فرمت: ورد و قابل ویرایش
تعداد صفحه: 125 صفحه
رسته: رشته آی تی، کامپیوتر، برق و رشته های مرتبط
پایان نامه ( BPL (Broad Band Over Powerline اینترنت پر سرعت روی خطوط برق دارای منابع پاورقی حرفه ای و نامگذاری شده، جداول، تصاویر، نمودارها، منابع فارسی و انگلیسی، فرمت جامع علمی دانشگاهی پایان نامه میباشد.
فهرست مطالب
مقدمه 1
فصل اول: BPL چيست؟ 3
چرا از BPL استفاده كنيم؟ 3
تاريخچه ي BPL 4
خطوط برق چگونه به اينترنت وصل مي شوند؟ 6
چرا در گذشته از خطوط برق براي اينترنت پرسرعت استفاده نشده بود؟ 7
ساختار شبكه برق 7
فصل دوم: مفاهيم شبكه 10
مدولاسيون DSSS 12
CDMA 12
مزيت هاي استفاده از طيف گسترده 16
كاربردهاي DSSS 17
مدولاسيون OFDM 17
مزاياي OFDM 20
كاربردهاي OFDM 21
مدولاسيون FSK 21
مدولاسيون ASK 21
مدولاسيون PSK 21
مدولاسيون APK يا QAM 22
پروتكل CSMA/CA 22
Backhaul 23
Backbone يا Core 23
فيبرنوري 23
خطوط T1 و E1 23
WiFi 24
استانداردهاي IEEE 802.11x 24
قانون شانون (Hartley-Shannon) 25
FCC 25
IEEE 25
تكنولوژي هاي رقيب BPL 26
PSTN 26
مودم كابلي 26
DSL 28
ماهواره 29
وايمكس 30
فصل سوم: BPL، معماري شبكه و وسايل 47
معماري شبكه و وسايل 48
معماري 1- OFDM 53
معماري 2- OFDM-WiFi 53
معماري 3- DSSS 54
نحوه ي عملكرد وسايل 56
تزويج كننده ي خازني 56
تزريق كننده ي سلفي 57
فصل چهارم: ويژگي هاي خطوط برق به عنوان محيط انتقال، تداخل 61
ويژگي هاي يك محيط انتقال خوب 63
ويژگي هاي خطوط برق به عنوان محيط انتقال 65
مشكلات خط برق 66
اقدامات FCC در رابطه با تداخل BPL 70
فصل پنجم: BPL در ساختمان 72
استاندارد HomePlug 1.0 73
استاندارد HomePlug AV 79
فصل ششم: وضعيتBPL و چشم انداز آينده 81
طرح هاي آزمايشي BPL 85
برخي سازندگان وسايل BPL 87
بعضي محصولات توليد شده در زمينه ي BPL و HomePlug 89
معرفی محصولات شرکت corinex 91
BPL در ايران 116منابع
مقدمه
دسترسي به اينترنت پرسرعت امروزه در كشورهاي پيشرفته از اهميت زيادي برخوردار است. براي مثال در امريكا با وجود دسترسي 25 درصدي به اينترنت پرسرعت، وضعيت با كشورهايي مثل كره ي جنوبي، كانادا و بلژيك مقايسه مي شود كه توانسته اند اينترنت پرسرعت را براي بيش از 70 درصد مشتركان و با قيمت هاي كمتر ارائه دهند.
روش هاي دسترسي به اينترنت پرسرعت در حال حاضر استفاده از مودم كابلي[1] و [2]ADSL هستند. اگرچه فيبر نوري[3] سرعت بيشتري از اين روش ها دارد اما به دليل هزينه ي زياد براي همه ي مشتركان استفاده نمي شود و در اصل به عنوان زيرسـاختي براي اينترنت به حساب مي آيد كه شركت هاي ارائه دهنده ي خدمات اينترنت (ISP) براي هسته ي شبكه از آن استفاده مي كنند.
