UM BREVE HISTÓRICO DA TECNOLOGIA PLC

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1 unidade L POWER LINE COMMUNICATIONS (PLC) INTRODUÇÃO A PLC (Power Line Communications), ou comunicações através de linha de força, é a tecnologia que utiliza uma das redes mais utilizadas em todo o mundo: a rede de energia elétrica. A ideia desta tecnologia não é nova. Ela consiste em transmitir dados e voz em banda larga pela rede de energia elétrica. Como utiliza uma infraestrutura já disponível, não necessita de obras numa edificação para ser implantada. A PLC trabalha na camada 2 do modelo OSI, ou seja, na camada de enlace. Sendo assim, pode ser agregada a uma rede TCP/IP (camada 3) já existente, além de poder trabalhar em conjunto com outras tecnologias de camada 2. UM BREVE HISTÓRICO DA TECNOLOGIA PLC Sistemas de Power Line Carrier, chamados também de OPLAT (Ondas Portadoras em Linhas de Alta Tensão), têm sido utilizados pelas empresas de energia elétrica desde a década Esses sistemas foram e ainda são utilizados para telemetria, controle remoto e comunicações de voz. Os equipamentos são muito robustos e normalmente têm uma vida útil superior a trinta anos. Só recentemente, com o avanço de instalação de fibras ópticas e redução de preço dos sistemas de telecomunicações, diversas empresas de energia elétrica decidiram abandonar o Carrier. Como resposta, os fabricantes estão deixando de produzir esses equipamentos por falta de procura. Algumas, poucas, aplicações de banda estreita em residências e sistemas de segurança e automação predial utilizam ainda sistemas de Power Line Carrier de banda estreita, baixa velocidade e com modulação analógica. Power Line COMMUNICATIONS Em 1991, Paul Brown, da Norweb Communications, uma empresa de energia elétrica da cidade de Manchester, na Inglaterra, iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade, utilizando linhas de energia elétrica. Entre 1995 e 1997, ficou demonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e atenuar (mas não eliminar totalmente) as interferências, e que a transmissão de dados de alta velocidade poderia ser viável em um futuro não muito distante. Em outubro de 1997, a Nortel e a Norweb anunciaram que os problemas associados ao ruído e interferência das linhas de eletricidade estavam solucionados em apenas algumas faixas de frequência. Mesmo assim, dois meses depois, foi anunciado pelas mesmas empresas o primeiro teste de acesso à Internet, realizado numa escola de Manchester. Com isso, foi lançada uma nova ideia para negócios de telecomunicações que a Nortel/Norweb chamaram de Digital Power Line. Em março de 1998, a Nortel e a Norweb criaram uma nova empresa intitulada de NORWEB DPL, com o propósito de desenvolver e comercializar a tecnologia Digital Power Line (DPL). Todas as empresas elétricas do mundo estavam pensando em se tornar provedores de serviços de telecomunicações, utilizando seus ativos de distribuição. Devemos lembrar que o setor de telecomunicações estava passando por um crescimento explosivo no mundo (celular e Internet), e, particularmente no Brasil, estava em curso a maior privatização de empresas de telecomunicações. 69

