Aktuální vydání

celé číslo

04

2022

veletrh Amper 2022
celé číslo

Inteligentní síť pro inteligentní budovy

číslo 5/2005

Inteligentní síť pro inteligentní budovy

Použitý nadpis článku se může bez bližšího vysvětlení zdát poněkud nadsazený. Následující text článku by měl ukázat, že je oprávněný. Úvodem si obě entity uvedené v titulku charakterizujme:

  1. Inteligentní budovy jsou objekty s integrovanou správou (management), tj. se sjednocenými systémy řízení (prostředí, osvětlení, komunikace, energetika), zabezpečení (kontrola přístupu, docházkový systém, požární ochrana, bezpečnostní systém, kamerový systém) a správy budovy (plánování, pronájem, leasing, inventář). Optimalizací těchto složek a vzájemných vazeb mezi nimi je zabezpečeno produktivní a nákladově efektivní prostředí. Inteligentní budova pomáhá vlastníkovi, správci i uživateli realizovat jejich specifické cíle v oblasti nákladů, komfortu prostředí, bezpečnosti, dlouhodobé flexibility a prodejnosti; uspokojuje současné potřeby vlastníka i nájemce budovy, lze ji snadno přizpůsobovat jejich měnícím se požadavkům a spoří pořizovací i provozní náklady. Je zřejmé, že zmíněné funkce vyžadují různorodé (ve smyslu typu i propustnosti) komunikační trasy.

  2. Inteligentní sítí se v daném kontextu rozumí vysokorychlostní Power Line Communication (PLC), což je progresivní technika přenosu informací (konkrétně dat přenášených v ethernetových sítích) po elektrickém vedení nízkého (400 V) i popř. vysokého napětí (22 kV). Jde o techniku primárně určenou k budování přístupových sítí (tzv. sítě poslední míle), přitom ale velmi dobře použitelnou i pro komunikační propojení v rámci budov (tzv. sítě posledních metrů). Síť typu PLC je určena pro datové přenosy různých typů (ale vždy na bázi Ethernetu) – vysokorychlostní lokální síť a internet, audiopřenos a videopřenos na přání (realtime audio and video streaming), kamerový dohlížecí systém, videokonference, IP telefonie, dálkové odečty apod.

Kombinací informací z posledních dvou odstavců lze dospět k závěru, že při použití metody PLC je možné zajistit komunikaci významné části systémů inteligentních budov. S cílem doložit toto tvrzení jsou v dalším textu popsány základní vlastnosti sítí PLC a způsoby jejich využití při propojování systémů v budovách. Další podrobnosti lze nalézt např. v [1] a [2].

Parametry zařízení pro PLC

Aby bylo možné popsat konkrétní vlastnosti techniky pro PLC, je třeba konkretizovat její implementaci. Následující údaje se tedy budou týkat zařízení pro PLC od firmy Defidev (Francie), postavených na bázi čipů DSS90xx (Wisconsin) firmy DS2 (Španělsko). Uvedená zařízení distribuuje v ČR a dalších zemích střední a východní Evropy firma ZAT Easy Control Systems, a. s., z Plzně (dceřiná firma ZAT, a. s., z Příbrami).

Technika od firmy DS2 použitá v nabízených zařízeních je tzv. PLC 3. generace – pracuje v pásmu 3 až 34 MHz s modulací OFDM, nominální přenosová rychlost je 200 Mb/s, s využitím opakovačů velmi dobře prostupuje standardními elektrickými rozvody a je plně ovladatelná s možností dálkového ovládání zesílení na kterékoliv z 1 536 nosných frekvencí („výkonová maska„). Typická síť PLC je hierarchická, skládající se z jednoho centrálního zařízení typu head-end (řídí síť PLC a propojuje ji s páteřní sítí Ethernet), jedné či několika úrovní opakovačů (repeater; slouží k zesílení vf signálu) a koncových zařízení – modemů CPE (převádějí vf signál zpět na Ethernet). Síť může mít, podle použitých zařízení, od několika jednotlivých až po tisíce účastníků (koncových zařízení). Ke konfigurování a správě sítě PLC je využíván speciální Network Management System (NMS), vlastní provoz lze sledovat a ovlivňovat také přes standardní rozhraní SNMP.

