Интернет через домашнюю розетку

Интернет через домашнюю розетку

В настоящее время одними из наиболее популярных направлений развития электронных технологий являются направления, связанные с «интернетом вещей». Идея состоит в том, что у привычных вещей появляется возможность подсоединения к сети Интернет, и это очень сильно повышает удобство их использования. Например всегда можно проверить не забыли ли вы выключить утюг, работает ли нормально компрессор и освещение в аквариуме с вашими рыбками, не разморозилась ли морозильная камера пока вы в отпуске или на работе. Появляется возможность дистанционного управления и контроля за разными бытовыми приборами в ваше отсутствие из любой точки земли.

Одними из самых распространённых устройств «интернета вещей» стали так называемые «умные Wi-Fi розетки». Wi-Fi розетка это устройство, включаемое между электрической розеткой и каким-либо бытовым электроприбором, таким как светильник, обогреватель, холодильник и т.д. Кроме этого, Wi-Fi розетка подключается к домашней Wi-Fi сети. Таким образом появляется возможность включать и выключать бытовые приборы удаленно. Вы практически переносите выключатель электроприборов к себе в смартфон.

Большинство дешевых китайских Wi-Fi розеток только этой возможностью и ограничиваются. Обычно они имеют несложное приложение для смартфона, имеющее таймер на несколько включений/выключений и, возможно, таймер на отключение через заданный интервал времени. В многих случаях этого бывает вполне достаточно и нет смысла покупать более дорогое и функциональное устройство. Но давайте присмотримся к этим устройствам внимательнее.

Главным недостатком таких устройств является то, что они в большинстве случаев работают через облачные серверы производителей конкретного устройства. Это очень удобно при первоначальной настройке — «включил и все сразу заработало», но работать оно будет ровно до тех пор, пока будет работать облачный сервер, обычно расположенный в том же Китае, где произведены и сами устройства. Кроме того, Wi-Fi розетке и смартфону с управляющим приложением нужно иметь постоянный доступ в Интернет для связи с этим облачным сервером. В локальной сети без интернета такая розетка работать не будет.

Судя по отзывам на многочисленных форумах, у людей на руках уже есть изрядное количество подобных устройств, которые в определенный момент перестали работать потому что больше не работает облачный сервер производителя. А подключить его к другому серверу не представляется возможным, так как в угоду простоте конструкции и дешевизне, такие устройства обычно имеют примитивные недокументированные протоколы связи да и зачастую адрес сервера наглухо прошит внутри программного обеспечения и не предусматривает изменения в процессе эксплуатации. Таким образом подобные изделия являются в принципе потенциально одноразовыми.

Другим недостатком таких устройств, также вытекающим из стремления удешевить конструкцию, является практически полное отсутствие совместимости с другими сетевыми устройствами. Розетка работает только со своей управляющей программой, и её функционал полностью этой программой исчерпывается. То есть такие устройства нельзя никак использовать без управляющей программы и они бесполезны в плане создания интегрированной системы управления типа «умного дома».

В довершение к вышеупомянутым недостаткам следует отметить общий скудный функционал дешевых Wi-Fi розеток. Как правило они не имеют механизма для измерения электрических параметров питания, и как следствие не имеют возможности отключать нагрузку при превышении допустимых значений токов и напряжений. По той же причине невозможно удостовериться что подключенная нагрузка действительно включена, так как это можно сделать только исходя из контроля фактической потребляемой подключенными электроприборами мощности. Кроме того, без внимания разработчиков дешевых устройств остаются такие, на первый взгляд «мелочи», как сохранение текущего состояния розетки при пропадании питания сети, а также вопрос получения текущего времени, после такого отключения. При практическом использовании такие «мелочи» делают эксплуатацию устройства для пользователя весьма обременительной.

Тщательно проанализировав рынок существующих устройств и практические потребности широкого круга пользователей, мы разработали Wi-Fi контроллер электропитания «Iotronic WS-10» и хотели бы рассказать Вам о том чем он хорош и почему имеет смысл потратить на это устройство немного больше денег чем на внешне похожие изделия.

