Redes PLC I: Alternativa para Acesso Banda Larga Esta série de tutoriais apresenta a tecnologia de transmissão de dados em banda larga Power Line Communications (PLC), que utiliza como infra-estrutura básica as redes de distribuição de energia elétrica de média e baixa tensão (tecnologia de acesso à rede, ou à Internet) e os circuitos elétricos internos de estabelecimentos comerciais e residenciais (home networking). O PLC transforma a rede elétrica de prédios e residências em uma verdadeira LAN, convertendo cada tomada de energia também em pontos de voz e dados. Para isto, um decodificador, semelhante aos modens, separa a corrente elétrica dos sinais de voz, dados e Internet. Os tutoriais foram preparados a partir da monografia Redes PLC: Uma Nova Alternativa na Transmissão de Banda Larga, elaborada pelos autores, e que foi apresentada como pré-requisito de conclusão do curso de Engenharia de Telecomunicações da UNIBAHIA - Unidade Baiana de Pesquisa e Extensão. Foi orientador do trabalho o Prof. Dr. Teobaldo Junior. Este tutorial parte I apresenta a tecnologia PLC, seus conceitos e características, com uma breve introdução sobre o seu histórico, e apresenta a situação atual da tecnologia e alguns dos projetos, no Brasil e no exterior, que tiveram sua implantação realizada para testes reais das redes PLC e suas aplicações. Elisângela dos Santos Silva Engenheira de Telecomunicações pela UNIBAHIA Universidade Baiana de Pesquisa e Extensão (Lauro de Freitas, BA 2009). Atuou como Estagiária Monitora de Informática na REAL & DADOS Centro Avançado em Informática (BA), como Recepcionista e Operadora de Caixa na ESCRITA Equipamento para Escritório e Copiadora, e como Atendente de Cadastro (Disk Turismo da Oi) e operadora de Telemarketing (para venda de ingressos para cinema, vencedora de 2 campanhas para atingir as metas estabelecidas) na CONTAX TNL Contact Center. Atualmente é Analista de Contrato na MM TELECOM Engenharia e Serviços de Telecomunicações, sendo responsável pelo desempenho operacional dos indicadores contratuais de 100% da planta da Oi Telemar BA/SE, e anteriormente era Líder e Encarregada, atuando como responsável pelo gerenciamento de equipe composta por 25 operadores, cuja principal demanda era efetuar o controle e acompanhamento de produção nas instalações, manutenções e preventivas dos circuitos de Velox/Dados, nos prazos estabelecidos contratualmente. Email: elisangela_dss@hotmail.com 1
Josafá Alves dos Santos Júnior Engenheiro de Telecomunicações pela UNIBAHIA Universidade Baiana de Pesquisa e Extensão (Lauro de Freitas, BA 2009), e Técnico em Eletrônica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica da Bahia CEFET (Salvador, BA 2004). Atuou como Coordenador na Netmark (Salvador, BA), sendo responsável pelo setor de instalação e manutenção preventiva de redes de computadores e de equipamentos. Email: mustajr@hotmail.com Categorias: Banda Larga, Infraestrutura para Telecomunicações Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 01/02/2010 2
Redes PLC I: Introdução Com os avanços tecnológicos obtidos nos meios de comunicações o mercado de telecomunicações tem necessitado de novos meios que transmitam mais informações em uma maior velocidade. Este mercado vem sendo sufocado pelo pouco espaço e velocidade existente, onde suas conexões estão fazendo com que se incapacite o uso da sua transmissão. A transmissão de banda larga através dos meios atualmente utilizados possui alto custo, tanto na montagem de sua infra-estrutura quanto para instalação e taxa de serviço. Devido a isso, a exclusão digital no Brasil atinge boa parte da população que ainda não possui condição financeira de obter o serviço de internet, principalmente os locais remotos e distantes dos grandes centros [WIKIPEDIA, 2009]. Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas), o Brasil ocupa o 71º lugar em inclusão digital. O Projeto PLC Restinga vem para suprir uma lacuna, promovida pelo desinteresse econômico das grandes empresas de telecomunicações em atender as comunidades carentes. O objetivo da inclusão digital é buscar que todos os brasileiros (ou pelo menos a grande maioria deles), independentemente de idade, sexo, renda, raça, origem étnica, nível de excepcionalidade ou localização geográfica, ganhem acesso às ferramentas e habilidades tecnológicas necessárias na nova economia. O custo de implementação e instalação da tecnologia PLC, utilizando-se a rede de média tensão para a transmissão de dados, é inferior aos custos das tecnologias disponíveis. A transmissão de banda larga através da rede elétrica é a disseminação da internet para todos os lares. A PLC vai democratizar o uso doméstico da internet, chegando aos 129 milhões de pessoas que não têm acesso a internet, permitindo que a mídia cultural eletrônica possa ser de uso integral na cultura moderna existente. Problema A PLC é uma alternativa