BPL كه مخفف Broadband over Powerline است روش جديدي براي دسترسي به اينترنت پرسرعت است كه با استفاده از زيرساخت موجود شبكه برق، اينترنت با سرعتي معادل با ADSL و حتي بيشتر را فراهم مي كند. اگرچه BPL تكنولوژي جديدي است در طول آزمايشات ميداني مختلف بسياري از مزايا و معايب آن مشخص شده است. مهم ترين مزيت اين روش همه جا در دسترس بودن آن است كه به خاطر استفاده از خطوط برق عمومي به دست آمده است، به اين ترتيب نقاطي كه به دليل نداشتن خط تلفن يا سرويس ADSL از اينترنت پرسرعت يا به طور كامل از اينترنت محروم هستند با اين روش به اينترنت پرسرعت دست پيدا مي كنند.
در ايران كه سرويس مودم كابلي وجود ندارد و ADSL هم تازه وارد است، به نظر مي رسد BPL توانايي بالقوه زيادي براي رشد خواهد داشت. البته مهم ترين علت درصد پايين مشتركان اينترنت پرسرعت در ايران به قوانين موجود برمي گردد كه هم پهناي باند مشتركان خانگي را محدود كرده است و هم باعث قيمت هاي بالا نسبت به كشورهاي همسايه و با شرايط مشابه شده است. به هر حال به نظر نمي رسد كه اين محدوديت ها مدت زيادي دوام داشته باشد و دير يا زود ناچار به استفاده از تكنولوژي هاي جديد براي ارائه اينترنت پرسرعت براي عموم باشيم.
در حال حاضر تكنولوژي BPL هنوز به شكل تجاري در نيامده است و در حال پس دادن آزمايش است تا در صورت موفقيت و بعد از اتمام تصويب استانداردهاي لازم و قوانين مربوط به شكل كاملاً تجاري وارد بازار شود. قابليت هاي اين تكنولوژي جديد هنوز به طور كامل استفاده نشده است و شايد در آينده با حل مشكلات موجود بتواند انقلابي در زمينه ي ارائه ي اينترنت پرسرعت ايجاد كند.
در اين تحقيق سعي شده است تا جوانب مختلف اين تكنولوژي جديد مورد بحث قرار گيرد به اين ترتيب كه ابتدا درباره ي كليت مسأله و چگونگي استفاده از شبكه ي برق براي انتقال داده خواهيم پرداخت، سپس مختصري از پيشينه ي آن بازگو خواهد شد. در بخش بعد شبكه ي برق كه زيرساخت BPL است، بررسي مي شود. سپس به بحث درباره ي مفاهيم شبكه مربوط به BPL مي پردازيم، در اين قسمت به صورت كلي درباره ي مفاهيمي مثل روش هاي انتقال داده و مدولاسيون بدون در نظر گرفتن ارتباط آن با BPL خواهيم پرداخت. در قسمت بعد معماري شبكه BPL و تجهيزات مورد نياز آن معرفي خواهند شد. سپس به بحث مهم تداخل راديويي مي پردازيم. تا اين جا موضوع بيشتر درباره ي نحوه ي رساندن سيگنال هاي داده از شروع خط تا قبل از ساختمان مشـترك اسـت كه Access BPL نام دارد، اما بخش بعد درباره ي انتقال داده در نزديكي محل مشترك تا پريز برق يا In-Building BPL است. در بخش هاي بعدي درباره ي وضعيت طرح هاي آزمايشي و سـازندگان تجهيزات مختصراً خواهيم پرداخت و در نهايت دربـاره ي آينده ي BPL هم از نظر تكنـولوژي و هم اقتصادي مي پردازيم.
