23.04.2010

Электросеть как основа локальной сети

DialUp и ADSL стали уже настолько привычны нам, что мы даже не задумываемся о том, что эти технологии используют телефонную проводку совсем не по ее первоначальному  предназначению.

Но, позвольте, ведь, помимо телефонных, в каждом доме, есть и другие провода — сотни метров электропроводки. Так, почему бы не передавать данные через них? О теории и практической реализации такой идеи мы сейчас и поговорим.

А о чем, собственно, речь-то?

Если вы сейчас читаете этот материал с экрана стационарного компьютера, могу абсолютно точно сказать, что Вы как минимум подключены к одной сети. Сеть эта появилась задолго до появления компьютеров, и без нее уже совершенно точно немыслимо современное существование человечества. Я имею ввиду электросеть.

Сотни километров высоковольтных линий электропередач опутали большую часть городов мира, и на мой взгляд совершенно неудивительно, что кому-то в голову однажды пришла занятная мысль: «А что если по этой сети начать передавать данные?..»

Линия электропередач

А вот действительно — почему бы и нет? Вы только представьте, ведь тогда, для того, что бы попасть в интернет, будет достаточно просто включить еще одну вилку «электромодема» в розетку, или больше того такие «электромодемы» будут поставляться встроенными в блоки питания компьютеров и ноутбуков… Неправда ли звучит, весьма заманчиво?

Увы, но, на данный момент все это только красивая мечта, однако, кое-что из этой мечты реализовано уже сейчас. Собственно, о том, что уже реализовано, мы сейчас и поговорим.

История HomePlug

История создания стандарта HomePlug, а именно этот стандарт позволяет передавать данные через электросети, начинается в марте 2000 года, когда 13 компаний сформировали HomePlug Powerline Alliance. Целью создания данного альянса было желание разработать метод, с помощью которого компьютеры, консоли и другие электронные устройства могли бы соединяться друг с другом через обычные электрические сети.

HomePlug Powerline Alliance представляет из себя некоммерческую организацию, объединяющую в себе специалистов из различных компаний, работающих над созданием и улучшением стандарта HomePlug и реализующего его оборудования. Альянс является открытой организацией, в него могут вступить любые компании, которые подпишут соглашение участника организации HomePlug Powerline Alliance и будут платить относительно небольшие членские взносы.

После года работы, альянс достиг своей цели, выпустив в июне 2001 года спецификацию HomePlug 1.0. В этой спецификации четко описана технология, с помощью которой можно соединять через обычные электрические сети компьютеры и другие устройства, использующие соединения Ethernet, USB и Wi-FI 802.11. Но слабым местом стандарта HomePlug 1.0 является его пропускная способность — всего 14 Мбит/с. Поэтому за ней последовала более быстрая, но при этом неофициальная, версия HomePlug 1.0 Turbo, которая подняла скоростной предел до 85 Мбит/с.

Схема работы HomePlug

В декабре 2005 года появилась спецификация HomePlug AV, которая, по заявлениям разработчиков, была написана с чистого листа и главной целью ее создания была необходимость обеспечить высокоскоростное и надежное соединение для передачи High Defenition видео и аудио данных, а также другой информации, требующей высоких пропускных способностей линии и повышенной защищенности. С появлением HomePlug AV, скоростной лимит был поднят уже до 189 Мбит/с.

Еще до опубликования спецификации HomePlug AV, в июне 2005 года альянс разработал требования для нового стандарта HomePlug Access BPL, целью создания которого является расширение возможностей стандарта HomePlug, с целью использовать электрические сети как широкополосные каналы передачи данных. Но работа над этой спецификацией ведется до сих пор, хотя HomePlug Powerline Alliance хотел выпустить ее еще в 2006 году.

Тем временем альянс не стоит на месте и 9 октября 2007 года выпустил новую спецификацию — HomePlug Command & Control (HPCC), которая привносит с собой низкоскоростной и очень дешевый способ для коммуникации уже не только компьютеров, но и систем освещения, кондиционирования, систем охраны и других приборов.

