, no Brasil, pelo Subcomitê de Comunicações do GCOI, e a APTEL, quefoi criada em abril de 1999, realizou o seu primeiro Seminário em setembro de 1999,com o tema: Tecnologia Powerline Communications (PLC). Convém também lembrarque na Europa em 1997 foi criado o PLC Fórum e, em 1998, a UTC lançou nos USA oPower Line Telecommunications Forum (PLTF). [1]

Actualmente, temos diversos produtos comerciais com tecnologia PowerlineCommunications e o próprio FCC (Federal Communications Commission) fezdeclarações sobre a viabilidade desta tecnologia com algumas ressalvas. [1]

2 FuncionamentoO princípio básico do funcionamento das redes PLC é que, c omo a freqüência dossinais de conexão é na casa dos MHz 91,7 a 30), e a energia elétrica é da ordem dosHz (50 a 60 Hz), os dois sinais podem conviver harmoniosamente, no mesmo meio.Com isso, mesmo se a energia elétrica não estiver passando no fio naquele momento,o sinal da Internet não será interrompido. A tecnologia, também possibilita a conexãode aparelhos de som e vários outros eletroeletrônicos em rede. A Internet sob PLCpossui velocidade não assíncrona: ou seja, você tem o mesmo desempenho norecebimento ou envio de dados. O sinal de BPL sai da central sendo jogado na redeelétrica através de injetores, uma vez que o sinal e jogado na rede ele passa porrepetidores que tem a função de evitar que os transformadores filtrem tais sinais defreqüência. Quando o sinal chega ao local de acesso, ele passa por um extrator que eresponsável por deixar o sinal pronto para o uso, dentro do local de acesso o modemBPL ira converter o sinal para uso do computador através de uma porta ethernet,entrada USB ou wireless. No penúltimo passo, no caminho poste -local de acesso, osinal pode ser enviado por três diferentes formas: por cabo de fibra óptica, por wirelessou pela própria fiação elétrica. Para reduzir custos para o usuário o método mais viávelpara se realizar esse penúltimo passo seria usar a fiação elétrica, pois se trata de redeque já esta construída e por isso não ha necessidade de gastos extras. [1]

O principio de rede comercial esta ilustrado na abaixo :

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Figura 1 Rede comercial [3]

Agora vejamos um esquema de maior proporção, ou seja, em termos de cidade :

Figura 2 Rede eletrica em uma cidade [3]

O Padrão da PLC está baseado no conceito de "aproveitamento da rede elétrica". Aconveniência é até mesmo mais óbvia neste caso porque enquanto nem todo cômodotiver um telefone para conectar, você sempr e terá uma saída elétrica em um doscômodos que poderá ser usada para conexão de banda larga, serviço de voz e energiaelétrica.Para uma rede doméstica apenas, basta ligar um módulo PLC do roteador na rede

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elétrica, e o do outro computador também, após isso configurando normalmente, comovocê está habituado a fazer. Esses módulos têm o nome de "USB PowerLine", paraligar na porta USB, ou "Bridge Ethernet 10/100 Mbps Powerline" para ligar diretamentena porta de rede, e é vendido no Brasil por várias empresas, como a Naxos, aTrendnet, Siemens, etc, e pode ser encontrado até no Mercado Livre .[3] Em seguidasegue um exemplo de rede domestica.

Figura 3 Rede Domest ica [3]

Existem ainda adaptadores e roteadores que eliminam completamente os fios, como osmostrados no esquema da Trendnet, abaixo. Para uma rede doméstica, existemmodens que "injetam" o sinal em sua rede elétrica residencial, e se você tiver umaplaca de rede wireless, há modelos de "Pontos de Acesso Powerline Wireless" que'capturam' o sinal na tomada mais próxima do computador, e disponibilizam o sinalcomo um roteador wireless qualquer.[3]

Figura 4 Roteadores [3]

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Sua maior vantagem e que não requer nenhuma instalação elétrica nova, e a rede nãosoma nenhum custo a sua conta elétrica, PLC é o método mais barato de conectarcomputadores em cômodos diferentes. Outra vantagem , a tecnologia suporta altastaxas de transmissão, podendo chegar a até 200 Mbps em faixas frequência de1,7MHz a 30 MHz, atualmente no Brazil as velocidades alcancadas ainda nãoultrapassam 40 Mbps. Vejamos na como uma rede PLC seria implantada re -aproveitando a rede elétrica de uma residência. [2]

Figura 4 Rede Elétrica[2]

Figura 4.1 Rede Telefônica[2]

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Figura 4.2 Rede Wireless[2]

Figura 4.3 Rede Ethernet [2]

2 Equipamentos

2.1 Passport e PowerPacket

Há duas tecnologias de PLC competindo. A tecnologia original é chamada Passport,criada pela Intelogis, a outra tecnologia se chama PowerPacket, desenvolvida pelaIntellon, deste modo escolhida pela Aliança HomePlug como o padrão de redes PLC.[2]

Aqui são as vantagens de uma rede PLC:

É barato Utiliza instalação elétrica.

