i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THỊNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2015 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THỊNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Trúc Mai Hà Nội - 2015 i LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, cho phép đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới ngƣời giúp đỡ, ủng hộ suốt trình học tập, nghiên cứu Cho phép đƣợc gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo tận tình giảng dạy, giúp đỡ thời gian học tập Trƣờng Đại học Công nghệ nơi đào tạo, cung cấp điều kiện tốt cho học viên học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Trần Trúc Mai, ngƣời thầy hƣớng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn suốt trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn Cuối cùng, cho phép đƣợc gửi lời cảm ơn đến ngƣời thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp; ngƣời ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi; tạo điều kiện tốt cho hoàn thành công việc học tập nghiên cứu./ Hà Nội, tháng năm 2015 Phạm Văn Thịnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ Công nghệ Thông tin “Đánh giá chất lƣợng hệ thống truyền thông tin qua đƣờng dây điện theo chuẩn HomePlug AV” công trình nghiên cứu Những nội dung đƣợc trình bày luận văn kết nghiên cứu cá nhân kết tổng hợp từ nguồn tài liệu khác Các thông tin tổng hợp hay kết lấy từ nguồn tài liệu khác đƣợc trích dẫn cách đầy đủ hợp lý, đƣợc rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Kết nghiên cứu chƣa đƣợc công bố công trình nghiên cứu từ trƣớc đến nay./ Hà Nội, tháng năm 2015 Phạm Văn Thịnh iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu .2 Cấu trúc luận văn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN 1.1 Tổng quan truyền liệu 1.1.1 Mô hình truyền thông 1.1.2 Mô hình truyền liệu 1.2 Giới thiệu công nghệ truyền thông qua đƣờng dây điện (PLC) 1.2.1 Tổng quan công nghệ PLC 1.2.2 Ƣu điểm nhƣợc điểm công nghệ PLC 10 1.3 Nguyên lý hoạt động mạng PLC nhà Error! Bookmark not defined 1.3.1 Giới thiệu mạng PLC nhà Error! Bookmark not defined 1.3.2 Kiến trúc phân tầng Error! Bookmark not defined 1.4 Kết luận Error! Bookmark not defined Chƣơng TIÊU CHUẨN HOMEPLUG VÀ ỨNG DỤNG Error! Bookmark not defined 2.1 Các tiêu chuẩn HomePlug Error! Bookmark not defined 2.1.1 Giới thiệu HomePlug Powerline Alliance Error! Bookmark not defined 2.1.2 Chuẩn HomePlug AV Error! Bookmark not defined 2.2 Một vài ứng dụng tiêu chuẩn HomePlug Error! Bookmark not defined 2.2.1 Nối mạng băng rộng toàn tòa nhà Error! Bookmark not defined 2.2.2 Nối mạng truyền hình độ nét cao (HDTV) Error! Bookmark not defined 2.2.3 Chơi game Error! Bookmark not defined 2.3 Kết luận Error! Bookmark not defined Chƣơng MỘT SỐ THIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƢỜNG Error! Bookmark not defined 3.1 Một số thiết bị thị trƣờng giới Error! Bookmark not defined 3.1.1 Modem USB PLC Error! Bookmark not defined 3.1.2 Modem Ethernet PLC Error! Bookmark not defined 3.1.3 Modem TV cable PLC Error! Bookmark not defined 3.1.4 Modem PLC/Wi-Fi Error! Bookmark not defined 3.1.5 Modem PLC đa chức Error! Bookmark not defined 3.1.6 Modem thoại âm PLC Error! Bookmark not defined 3.2 Một số thiết bị thị trƣờng nƣớc Error! Bookmark not defined iv 3.3 Thí