arquitectura plc

��Investigación�y�Análisis�de�la�Tecnología�PLC�desde�la�perspectiva�del�mercado�Ecuatoriano��

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CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA PLC

1.1 Introducción

Gràfico: Red eléctrica

La necesidad de disponer de sistemas de comunicación para la transmisión de

datos, la creciente orientación de las políticas económicas hacia la satisfacción de las

demandas y necesidades de los usuarios, y por ende la incursión a la Sociedad de la

Información, da origen a una brecha digital entre la sociedad, que dispone de acceso a

ella y aquella que no lo tiene, ó lo tiene muy limitado. ha hecho que la presencia ó

ausencia de la brecha digital implique efectos directos e indirectos, positivos y

negativos, en la concentración política, socio-económica local y mundial, razón por la

cual garantizar el acceso universal a las TICs1 adquiere importancia estratégica, y

además justifica la introducción de la competencia en un sector tan complejo y variado

como el de las telecomunicaciones impulsando así a una rápida evolución tecnológica.

para desarrollar nuevas tecnologías, que satisfagan dicha necesidad.

No cabe duda de que la liberalización de las telecomunicaciones es ya uno de los

motores del crecimiento económico y de la nueva economía de servicios basada en la

sociedad de la información.

El tendido de la red de cables para el transporte de la Energía Eléctrica, se ha

expandido tanto con el pasar del tiempo, llegando así a lugares muy remotos, en donde

los servicios de telecomunicaciones actuales aún no han llegado. ��1 Tecnologías de la Información y las Comunicaciones


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Estos avances tecnológicos han favorecido a las empresas distribuidoras de

energía eléctrica, permitiéndoles un ahorro de tiempo y con lo cual lograrían una mayor

eficacia, la misma que se reflejaría en un mejor servicio a sus abonados.

Las Comunicaciones por Línea de Poder2(PLC) usan las líneas eléctricas

existentes para transmitir comunicaciones de banda ancha en ambientes de hogar y para

entregar servicios de telecomunicación a viviendas y negocios.

A pesar de los puntos positivos que PLC puede ofrecer, existe aún preguntas

sobre si los problemas regulatorios y económicos que han acompañado a esta tecnología

desde sus inicios impedirán nuevos desarrollos.

A menos que se desarrollen estándares adecuados y regulaciones globales, PLC

corre el riesgo de permanecer en un pequeño nicho de tecnología únicamente con ganas

de salir, pero sin mayor éxito.

Las redes eléctricas fueron diseñadas básicamente para transmisión sin pérdidas

de energía, sin considerar requerimientos de telecomunicaciones por lo que en un

principio los primeros/as en beneficiarse de esta tecnología, debido a que son dueños de

la infraestructura, fueron las empresas eléctricas, las empresas distribuidoras y

generadoras de electricidad; sin embargo esta situación ha cambiado recientemente,

debido fundamentalmente a la incursión en el tema de profesionales especializados y de

nuevas empresas proveedoras de equipos que permiten desarrollar técnicas de acceso a

las líneas de poder, permitiendo la desagregación del bucle de abonado conocido

también como “última milla”.3

Actualmente, la capacidad del canal de una red de distribución típica de niveles

de medio voltaje y bajo voltaje permiten tasas de transmisión de cientos de Mbps, con

un rango de frecuencias cercanas a los 20 MHz, permitiendo que los altos costos de

acceso a tecnología de banda ancha, que siempre han sido un obstáculo para los

usuarios, se vean reducidos dramáticamente. Como es lógico pensar el uso de las redes

eléctricas no es ilimitado, y se debe principalmente a que en la banda de frecuencias

usada, desde 9 kHz hasta 20 MHz, existen servicios de radio de onda corta, media y

larga que se conocen generalmente como bandas de radio amateur. La parte más difícil

��De aquí en adelante cuando se haga referencia a las Comunicaciones por Línea de Poder se lo hará con las siglas PLC�3 Tramo comprendido desde el poste de energía eléctrica hasta el medidor de luz de una casa.


