4. Cấu trúc của luận văn
3.1. Một số thiết bị trên thị trường thế giới
3.1.1. Modem USB PLC
Modem USB PLC cung cấp giao diện USB vì vậy có thể kết nối tới cổng USB của máy tính hoặc thiết bị đầu cuối mạng. Cổng USB hoạt động như một thẻ giao diện mạng ảo cho kết nối tới mạng PLC. Trên thực tế, ưu điểm của các modem này là không phải tất cả các máy tính đều có thẻ giao diện mạng (card mạng) trong khi tất cả đều có cổng USB. Tuy nhiên, các modem này không dễ cấu hình như modem PLC Ethernet. Hình 3.1 minh họa loại modem này.
Hình 3.1 Modem F@st Plug type Sagem USB PLC [3] 3.1.2. Modem Ethernet PLC
Modem Ethernet PLC sử dụng kết nối RJ-45. Hình 3.2 minh họa Modem Devolo Ethernet PLC của loại dLAN EthernetHighSpeed 85. Giao diện mạng Ethernet của modem PLC đầu tiên là loại 10baseT (10 Mbit/s) cho modem HomePlug 1.0 cung cấp thông lượng sử dụng tối đa ở tầng MAC là 8.2 Mbit/s, sau đó là loại 100baseT (100 Mbit/s) cho modem HomePlug Turbo và AV.
Hình 3.2 Modem Devolo Ethernet PLC của loại dLAN Ethernet HighSpeed 85 [3] Công ty Devolo cung cấp các thiết bị với hai giao diện USB và Ethernet. Hình 3.3 minh họa một modem Devolo PLC của loại dLAN duo vớicả giao diện USB và Ethernet.
Hình 3.3 ModemDevolo PLC của loại dLAN duo với giao diện USB và Ethernet [3]
Hình 3.4 minh họa các modem Devolo PLC theo tiêu chuẩn HomePlug AV; bên trái là mô hình kiểu cắm trên tường, ở giữa là mô hình để bàn; bên phải là mô hình cắm trên tường với giao diện Ethernet và USB.
Hình 3.4 Các thiết bị Devolo HomePlug AV PLC [3] 3.1.3. Modem TV cable PLC
Một số hãng sản xuất modem PLC cung cấp các thiết bị PLC sử dụng cho việc kết nối tới mạng truyền hình cáp. Các thiết bị truyền hình cáp PLC sử dụng một số loại đầu nối như đầu nối loại F cho kết nối tới truyền hình cáp.
Hình 3.5 minh họa, từ trái qua phải, một modem truyền hình cáp PLC Corinex CableLAN, cáp đồng trục, đầu nối loại F và bộ chia Channel Vision.
Các modem truyền hình cáp PLC phát triển cùng thời gian với công nghệ HomePlug. Mặc dù các modem này không sử dụng đường truyền là đường dây điện, chúng tương thích với HomePlug qua công nghệ HomeNetworking như HomePNA (Home Phoneline Network Alliance) hoặc UPA (Universal Powerline Association).
Tiêu chuẩn HomePNA cũng cho phép sử dụng cáp điện thoại trong nhà để truyền dữ liệu.
Hình 3.5 Modem truyền hình cáp PLC Corinex CableLAN, cáp TV, đầu nối F- type và bộ chia [3]
3.1.4. Modem PLC/Wi-Fi
Các thiết bị PLC/Wi-Fi có thể thuận lợi từ việc dễ dàng sử dụng PLC và tính di động của Wi-Fi. Một vài thiết bị tích hợp các thành phần PLC và Wi-Fi trong khi các thiết bị khác cung cấp khe cắm PCMCIA trong modem PLC cho phép người sử dụng Wi-Fi.
Hình 3.6 minh họa modem PLC/Wi-Fi Thesys (bên trái) và modem PLC/Wi-Fi Devolo MicroLink dLAN Wireless (bên phải).
Hình 3.6 Modem Thesys and Devolo PLC/Wi-Fi [3] 3.1.5. Modem PLC đa chức năng
Một số sản phẩm PLC bao gồm các chức năng mạng khác nhau đáp ứng yêu cầu của kỹ sư mạng cũng như người sử dụng cụ thể:
Modem Ethernet PLC/hub sử dụng để kết nối một số PC tới cùng modem PLC Ethernet.
