Comunicação de Dados através da Rede Elétrica
Equipe Executora
Prof. Eduardo Parente Ribeiro, Doutor DELT/UFPR (coordenador, email:edu@eletr.ufpr.br)
Prof. Wilson Artuzi, Doutor DELT/UFPR
Prof. Ewaldo Mehl, Doutor DELT/UFPR
Profª. Thelma Fernandes, Mestre DELT/UFPR
Prof. Ricardo Descardeci, Doutor DELT/UFPR
Eng. Luis Carlos do Nascimento LAC/COPEL
Eng. Salvatore Filippo Sciamarella LAC/COPEL
Introdução
Recentemente muita atenção vem sendo devotada a possibilidade
de comunicação de dados através a rede elétrica.
Mesmo no atual estagio de desenvolvimento das comunicações
digitais via fibra ótica ou cabo metálico esta idéia
é muito atrativa devido a grande abrangência e capilaridade
da estrutura já existente da rede elétrica. Além disso,
por mais que ocorram avanços nas comunicações óticas,
sempre vai existir a necessidade da conexão dos equipamentos com
a rede de alimentação, o que pode gerar uma simplificação
em várias aplicações que utilizem a próprio
cabo de energia para trafegar dados. Para a concessionária de energia
os benefícios são inúmeros. A telemedição
é um exemplo. A central pode efetuar a leitura do consumo da industria
e de residências sem a necessidade da visita do funcionário,
e sem a necessidade de usar a rede telefônica, ou uma instalação
de fios dedicada. Outro exemplo é o gerenciamento pelo lado da demanda
(GLD, ou DSM-Demand Side Management), onde a concessionária (ou
o cliente) pode controlar o horário de acionamento de dispositivos
elétricos de alto consumo visando não só economia
de energia elétrica mas a melhor distribuição da carga
ao longo do dia.
No âmbito da rede de distribuição, pode se imaginar
ainda serviços como acesso à Internet, já que a taxa
de transmissão que vem se cogitando é elevada. Tem se noticiado
que empresas inglesas e canadenses de energia elétrica e comunicação
de dados tem pesquisado o assunto e inclusive admitem já ter conseguido
uma taxa de transmissão de 500 kpbs a 1Mbps [1,2], o que representa
uma taxa bem superior a 56kpbs dos atuais modems analógicos, ou
mesmo 128kbps da aqui no Brasil ainda incipiente RDSI (Rede Digital de
Serviços Integrados, ISDN).
No ambiente interno a residência ja existem produtos no mercado
que trafegam dados em baixa velocidade (aprox. 60 bps) como a linha X-10
para sistemas de alarmes e controles de acionamento. Porém a robustez
de tal protocolo ainda é extremamente precária [3]. Por exemplo,
o acionamento não funciona se existe um reator para lâmpada
dicroica na mesma malha. Outros Fabricantes como Intellon [4] e Echelon
[5] já lançaram produtos que permitem a comunicação
de dados para a automatização de casas, escritórios
(smart offices) e industrias.
As aplicações são muitas. Alguns produtos com
melhor ou pior desempenho começam a surgir agora. Porem ainda há
muito o que se aprimorar, principalmente quando se pensa em lançar
produtos adaptados a realidade da rede de distribuição brasileira
que possui características diferente das redes inglesas ou americana
no que se refere ao tipo e intensidade de interferências.
Faz se necessário no momento um estudo aprofundado de técnicas
de modulação e correção de erros que melhor
se apliquem a nossa realidade. Não se trata necessariamente de desenvolver
uma tecnologia nova, mas adaptar as técnicas já existentes,
para que funcionem com bom desempenho em nossa rede elétrica.
Métodos Existentes
O produto que já esta a mais tempo no mercado, o X-10 transmite
um bit de informação a cada cruzamento da tensão por
zero, tentando dessa maneira minimizar a interferência de outras
fontes. Por isso a máxima taxa alcançada seria 60bps. Na
prática esse numero é menor, pois ainda acompanham bits de
sincronismo e controle.