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del trabajo de implementación de esta nueva tecnología es procurar que no existan

radiaciones electromagnéticas inadmisibles que perturben las comunicaciones

mencionadas anteriormente.

Ahora la red eléctrica servirá para algo más que conectar los electrodomésticos y

proveer de luz a los hogares de millones de personas. Gracias a ésta tecnología

cualquier enchufe podrá convertirse en una potencial conexión a diversos servicios

de telecomunicaciones como datos, telefonía e Internet a velocidades superiores a

las que actualmente se conocen en el mercado.

Gráfico 1: Algo más que un enchufe

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En un esfuerzo para llevar a un nivel más alto a esta tecnología, se han creado

grupos de trabajos y foros como el PLCforum, el cual apoya y fomenta el desarrollo y

la normalización de esta tecnología.

En la actualidad los grupos más importantes que existen son:

� El PLCforum.

� Universal Powerline Association (UPA).

� PLC Utilities Alliance (PUA).

� HomePlug Alliance.

Por todo lo anteriormente mencionado, sus creadores la han visto como una solución

para vencer la brecha de la monopolización de los servicios de telecomunicaciones.

En nuestro país la implementación de esta tecnología esta siendo tomada muy en

cuenta por algunas compañías eléctricas, es el ejemplo de la CENTROSUR en el

Azuay, pero como es de suponer existen varios obstáculos para que se pueda dar marcha

a este importante proyecto.

A continuación se dará una visión global sobre el funcionamiento del PLC, para

luego centrarnos en el análisis de la aplicación y el alcance de esta tecnología dentro del

mercado ecuatoriano, revisando además las ventajas y desventajas (tanto técnicas como

legales) que traería el uso del PLC.


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1.2 ¿Qué es la Tecnología PLC?

La tecnología (PLC) hace posible la transmisión de voz y datos a través de la línea

eléctrica doméstica o de baja tensión. Esta tecnología hace posible que conectando un

módem PLC a cualquier enchufe de nuestra casa, la capacidad de transmisión del varía

en función del fabricante, pero el máximo suele establecerse en los 130 Mbit/s.

Gráfico:1.1: PLC Tecnología de Acceso


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1.3 Historia

1.3.1. Cronología

En sus inicios la utilización de la tecnología PLC se limitaba al control y a la

transmisión de datos a baja velocidad de la lectura de los medidores de energía eléctrica,

sin embargo fue un punto decisivo para que crezca paulatinamente, ya que en lo

posterior, las propias empresas eléctricas empezaron a utilizar sus propias redes

eléctricas para la transmisión de datos para su uso interno.

1920:

� Nace la idea de realizar la comunicación a través de la red eléctrica.

� Aparecen dos patentes relacionadas con las comunicaciones PLC, conocida

como Powerline

1922:

� Empezó a operar el primer sistema de frecuencia portadora (CFS) en las

líneas de alta tensión, rango de frecuencias (15 hasta 500kHz),

� Mantiene la operatividad de las redes de suministro de potencia.

� En redes de alta tensión se llegaron a distancias de hasta los 500 Km

usando 10 W de energía.

� Servía para comunicaciones tales como mediciones remotas y tareas de

control.

� En aplicaciones internas se ha utilizado para la automatización de: luces,

temperatura, seguridad y otros.


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1930:

� Los sistemas de frecuencia portadora (CFS) operanban tanto para el nivel

de media tensión como para el nivel de baja tensión, mediante la

Señalización de Ondas en la Portadora (RCS).

� Empezó la transmisión de datos entre los rangos de frecuencia de (125 Hz

y 3 KHz)

� Limitado ancho de banda de unos pocos bits por segundo equipos de

implementación escasos.