nghiệm mạng PLC nhà Error! Bookmark not defined 3.3.1 Các thiết bị sử dụng thí nghiệm Error! Bookmark not defined 3.3.2 Các thí nghiệm kết nối mạng PLC nhà Error! Bookmark not defined 3.4 Kết luận Error! Bookmark not defined Chƣơng TÌM HIỂU MÔI TRƢỜNG TRUYỀN DẪN ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN Error! Bookmark not defined 4.1 Môi trƣờng truyền dẫn đƣờng dây điện Error! Bookmark not defined 4.1.1 Cấu trúc vật lý Error! Bookmark not defined 4.1.2 Nhiễu Error! Bookmark not defined 4.1.3 Các đặc trƣng môi trƣờng truyền dẫn đƣờng dây điện Error! Bookmark not defined 4.1.4 Mô hình kênh PLC Error! Bookmark not defined 4.2 Kết luận Error! Bookmark not defined Chƣơng MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV Error! Bookmark not defined 5.1 Mô nhiễu hệ thống PLC Error! Bookmark not defined 5.2 Mô kênh truyền PLC kênh Rayleigh Fading Error! Bookmark not defined 5.3 Điều chế tín hiệu BPSK, QPSK Error! Bookmark not defined 5.4 Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM Error! Bookmark not defined 5.5 Tính thông lƣợng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC Error! Bookmark not defined 5.6 Kết mô Error! Bookmark not defined 5.7 Kết luận Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 Phụ lục THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỘT SỐ THIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƢỜNG TRONG NƢỚC Error! Bookmark not defined Phụ lục CÁC HÀM SỬ DỤNG TRONG MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AWGN BPL DSL IV LAN LV MAC MODEM MPDU MV OFDM OSI PC PLC PPDU WAN Additive White Gaussian Noise (Nhiễu trắng Gaussian cộng) Broadband Powerline (Đƣờng dây điện băng rộng) Digital Subcriber Line (Kênh thuê bao số) Indoor Voltage (Điện áp nhà) Local Area Network (Mạng cục bộ) Low Voltage (Hạ thế) Medium Access Control (Kiểm soát truy nhập đƣờng truyền) MOdulator and DEModulator (Thiết bị điều chế giải điều chế) MAC Protocol Data Unit (Đơn vị liệu giao thức MAC) Medium Voltage (Trung thế) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Ghép kênh phân chia tần số trực giao) Open Systems Interconnection (Kết nối hệ thống mở) Personal Computer (Máy tính cá nhân) Power Line Communication (Truyền thông qua đƣờng dây điện) Physical Protocol Data Unit (Đơn vị liệu giao thức vật lý) Wide Area Network (Mạng diện rộng) vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối chung mô hình truyền thông đơn giản Hình 1.2 Ví dụ mô hình truyền thông đơn giản Hình 1.3 Mô hình truyền liệu đơn giản Hình 1.4 Cấu trúc mạng lƣới cung cấp điện Hình 1.5 Các công nghệ PLC tốc độ thấp cao 10 Hình 1.6 Sơ đồ mạng PLC nhà 12 Hình 1.7 Vị trí công nghệ PLC mô hình OSI 13 Hình 1.8 Các băng tần đƣợc phân bổ cho mạng PLC 14 Hình 1.9 Công nghệ PLC mô hình OSI 14 Hình 1.10 Đóng gói địa MAC Home Plug 1.0 15 Hình 1.11 Truyền liệu kiến trúc truy nhập PLC 16 Hình 2.1 Website tổ chức HomePlug 18 Hình 2.2 Dải tần số HPAV 19 Hình 2.3 Phổ OFDM HPAV 19 Hình 2.4 Các sản phẩm HomePlug nối mạng nhà 20 Hình 2.5 Nối mạng truyền hình độ nét cao qua đƣờng dây điện 21 Hình 2.6 Chơi game sử dụng kết nối qua đƣờng dây điện 21 Hình 3.1 Modem F@st Plug type Sagem USB PLC 23 Hình 3.2 Modem Devolo Ethernet PLC loại dLAN Ethernet HighSpeed 85 24 Hình 3.3 Modem Devolo PLC loại dLAN duo với giao diện USB Ethernet 