Pastato informacinių tinklų technologijų analizė

Pastato tinklas

Pastato automatizavimo terminas apima išplėstas valdymo ir ryšių technologijas, jungiančias tarpusavyje pastato sistemas, kurios paprastai valdomos atskirai, – elektros tinklą, apsaugą nuo gaisro, vėlinimo ir oro kondicionavimo sistemą, liftus bei eskalatorius ir kt. Kad būtų efektyvesnė, pastato automatizavimo sistema visas šias mechanines ir elektrines sistemas turi valdyti iš vieno valdymo pulto.

Tinklo technologijos apima paprastus namus, perduodančios, pavyzdžiui, telefoninių pokalbių signalus, televizijos programas, vaizdą iš apsaugos kamerų, įtaisų valdymo komandas. Taikydamos naujas technologijas, elektros tiekimo įmonės gali nuotoliniu būdu valdyti energijos perdavimą individualiems namams ir automatiškai nuskaityti jų skaitiklių duomenis.

Tinklai pagal paskirtį gali būti skirstomi į dvi pagrindines grupes:

• tinklai kompiuteriams sujungti tarpusavyje bei prijungti prie interneto, kompiuteriams sujungti su periferija duomenims perduoti ir pramogoms;
• apšvietimo, klimato kontrolės, apsaugos kamerų ir kitų įtaisų valdymo tinklai.

Kompiuteriams sujungti bei internetui reikia didelės spartos tinklo, o valdymo komandos gali būti perduodamos lėtesniu tinklu.

Pirmiausia namų tinklams galima priskirti tokius pastatus, kurie turi du ir daugiau kompiuterių. Fizinis šių tinklų pagrindas – telefono linija arba šiek tiek brangesnė 5 kategorijos vyta pora. Taip pat gali būti naudojamos elektros linijos arba bevielis 2,4 GHz nelicencijuojamas ryšys.

1 pav. pavaizduota pastato tinklo struktūrinė schema. Kai visos pastato sistemos sujungtos į bendrą tinklą, jutiklių duomenys apie įvairių sistemų būseną ar skaitiklių rodmenys gali būti automatiškai surenkami į tarnybinę stotį, apdorojami ir peržiūrimi nuotoliniu būdu per standartinę interneto naršyklę.

2 pav. pateikta duomenų perdavimo ir pastato valdymo struktūrinė schema. Pastato tinklas gali būti prijungtas prie interneto [centre], todėl vartotojas gali sukurti ryšį tarp namų ir biuro [dešinėje] ar prisijungti mobiliuoju telefonu, kai keliauja. Pastato savininkas gali iš nuotolio per internetą stebėti bei valdyti įvairias pastato sistemas – apšvietimą, apsaugos bei apsaugos nuo gaisro sistemą, vėdinimą ir oro kondicionavimą [1].

Pastato sistemų valdymo komandos, telefono skambučiai, televizijos programos, vaizdo konferencijos gali pasiekti namus vienu ir tuo pačiu ryšio kanalu. Internetui populiarėjant, būtina sukurti infrastruktūrą, kuri leistų plačiajuosčiu ryšiu sujungti kuo daugiau vartotojų. Vienas seniausių ir plačiai naudojamų prisijungimo prie interneto būdų – susijungimas telefono linija naudojant modemą. Sparčiausi modemai leidžia telefono linijomis perduoti duomenis tik 56 kbit/s sparta. Tai labai maža sparta, jau nebetenkinanti daugumos vartotojų, todėl diegiami alternatyvūs būdai įveikti „paskutinei myliai“ – keliems paskutiniams kilometrams, skiriantiems vartotojų kompiuterius nuo interneto magistralinio tinklo:

• FTTH (angl. Fiber to the Home) – šviesolaidinis tinklas iki vartotojo namų;
• ADSL (angl. asymetric Digital Subscriber Line) – asimetriškas didelės spartos ryšys telefono linija;
• WLAN (angl. Wireless LAN) – plačiajuostis internetas bevieliu ryšiu;
• HFC (angl. Hybrid Fiber Coax) – hibridinė šviesolaidžio ir bendraašio kabelio sistema duomenims perduoti kabelinių televizijų tinklais.

Norint perduoti didelius duomenų srautus, geriausia naudoti šviesolaidinius tinklus. Tačiau tam reikalinga įranga, šių tinklų įrengimas brangiai kainuoja, todėl jie nenaudojami privatiems klientams prijungti prie interneto. Siekiant sumažinti prijungimo kainą bei mėnesinį mokestį galutiniam vartotojui, buvo pradėti diegti vietiniai kompiuterių tinklai (LAN), vytos poros kabeliu sujungiantys keliuose skirtinguose pastatuose esančius kompiuterius. Šviesolaidiniu kabeliu sujungus kompiuterių tinklus, esančius skirtinguose miesto rajonuose, sukurti hibridiniai šviesolaidžio ir vytos poros tinklai, leidžiantys daugeliui gyventojų prieinama kaina neribotai naudotis internetu.