Síťové vlastnosti a standardy, které podporují čipy DSS90xx použité v jednotlivých typech zařízení, dělají ze sítě PLC standardní řiditelnou a bezpečnou síť srovnatelnou s ethernetovou sítí sestavenou např. z prvků od firmy Cisco. K nejdůležitějším z použitých standardů patří 802.1q (VLAN, OVLAN, STP), 802.1D (Ethernet bridge), 802.1p (CoS, QoS), DHCP, TFTP, Telnet, SNMP v2, Radius, DES a 3DES, podpora IPv6. Pro koncové modemy CPE je navíc k dispozici podpora VoIP (integrovaný port RJ11 pro běžný analogový telefon a čip DSP pro zpracování hlasového signálu) podle normy H.323 v4 (codecs G.711, G.729 a/b, G.723.1, RTP/RTCP). Po instalaci některého z běžně dostupných softwarových modulů pro funkci VoIP gatekeeper je tedy síť PLC zároveň i telefonní sítí.

Praktické aspekty použití PLC

Při přenosu po elektrické síti dochází vlivem vlastní délky kabelů, některých elektroinstalační prvků, rušení apod. k útlumu vf signálu. Výsledkem je pokles dosahu signálu (vzdálenosti na kabelech) a menší propustnost – z nominálních 200 Mb/s na počátku trasy se lze dostat až na 30 až 10 Mb/s na jejím konci. Podstatným přínosem je zde velká citlivost vstupních zesilovačů nových čipů Wisconsin, umožňující nejen zvětšit dosah vf signálu (po rozvod nn až na 400 m), ale především překlenout prvky sítě s největším útlumem, tj. domovní přípojky (elektroměr, jističe, proudové chrániče). Uvažuje-li se použití sítí PLC uvnitř budov (tzv. indoor použití – obr. 1), v místech za těmito útlumovými prvky, lze velkou citlivost využít převážně pro dosažení velké propustnosti dat. Je ale nutné počítat s tím, že na šíření vf signálu PLC má negativní vliv také značná členitost elektrických rozvodů v budovách (na rozdíl od přímých linií vedení nn vně budov, tzv. outdoor). S ohledem na konkrétní strukturu rozvodné elektrické sítě je třeba dobře zvážit umístění centrálního zařízení (head-end) i počet a rozmístění opakovačů a následně i CPE.

Obr. 1.

Obr. 1. Příklad použití „indoor“ techniky PLC

Jestliže je instalace sítě PLC v budově uvažována již ve fázi projektu, lze uvedené problémy do značné míry vyloučit a vytvořit výkonnou a spolehlivou komunikační trasu pro instalované systémy – kamery, sběr dat z řídicích systémů (vzduchotechniky, osvětlení) a paralelní přenos z požární či zabezpečovací signalizace, pro komunikaci prvků docházkového systému, a dokonce i telefonů, audio- a videozařízení a na přání i pro rozvod LAN, resp. internetu. Všechny tyto komunikační kanály v síti PLC mohou koexistovat díky podpoře CoS/QoS (vyhrazené kanály, stanovení priorit, garance šířky pásma a latence). Předběžné kalkulace – které je třeba pro každý jednotlivý případ zpřesnit –, ukazují, že při použití metody PLC lze snížit náklady na instalaci kabelových tras. V případech, kdy nejde o novou výstavbu, ale např. o zavedení některých již zmíněných systémů v existující budově, kde je instalace nových kabelových tras náročná, nebo dokonce nemožná (historické budovy, např. divadla; budovy bez možnosti „odstávky„, jako hotely; dočasné působiště firmy apod.) a nelze použít WiFi, může být metoda PLC jedinou schůdnou cestou.