24 Hình 3.4 Các thiết bị Devolo HomePlug AV PLC 25 Hình 3.5 Modem truyền hình cáp PLC Corinex CableLAN, cáp TV, đầu nối F-type chia 25 Hình 3.6 Modem Thesys and Devolo PLC/Wi-Fi 26 Hình 3.7 Modem PLC Hub NetGear Thesys NetPlug 26 Hình 3.8 Modem Devolo ADSL/router PLC 27 Hình 3.9 Modem âm PLC Devolo MicroLink dLAN 27 Hình 3.10 Ứng dụng Tenda 200Mbps Powerline Adapter P200 29 Hình 3.11 Ứng dụng Tenda PW201A Powerline Wireless N300 31 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối 02 máy tính sử dụng cáp Ethernet 31 Hình 3.13 Kiểm tra cấp phát địa IP cho Laptop 32 Hình 3.14 Kiểm tra kết nối Laptop PC 33 Hình 3.15 Tốc độ truyền liệu mạng PLC 33 Hình 3.16 Tốc độ truyền liệu mạng LAN 34 Hình 3.17 Sơ đồ kết nối 02 máy tính có sử dụng wifi 34 Hình 3.18 Kết nối từ Laptop đến PW201A 35 vii Hình 3.19 Kiểm tra cấp phát địa IP cho Laptop 36 Hình 3.20 Kiểm tra kết nối Laptop PC 36 Hình 3.21 Tốc độ truyền liệu mạng PLC 37 Hình 3.22 Sơ đồ kết nối Internet sử dụng cáp Ethernet 37 Hình 3.23 Kiểm tra kết nối Internet Laptop sử dụng cáp Ethernet 38 Hình 3.24 Sơ đồ kết nối Internet sử dụng wifi 38 Hình 3.25 Kiểm tra kết nối Internet Laptop sử dụng wifi 39 Hình 4.1 Sơ đồ đơn giản mạng điện nhà 41 Hình 4.2 Các loại nhiễu môi trƣờng PLC 41 Hình 4.3 Mô hình mật độ phổ cho nhiễu tổng quát 43 Hình 4.4 Ví dụ số xung đƣợc đo miền thời gian mạng PLC 44 Hình 4.5 Mô hình phản xạ biểu diễn mô hình kênh PLC đa đƣờng 46 Hình 4.6 Mô hình Philipps 49 Hình 4.7 Cấu trúc mạng đa đƣờng đơn giản 51 Hình 5.1 Biên độ pha kênh PLC với N =4 54 Hình 5.2 Sơ đồ mô hệ thống truyền thông tin qua đƣờng dây điện 57 Hình 5.3 BER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh Rayleigh Fading có nhiễu 63 Hình 5.4 PER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh Rayleigh Fading có nhiễu 64 Hình 5.5 Thông lƣợng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC với N =4 65 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong thời đại Công nghệ Thông tin, để cung cấp thông tin đến ngƣời sử dụng cuối, công nghệ phổ biến đƣợc sử dụng bao gồm công nghệ đƣờng dây điện thoại, cáp Ethernet, cáp quang, không dây vệ tinh Tuy nhiên, công nghệ có giới hạn chi phí tính sẵn sàng cho số lƣợng ngƣời dùng lớn Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ thống cần phải đầu tƣ sở hạ tầng tốn kinh phí tốn thời gian để lắp đặt Từ trƣớc, đƣờng dây điện đƣợc sử dụng cho việc truyền tải điện Tuy nhiên, với xuất công nghệ mạng đại đặt nhu cầu cho nhà cung cấp dịch vụ phải tìm giải pháp có khả cung cấp dịch vụ tới ngƣời dùng mức chi phí thấp hiệu cao Gần đây, vấn đề truyền thông qua đƣờng dây điện đƣợc quan tâm đến với mục đích truyền liệu Tiềm đƣờng dây điện trở thành đƣờng truyền mạnh để truyền không tín hiệu điện tín hiệu điều khiển mà liệu tốc độ cao nội dung đa phƣơng tiện Ƣu điểm việc sử dụng đƣờng dây điện làm phƣơng tiện truyền liệu hầu hết tòa nhà hộ gia đình đƣợc trang bị đƣờng dây điện kết nối tới lƣới điện Các hệ thống truyền thông qua đƣờng dây điện sử dụng dây điện có sẵn làm phƣơng tiện truyền để cung cấp điểm truy cập mạng tốc độ cao hầu nhƣ nơi có ổ cắm điện Ngoài ra, việc xây dựng mạng nhà sử dụng đƣờng dây điện có sẵn dễ dàng chi phí thấp việc phải lắp đặt thêm dây cáp điểm nhà Trên sở đó, hệ thống truyền thông qua đƣờng dây điện có ƣu điểm dễ cài đặt, ổ cắm