Pastato tinklų technologijos

Didžiausia kliūtis įdiegti bei plėtoti pastato tinklą – reikalingos instaliacijos trūkumas. Dauguma esamų gyvenamųjų namų neturi laisvų vytos poros laidų, o jas įrengti gali būti sunku ir brangu. Taigi nėra vieno prieinamo būdo, kuris atitiktų visus keliamus reikalavimus, todėl išanalizuosime pastate jau esančios instaliacijos panaudojimo galimybes.

Telefono linijos

1998 m. birželio mėn. susikūrė HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance) aljansas. Šio tipo tinklai užėmė didelę namų dalį, kadangi telefono linijos pastatuose jau buvo įrengtos.

Pirmasis HomePNA tinklo standartas 1.0 leido perduoti duomenis 1 Mb/s sparta. Naudojama dažnių juosta nuo 5,5 MHz iki 9,5 MHz, nešlio dažnis – 7,5 MHz. Tačiau 1 Mb/s duomenų perdavimas yra per mažas, kadangi pagal, MPEG-2 standartą videoprogramos suspaudžiamos iki 2-4 Mb/s, DVD videoprogramos iki 3-8 Mb/s, HDTV – iki 19 Mb/s.

2003 m. išleistas naujas „HomePNA“ standartas 3.0. Trečiosios kartos technologija leidžia pasiekti 128 Mb/s duomenų perdavimo spartą, kuria galima padidinti iki 240 Mb/s [3]. „HomePNA 3.0“ standartas leidžia vartotojams panaudojant namuose esamus telefono linijų laidus prijungti kelis kompiuterius prie vienos interneto prieigos, tuo pat metu naršyti internete, tikrinti el. paštą ir kt.

Duomenų perdavimas elektros laidais

Telefono lizdas gali būti pasiekiamas ne kiekviename namo kambaryje ar kampe, tačiau elektros lizdų tikrai rasime. Atitinkamai buvo siekiama sukurti technologiją, kuri leistų perduoti signalus tarp skirtingų namo vietų.

Viena tokių sistemų, vadinama X10, susideda iš valdymo pulto bei keleto modulių. Kiekvienas modulis jungiamas į elektros lizdą, kaip ir bet kuris kitas elektrinis įtaisas. Šiems moduliams gali būti suteikti skirtingi kodai. Elektrinis įtaisas, pavyzdžiui, apšvietimo lempa, įjungiamas į modulio apačią. Valdymo pultas gali būti prijungtas prie bet kurio lizdo name ir valdyti visus įtaisus, įjungtus į modulius. Valdymo signalai gali būti generuojami ir kompiuterio, todėl įtaisus galima įjungti ar išjungti per nuotolį.

Kai kurie X10 moduliai gali ne tik priimti komandas, bet ir būti apklausiami bei perduoti duomenis atgal į valdymo pultą. Ši savybė naudinga, pavyzdžiui, kai reikia per nuotolį patikrinti namų ar šildymo sistemos temperatūrą, įjungti apsaugos kamerą ir pan.

Norint elektros linijas panaudoti perduoti duomenų srautams, didesniems kaip keli bitai per sekundę, kokie naudojami X10 technologijoje, kyla daug techninių problemų. Tarp jų – triukšmai ir interferencija, slopinimas, atspindžiai ir kt. Kelios technologijos leidžia įveikti šias problemas bei pasiekti didesnę duomenų perdavimo spartą. Naujausia specifikacija, vadinama „HomePlug“, leidžia pasiekti 14 Mb/s duomenų perdavimo spartą.

Bevielio ryšio technologijos

Bevielis ryšys – sparčiai tobulėjanti technologija duomenims ir balsui perduoti. Daugelyje situacijų bevielis ryšys gali būti patogus ir nebrangus būdas tinklui įrengti namuose ar nedideliame biure. Kadangi dauguma namų, turinčių du ir daugiau kompiuterių, pastatyti, kai telekomunikacijų išsivystymas dar nebuvo pasiekęs dabartinio lygio, telefono linijų kiekviename kambaryje nėra. Išvedžioti visur vytos poros laidus būtų keblu ir brangu, todėl bevielis tinklas gali būti labai naudinga alternatyva. Didžiausias pranašumas – mobilumas ir galimybė prijungti nešiojamuosius kompiuterius bei kitus įtaisus namuose ir netoli jų neieškant prijungimo lizdo.

Bevielio ryšio technologijos turi keletą specifikacijų, kurių dalis yra patvirtintos nepriklausomų standartų organizacijų.

IEEE 802.11 apima kelis standartus, besiskiriančius duomenų perdavimo sparta bei savybėmis.

