Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN Các định dạng tương tự và số là phương tiện được sử dụng để chuyển thông tin qua đường truyền bất kỳ. Tầng vật lý chịu trách nhiệm chuyển dòng bit từ nút mạng này đến nút mạng khác. Đối với việc truyền dữ liệu thực tế, nhiều đường truyền vật lý khác nhau có thể được sử dụng (bao gồm cáp xoắn đôi, cáp đồng trục băng hẹp, cáp đồng trục băng rộng, cáp quang, đường dây điện, không dây hoặc radio, vi ba, vệ tinh…). Phạm vi luận văn này chỉ tập trung vào công nghệ truyền thông qua đường dây điện.
Tổng quan về truyền dữ liệu 1. Mô hình truyền thông Sơ đồ chung của một mô hình truyền thông đơn giản được minh họa trong Hình 1. Hệ thống nguồn Hệ thống đích Hệ Thiết bị Thiết bị Nguồn thống Đích truyền nhận truyền Hình 1.1Sơ đồ khối chung của mô hình truyền thông đơn giản [10] Mục đích cơ bản của một hệ thống truyền thông là trao đổi dữ liệu giữa hai bên.2 trình bày một ví dụ cụ thể, đó là việc truyền thông giữa một máy trạm và một máy chủ qua mạng điện thoại công cộng. Máy trạm Modem Modem Máy chủ Mạng điện thoại công cộng Hình 1.2Ví dụ mô hình truyền thông đơn giản [10] z 5 Các thành phần chính của mô hình: Nguồn (Source): Thiết bị này sinh ra dữ liệu để truyền đi.
Trong ví dụ ở Hình 1.2, nguồn là một máy tính cá nhân (PC hay Workstation). Thiết bị truyền (Transmitter): Nói chung, dữ liệu do các hệ thống nguồn sinh ra không được truyền đi trực tiếp dưới dạng mà chúng được sinh ra. Nói đúng hơn là thiết bị truyền chuyển đổi và mã hóa (encode) thông tin bằng một cách nào đó để tạo ra các tín hiệu điện từ, có thể được truyền qua một hệ thống truyền dẫn nào đó. Trong ví dụ ở Hình 1.2, thiết bị truyền là MODEM.MODEM nhận dòng bit số từ Workstation và chuyển đổi dòng bit đó thành một tín hiệu tương tự mà mạng điện thoại có thể vận chuyển được.
Hệ thống truyền (Transmission System): Đây có thể chỉ là một đường truyền đơn hoặc cũng có thể là một mạng phức tạp nối nguồn và đích. Hệ thống truyền trong ví dụ ở Hình 1.2 là mạng điện thoại công cộng. Thiết bị nhận (Receiver): Thiết bị nhận nhận tín hiệu từ hệ thống truyền và biến đổi nó sang dạng mà thiết bị đích có thể xử lý được. Trong ví dụ ở Hình 1.2, thiết bị nhận cũng là MODEM.MODEM sẽ nhận tín hiệu tương tự từ mạng hoặc đường truyền đi đến và chuyển đổi nó thành dòng bit số.
Đích (Destination): Nhận dữ liệu đến từ thiết bị nhận. Trong ví dụ ở Hình 1.2, đích là một máy chủ (Server). Mô hình truyền dữ liệu Hình 1.3sử dụng việc gửi thư điện tử làm ví dụ cho mô hình truyền dữ liệu đơn giản. Tín hiệu Tín hiệu Dòng bit số Dòng bit số tương tự tương tự Văn bản Văn bản Hệ Thiết bị Thiết bị Nguồn thống Đích truyền nhận truyền 1 2 3 4 5 6 Thông tin Dữ liệu Tín hiệu Tín hiệu Dữ liệu Thông tin vào vào truyền nhận ra ra m g(t) s(t) r(t) g’(t) m’ Hình 1.3Mô hình truyền dữ liệu đơn giản [10] z 6 Giả sử rằng thiết bị vào và thiết bị truyền là các thành phần của một máy tính cá nhân (PC).