Тем самым HomePlug Powerline Alliance осуществил мечту Билла Гейтса об электронном доме, в котором каждое устройство имеет выход в интернет и может автоматизировать повседневную жизнь людей, живущих в таком доме.

Описание стандарта HomePlug AV

Самым популярным в современной «железной» реализации является стандарт, собственно, о нем мы сейчас и поговорим более подробно. Спецификация HomePlug AV была разработана для того, чтобы предоставить для таких сервисов как HDTV и VoIP одновременно несколько высокоскоростных потоков данных, обладающих низкими задержками, через электрические сети. Данный стандарт в основном нацелен на соединение источников аудио-видео данных и домашних кинотеатров и на применение в сетях требующих передачи больших объемов данных.

Протокол HomePlug AV имеет поддержку QoS и при этом поддерживает 128-битное шифрование данных AES, тогда как стандарт HomePlug 1.0 имеет поддержку только 56-битного шифрования DES. Устройства, поддерживающие стандарт HomePlug AV, и устройства, поддерживающие стандарт HomePlug 1.0, могут одновременно работать в одних и тех же электрических сетях. При этом некоторые устройства стандарта HomePlug AV могут общаться с устройствами стандарта HomePlug 1.0, но в общем случает устройства данных стандартов не могут взаимодействовать друг с другом.

Стандарт HomePlug AV использует частоты от 2 до 28 МГц, и пока альянс HomePlug Powerline Alliance не имеет планов по использованию частот свыше 30 МГц. Но возможно со временем, если контролирующие организации правительств государств не будут против этого возражать, будут использоваться и более высокие частоты.

Из сетевых технологий HomePlug AV использует OFDM PHY с продвинутой технологией FEC. Слой MAC включает в себя доступ по расписанию (TDMA) с поддержкой QoS и доступ по содержанию (CSMA) с надежной доставкой через быстрый ARQ. HomePlug AV имеет поддержку множества протоколов верхнего слоя, которые являются родными для стандартов 802.3, IP и UPNP.

Схема работы HomePlug

При этом благодаря поддержке обеих технологий TDMA и CSMA HomePlug AV сможет сосуществовать в одной электрической сети с оборудованием, использующим стандарт HomePlug Access BPL. И устройства поддерживающие данные стандарты смогут не просто сосуществовать вместе, но и смогут общаться друг с другом, что позволит передавать данные из сети, поддерживающей стандарт HomePlug Access BPL, в сеть, поддерживающую стандарт HomePlug AV, и в другую сторону.

Level One HomePlug AV

Что ж, поговорив о теоретической стороне, перейдем непосредственно к практике. Чтобы понять, насколько удобна в повседневной работе технология HomePlug AV мы протестировали комплект HomePlug AV PLI-2030 компании Level One, о нем, собственно, сейчас и расскажем.

Level One HomePlug AV PLI-2030-E

Комплектация Level One HomePlug AV PLI-2030-E

Комплект Level One HomePlug AV PLI-2030-E позиционируется как готовое решение, предназначенное для связи двух компьютеров через электропроводку. В этой связи в симпатичной красно-черной фирменной коробке можно обнаружить сразу два HomePlug-адаптера PLI-2030.

Кроме того, в комплекте находятся два небольших Ethernet-кабеля и компакт-диск с программным обеспечением.

Основные технические характеристики

  • Стандарт: HomePlug AV
  • Скорость передачи данных:  до 200 Мбит/c
  • Модуляция: 1024/256/64/16/8 QAM, QPSK, BPSK
  • Коррекция ошибок: Turbo Codes
  • Протокол: TDMA, CSMA/CA
  • Защита: 128-битное AES-шифрование
  • Совместимые электросети: 100…240 В, 50/60 Гц
  • Потребляемый ток:  макс. 100 мА
  • Рабочие температуры: 0° C…45° C
  • Совместимые ОС: Windows 98SE/ME/2000/XP/Vista или любая другая ОС, имеющая поддержку сетей

Использование Level One HomePlug AV PLI-2030-E

Какой бы сложной не казалась вся затея сделать из электропроводки локальную сеть, для конечного пользователя весь процесс предельно прост. По большому счету, необходимо лишь соединить сетевую карту dашего компьютера с HomePlug-адаптером, а затем включить адаптер в сеть. То же самое нужно проделать со вторым компьютером и… и это все, что от вас потребуется!