viável de transmissão de banda larga? Hipótese A comunicação de dados via rede de energia elétrica já é uma alternativa que concorre e/ou complementa diretamente os sistemas de comunicação sem fio ( wireless ), satélite e cabos coaxiais das operadoras de TV por assinatura. O grande fator é a demanda reprimida originada pela solicitação de serviços de internet em locais remotos. A tecnologia PLC consegue captar uma quantidade maior de usuários, devido à transmissão de banda larga através de uma estrutura já existente, a rede elétrica. Desta forma, se torna uma alternativa mais barata e viável para todos, mesmos aqueles que se localizam em regiões distantes dos grandes centros. Com o uso da tecnologia PLC a exclusão digital deixará de existir permitindo a criação de ilhas digitais que farão uso integral do meio de transmissão de maior capilaridade do mundo: a rede de energia elétrica. Objetivos O objetivo geral deste trabalho é mostrar a viabilidade da transmissão de banda larga através da rede elétrica, e o desenvolvimento da tecnologia PLC no mundo. Desse objetivo desdobram-se os seguintes objetivos específicos: 3
Esclarecer a evolução e desenvolvimento da tecnologia; Comprovar a viabilidade do projeto; Mostrar as vantagens e desvantagens da transmissão em banda larga utilizando a rede PLC; Esclarecer sobre os benefícios que a sociedade obtém com a implantação da PLC; Descrever a importância do desenvolvimento da tecnologia na disseminação da internet para todos os lares; Definir as funções dos equipamentos utilizadas na transmissão em banda larga utilizando a rede PLC, assim como seu funcionamento; Esclarecer sobre os serviços suportados pela rede PLC; Mostrar os projetos utilizando a rede PLC no Brasil e no Exterior; Analisar a topologia da rede para distribuição de banda larga. Metodologia Os métodos de pesquisa utilizados para a elaboração este trabalho foram fontes primária e secundária, tais como: pesquisa bibliográfica, publicações e acompanhamento de desenvolvimento de projeto. As pesquisas bibliográficas foram conduzidas através de materiais publicados sobre o assunto, em revistas (exemplo, INFO EXAME), jornais (exemplo, DIÁRIO OFICIAL), artigos científicos (exemplo: SENAI) viabilizando a tecnologia, livros, apostilas, teses e monografias. Foram analisados todos os materiais e elaboraram-se informações que serviram de referencial teórico para o desenvolvimento deste trabalho. Acompanhou-se através de reportagens e sites o desenvolvimento de projetos PLC no Brasil, tais como Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), Iguaçu Distribuidora de Energia Elétrica e ELETROPAULO. Para SILVA (apud LESENDE, 2003, p. 60): A bibliografia constitui um ramo auxiliar da ciência, pois permite encontrar as fontes, os livros e os materiais científicos pertinentes para a concretização do trabalho científico. A pesquisa, de modo geral, pode ser definida como um procedimento lógico e ordenado que tenha como objetivo propiciar soluções aos problemas que são propostos. Alguns autores a definem como: Tutoriais (...) Procedimento reflexivo, sistemático, controlado e crítico, que permite descobrir novos fatos ou dados, relações ou leis, em qualquer campo do conhecimento (...) (MARCONI e LAKATOS, 1999:17). (...) Procedimento racional e sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos. (...) (...) É um procedimento formal, com método de pensamento reflexivo, que requer um tratamento científico e se constitui no caminho para se conhecer a realidade ou descobrir verdades parciais (...) (MARCONI e LAKATOS, 1999:17). Este tutorial parte I apresenta a tecnologia PLC, seus conceitos e características, com uma breve introdução 4
sobre o seu histórico, e apresenta a situação atual da tecnologia e alguns dos projetos, no Brasil e no exterior, que tiveram sua implantação realizada para testes reais das redes PLC e suas aplicações. O tutorial parte II apresentará os equipamentos utilizados nas redes de energia elétrica para compor a rede PLC, a sua topologia e as aplicações existentes, tanto para serviços de telecomunicações, como para serviços destinados às empresas de utilidades (Utilities). 5