Įranga, veikianti pagal IEEE 802.11 standartą, naudoja 2,4 GHz arba 5,5 GHz nelicencijuojamų dažnių juostą.

2,4 GHz – 802.11b ir 802.11g standartai naudoja 2,4 GHz dažnių juostą, kuri visame pasaulyje yra nelicencijuojama, todėl ši įranga yra nebrangi ir plačiai paplitusi. Šiuo dažniu duomenys gali būti perduoti didesniu atstumu, tačiau 2,4 GHz dažnis nėra atsparus trukdžiams, kurie gali smarkiai sulėtinti duomenų perdavimą ar visiškai nutraukti ryšį.

5 GHz – 802.11a standartas naudoja 5 GHz dažnių juostą, kuri turi didesnį spektrą, taip pat mažiau trukdžių. Tačiau ši įranga yra brangesnė, reikia daugiau energijos.

Labai svarbus veiksnys – pralaidumas, kadangi realus pralaidumas visada mažesnis už nominalųjį.

802.11b – nors nominali sparta yra 11 Mbps, tačiau realus pralaidumas siekia tik 4,5 Mbps.

802.11g – nominali sparta 54 Mbps, bet realus pralaidumas gali siekti 7–16 Mbps. Mažesnė nei 7 Mbps sparta gali padidinti suderinamumą, jei viename tinkle naudojami 802.11b ir 802.11g standartų įtaisai.

802.11a – kadangi čia skirta platesnė dažnių juosta (daugiau kanalų), ši įranga gali pasiekti maždaug 27 Mbps maksimalų pralaidumą iš 54 Mbps nominalios spartos.

Nuotolio įtaka – visais atvejais pralaidumas mažėja didėjant nuotoliui. Didelę įtaką taip pat turi ir įvairios kliūtys, pavyzdžiui, sienos, kurios silpnina signalą [4].

Tinklų technologijų palyginimas

Analizuojant pateiktas namų tinklų technologijas matyti, kad kiekviena jų turi savų pranašumų ir trūkumų. 3 lentelėje pateiktas technologijų palyginimas.

Bevielio ryšio technologija suteikia mobilumą – nereikia ieškoti laidų prisijungimui, o jei jų nėra, – tiesti naujus. Tačiau didžiausią ryšio patikimumą užtikrina technologijos, duomenims perduoti naudojančios laidus. Visi 802.11 standartai naudoja išskleisto spektro technologijas, kad sumažintų trukdžių įtaką, tačiau šią problemą sunku išspręsti dėl didelio 2,4 GHz dažnių juostos užpildymo, ir tai gali sulėtinti ar net visiškai nutraukti duomenų perdavimą. Ši problema labai aktuali, kadangi daugybė kaimynų prietaisų naudoja tą pačią 2,4 GHz dažnių juostą – bevieliai tinklai, „Bluetooth“ įtaisai, mikrobangų krosnelės, bevieliai telefonai. Kadangi radijo signalai sklinda per sienas, nustatyti trukdžių šaltinį ir išspręsti problemas gali būti labai sunku.

Išvados

Pastato automatizavimo ir ryšių technologijos jungia tarpusavyje pastato sistemas, kurios paprastai valdomos atskirai. Kai visos šios mechaninės ir elektrinės sistemos valdomos iš vieno valdymo pulto, pasiekiamas didesnis jų darbo efektyvumas, o pastatai tampa patogesni bei jaukesni.

Pagrindinė kliūtis įdiegti bei plėtoti pastato tinklą – reikalingos instaliacijos trūkumas. Dauguma esamų gyvenamųjų namų pastatyti, kai telekomunikacijos dar nebuvo pasiekusios dabartinio lygio, todėl neturi laisvų vytos poros laidų, o įrengti naujas dažniausiai sunku ir brangu. Kita galimybė – duomenims perduoti panaudoti jau esamus tinklus – telefono, elektros linijas arba įdiegti bevielį tinklą.

Literatūra

1. Eidukas D., Valinevičius A., Kilius Š., Žilys M. Nuotolinis pastato sistemų valdymas // Elektronika ir elektrotechnika. ISSN 1392 – 1215. –Kaunas: Technologija, 2003. – Nr.6(48). – P38–41.
2. UAB „Dokeda“ interneto paslaugų įkainiai gyventojams. www.meganet.lt.
3. Home Networking Reaches 128Mbps And Beyond With HomePNA 3.0. [interaktyvus]. [Žiūrėta 2004-02-17]. Prieiga per internetą.
4. Caswell W. Wireless LAN Buyers Guide. [interaktyvus]. [Žiūrėta 2004-02-19]. Prieiga per internetą.

Š. Kilius, A. Valinevičius. Pastato informacinių tinklų technologijų analizė // Elektronika ir elektrotechnika. – Kaunas: Technologija, 2005. – Nr. 2(58). – P. 30–33.