điện sẵn có, thông lƣợng cao, chi phí thấp, an toàn tin cậy “Kể từ xuất sản phẩm truyền thông qua đƣờng dây điện (PLC) vào đầu năm 2000, công nghệ PLC trải qua cải tiến lớn với mục đích cung cấp hiệu tối ƣu Ngày nay, PLC đạt tới hiệu so sánh với công nghệ LAN khác nhƣng với lợi dễ triển khai nhiều” [3] Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tập trung vào việc giải công việc: - Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ truyền thông qua đƣờng dây điện; - Nghiên cứu, tìm hiểu tiêu chuẩn HomePlug AV; - Tìm hiểu số thiết bị PLC thị trƣờng giới nƣớc; thực thí nghiệm kết nối thiết bị PLC sử dụng mạng điện nhà; - Tìm hiểu môi trƣờng truyền dẫn đƣờng dây điện thuộc tính truyền dẫn mạng LAN; - Mô phỏng, đánh giá chất lƣợng hệ thống truyền thông tin qua đƣờng dây điện theo chuẩn HomePlug AV; - Sử dụng kết mô đạt đƣợc để so sánh với thiết bị thực tế Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu luận văn thực theo trình tự: - Nghiên cứu tài liệu công nghệ truyền thông qua đƣờng dây điện; tiêu chuẩn HomePlug AV; môi trƣờng truyền dẫn đƣờng dây điện thuộc tính truyền dẫn mạng LAN; - Nghiên cứu tài liệu, khảo sát thông tin Internet số thiết bị PLC thị trƣờng giới nƣớc; liên hệ với số đơn vị cung cấp thiết bị thị trƣờng nƣớc để mua thiết bị thực thí nghiệm kết nối thiết bị PLC sử dụng mạng điện nhà; - Sử dụng MATLAB để mô hệ thống truyền thông tin qua đƣờng dây điện theo chuẩn HomePlug AV; qua đánh giá chất lƣợng hệ thống so sánh với thiết bị thực tế thí nghiệm Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 05 chƣơng, phần mở đầu, phần kết luận 02 phụ lục Mỗi chƣơng đƣợc bố cục gồm ba phần chính: phần giới thiệu nhằm tóm tắt nội dung chƣơng, vấn đề đƣợc giải chƣơng; phần trình bày chi tiết việc giải vấn đề nêu; phần tổng kết chƣơng trình bày tóm tắt kết đạt đƣợc - Phần Mở đầu Phần trình bày khái quát đề tài nghiên cứu nhƣ giới thiệu xu hƣớng truyền liệu qua đƣờng dây điện sẵn có nhà, mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu, cấu trúc luận văn - Chương Tổng quan công nghệ truyền thông qua đường dây điện Chƣơng giới thiệu tổng quan mô hình truyền liệu, số kiến thức tổng quan công nghệ PLC, ƣu điểm nhƣợc điểm PLC, nguyên lý hoạt động mạng PLC nhà 3 - Chương Tiêu chuẩn HomePlug ứng dụng Chƣơng giới thiệu tổ chức HomePlug tổ chức phi lợi nhuận nghiên cứu tiêu chuẩn cho sản phẩm mạng đƣờng dây điện nhà; tập trung giới thiệu chuẩn HomePlug AV Chƣơng giới thiệu vài ứng dụng phổ biến tiêu chuẩn HomePlug - Chương Một số thiết bị PLC thị trường Chƣơng giới thiệu số thiết bị PLC có thị trƣờng giới nƣớc; kết thí nghiệm kết nối thiết bị PLC sử dụng mạng điện nhà so sánh với kết kết nối mạng LAN tốc độ truyền liệu - Chương Tìm hiểu môi trường truyền dẫn đường dây điện Chƣơng trình bày cấu trúc vật lý, nhiễu, đặc trƣng mô hình kênh truyền môi trƣờng truyền dẫn đƣờng dây điện Đây sở lý thuyết quan trọng để thực mô chƣơng - Chương Mô hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV Chƣơng sử dụng chƣơng trình MATLAB R2013a để mô hệ thống truyền thông tin qua đƣờng dây điện theo chuẩn HomePlug AV đƣợc giới thiệu Chƣơng vẽ đồ thị tỷ lệ bit lỗi (Bit Error Rate - BER), đồ thị tỷ lệ gói tin lỗi (Packet Error Rate - PER) theo tỷ lệ tín hiệu nhiễu (Signal-to-Noise Ratio - SNR) - Phần Kết luận Phần trình bày kết đạt