Redes PLC I: Conceitos e Características Histórico Em 1991 o Dr. Paul Brown da Norweb Communications (Norweb é a empresa de Energia Elétrica da cidade de Manchester, Inglaterra) iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade utilizando linhas de energia. Entre 1995 e 1997, ficou demonstrado que era possível resolver os problemas de ruído e amenizar (mas não eliminar totalmente) as interferências e que a transmissão de dados de alta velocidade poderia ser viável (WIKIPEDIA, 2009). Em outubro de 1997 a Nortel e Norweb anunciaram que os problemas associados ao ruído e interferência das linhas de energia estavam solucionados em apenas algumas faixas de freqüência. 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 idéia para negócios de telecomunicações que a Nortel/Norweb chamaram de Digital Powerline. Em março de 1998 a Nortel e a Norweb criaram uma nova empresa intitulada de NOR.WEB DPL com o propósito de desenvolver e comercializar Digital PowerLine (DPL). Todas as empresas elétricas do mundo estavam pensando em se tornarem provedores de serviços de telecomunicações, utilizando seus ativos de distribuição. Porém 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 (TIBALDI, 2007). O acompanhamento dos desenvolvimentos e progressos da tecnologia Powerline era feito na época, no Brasil, pelo Subcomitê de Comunicações do GCOI, e a APTEL, que foi criada em abril de 1999, realizou o seu primeiro Seminário em setembro de 1999, com o tema: Tecnologia Powerline Communications (PLC). Vale lembrar que na Europa em 1997 foi criado o PLC Fórum e, em 1998, a UTC lançou nos USA o Power Line Telecommunications Forum (PLTF). Atualmente, têm-se diversos produtos comerciais com tecnologia Powerline Communications e o próprio FCC (Federal Communications Commission) fez declarações sobre a viabilidade desta tecnologia (WIKIPEDIA, 2009). Conceito A tecnologia PLC existe há tempos, mas sua utilização para aplicações em Banda Larga é um desenvolvimento recente, com perspectivas e importância diferenciadas, mesmo no quadro industrial e regulatório Norte Americano onde se criou uma nova denominação: BPL (Broadband over Power Line). A tecnologia PLC transforma a grade de potência em uma rede de comunicação pela superposição de um sinal de informação de baixa energia ao sinal de corrente alternada de alta potência (FACCIONE, 2008). Com o propósito de assegurar a coexistência correta e a separação entre os 2 sistemas, a faixa de freqüência utilizada para comunicação é bastante distante daquela utilizada para a corrente alternada (50 ou 60 Hz), sendo 1,7 a 50 MHz para aplicações banda larga. 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 6
Internet não será interrompido. Nos últimos 6 anos, centros de pesquisa e fornecedores têm desenvolvido, em conjunto com as prestadoras de serviços de geração, transmissão e distribuição de eletricidade, sistemas de comunicação de Banda Larga sob a rede de distribuição elétrica, incrementando o valor de serviços que a rede e a infra-estrutura instalada podem prestar. Estes desenvolvimentos incluem tecnologias de acesso, e a rede de distribuição interna das residências e escritórios de usuários. Os fornecedores da tecnologia PLC estão atingindo capacidades de largura de banda de 200 Mbit/s (capacidade partilhada nos fluxos de dados brutos downstream e upstream), velocidade que compete com outras tecnologias de acesso. A partir deste fato, a escolha da melhor tecnologia para fornecer acesso ou atingir uma determinada população, deve considerar PLC como mais uma alternativa tecnológica, ao lado ou em combinação com outras tecnologias e passa a ser uma questão de análise de custos e de serviços a serem ofertados. Características da Tecnologia PLC A tecnologia PLC pode utilizar à rede de Baixa Tensão (BT) e/ou a rede de Média Tensão (MT) como suporte. A utilização da alta tensão (AT) é objeto de estudos adicionais com possíveis resultados futuros em escala comercial. A tecnologia PLC é adequada tanto às redes de baixa tensão aérea quanto às redes de distribuição subterrânea (WIKIPEDIA, 2009). Entre os principais pontos fortes da tecnologia PLC, os seguintes merecem destaque: Utiliza-se da infra-estrutura existente com um potencial de cobertura superior ao das tecnologias competidoras, permitindo estar presente em todas as partes sem precedentes (indoor e outdoor); Permite uma implantação rápida, modular e seletiva; A instalação interna (em residências e escritórios) é rápida e simples; Investimentos e custos operacionais na rede PLC estão ficando a cada ano mais competitivo com relação à ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) e menor do que o serviço de distribuição via cabo; O desenvolvimento da tecnologia tira proveito, se apóia e é convergente com os desenvolvimentos mais recentes do quadro de serviços NGN e protocolos IP, por exemplo, parâmetros de QOS (Quality Of Service), IPv6 (Internet Protocol versão 6), etc.. A tecnologia PLC oferece um largo espectro de aplicações, desde acesso à Internet em Banda Larga, telefonia, tele-controle, serviços de controle de eletrodomésticos, serviços audiovisuais, segurança predial. Devido as capacidade da tecnologia no transporte e capilaridade já instalada de rede, também estão surgindo propostas de evolução de serviços atuais utilizando exatamente estes diferenciais (WIKIPEDIA, 2009). Existem dois tipos de rede PLC: A primeira é a interior (indoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede elétrica interna de um apartamento ou de um prédio; A segunda é o exterior (outdoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede pública exterior de 7