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Todo quarto de uma casa típica tem várias saídas elétricas. É fácil instalar. Uma impressora, ou qualquer outro dispositivo que não precisará ser

conectado diretamente a um computador, não tendo que estarfisicamente perto de qualquer computador em rede.

Não requer que uma placa PCI seja instalada no computador (embora hácompanhias que trabalhem com sistemas baseados em PCI). [2]

A nova tecnologia PowerPacket provê outras vantagens bem como: É rápida, avaliadaa 14 Mbps. Esta velocidade permite aplicações novas, como fluir áudio e vídeo e estardisponibilizando para toda casa. Há algumas desvantagens ao conectar a linha deforça a tecnologia de PASSPORT mais antiga: [2]

O desempenho pode ser alterado se a energia for utilizada. Só trabalha com computadores baseados no Windows. Usa grandes dispositivos de parede para acessar uma saída elétrica. Pode usar só 110V como linha de força padrão. Requer que todos os dados sejam codificados para uma rede segura. Instalações elétricas mais antigas podem afetar o desempenho. [2]

Produtos novos estão se baseado no Padrão de PLCcomo a tecnologia da PowerPacket e da Intellon.

De acordo com a Intellon, a tecnologia de PowerPacket elimina muitas destaspreocupações, enquanto citando as vantagens seguintes: É muito rápido. Avaliado a 14Mbps.[2]

"Evita" rompimentos na energia, enquanto mantém as conexões da redee velocidades.

Não limita as características de sua impressora.

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Pode ser compatível com outros sistemas operacionais (dependendo dedisponibilidade de drive).

Pode ter o circuito se necessário embutido dentro do dispositivo,enquanto só necessita de um cabo de força padrão para acessar umasaída.

Trabalha independente de voltagem de linha e freqüência de corrente. Inclui encriptação. [2]

Em testes, não mostrou nenhuma degradação notável devido a condições de umavelha instalação elétrica. Agora observemos como cada uma destas tecnologiastrabalha. [2]

2.2 Intellon

A tecnologia de PowerPacket da Intellon que serve como a base para o AliançaHomePlug Powerline padrão que usa uma forma aumentada de multiplexação dedivisão freqüêncial orthogonal (OFDM) com correção de erro, semelhante à tecnologiaachada em modem de DSL. OFDM é uma variação da multiplexação de divisãofreqüêncial (FDM) usado em redes de linha telefônica. FDM insere dados decomputador em freqüências separadas de sinais de voz levados pela linha telefônica,enquanto separando o espaço notável extra em uma linha telefônica típica em dadosdistintos dividido em pedaços uniformes da largura da banda. [2]

No caso de OFDM, é ava liado o alcance da gama disponível de freqüências nosubsistema elétrico (4.3 MHz à 20.9 MHz). OFDM envia vários pacotes de dadossimultaneamente com as freqüências transportadas, permitindo velocidade e confiança.Se barulho ou uma oscilação de energia em uso romperem um das freqüências, oPowerPacket sentirá falta de um pedaço do pacote e trocará os dados para outrotransporte. Este sistema adapta a taxa de transmissão permitindo que o PowerPacketmantenha uma conexão da Classe Ethernet ao longo da rede d e linha de força semqualquer perda de dados. [2]

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Esta Placa PCI em seu computador e uma saída de energia em sua paredepode criar uma rede PLC.

A mais recente geração de tecnologia de PowerPacket é avaliada a 14 Mbps que sãomais rápidos que linha telefônica existente e soluções sem fios. Porém, como o acessoà banda larga e o conteúdo baseado na Internet como áudio, vídeo e voz por IPtornam-se cada vez comuns, exigências de velocidade continuarão aumentando. Aolongo destas linhas, o OFDM da Intellon se aproxima de um suporte em redes PLCsem alta escala, permitindo que a eventual tecnologia possa ultrapassar 100 Mbps. [2]