По сути дела, не устанавливая больше никакого дополнительного ПО и не делая совершенно ничего более, ваши компьютеры становятся соединенными так, как если бы вы соединили их Ethernet-кабелем напрямую! Неправда ли HomePlug оказался крайне дружественным к конечному пользователю?

Тут следует не забывать, что перед использованием новой сети неплохо бы зайти в настройки ваших сетевых карт и установить для них IP-адреса и маски.

На адаптерах Level One HomePlug есть три синих светодиода. «Power» загарает, когда адаптер соединяется с электросетью. «HomePlug» — когда адаптер в локальной сети обнаруживает другое совместимое с ним (а точнее со стандартом HomePlug AV) устройство. Ну, и горящий «Ethernet» можно увидеть при соединении включенной сетевой карты компьютера с адаптером Level One HomePlug AV.

Программное обеспечение Level One HomePlug AV PLI-2030-E

Программное обеспечение устройств Level One HomePlug представлено утилитой PLI-2030, работающей под операционными системами семейства Windows. Программа имеет всего четыре вкладки. Последние две малоинформативны и предназначены для просмотра информации о программе и ее обновления, поэтому мы остановим наше внимание на первых двух.

На вкладке «Network» представленная информация об обнаруженных в сети адаптерах, можно узнать их MAC-адреса, посмотреть топологию и идентификационный номер Вашей HomePlug-сети.

Вкладка «Encryption» позволяет воспользоваться очень полезной функцией адаптеров Level One HomePlug — шифрованием. Как мы уже упоминали, говоря о технических характеристиках, устройства поддерживают 128-битное AES-шифрование трафика. Для его активации необходимо установить одинаковые ключи сети (Network Key) на обоих устройствах.

Чтобы шифрование заработало, необходимо будет указать указать DAK Password парного адаптера. DAK — этот пароль, написанный на обороте всех адаптеров Level One. У каждого адаптера он свой.

Стоит отметить, что настроенные однажды адаптеру будут полностью автономны. То есть, даже при переустановки ОС, вам не потребуется заново перенастраивать шифрование — все хранится во внутренней памяти устройств.

Вот, собственно, и все. Как мы видим, утилита PLI-2030 нужна только для получения информации о сети и настройки шифрования. Если вы не используете Windows и вам не нужно шифрования, работать совершенно спокойно можно и не зная о существовании PLI-2030.

Тестирование Level One HomePlug AV PLI-2030-E

LevelOne заявляет, что ее адаптеры AV PLI-2030-E способны работать на скорости до 200 Мбит/с, и, по стандарту, это действительно должно быть так. В реальности же все несколько иначе. Первым, ограничителем, скорее всего, станет сетевая карта вашего компьютера. Держу пари, что большинство людей вполне логично захотят использовать встроенные в их ноутбуки или ПК сетевые карты. Но эти карты, в большинстве своем, рассчитаны на 100 Мбит/с сети. А это в два раза ниже теоретических возможностей адаптера.

Но унывать по поводу сетевой карты не стоит, на деле даже в ее пределы почти наверняка не удастся упереться. И главной причиной этого станет сама электропроводка. Подключение через удлинители и сетевые фильтры, наличие других подключенных к сети устройств, а также качество разводки проводов в помещении, могут оказать самое непосредственное влияние на скорость работы HomePlug-сети.