energia elétrica. A PLC trabalha na camada 2 do modelo ISO/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. A tecnologia também possibilita a conexão de aparelhos de som e vários outros eletroeletrônicos em rede. A Internet sob PLC possui velocidade não assíncrona, ou seja, você tem o mesmo desempenho no recebimento ou envio de dados. Vantagens na Transmissão em PLC A tecnologia PLC apresenta uma grande vantagem com relação a outras tecnologias para transmissão de dados: a existência e utilização de infra-estrutura básica para a comunicação. Já do ponto de vista social, a tecnologia pode representar a democratização dos meios de transmissão de informação (FRANÇA, 2009). Outra grande vantagem do uso da PLC é que, por utilizar a rede de energia elétrica, qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de rede, ou seja, só é preciso plugar 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 a até 200 Mbit/s, conforme tabela 1, em faixas freqüência de 1,7MHz a 50 MHz. A tecnologia PLC tem se beneficiado de notável sinergia com o desenvolvimento das tecnologias de redes IP de um modo geral, sendo considerada uma alternativa competitiva no provimento de acesso Banda-Larga. Tabela 1: Comparativo das tecnologias de acesso a rede junto a PLC Conexão Pró Contra Velocidade máxima HSPA (3G) Mobilidade É cara e a cobertura é restrita. 14,4 Mbit/s ADSL 2+ Ampla cobertura Velocidade baixa 24 Mbit/s DOCSIS 3.0 (Cabo) Boa velocidade Velocidade baixa 160 Mbit/s FTTH (Fibra Óptica) Rápida e estável Lenta em horário de pico 100 Mbit/s Rádio Vai a regiões afastadas Sujeito a falhas 30 Mbit/s PLC (Rede Elétrica) Ampla cobertura Pode sofrer interferências e ficar lenta 200 Mbit/s Satélite Vai a regiões isoladas Atraso na transmissão 10 Mbit/s WiMAX Mobilidade Ainda não chegou ao mercado 100 Mbit/s Fonte: (ABRANTES, 2009) A tecnologia PLC permite aos países que a implantarem, aumentar a competitividade no fornecimento da Rede de Acesso (especialmente a última milha) e acelerar a difusão dos principais objetivos da inclusão digital. A tecnologia PLC envolveu na Europa, cerca de 60 experimentos em 26 países e 12 implantações comerciais em diferentes regiões. Os resultados destes experimentos foram comprovam e validam tecnologicamente a PLC. 8
Algumas vantagens adicionais são apresentadas a seguir. Crescente redução de preços dos equipamentos PLC Na Europa, uma análise comparativa da economicidade da tecnologia PLC e de 3 outras tecnologias de acesso banda larga (ADSL, HFC e FWA) indicam que o PLC apresenta economicidade competitiva e com uma forte tendência a melhorar com a queda dos custos dos equipamentos decorrente do desenvolvimento de mercado. A utilização de suporte de tensões médias na área metropolitana torna esta relação bastante atraente. Benefícios da convergência com IP A tecnologia PLC se insere num contexto existente e atual de prestação de serviços, tira proveito das tendências atuais de convergência para redes IP e busca amplificar a sinergia deste contexto. Benefícios de longo prazo para os negócios das prestadoras de utilidade A importância e o peso das prestadoras de utilidades que estão protagonizando as iniciativas PLC proporcionam uma perspectiva de longo prazo aos negócios e certamente são responsáveis pela confiança que os usuários potenciais depositarão nesta tecnologia. Desvantagens na Transmissão em PLC As principais dúvidas em relação à PLC referem-se à interferência que os aparelhos elétricos exercem sobre ela. Uma das grandes desvantagens é que qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de interferência, ou seja, todos os outros equipamentos que utilizam radiofreqüência, como receptores de rádio, telefones sem fio, alguns tipos de interfone e, dependendo da situação, lâmpadas fluorescentes, furadeiras, batedeiras e até mesmo os televisores e outros equipamentos que consome muita energia estão entre os vilões. Mas, de acordo com Orlando César Oliveira, coordenador do empreendimento PLC da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), a instalação de filtros nos disjuntores e tomadas da residência reduz o problema. Pelas regras da Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel), antes de iniciar uma operação comercial, as empresas devem fazer uma varredura da área para verificar se há conflito com sistemas de comunicações (FRANÇA, 2009). Segundo Marcos de Souza Oliveira, gerente de espectro da Anatel, As empresas precisam demonstrar que a PLC não está causando interferência. Para impedir que a PLC prejudique o sinal dos equipamentos, a prestadora de serviço deve instalar filtros do tipo notch, que impedem a transmissão de dados nas freqüências já ocupadas por outros sistemas. A tecnologia usa a faixa de freqüências de 1,7 MHz a 50 MHz, com espalhamento de harmônicos até freqüências mais altas. Outra desvantagem é o fato de ser half-duplex sem esquecer que é um sistema de banda partilhada. Estas duas características fazem com que o débito seja reduzido em comparação com outras tecnologias. Em alguns países, existem movimentos e ações judiciais contra a sua instalação 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 fator negativo das redes elétricas é sua oscilação: características como impedância, atenuação e freqüência podem variar drasticamente de um momento para o outro, à medida que luzes ou aparelhos conectados à rede são ligados ou desligados. Além disso, se a intenção for 9