Modem ADSL/router PLC sử dụng để truyền tín hiệu bắt đầu từ kết nối Internet qua mạng điện. Một số thiết bị thậm chí còn bổ sung cả một bảng Wi- Fi.
Hình 3.7 minh họa modem PLC Hub Netgear (bên trái) và modem PLC Thesys NetPlug (bên phải).
Hình 3.8 minh họa một thiết bị modem router PLC Devolo dLAN ADSL.
Hình 3.8 Modem Devolo ADSL/router PLC [3]
3.1.6. Modem thoại và âm thanh PLC
Từ việc PLC cho phép dữ liệu truyền qua mạng điện, một số nhà sản xuất đã phát triển các sản phẩm âm thanh và thoại PLC.
Một modem âm thanh PLC kết nối tới mạng điện trên một mặt và mặt khác kết nối tới thiết bị hi-fi như loa, hệ thống âm thanh, máy chủ file âm thanh.
Hình 3.9 minh họa một modem âm thanh PLC Devolo MicroLink dLAN with Cinch (02 cho kênh ra và 02 cho kênh vào), SPDIF (01 cho kênh vào và 01 cho kênh ra) và đầu nối Audio Jack (01 cho kênh vào và 01 cho kênh ra) sử dụng để quảng bá 04 kênh âm thanh 192-Kbit/s qua mạng điện.
3.2. Một số thiết bị trên thị trường trong nước
Tại thị trường Việt Nam, một số thiết bị PLC của các hãng Linksys, Planet, Tenda, FH-net, Airmobi cũng đang được một số đơn vị cung cấp.
Thông số kỹ thuật của các thiết bị này đượcgiới thiệu chi tiết trong Phụ lục 1. Một số đơn vị cung cấp thiết bị tại thị trường Việt Nam cũng được giới thiệu trong Phụ lục này.
Sau khi liên hệ với Cty Cổ phần đầu tư thương mại H2K Việt Nam (wifih2k) có địa chỉ tại 1062 Đường Láng, Đống Đa, Hà Nội để mua được 02 thiết bị Tenda P200 Powerline 200Mbps Adapter và Tenda PW201A Powerline Wifi Chuẩn N 300Mbps, phần sau sẽ trình bày thí nghiệm kết nối mạng điện trong nhà sử dụng 02 thiết bị này.
3.3. Thí nghiệm về mạng PLC trong nhà 3.3.1. Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 3.3.1. Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm
Tenda P200 200Mbps PowerLine Mini Adapter
Thông số kỹ thuật (Nguồn: http://wifi.com.vn)
Các đặc điểm phần cứng
Chuẩn kết nối IEEE 802.3, IEEE 802.3u
HomePlugAV
Giao diện 1*10/100M LAN/WAN
(interchangeable) port
Các nút 1* Pair/Reset
Nguồn AC 100V-240V 50/60Hz
Kích thước (L*W*H)mm 53mm*53mm*27mm
Đèn LED 1*POWER, 1*PLC, 1*LAN
Tốc độ 200Mbps
Các đặc điểm khác
Nhiệt độ Nhiệt độ hoạt động: 0℃ ~ 45℃;
Nhiệt độ bảo quản: -40℃ ~ 70℃. Độ ẩm
Độ ẩm hoạt động:10% ~ 90% RH Không ngưng tụ
Độ ẩm bảo quản: 3% ~ 90% RH Không ngưng tụ
Sản phẩm liên quan PW201A Wireless N300
Powerline Extender
Chứng nhận CE, FCC, RoHS
Sử dụng Tenda 200Mbps Powerline Adapter P200 để xây dựng một mạng ở nhà hoặc cơ quan. Trong nhiều trường hợp, Ethernet không phải lúc nào cũng sẵn có ở những nơi cần kết nối mạng. Tuy nhiên, hầu hết mọicăn phòng ở nhà hoặc cơ quan đều có mạch điện có thể được sử dụng để mở rộng các kết nối mạng từ router băng rộng. Chỉ đơn giản cắm một P200 liên kết với một
modem/router vào ổ điện ở một phòng và cắm một P200 khác liên kết với một PC hoặc thiết bị Ethernet bất kỳ trong một phòng khác đã có thể dễ dàng và ngay lập tức tạo ra một mạng qua đường dây điện lên tới 200 Mbps và khả năng dài tới 300m như minh họa trong Hình 3.10.