1997:

� En Canadá e Inglaterra se presentó al mercado una tecnología que podía

conseguir que Internet fuera accesible desde la red eléctrica: naciendo el

PLC comercial.

1998:

� Liberalización de los mercados de las telecomunicaciones y de energía.

� Ggrandes avances en los campos de modulación, codificación y detección.

� Permitió el diseño de sistemas de comunicación de banda ancha sobre las

líneas de energía eléctrica.

� El uso de la red de baja tensión (BT) para proveer acceso a Internet de

banda ancha nació como una alternativa para problemas que presentaba

ADSL, el cable modem o el acceso inalámbrico.

13 de Febrero de 2004:

� La FCC (Federal Comission of Communications), órgano regulador de los

EEUU, realizó un anuncio oficial en el que manifestaba su apoyo a los

despliegues de la tecnología PLC.


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14 de octubre de 2004:

� La FCC adoptó reglas para facilitar el despliegue del Acceso PLC, es

decir, el uso de la tecnología PLC para entregar servicio de banda ancha a

casas y negocios.

6 de Abril de 2005;

� La Unión Europea, publica en su Boletín una recomendación de la

comunidad sobre comunicaciones electrónicas de banda ancha en redes

eléctricas, que animaba a todos los miembros de la industria PLC a unir

esfuerzos para que dicha tecnología se convierta en una alternativa real a

las tecnologías de banda ancha actuales.

18 de agosto de 2005:

� La Alianza HomePlug Powerline anuncia que el requisito para HomePlug

AV4 ha concluido y ha sido aprobado unánimemente por el Panel de

Directores de la Alianza.

� La Alianza HomePlug Powerline sugiere que, el HomePlug AV, tenga

una tasa de datos sobre los 200 Mbit/s con un rendimiento real de

alrededor de 100 Mbit/s.

� HomePlug trae la posibilidad de usar Ethernet en topología de bus, con

todas las descripciones normativas necesarias. HomePlug está

participando en el desarrollo de la norma IEEE P1901.

Sin embargo, la posibilidad de construir una arquitectura de red dentro del hogar

hace de las comunicaciones PowerLine, un tema de actualidad con especial importancia,

ya que facilitaría la implementación de una red hogareña sin la necesidad de realizar un

cableado específico. El objetivo último de la búsqueda de nuevas soluciones para

edificar la red del hogar está en oferta por parte de las diferentes compañías de servicios

de valor agregado, como el acceso a Internet a alta velocidad, conexión de ordenadores,

televisión bajo demanda, control de electrodomésticos.

��4 Estándar definido para la transmisión de televisión de alta definición (HDTV) y voz sobre IP(VoIP)


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1.4 Componentes en la red PLC

Esta red consta de dos sistemas:

a) Sistema denominado "de Outdoor o de Acceso":

Formado por tres componentes

1) Equipo cabecera (Head End HE)

2) Equipo Repetidor (Home Gateway HG)

3) Módem terminal o módem cliente (CPE)

b) Sistema se denomina "Indoor",

a) " Outdoor ":

� Cubre el tramo de lo que en telecomunicaciones se conoce como

"última milla"

� Comprende la red eléctrica que va, desde el lado de baja tensión del

transformador de distribución hasta el medidor de la energía

eléctrica.

b) "Indoor",

� Que comprende el tramo desde el medidor del usuario hasta todos los

toma corrientes o enchufes ubicados al interior de los hogares.

� Utiliza como medio de transmisión el cableado eléctrico interno.

1) Equipo cabecera (Head End HE)

� Se encuentra instalada en un punto de distribución de la red de baja tensión.

� El punto de distribución, se encuentra físicamente instalado muy próximo a una

unidad transformadora de energía eléctrica de media a baja tensión.

Junto a la cabecera PLC, se encuentra una unidad Transceiver, que es un

adaptador desarrollado especialmente para permitir la conversión de la señal de

redes basado en hilos de fibra óptica a cables de hilos de cobre, y viceversa.