đƣợc, chƣa đạt đƣợc sau thời gian nghiên cứu đề tài hƣớng phát triển - Phụ lục Thông số kỹ thuật số thiết bị PLC thị trường nước Phụ lục giới thiệu thông số kỹ thuật số thiết bị PLC hãng Linksys, Planet, Tenda, FH-net, Airmobi đƣợc cung cấp thị trƣờng Việt Nam thông tin liên hệ số đơn vị cung cấp thiết bị - Phụ lục Các hàm sử dụng mô Phụ lục giới thiệu hàm đƣợc xây dựng để sử dụng mô Chƣơng 4 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƢỜNG DÂY ĐIỆN Các định dạng tƣơng tự số phƣơng tiện đƣợc sử dụng để chuyển thông tin qua đƣờng truyền Tầng vật lý chịu trách nhiệm chuyển dòng bit từ nút mạng đến nút mạng khác Đối với việc truyền liệu thực tế, nhiều đƣờng truyền vật lý khác đƣợc sử dụng (bao gồm cáp xoắn đôi, cáp đồng trục băng hẹp, cáp đồng trục băng rộng, cáp quang, đƣờng dây điện, không dây radio, vi ba, vệ tinh…) Phạm vi luận văn tập trung vào công nghệ truyền thông qua đƣờng dây điện 1.1 Tổng quan truyền liệu 1.1.1 Mô hình truyền thông Sơ đồ chung mô hình truyền thông đơn giản đƣợc minh họa Hình 1.1 Hệ thống nguồn Thiết bị truyền Nguồn Hệ thống đích Hệ thống truyền Thiết bị nhận Đích Hình 1.1 Sơ đồ khối chung mô hình truyền thông đơn giản [10] Mục đích hệ thống truyền thông trao đổi liệu hai bên Hình 1.2 trình bày ví dụ cụ thể, việc truyền thông máy trạm máy chủ qua mạng điện thoại công cộng Máy trạm Modem Mạng điện thoại công cộng Hình 1.2 Ví dụ mô hình truyền thông đơn giản [10] Modem Máy chủ Các thành phần mô hình:  Nguồn (Source): Thiết bị sinh liệu để truyền Trong ví dụ Hình 1.2, nguồn máy tính cá nhân (PC hay Workstation)  Thiết bị truyền (Transmitter): Nói chung, liệu hệ thống nguồn sinh không đƣợc truyền trực tiếp dƣới dạng mà chúng đƣợc sinh Nói thiết bị truyền chuyển đổi mã hóa (encode) thông tin cách để tạo tín hiệu điện từ, đƣợc truyền qua hệ thống truyền dẫn Trong ví dụ Hình 1.2, thiết bị truyền MODEM MODEM nhận dòng bit số từ Workstation chuyển đổi dòng bit thành tín hiệu tƣơng tự mà mạng điện thoại vận chuyển đƣợc  Hệ thống truyền (Transmission System): Đây đƣờng truyền đơn mạng phức tạp nối nguồn đích Hệ thống truyền ví dụ Hình 1.2 mạng điện thoại công cộng  Thiết bị nhận (Receiver): Thiết bị nhận nhận tín hiệu từ hệ thống truyền biến đổi sang dạng mà thiết bị đích xử lý đƣợc Trong ví dụ Hình 1.2, thiết bị nhận MODEM MODEM nhận tín hiệu tƣơng tự từ mạng đƣờng truyền đến chuyển đổi thành dòng bit số  Đích (Destination): Nhận liệu đến từ thiết bị nhận Trong ví dụ Hình 1.2, đích máy chủ (Server) 1.1.2 Mô hình truyền liệu Hình 1.3 sử dụng việc gửi thƣ điện tử làm ví dụ cho mô hình truyền liệu đơn giản Dòng bit số Văn Tín hiệu tƣơng tự Tín hiệu tƣơng tự Dòng bit số Văn Hệ thống truyền Thiết bị truyền Nguồn Thiết bị nhận Đích Thông tin vào m Dữ liệu vào Tín hiệu truyền Tín hiệu nhận g(t) s(t) r(t) Dữ liệu Thông tin m’ Hình 1.3 Mô hình truyền liệu đơn giản [10] g’(t) Giả sử thiết bị vào thiết bị truyền thành phần máy tính cá nhân (PC) Ngƣời sử dụng PC muốn gửi tin m cho ngƣời sử dụng khác Ngƣời sử dụng kích hoạt gói phần mềm thƣ điện tử PC nhập tin vào bàn phím (thiết bị vào) Chuỗi ký tự đƣợc nhớ đệm thời gian ngắn nhớ chính; coi nhƣ dãy bit (g) nhớ Máy tính cá nhân đƣợc nối với môi trƣờng truyền thông định, chẳng hạn nhƣ mạng cục đƣờng dây điện thoại, thiết bị vào/ra (transmitter), chẳng hạn thu phát card mạng