Hình 3.10Ứng dụng của Tenda 200Mbps Powerline Adapter P200 [17] Tenda PW201A Powerline Wifi Chuẩn N 300Mbps
Thông số kỹ thuật (Nguồn: http://wifi.com.vn)
Các đặc điểm phần cứng Chuẩn kết nối
IEEE 802.3, IEEE 802.3u HomePlugAV
IEEE802.11 b/g/n
Giao diện 1*10/100M LAN/WAN
(interchangeable) port
Antenna Internal 2.4G PCB antenna
Các nút 1*WPS/Reset; 1*Pair
Đường dây điện: Truyền dữ liệu
Nguồn Input: AC:100～240V；50/60Hz 0.2A
Kích thước (L*W*H)mm 94mm*60mm*48mm
Đèn LED WPS, Wireless, Power, PLC,
LAN Các đặc điểm không dây
Tốc độ 200Mbps Powerline
300Mbps Wireless
Tần số 2.4GHz
Các đặc tính cơ bản
Wireless: Enable/Disable SSID Broadcast: Enable/Disable; Channel: 1-13
Channel Bandwidth: 20MHz, 20/40MHz;
Network Mode: 11 b/g/n mixed, 11 b/g mixed, 11g, 11b
Bảo mật
Wireless Access Control (Wireless MAC filter); Wireless Security: Enable/Disable; 64-/128-bit WEP; WPA-PSK/WPA2-PSK Các đặc điểm khác
Nhiệt độ Nhiệt độ hoạt động: 0℃ ~ 40℃;
Nhiệt độ bảo quản: -40℃ ~ 70℃. Độ ẩm Độ ẩm hoạt động:10% ~ 90% RH Không ngưng tụ Độ ẩm bảo quản: 5% ~ 90% RH Không nhưng tụ Cấu hình mặc định Địa chỉ IP đăng nhập: 192.168.0.254
Mật khẩu đăng nhập: admin Loại kết nối Internet: DHCP SSID: Tenda_xxxxxx (vị trí "xxxxxx" biểu diễn 6 ký tự cuối trong địa chỉ MAC của thiết bị) Kênh: Tự động
Sản phẩm liên quan P200 200Mbps Powerline Adapter
Chứng nhận CE FCC RoHS
Tenda PW201A Powerline Wireless N300 sử dụng đường dây điện có sẵn trong nhà để tạo ra mạng không dây như minh họa trong Hình 3.11. Nó mở rộng mạng truyền qua đường dây điện tới mọi góc của căn nhà mà không cần dây cáp. Tương thích với các tiêu chuẩn HomePlug AV và IEEE802.11n, adapter này chuyển mọi ổ cắm điện thành mạng không dây tốc độ cao lên tới 300 Mbps để truy cập máy tính, smartphone và các thiết bị Wi-Fi khác.
Hình 3.11Ứng dụng của Tenda PW201A Powerline Wireless N300 [17] 3.3.2. Các thí nghiệm kết nối mạng PLC trong nhà
Lab 1-Kết nối 02 máy tính sử dụng cáp Ethernet
Sử dụng 02 thiết bị Tenda P200 và Tenda PW201A để kết nối mạng PLC qua đường dây điện trong nhà giữa 02 máy tính (01 PC, 01 Laptop). P200 và PW201A được cắm vào 02 ổ điện; đèn báo kết nối có biểu tượng ngôi nhà trên 02 thiết bị sáng báo hiệu đã có kết nối giữa 02 thiết bị qua đường dây điện. Trong thí nghiệm này, kết nối giữa 02 máy tính đến P200 và PW201A sử dụng cáp Ethernet. Kết nối giữa PC và P200 được thực hiện gián tiếp qua MODEM, được đặt trong mạng để cấp địa chỉ IP cho 02 máy tính. Sơ đồ kết nối 02 máy tính sử dụng cáp Ethernet được minh họa trong Hình 3.12.