فصل اول
BPL چیست ؟
BPL چيست؟
BPL مخفف عبارت Broadband over Powerline به معناي پهناي باند وسيع بر روي خطوط برق است. طبق اين ايده از خطوط برق كه در همه جا وجود دارند و در اصل براي انتقال برق با ولتاژ بالا و فركانس مشخص (60 هرتز در آمريكاي شمالي و ژاپن و 50 هرتز در مناطق ديگر) ساخته شده اند، براي انتقال داده با ولتاژ كم و فركانس بالا استفاده مي شود. اين ايده ي جديدي نيست كه از سيم هاي برق شبكه قدرت براي انتقال داده استفاده شود، در دهه ي 90 سيستم هاي انتقال داده از طريق خطوط برق به نام [4]PLC به وجود آمدند كه صرفاً براي انتقال اطلاعات مانيتورينگ شبكه ي برق به ايستگاه توزيع استفاده مي شدند و نرخ انتقال داده ي كمي داشتند به طوري كه پرسرعت ترين سيستم PLC در حال حاضر حدود 500 Kbps سرعت دارد، اگر اين سيستم را فرضاً براي ارائه سرويس اينترنت به كار ببريم به تعداد انگشت شماري مشترك مي توان سرويس اينترنت كم سرعت داد. به علت تكنولوژي پايين در آن زمان امكان ساخت اين سيستم براي سرعت هاي بالاتر ممكن نبود. سيستم هاي كنوني BPL با حداكثر سرعت 12 Mbps براي هر مشترك در حال حاضر در استراليا مشغول به كار به صورت آزمايشي هستند.
- چرا از BPL استفاده كنيم؟
براي پاسخ به اين سؤال در واقع بايد اول ببينيم اين تكنولوژي چه مزايايي نسبت به سرويس هاي اينترنت پرسرعت قبلي مثل ADSL دارد. مهم ترين مزيت BPL كه در مقدمه هم ذكر شد همه جا در دسترس بودن آن است، در اين صورت براي مناطقي كه امكان اتصال به اينترنت ندارند مي توان اينترنت فراهم كرد يا براي جاهايي كه دسترسي به اينترنت پرسرعت ندارند، با هزينه ي كم اين امكان را مهيا كرد در حالي كه استفاده از روش هاي ديگر مستلزم نصب تأسيسات و زيرساخت هاي جديد و يا حداقل تعويض بعضي تجهيزات مثل مراكز تلفن آنالوگ است. اين كار علاوه بر زمان بر بودن هزينه بر هم هست.
دليل دوم خاصيتي است كه در اثر استفاده از خطوط برق فقط در اين روش وجود دارد: مديريت شبكه برق. با نصب تجهيزات مانيتورينگ مي توان از طريق شبكه ي BPL اطلاعات لازم را براي ايستگاه مديريت برق فرستاد. مديريت شبكه برق شامل مواردي همچون قرائت خودكار كاركرد مشتركان، بررسي كيفيت توزيع برق، تشخيص خرابي ها، فرمان از راه دور و موارد ديگري مي شود كه علاوه بر بهبود كيفيت برق، هزينه هاي دراز مدت اپراتورها را هم كاهش مي دهد.
يكي ديگر از مزاياي بالقوه BPL سرعت بالاي آن است. اگرچه در حال حاضر در بيشتر آزمايشات ميداني BPL سرعت آن با سرويس هاي DSL و مودم كابلي چندان تفاوتي ندارد، اما با پيشرفت تكنولوژي و استفاده از روش هاي جديد، سرعت BPL مي تواند چندين برابر شود.
علاوه بر اين موارد ممكن است مزاياي ديگري هم باشد اما اهم آن ها همين موارد است. البته BPL مشكلات و معايبي هم دارد كه درباره ي آن ها هم بحث خواهيم كرد.
- تاريخچه ي BPL
استفاده از سيم كشي برق براي انتقال داده به اواخر دهه ي 70 ميلادي برمي گردد. در آن زمان به خاطر قيمت بالاي چاپگرها و پلاترها، اين وسايل را به نوعي شبكه مي كردند تا چند كاربر به صورت مشترك به آن ها دسترسي داشته باشند. ابتدا براي سوئيچ كردن اين وسايل بين كاربرها از سوئيچ هاي مكانيكي كه به صورت دستي تغيير حالت مي دادند استفاده مي شد. به دليل مشكلات اين روش، نياز به يك روش خودكار براي اين كار احساس مي شد، به همين دليل چند شركت كامپيوتري شروع به كار كردند و در اوايل دهه ي 80 محصولاتي را عرضه كردند كه با اتصال پورت سريال كامپيوتر به برق مي توانستند، وسيله ي ديگري را كه به همين طريق به برق وصل است كنترل كنند. اگرچه با اين اختراع يك شبكه ي خانگي بر روي سيم برق به وجود آمد اما اين شبكه فقط براي ارسال سيگنال هاي كوچكي استفاده مي شد و كارايي انتقال داده زيادي نداشت.