Người sử dụng PC muốn gửi một bản tin m cho một người sử dụng khác. Người sử dụng sẽ kích hoạt gói phần mềm thư điện tử trên PC và nhập bản tin vào bằng bàn phím (thiết bị vào). Chuỗi ký tự sẽ được nhớ đệm một thời gian ngắn trong bộ nhớ chính; có thể coi nó như là một dãy các bit (g) trong bộ nhớ chính. Máy tính cá nhân được nối với một môi trường truyền thông nhất định, chẳng hạn như mạng cục bộ hoặc đường dây điện thoại, bằng một thiết bị vào/ra (transmitter), chẳng hạn là một bộ thu phát của card mạng hay MODEM.
Dữ liệu vào được chuyển cho thiết bị phát dưới dạng một chuỗi các chuyển mức điện áp [g(t)] biểu diễn cho các bit trên một số kênh hoặc cáp truyền thông. Thiết bị phát được nối trực tiếp với môi trường truyền và biến đổi dòng đi đến [g(t)] thành tín hiệu [s(t)] thích hợp cho việc truyền. Tín hiệu phát s(t) trong môi trường bị suy giảm một mức độ nhất định trước khi nó đi đến thiết bị nhận. Vì thế, tín hiệu nhận được r(t) có thể khác với s(t).
Thiết bị nhận sẽ cố gắng đánh giá tín hiệu ban đầu s(t), dựa trên r(t) và “hiểu biết” của nó về môi trường truyền và sinh ra chuỗi bit g’(t). Các bit này được gửi tới máy tính cá nhân ở đầu ra, tại đó nói chung chúng được chứa tạm trong bộ nhớ như một khối các bit (g’). Trong nhiều trường hợp, hệ thống đích sẽ cố gắng xác định xem lỗi có xảy ra hay không; nếu có xảy ra, nó sẽ cộng tác với hệ thống nguồn để cuối cùng nhận được khối dữ liệu đầy đủ và không có lỗi. Sau đó, số liệu này sẽ được biễu diễn cho người sử dụng thông qua thiết bị ra, chẳng hạn máy in hay màn hình.
Giới thiệu công nghệ truyền thông qua đường dây điện (PLC) 1. Tổng quan về công nghệ PLC Việc triển khai công nghệ truy cập là một thách thức lớn đối với cả các nước phát triển và đang phát triển. Đã có những sự đầu tư lớn cho việc cài đặt và duy trì các mạng truy cập như vậy và mạng dây điện là đề cử tốt nhất với lý do điện có trong các hộ gia đình, các khu vực kinh doanh và trong các khu công nghiệp quy mô lớn được nối từ lưới điện. “Truyền thông qua đường dây điện là một công nghệ sử dụng mạng điện trung và hạ thế để cung cấp các dịch vụ viễn thông.
PLC là tên chung cho công nghệ mạng truyền dữ liệu qua dây điện” [3]. Như vậy, có thể nói truyền thông qua đường dây điện là việc sử dụng các mạng lưới cung cấp điện năng cho mục đích truyền thông tin. Trong đó, mạng lưới phân phối điện được sử dụng như môi trường truyền dẫn để truyền tải các dịch vụ viễn thông khác nhau, nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng các mạng viễn thông mới. z 7 Các hệ thống cung cấp điện năng phân thành các cấp độ khác nhau tùytheo từng quốc gia, nhưng cơ bản bao gồm ba cấp độ (Hình 1.4): Lưới điện cao thế kết nối các nhà máy phát điện với các khu vực cung cấp lớn hoặc các khách hàng lớn.
Chúng thường có khoảng cách dài được triển khai với đường cáp mắc trên cao. Lưới điện trung thế cung cấp cho các khu dân cư rộng lớn, các thành phố, các khu công nghiệp lớn hoặc các khách hàng lớn. Chiều dài ngắn hơn so với lưới điện cao thế. Các lưới điện trung thế được triển khai với cả hai cách mắc trên cao và chôn ngầm dưới đất.