hay MODEM Dữ liệu vào đƣợc chuyển cho thiết bị phát dƣới dạng chuỗi chuyển mức điện áp [g(t)] biểu diễn cho bit số kênh cáp truyền thông Thiết bị phát đƣợc nối trực tiếp với môi trƣờng truyền biến đổi dòng đến [g(t)] thành tín hiệu [s(t)] thích hợp cho việc truyền Tín hiệu phát s(t) môi trƣờng bị suy giảm mức độ định trƣớc đến thiết bị nhận Vì thế, tín hiệu nhận đƣợc r(t) khác với s(t) Thiết bị nhận cố gắng đánh giá tín hiệu ban đầu s(t), dựa r(t) “hiểu biết” môi trƣờng truyền sinh chuỗi bit g’(t) Các bit đƣợc gửi tới máy tính cá nhân đầu ra, nói chung chúng đƣợc chứa tạm nhớ nhƣ khối bit (g’) Trong nhiều trƣờng hợp, hệ thống đích cố gắng xác định xem lỗi có xảy hay không; có xảy ra, cộng tác với hệ thống nguồn để cuối nhận đƣợc khối liệu đầy đủ lỗi Sau đó, số liệu đƣợc biễu diễn cho ngƣời sử dụng thông qua thiết bị ra, chẳng hạn máy in hay hình Bản tin (m’) mà ngƣời sử dụng nhìn thấy thƣờng chép giống hệt tin gốc (m) 1.2 Giới thiệu công nghệ truyền thông qua đƣờng dây điện (PLC) 1.2.1 Tổng quan công nghệ PLC Việc triển khai công nghệ truy cập thách thức lớn nƣớc phát triển phát triển Đã có đầu tƣ lớn cho việc cài đặt trì mạng truy cập nhƣ mạng dây điện đề cử tốt với lý điện có hộ gia đình, khu vực kinh doanh khu công nghiệp quy mô lớn đƣợc nối từ lƣới điện “Truyền thông qua đƣờng dây điện công nghệ sử dụng mạng điện trung hạ để cung cấp dịch vụ viễn thông PLC tên chung cho công nghệ mạng truyền liệu qua dây điện” [3] Nhƣ vậy, nói truyền thông qua đƣờng dây điện việc sử dụng mạng lƣới cung cấp điện cho mục đích truyền thông tin Trong đó, mạng lƣới phân phối điện đƣợc sử dụng nhƣ môi trƣờng truyền dẫn để truyền tải dịch vụ viễn thông khác nhau, nhằm tiết kiệm chi phí đầu tƣ xây dựng mạng viễn thông 7 Các hệ thống cung cấp điện phân thành cấp độ khác tùy theo quốc gia, nhƣng bao gồm ba cấp độ (Hình 1.4):  Lƣới điện cao kết nối nhà máy phát điện với khu vực cung cấp lớn khách hàng lớn Chúng thƣờng có khoảng cách dài đƣợc triển khai với đƣờng cáp mắc cao  Lƣới điện trung cung cấp cho khu dân cƣ rộng lớn, thành phố, khu công nghiệp lớn khách hàng lớn Chiều dài ngắn so với lƣới điện cao Các lƣới điện trung đƣợc triển khai với hai cách mắc cao chôn ngầm dƣới đất  Lƣới điện hạ cung cấp điện cho cho khách hàng hộ gia đình, quan, trƣờng học… với khoảng cách truyền khoảng vài trăm mét Ở khu vực thành thị, lƣới điện hạ đƣợc triển khai chôn ngầm dƣới đất, nông thôn chúng đƣợc mắc cao Hình 1.4 Cấu trúc mạng lƣới cung cấp điện [4] Hệ thống lƣới điện hạ kết nối trực tiếp đến tất khách hàng (với số lƣợng lớn), ứng dụng công nghệ PLC lƣới điện hạ có tiềm lớn Theo cấu trúc mạng lƣới cung cấp điện năng, mạng PLC đƣợc chia thành ba loại: PLC nhà, PLC hạ PLC trung PLC hạ trung đƣợc gọi mạng truy cập Nói chung, công nghệ PLC đƣợc chia thành hai nhóm công nghệ băng hẹp công nghệ băng rộng “Công nghệ băng hẹp cho phép tốc độ liệu lên tới 100kbps công nghệ băng rộng cho phép tốc độ liệu vƣợt Mbps” [1] 8 Các mạng PLC băng hẹp hoạt động với dải tần số đƣợc xác định tiêu chuẩn CENELEC Các hệ thống PLC băng hẹp cung cấp tốc độ liệu lên tới vài nghìn bit/giây (bps) Do đó, công nghệ PLC băng hẹp đƣợc ứng dụng lĩnh vực liên quan đến quản lý điện (bảo vệ khoảng cách, truyền liệu đo đếm công tơ, quản lý công suất…) tự động hóa gia dụng (điều khiển thiết bị điện nhƣ đèn