transmitir informações 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 freqüência. 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 freqüência. Novas técnicas são capazes de recuperar sinais fortemente atenuados. 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. Porém um dos grandes empecilhos 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, pois é o que torna esta tecnologia bastante interessante. Até recentemente, a maioria dos esforços públicos e privados esteve concentrada na montagem de uma grande infra-estrutura 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 conectar individualmente cada usuário doméstico ou empresa ao backbone principal, um trecho normalmente chamado de last mile (a última milha) pelos profissionais da área, isso até hoje tem sido feito utilizando infra-estruturas já existentes, como redes telefônicas ou de TV a cabo. Entretanto, esses meios se concentram em zonas urbanas o que exclui residências de regiões afastadas ou de difícil acesso, além de serem relativamente caros. Regulamentação Os principais passos burocráticos para que a internet por rede elétrica seja realidade já foram superados. Depois de pelos menos 5 anos de testes e discussões, a Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel), definiu, em abril, as regras para a operação do serviço. No final de agosto foi a vez da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) regulamentar o serviço. Em 13/04/2009, a Anatel publicou a Resolução 527, que aprova o Regulamento sobre Condições de Uso de Radiofreqüências por Sistemas de Banda Larga por meio de Redes de Energia Elétrica (PLC). O documento estabelece os critérios e parâmetros técnicos que permitem a utilização dessa tecnologia de forma harmônica com as aplicações de radiocomunicação que usam radiofreqüência na faixa entre 1,705 khz e 50 MHz. Em 18/08/2009, a ANEEL publicou portaria que regulamenta o uso da tecnologia PLC. A Resolução Normativa nº 375/2009 estabelece as condições de compartilhamento da infra-estruturar das distribuidoras. 10
Redes PLC I: Situação Atual e Projetos PLC no Mundo de Hoje A utilização da rede de distribuição de energia elétrica para comunicação de sinais, PLC, vem despertando a atenção dos investidores de todo o mundo e está se desenvolvendo rapidamente. A ASCOM Powerline Communications (APC) 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 Mbit/s hoje, com possibilidades de até 40 Mbit/s 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, no caso Brasil atuando com a Cemig Companhia Elétrica de Minas Gerais. Atualmente opera na Europa, na Ásia e na América Latina (até agora só no Chile), e o seu sistema está funcionando em 16 países. Para implementar estas soluções precisa-se da colaboração entre uma distribuidora de energia elétrica, uma companhia telefônica e um provedor de serviços Internet. A ASCOM está contemplando o estabelecimento de uma fábrica de modens e outros equipamentos especializados no Brasil para servir o mercado brasileiro, do MERCOSUL e da América Latina (VAGAS, 2004). A 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 breve, deve chegar também ao Brasil, por intermédio da distribuidora PI Componentes novo nome da União Digital o Power Packet, circuito integrado dotado de um chip para ser integrado a aparelhos como telefones, decodificadores de TV a cabo, televisores, câmeras de vídeo e outros eletrodomésticos. Funciona como um modem e sua função é captar sinais de dados, voz e imagem recebidos por quaisquer meio como cabos de cobre elétricos ou de telefonia, fibras ópticas ou cabos coaxiais de TV. Produzido pela norte-americana Intellon Corporation, o Power Packet tem como público-alvo os fabricantes de modens, de sistemas de automação residencial e comercial e as distribuidoras de energia elétrica. O primeiro alvo dos desenvolvedores de PLC, na verdade, será o público residencial. Mas o mercado corporativo, representado pelos provedores de acesso, de data centers, Web sites, é o que apresenta o maior potencial de rentabilidade. Apesar desses revezes, a PLC também possui outras características interessantes, além do aproveitamento de uma infra-estrutura já existente. A principal delas é ter a Internet sempre à disposição, 24 horas por dia. A atual velocidade máxima de 4,5 Mbit/s é bem maior que a de uma conexão ISDN (128 kbit/s) ou ADSL (faixa dos megabits por segundo). No início de 2000, a empresa Sunbeam por meio de sua subsidiária Thalia Products anunciou uma linha de eletrodomésticos inteligentes que trocavam informações 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 à cafeteira para começar a preparar o café um pouco antes do pessoal da casa sair da cama. Num futuro próximo, até será possível colocar um filme em DVD no PC da casa e transmitir o som e a imagem para uma TV compatível 11