� Una vez que la señal es convertida (desde la red de fibra óptica a red Ethernet)

entra a la cabecera PLC (HE) a través de un puerto Ethernet.


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� La señal es procesada en el interior del HE e inyectada a la red de baja tensión a

través de un acoplador de señal. En este momento, la señal de Internet ha sido

introducida a la red de baja tensión en una frecuencia llamada outdoor, con un

ancho de banda que va desde los 1.6 a 18 Mhz.

� El HE es un Gateway de alta velocidad, que opera entre la red Powerline y la red

de fibra óptica.

Modelo SG-1062 del fabricante EBAPLC Corporation

� Velocidad máxima de 45 Mbps.

� Soporta hasta 254 usuarios.

� DHCP/DNS/FTP Server/ Cliente.

� Posee interface Ethernet 10/100 base T

Gráfico 1.2: Equipo Cabecera

2) Equipo Repetidor (Home Gateway HG)

Gráfico:1.3 (Modem Repetidor)


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� El HG (Home Gateway), también llamado repetidor, es un dispositivo que

regenera la señal PLC, en aquellos lugares donde ella se ha deteriorado por la

distancia, para ello, cambia la frecuencia de la señal.

� La señal viene desde el HE en una frecuencia de 1.6 a 18 Mhz, el repetidor toma

esta señal, y eleva la señal a la frecuencia de 18 a 36 Mhz.

� Es así como un HE se entiende con un HG en la frecuencia de outdoor, y un HG

conversa con un módem PLC en la frecuencia indoor.

3) Módem PLC (CPE)

Gráfico:1.4 Modem (CPE)

� Se encuentra dentro del hogar.

� El módem PLC es aparato encargado de demodular los datos provenientes de la

línea e incorporarlos al equipo.

� Provee de conexiones Ethernet (RJ45), USB y una conexión análoga para

teléfono (RJ11).

La velocidad máxima de transferencia ofrecida por el sistema, es de 45 Mbps

� La función de doble conducción del cable eléctrico parte en el transformador. Es

lo que se llama utilización de la última milla.

� Si se produjera un corte en el suministro de energía eléctrica, el sistema PLC

podría seguir operando, ya que si se cuenta con la precaución de disponer de


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sistemas de respaldo de energía en el ISP, en la cabecera, y en el hogar, no

debería haber una interrupción del servicio.

Grafico 1.5: Equipos usados para usuarios finales, se colocan en los

Tomacorrientes y tienen puertos ethernet, usb y telefónicos

FUENTE: Alejandro Mirón, PLC Ventures

1.5 Funcionamiento

Gráfico 1.6: Esquema de funcionamiento de PLC

La Red PLC utiliza infraestructura ya instalada para atender a un mercado

masivo, siendo una alternativa eficiente en términos de requerimientos de capital (costo

por “home-passed”, ultima milla) y tiempos de ejecución.


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Basa su estructura de funcionamiento, en la utilización de los cables eléctricos

de baja tensión como medio de transporte desde un Centro Transformador, hasta el

cliente, permitiendo entregar servicios de transferencia de datos como, por ejemplo,

acceso a Internet Banda Ancha.

Transformando así al cableado de baja tensión, en una red de

telecomunicaciones donde los enchufes de cada hogar u oficina, se vuelven puntos de

conexión

La energía eléctrica funciona a una frecuencia de 50 Hz ó 60 HZ, aunque

eventuales impurezas en su forma de onda puedan producir armónicas que incorporan

ruidos hasta los 1000 Hz

Gráfico 1.7: Estructura de funcionamiento

Mientras que; por su parte en la tecnología PLC el equipo cabecera (equipo

emisor) emite señales de baja potencia (50mW) en un rango de frecuencias que van

desde 1,6 MHz hasta los 35 MHz, es decir en una frecuencia varios miles de veces

superior a los 50 Hz en donde opera la energía eléctrica. Al otro extremo del medio de

transmisión (el cable eléctrico) existe un receptor (equipo terminal) que es capaz de


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identificar y separar la información que ha sido transmitida en el rango de frecuencia

indicado.