Důležitým aspektem při úvahách o použití metody PLC v budově (vedle toho, že nejsou nutné žádné další kabely mimo elektrorozvodné, a že díky tomu je počítačová zásuvka kdekoliv, kde je elektrická zásuvka) je, že ji lze velmi dobře kombinovat a propojovat s ostatními síťovými technikami. V praxi to znamená, že není nutné instalovat koncový modem (CPE) všude, kde je požadována přípojka sítě pro přenos dat. Ve vhodných místech je možné a často užitečné „přeskočit„ na standardní ethernetovou kabeláž nebo Wi-Fi a naopak – kombinováním těchto metod lze dosáhnout optimálního poměru ceny a výkonu. Taková kombinace bude mít své nezastupitelné místo minimálně v „základech budovy„ (doslova i přeneseně), neboť jednou z hlavních nadstavbových funkcí, kterou v současnosti vyžadují obyvatelé obytných domů či hoteloví hosté, je vysokorychlostní internet. A spojení s internetem je možné řešit mnoha způsoby (xDSL, různé bezdrátové metody), které lze snáze, a někdy i levněji, přivést k budově jako takové než k jednotlivým jejím obyvatelům. Zde pak je místo pro PLC.

Právní aspekty použití PLC

Je nutné si uvědomit, že použít PLC znamená využívat elektrické vedení, a že toto vedení někomu patří. Je tedy třeba se s tímto majitelem domluvit. V případě použití „outdoor„ jde o elektrorozvodné závody (v ČR dnes ČEZ, E-on a RWE), při použití „indoor„ jde většinou o majitele příslušné budovy. Použití PLC „indoor„ je tedy i z tohoto hlediska jednodušší.

Druhým podstatným aspektem je nutnost vyhovět příslušným předpisům a normám. Zde udělal pro uživatele všech stupňů maximum výrobce čipů (firma DS2), protože soulad s normami nejen španělskými, ale také evropskými (EU) a americkými byl jedním z primárních požadavků projektu tvorby čipových sad DSS. Vedle toho, že zařízení na bázi čipů Wisconsin pracuje v souladu s požadavky norem ETSI, CENELEC, EMC, CISPR a FCC, splňuje jako zatím jediné na trhu také dodatečně vznesené požadavky na možnost dálkově ovládat tzv. výkonovou masku (tj. schopnost zařízení potlačit vf signál na specifikovaných nosných frekvencích v případě interference s vyhrazenými rádiovými pásmy) a požadavky na dálkové vypnutí zařízení.

Závěr

Některé vize v oblasti PLC předpokládají, že díky růstu požadavků na přenos dat bude cílovým řešením komunikačních tras instalace optických kabelů až do úrovně „poslední míle„ (tj. ke všem budovám) a metoda PLC poslouží k přemostění „posledních metrů“ (tj. ke každému uživateli). Bude-li tomu tak, nebo ne, ukáže až budoucnost. Ale již nyní je možné reálně zvažovat použití metody PLC v rámci „zvyšování inteligence„ budov, ať už půjde „jen„ o připojení k internetu, nebo o komplexní řešení komunikačních tras pro různé spolupracující systémy. A lze s ní počítat jak pro již existující obytné domy, hotely či divadla, tak pro nově vznikající plnohodnotné inteligentní budovy jakéhokoliv zaměření.

Literatura:
[1] JANČÍK, J. – DOSTALÍK, J.: Power Line Communication aneb Internet v každé zásuvce. Automa, 2004, roč. 10, č. 3, s. 70–71.
[2] JANČÍK, J.: Vysokorychlostní ethernetová komunikace po elektrické síti. Automa, 2005, roč. 11, č. 4, s. 18–20.

Ing. Jaroslav Jančík,
ZAT Easy Control Systems a. s.

ZAT a. s.
K Podlesí 541
261 80 Příbram VI
tel.: 318 652 111
fax: 318 627 471
e-mail: zat@zat.cz
http://www.zat.cz