pela fiação interna. Projetos com PLC no Brasil O grande objetivo das empresas envolvidas nos projetos é identificar os serviços agregados para viabilizar a proposta comercialmente. Quanto mais serviços forem oferecidos via rede elétrica, maior será o retorno. Por isso, estão sendo estudados processos que vão permitir a leitura remota e em tempo real dos relógios de luz e das curvas de cargas das residências, além de disponibilizar serviços de TV a cabo e televigilância. A distribuidora de energia COPEL Telecomunicações, vem testando o sistema PLC no Paraná. A empresa gastou R$ 1 milhão para levar o sistema elétrico de banda larga a 50 domicílios e estabelecimentos comerciais de Curitiba. Os experimentos demonstraram que a tecnologia funciona, mas o custo de sua infraestrutura é alto, corresponde a quase 50% da instalação de uma rede de linhas telefônicas digitais (ADSL). Outro problema identificado é à distância. O recurso funciona em aparelhos instalados em circuitos curtos, onde a distância entre a fonte do sinal 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 Mbit/s. 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, 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. 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. Alguns dos projetos implementados no Brasil são apresentados a seguir. Projeto PLC IGUAÇU A Iguaçu Distribuidora de Energia Elétrica Ltda., localizada no estado de Santa Catarina, iniciou em 2002 um projeto para testar a capacidade e o comportamento da tecnologia PLC para transmissão de dados, voz e imagem na sua rede de distribuição de energia elétrica [VAGAS, 2004]. O projeto teve como objetivo inicial integrar serviços de acesso à internet e telefonia ao sistema de distribuição de energia elétrica. Sua arquitetura propõe o uso do chamado Centro de Gerência, que além de administrar os clientes PLC e o Backbone (rede de acesso e Interligação), visa oferecer diversos outros serviços como vídeo e música sob demanda (streaming de vídeo e áudio), TV por assinatura, sistemas de segurança, de telemetria e etc. A figura 1 mostra as interconexões planejadas no projeto. 12
Figura 1: Interconexões no projeto PLC da Iguaçu Energia Fonte: VARGAS, 2004. Os consumidores finais (residências e estabelecimentos comerciais) são agrupados em unidades transformadoras, denominadas Células PLC, onde é instalado um equipamento do tipo Master chamado Head End Router ou Roteador Injetor de Sinais. Este roteador é responsável por controlar as prioridades e acessos dos usuários daquela célula, sendo também o gerador e injetor dos sinais PLC na célula, capaz de modular sinais de imagem e voz recebidos do Backbone". Está prevista a necessidade de um repetidor de sinal, denominado Home Gateway, para locais distantes do Head End Router e também para aumento do número de usuários de uma Célula PLC. A figura 2 ilustra as conexões dos equipamentos nas residências. Figura 2: Conexões de equipamentos do projeto PLC nas residências Fonte: VARGAS, 2004. O equipamento Modem PLC mostrado na figura 2 é conectado a uma tomada comum de energia elétrica que além da função de alimentá-lo, também capta os sinais modulados pelo Head End Router, ou pelo Home Gateway, injetados na rede elétrica e os converte em sinais de rede de dados (padrão Ethernet - Protocolo 13
TCP-IP). A empresa não divulgou até o momento informações e/ou resultados do projeto. Projeto PLC CEMIG O projeto PLC CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais) foi um projeto piloto, implementado desde novembro de 2001 e tendo seus resultados publicados em janeiro de 2003 [VAGAS, 2004]. O projeto previa o acesso à Internet em banda larga através da rede secundária de distribuição elétrica sem a necessidade de utilizar a rede de telefonia, da seguinte forma: 1. Uma empresa operadora de telecomunicações, fornecedora de acesso à Internet em banda larga, disponibilizava um ponto de terminação na rua onde era conectado um equipamento denominado Master PLC (figura 3). 2. O Master PLC injetava o sinal nas fases e no neutro do circuito secundário, ficando este sinal disponível a todos os consumidores (em média 50) que estivessem ligados no circuito elétrico deste transformador. Em alguns casos foi necessário instalar um repetidor no medidor de energia para reforçar o sinal. 3. Finalmente, o sinal era captado em uma tomada elétrica por um modem PLC e disponibilizado em uma porta padrão Ethernet ou USB (Universal Serial Bus) para ligar na placa de rede do computador na casa do usuário. Figura 3: Configuração típica do projeto da CEMIG Fonte: VARGAS, 2004. Neste projeto, o sistema PLC foi concebido para trafegar nos circuitos secundários de distribuição, cobrindo trechos de 600m em média, a partir do transformador. Portanto, um sistema de acesso para vencer a última milha. O acesso à Internet em banda larga foi implementado com o uso da tecnologia cable modem (figura 4), sendo a velocidade máxima compartilhada por todos os consumidores ligados no mesmo transformador. 14