El hecho de que ambos servicios, los de energía eléctrica y los de transmisión de

datos, operen en frecuencias muy distintas y distantes, permite que éstos puedan

compartir el medio de transmisión sin que uno interfiera sobre el otro. De esta manera,

la tecnología PLC permite aprovechar una propiedad propia del conductor eléctrico que

hasta la fecha se encontraba sin aprovechar: la banda de frecuencia no utilizada por la

energía eléctrica.

1.5.1 Infraestructura-Arquitectura

La tecnología PLC emplea una red conocida como High Frequency Conditioned

Power Network (HFCPN–Red de energía condicionada para alta frecuencia) para

transmitir simultáneamente energía e información. Una serie de unidades

acondicionadoras son las que se encargan del filtrado y separación de ambas señales.

Así pues estas unidades acondicionadoras separarían la electricidad, que alimenta a los

electrodomésticos, de las señales de alta frecuencia, que van a un módulo o unidad de

servicio, donde se reconvierten en canales de vídeo, datos, voz, etc.

Existen limitaciones de distancia tanto para el tramo interior de cada vivienda,

como para el tramo de acceso, estas distancias están aproximadamente en 300 metros

para el acceso (distancia del transformador a la casa) y 50 metros para el tramo in-home

(el interno al hogar).


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Grafico 1.8: INFRAESTRUCTURA DE UNA RED PLC

FUENTE: Andréu Vea Baro, Tesis Doctoral

1.5.2 Proceso de Instalación.

En cada uno de los lugares en donde se ha puesto en marcha la implementación

(pruebas piloto) de la tecnología PLC se han realizado en las siguientes fases:

Reconocimiento de la red eléctrica. Puesto que no se ha dispuesto de esquemas

bifilares, ha sido necesario un reconocimiento en campo de la red eléctrica con el objeto

de identificar la calidad de la red y realizar un mapa de dicha red en el cual basarse para

realizar la instalación. En función de las dimensiones y las circunstancias de la red, estas

actividades pueden extenderse más o menos en el tiempo, pero el reconocimiento no

suele durar más de una semana por transformador.


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Grafico 1.9: ELEMENTOS DE UNA INFRAESTRUCTURA PLC

FUENTE: J.R. Gonzáles y F.J. García

Instalación del módem de cabecera. El HE o módem de cabecera ha de

instalarse estratégicamente situado de forma que la señal inyectada en un sólo punto

consiga conectividad en todo el bloque.

Consideraciones adicionales tales como que se ubique físicamente en un lugar

seguro y protegido son también importantes..

En algunas pruebas piloto, la inyección de la señal del módem de cabecera sobre

la red eléctrica se ha realizado después del contador (medidor) y antes de los tableros de

distribución de cada vivienda. Una vez realizada la inyección se pudo verificar que los

parámetros de señal observados eran adecuados para poder disponer de conectividad

PLC en todo los puntos de la casa.

Comprobaciones de cobertura. A continuación se pasa a verificar el grado de

cobertura de la señal PLC en la red eléctrica de los centros, lo que permite comprobar la

calidad de la transmisión en los diferentes puntos y la evaluación tanto de la necesidad

��- Referencia: Articulo de J.R. Gonzáles “La tecnología PLC en los programas de fomento de la sociedad de la información.


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de eventuales equipos repetidores en la red PLC como la posible ubicación de los

mismos.

Realización de un mapa de la red PLC. Una vez realizadas las pruebas

pertinentes se procede a configurar un mapa de la red PLC, con todos los datos sobre la

ubicación del HE, los repetidores y los equipos de usuario CPE.

Instalación de Equipos Internos. Finalmente se procedió a la instalación de los

equipos CPE en sus correspondientes ubicaciones.