2.3 Intelogis

A tecnologia de linha de força mais antiga usada pela Intelogis confia a troca dechave de freqüência (FSK) enviar dados em cima dos fios elétricos em sua casa. FSKusa duas freqüências, um para 1s e o outro para 0s, para enviar informação digitalentre os computadores na rede. As freqüências usadas há pouco está em uma faixaestreita anterior o nível onde a maioria do barulho na linha acontece. Embora destemétodo funcionar, é um pouco frágil. Qualquer coisa que encontra em qualquerfreqüência pode romper os dados qu e são transmitidos, isto é, enquanto o computadortransmitir e receber os dados. Isto pode afetar o desempenho da rede. Por exemplo:quando você estava usando mais eletricidade em sua casa, como ligar a lavadora ou osecador, o que faz reduzir a velocidade na rede. Intelogis inclui proteção na linha deforça e em seu equipamento de rede forçando que você os insira entre a saída daparede e seu equipamento ajudando a reduzir a quantidade de barulho na linhaelétrica. [2]

2.4 Principais Equipamentos

Os principais equipamentos presentes em redes PLC são:

Modem (PNT): Usado para a recepção e transmissão dos dados, o modem é in staladoem um host (estação de trabalho, servidor, etc.) que é ligado à tomada de electricade.É responsável pela comunicação com o Demodulador Repetidor (PNR). [1]

Demodulador Repetidor (PNR): Este equipamento faculta o acesso directo dosistema InDoor para o sistema Outdoor. Cada residência tem um, e este comunica como Concentrador Mestre (PNU). [1]

Concentrador Mestre (PNU): Controla o sistema Outdoor e liga uma Célula deEnergia (Power Cell) à rede do backbone. Geralmente esta localizada notransformador. Deste ponto em diante a comunicação pode ser feita pela operadora detelecomunicações. [1]

3 Serviços Suportados pela Rede PLCA nova tecnologia PLC esta fazendo com que cada vez mais empresas invistam empesquisas para aprimorar a tecnologia e baixar o custo de sua implantação, que até

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hoje e considerado alto em relação à instalação de linhas telefônicas digitais (ADSL). Ocusto de uma rede PLC pode chegar a ate quase 50% do custo de uma rede digitalADSL, pois os equipamentos necessários para funcionamento da rede PLC ainda sãoconsiderados de alto custo pelas empresas. Os serviços de telecomunicações em umarede PLC usam o protocolo TCP/IP (Transmission Cont rol Protocol/Internet Protocol) esão de grande valor para as empresas de redes eletricas que ultimamente veminvestindo muito para tornar essa tecnologia acessivel e com menor custo, aimplantacão dessa nova tecnologia tabém irá diminuir os custos operacionais dasempresas de redes eletricas. Os principais serrviços que podem ser sustentados poressa nova tecnologia incluem:

Acesso em Banda Larga à Internet

Vídeo a Pedido

Telefonia IP VoIP

Serviços de Monitoração e Vigilância

Serviços de Monitoramento de Trânsito (Câmeras e Comandos);

Automação Residencial Dómotica

Monitoramento de processos produtivos on -line.

Com a implantação da tecnologia PLC empresas que ate hoje só forneciam energiaelétrica poderão fornecer serviços telefonia e banda larga, tornando mais acessíveistais serviços e alcançando lugares e cidades que ate então só possuíam redeselétricas.

3.1 Segurança

Toda comunicação do PLC é criptografada. Alguns protocolos como o HomePlug 1.0utilizam criptografia DES(Data Encryption Standard ) de 56 bits. Os dados estão sempreem rede local porque esta tecnologia não ultrapassa a caixa el étrica da casa. Contémde facto muito mais segurança do que o Wi -Fi, que pode ser visível pelos vizinhos eque necessita uma identificação por utilizador e senha. Embora os pacotes transmitidossejam seguros, as ligações físicas são realizadas diretamente na tomada de energiaelétrica, deixando o hardware exposto às variações de tensão e raios. [1]

4 PLC No Brasil

No Brasil a tecnologia PLC ainda esta em fase de teste, sendo desenvolvida epesquisada por varias empresas de energia elétrica, entre as principais devemos citar aCemig (Companhia Energética de Minas Gerais), Eletropaulo (Eletricidade de SãoPaulo) e a Copel (Companhia Paranaense de Eletricidade), que realizaram diversaspesquisas que tinham como objetivo utilizar a própria rede elétrica para transmiss ão dedados e voz entre residências e municípios. O objetivo dessas empresas e aprimorar a

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tecnologia PLC para que no futuro, tal tecnologia possa ser usada em grandes cidadesreaproveitando as redes locais de energia elétrica, com isso as empresas de ener giaelétrica pretendem diminuir o custo dos serviços de banda larga e voz oferecidos e criaruma nova opção de conexão. Alem de oferecer serviços com preços mais accessíveisa grande vantagem será que tais serviços poderão chegar a qualquer lugar que possu auma conexão elétrica, favorecendo assim lugares que ate então não tinham o privilegioda tecnologia de banda larga.