Hình 3.12Sơ đồ kết nối 02 máy tính sử dụng cáp Ethernet
PW201A P200
Laptop
Đường dây điện
Cáp Ethernet
PC
MODEM
Internet
Sau khi kết nối Laptop với PW201A, kết nối MODEM với P200 và kết nối PC với MODEM, Laptop và PC được cấp địa chỉ IP; kiểm tra việc cấp phát địa chỉ IP được thực hiệnnhư minh họa trong Hình 3.13. Địa chỉ IP của Laptop và PC được cấp như sau:
Laptop: Địa chỉ IP: 10.0.0.7 SNM: 255.255.255.0 Default Gateway: 10.0.0.2 PC: Địa chỉ IP: 10.0.0.6 SNM: 255.255.255.0 Default Gateway: 10.0.0.2
Hình 3.13Kiểm tra cấp phát địa chỉ IP cho Laptop
Kiểm tra kết nối giữa Laptop và PC qua đường dây điện được thực hiện nhưminh họa trong Hình 3.14.
Hình 3.14Kiểm tra kết nối giữa Laptop và PC Kiểm tra tốc độ truyền dữ liệu trên mạng PLC
Tải 01 file có dung lượng 356 MB từ PC về Laptop trên mạng PLC. Hình 3.15 cho thấy tốc độ truyền dữ liệu kiểm tra bằng phần mềm DU Meter trung bình là 1.2 Mbps và tốc độ theo thông báo của hệ điều hành trung bình là 202 KBps (xấp xỉ 1.58 Mbps). Như vậy, tốc độ trung bình khoảng 1.4 Mbps. a)
b)
Hình 3.15Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng PLC a) sử dụng phần mềm DU Meter, b) theo thông báo của hệ điều hành
Kiểm tra tốc độ truyền dữ liệu trên mạng LAN
Kết nối trực tiếp Laptop với PC qua MODEM và tải 01 file có dung lượng 356 MB từ PC về Laptop trên mạng LAN.Hình 3.16 cho thấy tốc độ truyền dữ liệu kiểm tra bằng phần mềm DU Meter trung bình là 96.9 Mbps và tốc độ theo thông báo của hệ điều hành trung bình là 11.3MBps (xấp xỉ 90.4 Mbps). Như vậy, tốc độ trung bình khoảng 94 Mbps.
a)
b)
Hình 3.16Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng LAN a) sử dụng phần mềm DU Meter, b) theo thông báo của hệ điều hành
Lab 2-Kết nối 02 máy tính có sử dụng wifi
Trong thí nghiệm này, Laptop kết nối vớiPW201A bằngwifi.Sơ đồ kết nối 02 máy tính có sử dụng wifi được minh họa trong Hình 3.17.
Hình 3.17Sơ đồ kết nối 02 máy tính có sử dụng wifi
PW201A P200
Laptop
Đường dây điện
PC
MODEM
Internet
Thực hiện kết nối từ Laptop đến PW201A bằng wifi như minh họa trong Hình 3.18.
a)
b)
Hình 3.18Kết nối từ Laptop đến PW201A a) chọn mạng b) nhập password
Sau khi kết nối Laptop với PW201A, Laptop được cấp địa chỉ IP; kiểm tra việc cấp phát địa chỉ IP được thực hiện như minh họa trong Hình 3.19. Địa chỉ IP của Laptop được cấp như sau:
Laptop:
Địa chỉ IP: 10.0.0.8 SNM: 255.255.255.0 Default Gateway: 10.0.0.2
Hình 3.19Kiểm tra cấp phát địa chỉ IP cho Laptop
Kiểm tra kết nối giữa Laptop và PC qua đường dây điện có sử dụng wifi được thực hiện nhưminh họa trong Hình 3.20.
Hình 3.20Kiểm tra kết nối giữa Laptop và PC Kiểm tra tốc độ truyền dữ liệu trên mạng PLC
Tải 01 file có dung lượng 356 MB từ PC về Laptop trên mạng PLC. Hình 3.21 cho thấy tốc độ truyền dữ liệu kiểm tra bằng phần mềm DU Meter trung bình là 2.4 Mbps và tốc độ theo thông báo của hệ điều hành trung bình là 267 KBps (xấp xỉ 2.1 Mbps). Như vậy, tốc độ trung bình khoảng 2.2 Mbps. a)
b)
Hình 3.21Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng PLC a) sử dụng phần mềm DU Meter, b) theo thông báo của hệ điều hành
Lab 3-Kết nối Internet sử dụng cáp Ethernet
Sử dụng 02 thiết bị Tenda P200 và Tenda PW201A để kết nối Internet cho Laptopqua đường dây điện trong nhà. Trong thí nghiệm này, kết nối giữa Laptop đến PW201A sử dụng cáp Ethernet. Sơ đồ kết nối được minh họa trong Hình 3.22.