Figura 4: Ligação de um cable modem a um Master PLC Fonte: VARGAS, 2004 Qualquer outra estrutura de telecomunicações poderia ter sido usada: fibra óptica, rádio e etc., desde que possuíssem em suas terminações as interfaces padronizadas compatíveis com o hardware PLC. Podemos verificar na tabela 2 as características deste projeto, assim como obter uma melhor avaliação do funcionamento das redes PLC. Tabela 2: Características do projeto Característica Descrição Equipamentos ASCOM Banda larga Bairros monitorados Vila Paris e Belvedere Serviços implementados Internet banda larga Locais Apartamentos, casas e escola pública Pontos ativados 40 pontos Tempo de implementação 30 dias Taxa nominal 2 Mbit/s Tempo de funcionamento 360 dias Início de suporte ao usuário 16/12/2001 Início de avaliação via web CEMIG Dez/2001 Formulários de avaliação enviados 420 Fonte: VARGAS, 2004 A CEMIG iniciou os testes do acesso à internet em banda larga via rede elétrica, em Belo Horizonte. Foram investidos R$ 200 mil para instalação dos equipamentos em 40 pontos da capital mineira. O projeto está sendo feito em conjunto com a Infovias (joint-venture formada pela estatal e a AES, para transmissão de dados, voz e imagem) e a suíça Ascom, idealizadora dos equipamentos. Segundo informações da assessoria de comunicação da Cemig, o canal de acesso usado no projeto piloto tem uma velocidade de 2 Mbit/s, o que corresponde a uma velocidade quase 50 vezes maior que o acesso via rede telefônica. Como resultado final do projeto ficou claro a influência da carga da rede no desempenho do sistema: quanto maior a carga, maior a degradação nos acessos dos usuários. Essa situação está diretamente relacionada ao perfil do usuário, sendo necessário o desenvolvimento de técnicas de correção dinâmica para compensar as variações da carga na rede. Os resultados foram publicados em janeiro de 2003 e desde então não se tem informações da situação ou se haverá outro projeto em continuação. 15
Projetos com PLC no Exterior Alguns dos projetos PLC implementados no exterior são apresentados a seguir. REMPLI (Real-time Energy Management via Powerlines and Internet) O REMPLI é um projeto de pesquisa financiado pela Comunidade Européia e que congrega empresas e universidades de países como França, Áustria, Portugal e Alemanha. O projeto teve duração de 3 anos, tendo iniciado suas atividades em março de 2003. O objetivo principal do projeto foi desenvolver uma infraestrutura para aquisição de dados distribuídos e controle remoto de operações, usando a rede elétrica como meio físico, e visando a economia de energia em redes de distribuição em larga escala: residências dentro de uma cidade, ambientes de produção, etc. [VAGAS, 2004]. A primeira aplicação do projeto seria a telemetria, com uma alta resolução de tempo (tempo real), onde os objetos de medida seriam as diferentes fontes de energia: energia elétrica, gás, água, entre outros. Os usuários do sistema (companhias distribuidoras de energia) teriam como benefício uma informação mais detalhada sobre como a energia é consumida pelos usuários finais, proporcionando um controle maior na distribuição e até a detecção de falta de energia. A base do sistema é a comunicação pela rede elétrica, como pode ser visto na figura 5. Figura 5: Infra-estrutura de comunicação do projeto REMPLI Fonte: VARGAS, 2004. A arquitetura proposta usa o sistema de comunicação pela rede elétrica de forma cascateada. Na maioria dos casos, a comunicação entre média tensão e baixa tensão é do tipo mestre/escravo. A bridge BT-MT que faz a conexão entre o escravo de alta tensão e o mestre de baixa tensão é instalada na segunda estação transformadora. A transição entre PLC e TCP/IP é realizada pelo Ponto de Acesso REMPLI, instalado na primeira estação transformadora. Além disso, o Ponto de Acesso também é responsável por outras aplicações específicas, como concentração de informação, histórico, detecção de falhas e procedimentos de 16