2 Convém, também, ressaltar que na Europa, em 1997, foi criado o PLC Fórum e, em 1998, a UTC lançou nos Estados Unidos o Power Line Telecommunications Forum (PLTF). Atualmente, temos diversos produtos comerciais com tecnologia Power Line Communications e o próprio FCC (Federal Communications Commission) fez declarações sobre a viabilidade desta tecnologia com algumas ressalvas. FUNCIONAMENTO DA PLC Existem, basicamente, dois tipos de PLC. O primeiro tipo é o interior (indoor), em que a transmissão é conduzida, usando a rede elétrica interna de um apartamento ou de um prédio. O segundo é o exterior (outdoor), em que a transmissão é conduzida usando a rede pública exterior de energia elétrica. O princípio básico de funcionamento das redes PLC é que, como a frequência dos sinais de conexão é na casa dos MHz (1 a 30 MHz), e a energia elétrica é da ordem dos Hz (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 conexão de aparelhos de som e vários outros eletroeletrônicos em rede. A Internet sob PLC possui velocidade simétrica, ou seja, você tem o mesmo desempenho no recebimento ou envio de dados. O sinal do BPL sai da central, indo para o injetor, que vai se encarregar de enviá-lo para a rede elétrica. No caminho, o repetidor tem a função de evitar que os transformadores filtrem as altas frequências. Chegando perto da residência do usuário, o extrator é o equipamento responsável por deixar o sinal pronto para uso da casa, chegando até o modem BPL, que vai converter os sinais para que estes possam ser usados pelo computador, através de uma porta Ethernet ou USB. No penúltimo passo, no caminho poste-casa, há 3 meios: por cabo de fibra óptica, por wireless ou pela própria fiação elétrica, este último mais provável. Como há um repetidor a cada transformador, e nesse sistema, com grids inteligentes, não se usa mais os atuais relógios, descarta-se a desvantagem mais famosa na Internet do uso do PLC, de que os transformadores, por absorver os sinais, impossibilitariam a instalação. VANTAGENS DO USO DA PLC Uma das grandes vantagens do uso da PLC que, por utilizar a rede de energia elétrica, qualquer ponto de energia, é um potencial ponto de rede, ou seja, só é preciso ligar o equipamento de conectividade (que normalmente é um modem) na tomada, e pode-se utilizar a rede de dados. Além disso, a tecnologia suporta altas taxas de transmissão, podendo chegar até aos 200 Mbps em várias frequências entre 1.7 MHz e 30 MHz. DESVANTAGENS DO USO DA PLC Uma das grandes desvantagens do uso da PLC (ou BPL) é que qualquer ponto de energia pode se tornar um ponto de interferência, ou seja, todos os outros equipamentos que utilizam rádio frequência, como receptores de rádio, telefones sem fio, alguns tipos de interfone e, dependendo da situação, até televisores, podem sofrer interferência. A tecnologia usa a faixa de frequências de 1.7 MHz a 50 MHz, com espalhamento harmônico até frequências mais altas. Outra desvantagem é o fato de ser half-duplex, sem esquecer de que é um sistema de banda partilhada. 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 frequência podem variar drasticamente de um momento para o outro, à medida que luzes ou aparelhos ligados à rede são ligados ou desligados. 70

3 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% de eficiência, os transformadores atenuam seriamente outros sinais de maior frequência. Para atender às 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 frequência. Novas técnicas são capazes de recuperar sinais fortemente atenuados, entretanto somente as grandes empresas têm 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 ligadas numa mesma subestação elétrica compartilham a largura de banda disponível. Isso significa que o desempenho da ligação pode variar de acordo com o número de pessoas que estiverem navegando ou baixando arquivos simultaneamente. Um dos grandes entraves que ainda existem para a ampla disseminação do acesso à Internet para o público em geral é, sem dúvida, a falta de um meio de transmissão de dados de baixo custo. Até recentemente, a maioria dos esforços públicos e privados esteve concentrada na montagem de uma grande infraestrutura de comunicação, capaz de suportar o tráfego de informações na Internet por meio de grandes vias de dados, os chamados backbones. O passo seguinte consistiu em encontrar uma maneira simples e prática de ligar individualmente cada usuário doméstico ou empresa ao backbone principal, um trecho normalmente chamado de the last mile (a última milha). Isso até hoje tem sido feito utilizando infraestruturas já existentes, como redes telefônicas ou de TV a cabo. Entretanto, esses meios tem-se concentrado em zonas urbanas, o que exclui residências de regiões afastadas ou de difícil acesso, além de serem relativamente caros. SERVIÇOS SUPORTADOS Os serviços de telecomunicações, em uma rede PLC, estão baseados no protocolo TCP/IP. O estado atual da tecnologia PLC e as possibilidades de exploração de serviços que ela oferece merecem dupla atenção por parte dos dirigentes das empresas de energia elétrica. A anunciada chegada da competição nos mercados de energia e a consequente pressão pelo aumento de resultados vem forçando essas empresas a buscar fontes alternativas de receita, outra razão é que o emprego da tecnologia proporciona a redução de custos operacionais, outra imposição do mercado competitivo. A aplicação da tecnologia contribui para a realização desses dois objetivos, viabilizando a exploração dos seguintes serviços: Acesso em banda larga à Internet Vídeo sob demanda Telefonia VoIP Serviços de monitoramento e vigilância Serviços de monitoramento de trânsito (câmeras e comandos) Automação residencial doméstica Monitoramento de processos produtivos on-line EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS Os principais equipamentos presentes em redes PLC são: Modem (PNT): Usado para a recepção e transmissão dos dados, o modem é instalado em um host (estação de trabalho, servidor, etc.) que é ligado à tomada de eletricidade. É responsável pela comunicação com o Demodulador Repetidor (PNR). Demodulador Repetidor (PNR): Este equipamento faculta o acesso direto do sistema Indoor para o sistema Outdoor. Cada residência tem um, e este comunica com o Concentrador Mestre (PNU). 71