Основной целью при разработке было создание устройства, хорошо проработанного во всех деталях и действительно полезного и рассчитанного на длительную эксплуатацию в максимально разнообразных практических приложениях. С одной стороны требовалось полная автономность и «работа прямо из коробки», с другой, возможность постепенного наращивания сложной системы из многих устройств без дополнительных затрат со стороны пользователя. Именно эта парадигма и является основой архитектуры контроллера «Iotronic WS-10».

С одной стороны, имея собственный веб-интерфейс, «Iotronic WS-10» позволяет комфортную эксплуатацию в качестве самостоятельного устройства без какой либо дополнительной инфраструктуры. Все возможности доступны через обычный веб-браузер или Android приложение. Возможно использование как прямого соединения с устройством, так и соединение через стандартные облачные MQTT брокеры, предоставляемые разными провайдерами. Все сетевые параметры устройства допускают настройку пользователем. При наличии некоторого опыта, вы даже можете развернуть собственный облачный сервер на основе свободно распространяемых решений, и подключить к нему все свои устройства, получив полную независимость от какой-либо инфраструктуры.

С другой стороны реализация открытых и документированных HTTP и MQTT протоколов, делает применимость устройства практически безграничной. Вы можете встраивать его в любые существующие и планирующиеся системы как в виде Wi-Fi розетки, так и в виде готовящихся к производству бескорпусных многоканальных плат, готовых светильников и прочего оборудования, имеющего ту же программную платформу что и «Iotronic WS-10». Технически взаимодействие с другими устройствами происходит как передача файлов в формате JSON, в ответ на HTTP GET или POST запрос, в стиле REST архитектуры.

Среди главных особенностей непосредственного функционала устройства хотелось бы отметить возможность отслеживания в реальном режиме времени потребляемой нагрузкой мощности, протекающего тока, сетевого напряжения, а так же регистрацию в энергонезависимой памяти потребленной мощности с разрешением в 5 минут, 1 час и 1 сутки. Память устройства сохраняет 5-минутные отсчеты в течение суток, часовые в течение недели и суточные в течение года. Отчеты о энергопотреблении доступны в виде таблиц и диаграмм в удобной и интуитивно понятной форме.

Кроме этого имеется возможность оперативного учета электроэнергии за предыдущий период, реализованная в виде двух независимых виртуальных электросчетчиков, отображающих потребленное электричество и его стоимость в соответствии с устанавливаемым пользователем тарифом.

Устройство имеет часы, автоматически синхронизируемые с серверами точно времени в интернете, которые, при необходимости, могут быть настроены вручную, и планировщик на 16 событий, как однократных, так и периодических.

Отключаемая программная защита от пониженного/повышенного напряжения и потребляемого тока позволяет максимально снизить вероятность поломки подключаемых к нашей розетке бытовых приборов при нестабильном сетевом питании или перегрузках в самих бытовых приборах.

Все события происходящие в системе сохраняются в журнале и доступны для просмотра в любой момент. Это позволяет убедиться в правильности программирования планировщика событий и отслеживать случаи аварийного отключения нагрузки системой защиты.

Как уже было отмечено ранее, важным элементом логики работы устройства является сохранение текущего состояния при аварийном отключении питания и восстановления его при повторной подаче. Кроме пользовательской отключаемой защиты устройство имеет программную неотключаемую защиту от опасных превышений токов и напряжений, срабатывающую в любом случае и аппаратную защиту в виде варисторов и плавкого предохранителя, а также цепи помехоподавления.

Архитектура и схемотехника устройства позволяет обновлять основную микропрограмму устройства через Wi-Fi соединение из Android приложения. Это позволяет продолжать поддержку и улучшение программного обеспечения устройства на всем протяжении эксплуатации изделия.

Более подробное описание всех возможностей розетки «Iotronic WS-10» можно получить из РУКОВОДСТВА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. Кроме того мы с удовольствием ответим на вопросы в социальных сетях и по электронной почте.