Outras companhias tambem possuem produtos nesta área. A LonWorks
[6] consegue obter uma qualidade superior em seus produtos adotando um
protocolo de comunicação mais elaborado (LonTalk). A Echelon
comercializa o PLT-20 (Tecnologia LonWorks) que funciona com um tipo de
modulação de banda estreita. Outra companhia, a Intellon,
utiliza modulação tipo spread spectrum e o protocolo
CEBus para melhorar a qualidade da comunicação de dados digitais.
Esta previsto neste projeto um estudo detalhado destes produtos já
existentes.
No que tange a transmissão de dados num canal limitado, o ponto
de partida certamente são os modems (moduladores/demoduladores)
analógicos, particularmente o modems para linha telefônica
discada e modems para transmissão sem fio [7]. A banda de frequência
para o canal de voz costuma ser de 300Hz a 3400Hz. Atualmente a especificação
V.90 especifica um padrão para que a comunicação aconteça
a uma taxa de 56Kbps. Espera-se adaptar esses métodos de modulação
já conhecidos para a realidade das linhas de distribuição
e rede interna elétrica.
Objetivos
O objetivo principal deste projeto é o de pesquisar e desenvolver
técnicas para a comunicação de dados sobre a rede
elétrica. Imagina-se dois ambientes de aplicação:
Interno e externo. No ambiente interno, em residências, escritórios,
industrias esse tipo de comunicação de dados trará
como vantagem imediata a redução do numero de cabos de interconexão.
No ambiente externo, a concessionária de energia poderá oferecer
novos serviços como controle de equipamentos, telemedição,
trafego de dados, acesso a Internet. Tambem é meta desenvolver filtros
para isolar o trafego e possivelmente fazer a ponte entre sub-redes, como
por exemplo a rede interna.
A pesquisa pode ser dividida basicamente em duas áreas de atuação:
A pesquisa dos métodos de comunicação (modulação,
protocolos...) e um estudo estatístico das características
espectrais das linhas de distribuição nacionais.
Metodologia
O primeiro passo previsto é um profundo levantamento bibliográfico
de artigos e publicações nesta área, que percebe-se
a partir de levantamentos recentes possui pouco material publicado. Um
estudo detalhado dos produtos existentes, pontos fortes e fracos, deve
ser conduzido. Tambem um estudo, já com a perspectiva da adaptação,
das técnicas de modulação comumente empregadas: faixa
estreita (Quadrature Amplitude Modulation), spread spectrum;
técnicas de acesso: Divisão por tempo (TDMA), divisão
por frequência (FDMA), divisão por código (CDMA); protocolos
de correção de erro (Cyclic Redundancy Code, código
convolucional, treliça, Reed Solomon); protocolos de transporte
e roteamento (TCP/IP).
As duas facetas do problema serão atacados: os pontos de vista
teórico e prático. A geração de modelos para
caracterizar a rede elétrica (interna e externa) deve ser realizada.
E a validação deste modelo com medidas reais deve ser verificada.
Finalmente numa etapa seguinte, a medida de desempenho dos equipamentos
desenvolvidos deve ser simulada e medida em condições de
bancada.
Está previsto ao final e possivelmente ao longo da pesquisa,
publicação dos resultados, para alimentar esta área
comunicação de dados sobre a rede elétrica carente
de referências.
Cronograma
O projeto se inicia com uma pesquisa bibliográfica para completar
o acervo já coletado. Em seguida um estudo detalhado e comparativo
dos produtos já existentes e das técnicas alternativas para
modulação e correção de erro.
A etapa seguinte consiste em se propor uma técnica nova, mais
eficiente para se atingir taxa de transmissão mais elevada com maior
confiabilidade.
Posteriormente deve se simular esta técnica e compara-la com
as técnicas existentes.
Está previsto iniciar uma colaboração com a concessionária
de energia do Paraná para se fazer um estudo da qualidade espectral
da rede elétrica e num segundo momento a realização
de testes com a modulação de dados.
Finalmente, prevê-se que seja possível a construção
de um protótipo para a realização de testes em bancada.
Fontes de Financiamento
Espera-se obter apoio financeiro junto ao CNPq. O projeto tambem será
apresentado inicialmente a COPEL e possivelmente a outras empresas que
possam se interessar em financia-lo.
Referencias