4.1 Empresas no Brasil

A Cemig iniciou os testes do acesso à internet em banda larga via rede elétrica, nofinal do ano passado, em Belo Horizonte. Foram investidos R$ 200 mil para instalaçãodos equipamentos em 40 pontos da capital mineira. O projeto está sendo feito emconjunto com a Infovias (joint -venture formada pela estatal e a AES, para transmissãode dados, voz e imagem) e a suíça Ascom, idealizadora dos equipamentos. Segundoinformações da assessoria de comunicação da Cemig, o canal de acesso usado noprojeto piloto tem uma velocidade de 2 Mbps, o que corresponde a uma velocidadequase 50 vezes maior que o acesso via rede telefônic a. [2]

Outra distribuidora de energia que vem testando o sistema PLC é a CopelTelecomunicações, do Paraná. A Copel gastou R$ 1 milhão para levar o sistemaelétrico de banda larga a 50 domicílios e estabelecimentos comerciais de Curitiba. Osexperimentos demonstraram que a tecnologia funciona, mas o custo de sua infra -estrutura é alto, corresponde a quase 50% da instalação de uma rede de linhastelefônicas digitais (ADSL). Outro problema identificado é a distância. O recursofunciona em aparelhos instalados em circuitos curtos, onde a distância entre a fonte dosinal de dados e a residência do usuário é de cerca de 300 metros. Nessas condições,a Copel conseguiu taxas de transferências de até 1,7 Mbps. [2]

A concessionária de energia elétrica Eletropaulo Metropolitana também iniciou testespráticos de viabilidade da tecnologia PLC na região metropolitana e no interior doestado de São Paulo. A empresa deve seguir os mesmos moldes do projeto da Cemig,o projeto de oferta da PLC em alta velocidade segue a estrat égia do grupo norte-americano AES, conglomerado de geração e distribuição de energia, que detém açõesde ambas as distribuidoras de energia. [2]

Um dos grandes desafios dessas empresas e superar as condições que dificultam ainstalação da tecnologia nas redes elétricas brasileiras, pois nossas redes elétricas seencontram em ambiente externos que estão sujeitos a interferências do meioambientes.

Com a implantação da tecnologia PLC no Brasil, as empresas que fornecem energiaelétrica irão criar um novo tipo de concorrência para as operadoras de telefonia jáexistentes no Brasil e com isso preços mais acessíveis chegarão ao alcance dosclientes, favorecendo pessoas de classes sociais mais baixas.

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5 Conclusão

O desenvolvimento da tecnologia PLC (Power Line Commnunication) poderá trazer nofuturo uma nova forma de comunicação de banda larga e serviços de voz que serátransmitida via rede elétrica favorecend o assim grande da população mundial e criandouma nova opção de comunicação, além dos sistemas wireless de satélite e caboscoaxiais das operadoras de telecomunicações atuais. A maior vantagem da tecnologiaserá utilizar redes elétricas já existentes e com isso diminuir o custo dos serviçosoferecidos, alcançando todo e qualquer lugar que possua uma rede elétrica.

Bibliografia

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[2] Redes PLC Acessado em Janeiro de 2010 . Disponível em:

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[3] Entendendo Internet Sob Rede Elétrica Acessado em Janeiro de 2010. Disponívelem:

http://www.guiadohardware.net/artigos/internet -rede-eletrica/

[4] Redes PLC Viva Linux Acessado em Fevereiro de 2010. Disponível em:

http://www.vivaolinux.com.br/artigo/Redes -PLC/

[5] Tecnologia PLC - O Que É, Como Funciona by Aderbal Borges Acessado emFevereiro de 2010. Disponível em :http://www.malima.com.br/article_read.asp?id=219

[6] Entenda como funciona o PLC: internet pela rede elétrica Acessado emFevereiro de 2010. Disponível em:http://tecnoblog.net/1236/entenda -como-funciona-o-plc-internet-pela-rede-eletrica/

[7] PLC Internet pela rede elétrica . Acessado em Fevereiro de 2010. Disponível em:http://www.aneel.gov.br/hotsite/plc/index.cfm?id=1741

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[9] Nagano, Mário - PC Worldhttp://pcworld.terra.com.br/pcw/testes/redes_hard/0028.html

[9] Charles F. Kerchner, Jr., P.E. - Kalglo Electronics Co., Inc.http://www.kalglo.com/powrline.htm

[10] Tyson, Jeff - Howstuffworkshttp://www.howstuffworks.com/power -network.htm/printable

[11] ASCOM Powerline Communicationshttp://www.ascom.com/plc

[12] Campos, Emilenehttp://www.acessa.com