manutenção. O servidor SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) obtém as informações do Ponto de Acesso REMPLI através de linhas de comunicação TCP/IP privadas (Rede Privada da figura 5). Este servidor também aceita requisições de controle de funções dos clientes SCADA, que são os terminais com os quais trabalham os operadores das companhias distribuidoras. A outra parte da infra-estrutura de comunicação do projeto é composta basicamente de Nós REMPLI, cada um conectado a um escravo de baixa tensão. O Nó REMPLI é instalado na casa do consumidor e pode ser equipado com relés que permitem ligar e desligar o abastecimento de gás, água, energia elétrica, de acordo com os comandos da companhia de distribuição respectiva. A infra-estrutura baseada em PLC e a arquitetura dos pontos de acesso garantem ao projeto REMPLI ser uma plataforma de comunicação aberta, possibilitando a integração de vários serviços: telemetria, gerenciamento de energia e até alarmes de segurança. 17
Redes PLC I: Considerações finais Este tutorial parte I procurou apresentar a tecnologia PLC, seus conceitos e características, com uma breve introdução sobre o seu histórico, e apresentou a situação atual da tecnologia e alguns dos projetos, no Brasil e no exterior, que tiveram sua implantação realizada para testes reais das redes PLC e suas aplicações. O tutorial parte II apresentará os equipamentos utilizados nas redes de energia elétrica para compor a rede PLC, a sua topologia e as aplicações existentes, tanto para serviços de telecomunicações, como para serviços destinados às empresas de utilidades (Utilities). Referências TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 2º ed. Rio de Janeiro, Campus, 1997. LITTLE, Arthur D. White Paper On Power Line Communications (PLC). São Paulo, 2004. LIMA, Milton Xavier. Tutoriais: Redes PLC. Disponível em: http://www.projetoderedes.com.br/tutoriais/tutorial_redes_plc_01.php Acesso em: 20/09/2009 WIKIPEDIA, sobre PLC s. PLC. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/power_line_communication Acesso em: 20/09/2009. FRANÇA, André Morelato. LIMA, Carlos Alberto Fróes. NAVAS, Jose Ricardo. SILVEIRA, Loreno Menezes. A Tecnologia PLC: Oportunidade para os setores de Telecomunicações e Energia Elétrica. Disponível em: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialkbns/default.asp Acesso em: 10/09/09. VAGAS, Alessandra Antunes. Estudo sobre Comunicação de Dados via Rede Elétrica para Aplicações de Automação Residencial/Predial. Porto Alegre: UFRGS, 2004. 65 p. Projeto de monografia, Universidade federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004. TIBALDI, Carla M. PLC: Power Line Communications. Artigo apresentado como atividade complementar, 7 p. Centro Federal de Educação Tecnológica de Mato Grosso, Cuiabá, Mato grosso do Sul, 2007. FACCIONE, André Humberto. Artigo: Analise sobre a tecnologia PLC. Santa Catarina: SENAI, 2008. 21 p. Artigo Santa Catarina-PR. SANTOS, Túlio Ligneul. Projeto Final PLC: Power Line Comunicattion. Rio de Janeiro: UFRJ, 2008. Disponível em: http://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2008_2/tulio/equipamentos.htm Acesso em: 12/09/09. SANDENBERG, Ronaldo Mota. Regulamentação PLC ANATEL. Disponível em: 18
http://www.in.gov.br/imprensa/visualiza/index.jsp?data=13/04/2009&jornal=1&pagina=49& totalarquivos=64 Acesso em: 14/10/2009. MOREIRA, Nelson Jose. Regulamentação PLC ANNEL. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2009375.pdf Acesso em: 14/10/2009. ABRANTES, Talita. Inovação Banda Larga. Revista INFO, p. 75-76, 9º ed. Outubro 2009. LAGES, Walter Fetter. Comunicação de Dados Através da Rede Elétrica. Porto Alegre 2006. Projetos de Pesquisa. DELET-UFRGS. Disponível em <http://www.ece.ufrgs.br/~fetter/plt>. Acesso em: 10/09/2009. 19
Redes PLC I: Teste seu entendimento 1. Quais partes da Rede Elétrica podem ser usadas como suporte para a tecnologia PLC? A rede de Baixa Tensão (BT) e/ou a rede de Média Tensão (MT). A rede de Média Tensão (MT) e/ou a rede de Alta Tensão (AT). A rede de Baixa Tensão (BT) e/ou a rede de Alta Tensão (AT). Somente a rede de Alta Tensão (AT). 2. Quantos e quais são os tipos de redes PLC existentes? Existem 3 tipos: rede interior (indoor), que usa a rede elétrica interna de um apartamento ou casa, rede de acesso, que usa a rede interna de um prédio, e rede exterior (outdoor), que usa a rede pública exterior de energia elétrica. Existem um único tipo, que usa a rede pública exterior de energia elétrica. Não se classificam os tipos de redes PLC. Existem 2 tipos: rede interior (indoor), que usa a rede elétrica interna de um apartamento ou prédio, e rede exterior (outdoor), que usa a rede pública exterior de energia elétrica. 3. Qual das alternativas abaixo representa uma desvantagem da tecnologia PLC? A existência e utilização da infra-estrutura básica da rede de energia elétrica para a comunicação. Devido ao uso da rede de energia elétrica, qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de interferência. Devido ao uso da rede de energia elétrica, qualquer "ponto de energia" pode se tornar um ponto de rede. Crescente redução de preços dos equipamentos PLC. 20