4 Concentrador Mestre (PNU): Controla o sistema Outdoor e liga uma Célula de Energia (Power Cell) à rede do backbone. Geralmente esta localizada no transformador. Deste ponto em diante a comunicação pode ser feita pela operadora de telecomunicações. MODULAÇÃO E MULTIPLEXAÇÃO O processo de modulação consiste em transformar o sinal em uma forma adequada para a transmissão do sinal. O receptor recria a mensagem original mas se caso aconteça algum ruído ou distorção impossibilita a recriação exata da mensagem. O processo de multiplexação é o processo de combinar vários sinais para transmissão simultânea pelo mesmo canal. Dentre os métodos básicos de multiplexação podemos citar: Frequency-Division Multiplexing (FDM): usa modulação por onda contínua para colocar cada sinal em uma frequência específica da banda. No receptor são usados vários filtros para separar os diferentes sinais e prepará-los para modulação. Time-Division Multiplexing (TDM): usa modulação por pulsos para posicionar os sinais em diferentes fatias de tempo. Code-Division Multiplexing (CDM): no qual cada sinal é identificado por uma sequência (código) diferente. INTERFERÊNCIAS DECORRENTES DA PLC O PLC é uma tecnologia interferente aos serviços e utilizadores de rádio comunicação. Parte da banda de rádio de ondas médias, 1.7 a 3 MHz, todas as altas frequências HF, 3 a 30 MHz, e o VHF baixo, 30 a 50 MHz, ficam prejudicados com aumento do nível de ruído, inutilizando várias faixas de rádio. Entre os setores e serviços a serem interferidos estão as forças armadas, as comunicações aéreas e navais em HF, radioamadores, radiodifusão pública e pesquisas de radioastronomia em HF. Estudos recentes debatidos em fóruns da ABERT (Associação Brasileira de Rádio e Televisão) demonstraram interferências nos canais abertos de televisão em VHF e rádio AM. Os radiodifusores reivindicam proteção contra o PLC, inclusive na manutenção das faixas internacionais de ondas tropicais e ondas curtas, de relevância social para difusão direta e gratuita de informações cobrindo todo o país, sem a necessidade de repetidoras, redes, links terrestres ou espaciais (satélites). Equipamentos domésticos também podem causar interferências na rede PLC, como motores de escova, dimmers de luz, secadores de cabelos, aspiradores, furadeiras elétricas, chuveiros elétricos, etc. A conexão PLC é prejudicada em redes domésticas que dispuserem de equipamentos bloqueadores de frequência (filtros de linha), equipamentos isoladores (estabilizadores) ou que sejam alimentados por fontes chaveadas (no-breaks). EXPERIÊNCIAS FEITAS NO MUNDO Entre 2001 e 2003, muitas experiências foram realizadas de forma bem sucedida, confirmando a viabilidade das redes PLC e criando ambiente para iniciativas comerciais. A situação de hoje evoluiu transformando experiências PLC piloto em implantações comerciais. Mais de 10 países já estão comercializando e muitos outros já anunciaram esta intenção de fornecer serviços de banda larga PLC. Nos Estados Unidos, as empresas autorizadas na prestação de serviços de utilidade pública não consideram a tecnologia PLC apenas uma forma de expandir seus negócios para a prestação de serviços de telecomunicações. De fato, estas empresas têm deixado esta tarefa para uma parceira voltada a telecomunicações. O interesse no PLC reside no potencial de serviços que uma rede de distribuição de eletricidade inteligente pode representar, em termos de aumento de eficiência, confiabilidade e segurança. No Brasil a ligação à Internet por meio de rede elétrica ainda não está disponível comercialmente e tem sido testada por empresas como Eletropaulo Telecom, em São Paulo, Light no Rio de Janeiro, Copel no Paraná e Celg 72

5 em Goiás, sem previsão de conclusão. SEGURANÇA Toda comunicação do PLC é criptografada. Alguns protocolos como o HomePlug 1.0 utilizam criptografia DES de 56 Bits. Os dados estão sempre em rede local porque esta tecnologia não ultrapassa a caixa elétrica da casa. Contém de fato muito mais segurança do que o Wi-Fi, que pode ser visível pelos vizinhos e que necessita uma identificação por utilizador e senha. Por fim, embora os pacotes transmitidos sejam seguros, as ligações físicas são realizadas diretamente na tomada de energia elétrica, deixando o hardware exposto às variações de tensão e raios. E você, ligaria seus computadores para transmitir os dados via rede de energia elétrica? O futuro nos dará a resposta. Até a próxima aula! Referências: Kurose, James. Ross, Keith. Computer networking, a top-down approach. 5ª edição. Editora Pearson, Comer, Douglas. Redes de Computadores e Internet. 4ª edição. Editora Bookman, De Lima, M. Xavier. Redes PLC. Disponível em < Acesso em: 15 Jun Tyson, Jeff. How Power-line Networking Works. Disponível em < printable>. Acesso em: 15 Jun

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