Lưới điện hạ thế cung cấp điện năng cho cho các khách hàng là các hộ gia đình, cơ quan, trường học… với khoảng cách truyền khoảng vài trăm mét. Ở khu vực thành thị, lưới điện hạ thế được triển khai chôn ngầm dưới đất, còn ở nông thôn chúng được mắc trên cao.4Cấu trúc các mạng lưới cung cấp điện năng [4] Hệ thống lưới điện hạ thế kết nối trực tiếp đến tất cả khách hàng (với số lượng rất lớn), do đó ứng dụng của công nghệ PLC trong lưới điện hạ thế có tiềm năng rất lớn. Theo cấu trúc các mạng lưới cung cấp điện năng, mạng PLC cũng được chia thành ba loại: PLC trong nhà, PLC hạ thế và PLC trung thế. PLC hạ thế và trung thế được gọi là mạng truy cập.
Nói chung, công nghệ PLC có thể được chia thành hai nhóm là công nghệ băng hẹp và công nghệ băng rộng. “Công nghệbăng hẹp cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 100kbps trong khi công nghệ băng rộng cho phép tốc độ dữ liệu vượt quá 2Mbps” [1]. z 8 Các mạng PLC băng hẹp hoạt động với dải tần số được xác định bởi tiêu chuẩn CENELEC. Các hệ thống PLC băng hẹp cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới vài nghìn bit/giây (bps).
Do đó, công nghệ PLC băng hẹp được ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến quản lý điện năng (bảo vệ khoảng cách, truyền dữ liệu đo đếm công tơ, quản lý công suất…) và tự động hóa trong gia dụng (điều khiển các thiết bị điện như đèn chiếu sáng, điều hoà, cửa … và giám sát an ninh như cảnh báo khói, đột nhập…). Các hệ thống PLC băng rộng cung cấp tốc độ dữ liệu (lớn hơn 2 Mbps) cao hơn so với các hệ thống PLC băng hẹp. Trong khi các mạng băng hẹp chỉ có thể thực hiện một số các kênh thoại và truyền dữ liệu với tốc độ bit rất thấp, các mạng PLC băng rộng cung cấp các dịch vụ viễn thông phức tạp hơn; với nhiều kết nối thoại, truyền dữ liệu tốc độ cao, truyền tín hiệu hình ảnh (video). Do đó, các hệ thống PLC băng rộng cũng được coi như một công nghệ viễn thông tiềm năng.Việc triển khai của các dịch vụ truyền thông băng rộng (BPL) qua mạng lưới đường dây điện lực cung cấp cơ hội lớn với các mạng viễn thông tiết kiệm chi phí mà không cần lắp đặt thêm các đường cáp mới.
Tuy nhiên, các mạng lưới điện năng không được thiết kế cho truyền tin và có một vài yếu tố giới hạn sự áp dụng của công nghệ PLC băng rộng. Do đó, khoảng cách có thể được bao phủ, cũng như tốc độ dữ liệu có thể được thực hiện bởi các hệ thống PLC bị giới hạn. Một khía cạnh nữa rất quan trọng đối với việc áp dụng của PLC băng rộng là sự tương thích điện từ của nó. Đối với sự thực hiện của PLC băng rộng, phổ tần tương đối rộng là cần thiết (lên tới 30 MHz) lớn hơn dải tần được cung cấp trong tiêu chuẩn CENELEC.
Mặt khác, một mạng PLC đóng vai trò như một ăng ten trở thành một nguồn nhiễu cho các hệ thống viễn thông khác hoạt động trong cùng dải tần số (ví dụ các dịch vụ vô tuyến). Do đó, các hệ thống BPL phải hoạt động với tín hiệu bị giới hạn về công suất, làm giảm hiệu suất của chúng (tốc độ dữ liệu, khoảng cách). Công nghệ PLC sớm phát triển sau khi các hệ thống phân phối điện được thiết lập rộng khắp; tập trung trên ba hệ thống phân phối là hệ thống trung thế (MV), hạ thế (LV) và điện áp trong nhà (IV).Các hệ thống MV điển hình bao gồm cáchệ thống truyền ba pha dài vài kilomet từ máy biến thế sơ cấp (điện áp cao: điện áp truyền 3.