با پيشرفت تكنولوژي در سال هاي بعد، وسايل ارتباطي مورد استفاده كوچك تر، سريع تر و ارزان تر شدند. چند شركت فروشنده اين لوازم، اتحاديه اي به نام HomePlug Powerline Alliance تشكيل دادند كه با ايجاد استاندارد ها و معيارهاي جديد شروع به توليد محصولات شبكه بندي بر روي سيم هاي برق كردند كه اكنون محصولات شركت هاي مختلف تحت استانداردهاي HomePlug 1.0 و HomePlug AV اين انجمن، محصولاتي براي شبكه بندي بر روي سيم هاي برق در داخل يك ساختمان با سرعت هاي به ترتيب 14 Mbps و200 Mbps توليد مي كنند..
البته اين محصولات صرفاً براي شبكه بندي خانگي استفاده مي شوند و از خطوط برق عمومي استفاده نمي كنند.
مسأله استفاده از خطوط برق عمومي با شبكه بندي بر روي سيم هاي برق ساختمان تفاوت زيادي دارد. تجهيزات به كار رفته در خطوط برق عمومي مثل ترانس ها مي توانند مسايل و مشكلات جديدي به وجود آورند. ارتباط با فضاي باز و لزوم محافظت از وسايل، انتقال بر روي خطوط ولتاژ متوسط، نويز و مسأله ي تداخل و بسياري مشكلات ديگر وجود دارند كه فقط در خطوط برق عمومي مشاهده مي شوند و در درون يك ساختمان وجود ندارند.
شبكه ي PLC يا Powerline Communication، سيستمي است كه قبلآ هم وجود داشت ولي همان طور كه اشاره شد براي مديريت شبكه برق استفاده مي شود نه براي اينترنت. البته اين نام ممكن است براي BPL هم به كار رود و دليلش هم همين است كه در واقع BPL به نوعي توسعه ي PLC به شمار مي رود.
نام هاي ديگري هم به ارتباط از طريق خطوط برق داده اند كه در واقع معادل هاي PLC به شمار مي روند نه BPL.
PLC: Powerline Communication (Powerline Carrier)
PLT: Powerline Telecom
PLN: Powerline Networking
Mains Communication
البته مي توان BPL را Broadband PLC و PLC معمولي را Narrowband PLC ناميد.
علاوه بر تفاوت كاربرد و سرعت بين PLC و BPL، مسأله ي ساده تر بودن PLC هم وجود دارد به طوري كه بدون استفاده از تكراركننده ها و فقط با استفاده از تزويج كننده هاي[5] سلفي يا خازني، سيگنال تا 15 كيلومتر پيش مي رود؛ در حالي كه در BPL در فواصل حدود 750 متر تا 1800 متري نياز به وجود تكرار كننده هايي است تا سيگنال را تقويت كنند. در BPL مشكل تداخل راديويي هم وجود دارد در حالي كه در PLC چنين مسأله اي وجود ندارد. بيشترين سرعتPLC مربوط به [6]DLC است كه با استفاده از فركانس هاي 9 تا 500 كيلو هرتز سرعت 576 كيلوبيت بر ثانيه را دارد در حالي كه سيستم هاي BPL از فركانس هايي در محدوده ي 2 تا 80 مگاهرتز استفاده مي كنند و سرعت 12 مگا بيت بر ثانيه براي آن ثبت شده است.