chiếu sáng, điều hoà, cửa … giám sát an ninh nhƣ cảnh báo khói, đột nhập…) Các hệ thống PLC băng rộng cung cấp tốc độ liệu (lớn Mbps) cao so với hệ thống PLC băng hẹp Trong mạng băng hẹp thực số kênh thoại truyền liệu với tốc độ bit thấp, mạng PLC băng rộng cung cấp dịch vụ viễn thông phức tạp hơn; với nhiều kết nối thoại, truyền liệu tốc độ cao, truyền tín hiệu hình ảnh (video) Do đó, hệ thống PLC băng rộng đƣợc coi nhƣ công nghệ viễn thông tiềm Việc triển khai dịch vụ truyền thông băng rộng (BPL) qua mạng lƣới đƣờng dây điện lực cung cấp hội lớn với mạng viễn thông tiết kiệm chi phí mà không cần lắp đặt thêm đƣờng cáp Tuy nhiên, mạng lƣới điện không đƣợc thiết kế cho truyền tin có vài yếu tố giới hạn áp dụng công nghệ PLC băng rộng Do đó, khoảng cách đƣợc bao phủ, nhƣ tốc độ liệu đƣợc thực hệ thống PLC bị giới hạn Một khía cạnh quan trọng việc áp dụng PLC băng rộng tƣơng thích điện từ Đối với thực PLC băng rộng, phổ tần tƣơng đối rộng cần thiết (lên tới 30 MHz) lớn dải tần đƣợc cung cấp tiêu chuẩn CENELEC Mặt khác, mạng PLC đóng vai trò nhƣ ăng ten trở thành nguồn nhiễu cho hệ thống viễn thông khác hoạt động dải tần số (ví dụ dịch vụ vô tuyến) Do đó, hệ thống BPL phải hoạt động với tín hiệu bị giới hạn công suất, làm giảm hiệu suất chúng (tốc độ liệu, khoảng cách) Công nghệ PLC sớm phát triển sau hệ thống phân phối điện đƣợc thiết lập rộng khắp; tập trung ba hệ thống phân phối hệ thống trung (MV), hạ (LV) điện áp nhà (IV) Các hệ thống MV điển hình bao gồm hệ thống truyền ba pha dài vài kilomet từ máy biến sơ cấp (điện áp cao: điện áp truyền 3.3/6.6 - 11/33 kV) đến máy biến thứ cấp hoạt động vài trăm vôn Các hệ thống LV bao gồm hệ thống truyền ba pha dài vài trăm mét từ máy biến thứ cấp (400/230V) đến kết nối ngƣời dùng Các hệ thống IV áp dụng cho hệ thống bên hộ ngƣời dùng Các mạng điện nhà chủ yếu đƣợc sử dụng để triển khai dịch vụ tự động khác Ứng dụng hệ thống PLC nhà sử dụng để quản lý thiết bị điện tử tòa nhà lớn hộ tƣ nhân Đặc biệt hệ thống tự động xây dựng dựa PLC đƣợc sử dụng để theo dõi an ninh, giám sát thiết bị điện, điều khiển ánh sáng … Các nguyên lý kỹ thuật PLC gần xuất Năm 1838, Englishman Edward Davy đề xuất giải pháp cho phép hệ thống đo lƣờng từ xa lấy đƣợc mức nguồn xa từ hệ thống máy điện báo London Liverpool Năm 1897, Englishman Edward Davy đệ trình sáng chế (British Patent No 24833) cho kỹ thuật đo lƣờng từ xa mạng điện qua đƣờng dây điện Năm 1950, hệ thống PLC đầu tiên, Ripple Control, đƣợc thiết kế sau triển khai qua mạng điện trung hạ Tần số sóng mang nằm 100 Hz kHz Hệ thống công nghiệp có tên Pulsadis xuất Pháp vào năm 1960 Điện tham gia vào khoảng 100 kVA Sau hệ thống PLC băng tần CENELEC xuất hiện, mở rộng từ đến 148,5 kHz, cho phép truyền hai chiều qua mạng điện hạ để đọc đồng hồ đo điện từ xa nhƣ cho số lƣợng lớn ứng dụng liên quan đến lĩnh vực tự động hóa nhà (cảnh báo xâm nhập, phát cháy, phát rò rỉ khí gas…) Lƣợng điện cần thêm vào nhiều, điện giảm mức khoảng 100 mW Khái niệm “sóng mang đƣờng dây điện”, xuất vào cuối Chiến tranh Thế giới thứ Hai năm 1945 Thời gian nhiều đƣờng điện điện thoại đƣợc triển khai có nhiều đƣờng điện hạ tầng đƣờng điện thoại Với mục đích truyền thông, hệ thống đƣợc thiết kế để truyền liệu qua đƣờng dây cao trung học theo việc đọc đồng hồ đo điện từ xa đƣợc thực đƣờng dây