1.6 Equipos: soluciones comerciales de fabricantes.

En esta parte se nombra cada uno de los equipos necesarios para implementar

una red PLC, luego se mencionaran algunos fabricantes de estos equipos y sus

adelantos.

1.6.1 Equipos necesarios para PLC

a) Se comienza con el módem PLC (CPE), equipo necesario en una

empresa o en la casa de un usuario doméstico. Este equipo no sólo

proporciona acceso a Internet sino también servicio telefónico de voz. Su

tamaño es equiparable al modem ADSL

b) Luego esta el equipo “repetidor” que se conecta con el módem de usuario

(CPE). Este equipo puede atender hasta 256 módems y se sitúa en el

cuarto de contadores (medidores) del edificio, casa, etc. Su función

principal es regenerar la señal PLC.

c) A su vez, el “Repetidor” se conecta con equipo “Head End”. Estos

equipos se encuentran luego de cada transformador de la compañía

eléctrica en el caso de “Head-End” para baja tensión (para red de

acceso). Los equipos para media tensión se colocaran directamente sobre

las líneas de los respectivos alimentadores (para red de distribución).

d)


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En el grafico se indica el esquema de ubicación de cada uno de los equipos para PLC:

Grafico 1.10: UBICACIÓN DE EQUIPOS PLC

FUENTE: Asociación de Internautas, Conexión por red eléctrica

1.6.2 Fabricantes de Equipos PLC

JABA Networks Communications.

La empresa norteamericana “JABA Networks Communications” especialista en

la fabricación de módems para usuario. Las principales características de este producto

son:

JABA PLC 14

1.- 12 MB de tasa de transferencia

2.- 56-bit DES (descryption/encryption security) proporciona alta

seguridad (privacidad).

3.- Leds indicadores de conexión PLC, conectado alimentador, auto

evaluación (funcionamiento), encriptación.


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4.- Fácil conexión tanto con el cable Ethernet como con el tomacorriente.

Grafico 1.11: MODEM DE USUARIO JABA

FUENTE: Jaba Communications, Powerline Ethernet Bridge.

Grafico 1.12: TIPOS DE CONEXIÓN DEL MODEM DE USUARIO JABA

FUENTE: Jaba Communications, Powerline Ethernet Bridge

DS2 PLC

DS2 es una compañía española situada en Valencia y dedicada al diseño de chips

PLC, siendo líder en este campo. Esto se debe a que es la empresa cuyos chips

��. Referencia: Graficas tomadas pagina web del fabricante www.jabanetworks.us.


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consiguen mayores velocidades de transmisión y la única que cuenta con tecnología

PLC para redes de Media Tensión.

Grafico 1.13: CHIP DS2

FUENTE: Roumen Chirinov, Internet por red Eléctrica

Si bien DS2 fabrica los chips PLC, esta no se encarga de la fabricación de los

módems, generalmente son otras empresas (como JABA) las encargadas de fabricar los

módems basados en dichos chips.

El liderazgo de la empresa DS2 en su sector es muy destacable. Pocas veces una

empresa española es líder con gran ventaja tecnológica sobre la competencia. Los

competidores de DS2 son principalmente Ascom y Main.net.

El cuadro 1 hace referencia a un análisis comparativo entre los productos y

tecnología de estas 3 empresas.

Como resumen; existen varias empresas dedicadas al desarrollo de equipos para

PLC, pero cada una de ellas centrada en un punto especifico de la red, es decir unos se

especializan en los equipos para red de acceso, equipos de usuario, otros en la red de

distribución, etc. La tendencia de estas empresas es el fusionarse unas con otras, de

manera complementaria para abarcar mucho mas mercado.


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Cuadro 1: CUADRO COMPARATIVO

FUENTE: Roumen Chirinov, tecnología PLC

Tabla de Precios de los equipos expuestos:

arquitectura plc

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