- خطوط برق چگونه به اينترنت وصل مي شوند؟
شبكه ي اينترنت يك شبكه ي سلسله مراتبي است، يعني داراي اجزائي است كه با هم در ارتباط هستند و هر كدام داراي زيرشاخه و منشأ مي باشند. فراهم كنندگان اينترنت يا شركت هاي [7]ISP از طريق شبكه هاي بزرگ انتقال به نام Transport Nerworks به هم وصل هستند و اينترنت از طريق آن ها به شبكه هاي كوچكتر داده مي شود. شبكه هاي توزيع يا Distribution Networks در لايه ي بعدي قرار دارند، چندين شبكه ي توزيع به يك شبكه ي انتقال متصل هستند. شبكه هاي توزيع به شبكه هاي كوچكتري به نام شبكه هاي دسترسي يا Access Network وصل مي شوند كه منطقه ي جغرافيايي كوچكي در حد چند صد متر را پوشش مي دهند. شبكه هاي دسترسي به عنوان آخرين حلقه ي اتصال، منازل و ادارات مشترك را به اينترنت وصل مي كنند. اين قسمت از شبكه ي بزرگ اينترنت تقريباٌ نيمي از هزينه هاي شبكه بندي را شامل مي شود و دشواري هاي فني زيادي دارد. در شكل زير ساختار شبكه ي اينترنت نشان داده شده است.
به دليل هزينه ي زياد در قسمت شبكه هاي دسترسي، شركت هاي ارائه دهنده ي خدمات اينترنت براي رقابتي تر شدن خدماتشان سعي در كاهش هزينه هاي اين بخش دارند. يكي از راه هاي كاهش هزينه ها، استفاده از خطوط برق فعلي براي اتصال مشتريان به اينترنت است.
معمولاً شبكه هاي مرتبه بالاتر توسط فيبر نوري كه قابليت سرعت بالايي دارد به هم متصل مي شوند؛ اما به دليل هزينه ي بالاي فيبر نوري براي اتصال كاربران در شبكه دسترسي از راه هاي ديگر مثل خط تلفن، كابل هاي مربوط به تلويزيون كابلي و يا اتصال بي سيم استفاده مي شود و خط برق يك راه جديد است كه با توجه به در دسترس بودن سيم هاي شبكه برق در همه جا، اين روش مي تواند هزينه هاي ناشي از سيم كشي مجدد يا نصب وسايل جديد گران قيمت را كاهش دهد.
براي اتصال كاربران به اينترنت از طريق خطوط برق از سيم هاي برق فشار ضعيف استفاده مي شود و كاربر با اتصال دستگاه كوچكي به نام مودم BPL به پريز برق و سر ديگر آن به پورت [8]USB يا اترنت مي تواند به اينترنت وصل شود.
از طرف ديگر اپراتورها براي اتصال سيم هاي برق به اينترنت، در محل خط فشار متوسط با استفاده از وسايلي به نام تزريق كننده، فيبر نوري يا خط پرسرعت T1 ( يا E1) را به خط فشار متوسط وصل مي كنند.
- چرا در گذشته از خطوط برق براي اينترنت پرسرعت استفاده نشده بود؟
در گذشته نه چندان دور يعني تا اوايل قرن 21 هنوز تكنولوژي قادر به حل مشكلات مربوط به انتقال پهناي باند وسيع بر روي خطوط برق نبود. اين مشكلات عبارت بود از سرعت پردازش پايين تراشه هاي الكترونيكي و كامپيوتري، تضعيف سيگنال هاي داده در طول مسير، گذراندن سيگنال هاي داده از ترانس ها و نويز بالاي خطوط برق.
در حال حاضر تمامي اين مشكلات با پيشرفت تكنولوژي حل شده است، هر چند مشكلات جديدي مثل تداخل راديويي BPL هنوز حل نشده اند.
- ساختار شبكه برق
براي رساندن برق از نيروگاه تا منازل مشتركان نياز به شبكه اي داريم كه علاوه بر بهينه بودن در اتلاف برق، هزينه هاي زيادي هم به شركت هاي برق تحميل نكند. ولتاژ توليد شده در خروجي ژنراتورهاي نيروگاه ها براي انتقال مناسب نيستند، براي به حداقل رساندن تلفات بر روي سيم هاي برق با استفاده از ترانس هاي افزاينده ولتاژ خروجي ژنراتور كه حدود چند ده كيلو ولت است تا صدها كيلو ولت (155-765 KV) افزايش مي يابد. براي رساندن برق……………………..
[1] Cable Modem
[2] Asynchronous Digital Subscriber Line
[3] Fiber Optic
[4] Powerline Communication (Carrier)
[5] Coupler
[6] Distribution Line Carrier
[7] Internet service Provider
[8] Universal Serial Bus