điện Hình 1.5 minh họa thay đổi công nghệ PLC phân loại theo tốc độ kể từ đầu năm 1990 10 Sự phát triển Thời gian PLC tốc độ cao PLC tốc độ thấp Hình 1.5 Các công nghệ PLC tốc độ thấp cao [3] 1.2.2 Ƣu điểm nhƣợc điểm công nghệ PLC Giống nhƣ hệ thống nào, PLC có ƣu điểm nhƣợc điểm so sánh với công nghệ khác Môi trƣờng truyền đƣờng dây điện kênh truyền dẫn không ổn định biến đổi trở kháng gây tính đa dạng thiết bị đƣợc kết nối tới ổ cắm điện Vì chúng đƣợc thiết kế cho phân phối lƣợng không cho truyền dẫn liệu, có nhiều đặc điểm kênh không phù hợp nhƣ độ suy hao cao nhiễu “Trong nhà, suy giảm tín hiệu đƣờng dây điện vào khoảng 20 đến 60 dB, phụ thuộc cấu trúc nội dung mạng dây điện” [3] Kênh truyền thu đƣợc mức độ nhiễu định từ thiết bị điện khác đƣợc kết nối tới dây điện không gian lân cận Các loại nhiễu khác đƣợc nhận xung quanh dây điện: nhiễu xung từ việc tắt khởi động thiết bị điện; nhiễu trắng băng rộng, mật độ phổ lƣợng giống tất tần số; nhiễu tuần hoàn nhiều tần số; nhiễu họa âm, bao gồm nhiều tần số sử dụng thiết bị điện kết nối tới mạng bội số tần số dòng (ví dụ tần số 50 Hz tạo bội âm 300Hz, 600Hz…) Ngoài nhiễu đƣờng dây điện, thiết bị đƣợc kết nối tới mạng điện không kết nối nhƣng đƣợc đặt gần dây điện tạo mức độ nhiễu kênh truyền 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO J Anatory and N Theethayi (2010), Broadband Power-line Communication Systems - Theory and Applications, WIT Press, Southampton Francisco Javier Canete, Jose Antonio Cortes, Luis Diez, and Jose Tomas Entrambasaguas (2003), Modeling and Evaluation of the Indoor Power Line Transmission Medium, IEEE Communications Magazine Xavier Carcelle (2006), Power Line Communications in Practice, Artech House, Boston Mark E Hazen (2008), The Technology Behind HomePlug AV Powerline Communications, Intellon, pp.90-92 Halid Hrasnica, Abdelfatteh Haidine, Ralf Lehnert (2004), Broadband Powerline Communications Networks - Network Design, John Wiley and Sons, Ltd Mai Tran, George Zaggoulos, Andrew Nix and Angela Doufexi, Mobile WiMAX: Performance Analysis and Comparison with Experimental Results, Centre for Communications Research, University of Bristol, Bristol, United Kingdom Petr Mlynek, Martin Koutny, Jiri Misurec (2010), Multipath channel model of power lines, Electro revue ISSN 1213-1539 Vol 1, No 2, pp.48-53 Holger Philipps (1999), Modelling of powerline communication channels, Proc 3rd Intl Symp Power-Line Communications and Its Applications, Lancaster, UK, pp 14-21 Varinder Pal Singh (2012), Analysis of power line communication channel model using, Thesis of Master of Science, North Dakota State University, pp 15-17 10 William Stallings (2007), Data and Computer Communications, Eighth Edition, Prentice Hall, New Jersey 11 Manfred Zimmermann, Klaus Dostert (1999), A Multi-Path Signal Propagation Model for the Power Line Channel in the High Frequency Range, Proc 3rd Int Symp Powerline Communications and its Applications, pp.45-51 12 Manfred Zimmermann, Klaus Dostert, An Analysis of the Broadband Noise Scenario in Powerline Networks, Proc 4th Int Symp Powerline Communications and its Applications, Limerick Ireland, pp 131-138 13 http://www.gaussianwaves.com 14 http://www.homeplug.org 15 http://www.mathworks.com 16 http://www.vatgia.com 12 17 http://wifi.com.vn