Мы протестировали комплект Level One HomePlug в двух помещения. В первом (дом начала двадцатого века), на расстоянии 26 метров друг от друга два адаптера работали на скорости порядка 35-43 Мбит/с. В более современном офисном здании скорость достигала 50 Мбит/с, при удаленности адаптеров примерно на 18 метров друг от друга. Конечно, такие показатели не столь велики, как бы хотелось, но это вполне комфортная скорость для повседневной работы, особенно, если соединение будет использоваться для предоставления доступа второму компьютеру в сеть интернет. Кроме того, адаптеры LevelOne поддерживают QoS, которая позволяет приоритезировать аудио и видео потоки.

Что касается заявленной поддержки потокового HD-контента, то, даже если взять видео 1080p (разрешение 1920x1080, прогрессивная развертка), которому потребуется до 32,4 Мбит/с (зависит от качества звука и ряда других факторов), скоростных показателей Level One HomePlug вполне должно хватить для комфортного просмотра.

Выводы

Без сомнения технология, HomePlug очень и очень любопытна. Если у вас большая квартира и вы ломаете голову над тем, как бы соединить пару компьютеров в ней, то у беспроводного Wi-Fi, для которого тоже придется покупать оборудование, появился достойный конкурент в лице комплекта Level One HomePlug AV PLI-2030-E. Обойдется один адаптер Level One HomePlug AV PLI-2030 примерно в 2500 рублей, протестированный же нами комплект в рознице будет стоить дешевле 5000 рублей.

Довольно любопытно, что в Москве уже появился провайдер, который доставляется интернет, буквально, через розетку. Так что, как знать, быть может совсем скоро приобретенные адаптеры HomePlug смогут стать для всех своих владельцев настоящими модемами.

© 2008 «F1CD»


LAN (англ. Local area network)

Локальная сеть - несколько компьютеров, связанных между собой по каналам передачи данных. В отличие от глобальной сети, узлы (компьютеры) локальной сети чаще всего относятся к одной организации, находятся в одном помещении (например, в офисе). Их работу контролирует один администратор.

Статья в глоссарии

LAN (англ. Local area network)

Локальная сеть - несколько компьютеров, связанных между собой по каналам передачи данных. В отличие от глобальной сети, узлы (компьютеры) локальной сети чаще всего относятся к одной организации, находятся в одном помещении (например, в офисе). Их работу контролирует один администратор.

Статья в глоссарии

Прогрессивная развертка (англ. Progressive scan)

Метод получения изображения с матрицы, при котором все строки каждого кадра считываются одновременно.

Статья в глоссарии

HDTV (англ. High definition television)

Телевидение высокой четкости (ТВЧ). Разрешение изображения обычного телевидения - 720 на 576 точек, HDTV - 1920 на 1080 (качество в 5 раз выше). HDTV рассчитано на 60 кадров в секунду, что позволяет сделать изображение на экране более плавным, в отличие от обычного телевидения, в котором используется 24 кадра. Соотношение сторон для HDTV - 16:9. 

Статья в глоссарии

QoS (англ. Quality of Service)

Под термином «качество обслуживания» (Quality of Service, QoS) понимается набор технологий, обеспечивающих приоритетное использование канала связи некоторыми видами трафика или программами по сравнению с методом «равных возможностей».

Статья в глоссарии

AES (англ. Advanced Encryption Standard)

Симметричный алгоритм блочного шифрования: данные разбиваются на блоки по 128 бит, каждый блок шифруется и расшифровывается одним и тем же секретным ключом (ключ может быть по размеру 128, 192, 256 бит). 

Статья в глоссарии

DES (англ. Data Encryption Standard)

Симметричный алгоритм шифрования, в котором один ключ используется как для шифрования, так и для расшифрования данных. 


Статья в глоссарии

1080p

Стандарт записи видеосигнала, кадр которого содержит 1080 строк, а каждая строка состоит из 1920 точек.
Статья в глоссарии

Автор:  Родион Каримов

Вендоры

(Нет голосов)

Обсуждение, вопросы