Hình 3.22Sơ đồ kết nối Internet sử dụng cáp Ethernet
Kiểm tra kết nối Internet của Laptop qua đường dây điện sử dụng cáp Ethernetđược thực hiện như minh họa trong Hình 3.23.
PW201A P200
Laptop
Đường dây điện MODEM
Internet Cáp Ethernet
Hình 3.23Kiểm tra kết nối Internet của Laptopsử dụng cáp Ethernet
Lab 4-Kết nối Internet sử dụng wifi
Sử dụng 02 thiết bị Tenda P200 và Tenda PW201A để kết nối Internet cho Laptopqua đường dây điện trong nhà. Trong thí nghiệm này, kết nối giữa Laptop đến PW201A sử dụng wifi. Sơ đồ kết nối được minh họa trong Hình 3.24.
Hình 3.24Sơ đồ kết nối Internet sử dụng wifi
Kiểm tra kết nối Internet của Laptop qua đường dây điện sử dụng wifiđược thực hiện như minh họa trong Hình 3.25.
PW201A P200
Laptop
Đường dây điện MODEM
Internet Cáp Ethernet
Hình 3.25Kiểm tra kết nối Internet của Laptopsử dụng wifi 3.4. Kết luận
Việc tìm hiểu một số thiết bị PLC hiện có trên thị trường thế giới và thị trường Việt Nam cho thấy sự phát triển của công nghệ PLC với sự đa dạng của các thiết bị. Tại thị trường Việt Nam, chỉ riêng các thiết bị PLC ứng dụng để kết nối mạng trong nhà đã có những đơn vị cung cấp sản phẩm của nhiều hãng khác nhau;ngoài ra còn có các thiết bị PLC dùng cho các ứng dụng giám sát như camera sử dụng mạng điện trong nhà. Qua thí nghiệm kết nối mạng điện trong nhà sử dụng 02 thiết bị PLC của hãng Tenda là P200 và PW201A có thể thấy việc kết nối giữa 02 thiết bị PLC rất đơn giản, nhanh chóng, thuận tiện, không cần cấu hình. Tuy nhiên, tốc độ truyền dữ liệu thực tế trên mạng điện trong nhà có sự khác biệt lớn so vớithông số kỹ thuật của thiết bị và chậm hơn rất nhiều so với tốc độ truyền dữ liệu trên mạng LAN.Tốc độ truyền dữ liệu thực tế trên mạng điện trong nhà trung bình khoảng 1.4 Mbps khi sử dụng cáp Ethernet để kết nối PC, Laptop với thiết bị PLC và trung bình khoảng 2.2 Mbps khi sử dụng wifi để kết nối Laptop với thiết bị PLC (tốc độ trung bình cho cả 02 trường hợp khoảng 1.8 Mbps) trong khi thông số kỹ thuật của thiết bị có thể lên tới tốc độ 200 Mbps. Tốc độ truyền dữ liệu trên mạng LAN trung bình khoảng 94 Mbps gần đạt tốc độ tối đa 100 Mbps của chuẩn kết nối IEEE 802.3u.
Để tìm hiểu nguyên nhân cần phải nghiên cứu hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV do đây là chuẩn mà 02 thiết bị P200 và PW201A tuân theo. Việc nghiên cứu và mô phỏng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV sẽ lần lượt được giới thiệu trong các chương tiếp theo.
Chương 4
TÌM HIỂU MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN
Thực tế là đường dây điện trong nhà không phải được phát minh dành cho mục đích truyền thông đã tạo nên các đặc tính riêng biệt của nó. Kênh truyền biến đổi theo thời gian và tần số, thể hiện sự chênh lệch đáng kể giữa các vị trí theo cấu trúc mạng, loại dây điện và các tải kết nối. Thậm chí, các đặc tính khác nhau có thể phụ thuộc đường truyền được lựa chọn hoặc trạng thái kết nối tạm thời của các thiết bị điện. Chương này sẽ tìm hiểu cấu trúc vật lý, nhiễu, các đặc trưng và mô hình kênh truyền của môi trường truyền dẫn đường dây điện. Đây là các cơ sở lý thuyết quan trọng để thực hiện mô phỏng ở chương tiếp