Мы сами с удовольствием используем наши контроллеры и постоянно работаем над расширением их функциональных возможностей и улучшением надежности и будем рады если вы присоединитесь к сообществу пользователей нашей продукции и выскажете соображения и пожелания относительно развития проекта! Мы надеемся что наши приборы никогда не разочаруют ваших ожиданий и предпримем все возможные усилия для того чтобы они всегда оставались лучшими на рынке и многие годы радовали пользователей!

Интернет из электрической розетки

Информация вступает в союз с энергией в пределах одной отдельно взятой квартиры

Информация и электроэнергия — разные вещи, и хотя источник у них может быть общий, считать их следует врозь. Иллюстрация: Олег Сендюрев/«Вокруг света» по фотографии Mike DelGaudio ( Creative Commons license )

Много лет назад, в эпоху телефонных модемов, популярный московский провайдер Rinet по случаю первого апреля поместил на своем сайте rinet.net объявление о том, что компания готовится к запуску прогрессивной высокоскоростной технологии передачи данных по водопроводным трубам. При этом сообщалось о требованиях к «железу» (характеристиках компьютера), к «софту», и приводились рекордно низкие тарифы. С таким же успехом можно было бы пошутить и насчет подключения Интернета через электрическую розетку. А ведь тогда изощренные инженерные умы уже вынашивали планы создания технологии широкополосного доступа по электросетям, которая получила название PLC (Power Line Communications). Ну, а сейчас уже работает не первое поколение приборов, на ней основанных. В чем можно было убедиться на презентации новой линейки аппаратуры компании ZyXEL, которая на днях прошла в весьма символическом месте — в «электрическом» музее «Огни Москвы».

Энергетически-информационные поляны

Идея передавать информацию по электрическим проводам, несомненно, возникла сразу же, как только бок о бок стали существовать силовые и телеграфные линии. Однако к её реализации начали подступаться лишь в 20-е годы ХХ века. В 30-е годы по инициативе известного советского инженера и изобретателя Георгия Ильича Бабата (1911–1960) в Советском Союзе начали активно внедрять на высоковольтных линиях, а также в железнодорожных силовых сетях передачу высокочастотно-модулированных сигналов. Для служебно-ведомственных целей. Сейчас в России около 80% высоковольтных линий используются для передачи не только телефонного сигнала, но и цифровой информации. Однако ни о каком широкополосном доступе в Интернет в данном случае говорить не приходится, поскольку скорость передачи, что называется, на свежем воздухе и на громадные расстояния, не превышает 3 Кбит/с.

Работа по созданию технологии PLC для бытовой сети 110–220 В, начавшаяся в конце прошлого века, на первых порах смахивала на авантюру, поскольку разработчикам необходимо было проскочить в узкую щель между Сциллой и Харибдой. С одной стороны, в домашней электросети обилие всевозможных бытовых приборов создает сильные помехи. С другой — такая сеть с высокочастотной «привеской» сама является источником паразитных электромагнитных излучений. Это усугублялось тем, что в необходимый для работы PLC частотный диапазон (1,8–30 МГц) укладывается весь коротковолновый спектр: и вещательные радиостанции, и любительские, и всевозможные служебные — например, используемые при поиске потерпевших аварию космических кораблей.

Один из любимых сюжетов в творчестве изобретателя и писателя-фантаста Георгия Бабата — беспроводная передача энергии. Пока что этот сюжет относится все еще скорее к области фантастики, даже для передачи информации провода используются чаще, чем эфир. Фото ( SXC license ): marcel iordan

HomePlug Alliance, поддерживаемый компанией Panasonic, и Universal Powerline Association, поддерживаемый Mitsubishi. Каждая из групп разрабатывала свои стандарты, не испытывая потребности в объединении усилий, что продолжается и по нынешний день. HomePlug Alliance, «мозговой центр» которого — американская компания Intellon, производящая элементную базу, начала с протокола HomePlug 1.0 (2001 год). Здесь была продекларирована скорость 14 Мбит/с. Затем появился HomePlug Turbo — 85 Мбит/с. И совсем недавно, в 2006 году, — HomePlug AV — 200 Мбит/с, что позволяет работать с любыми мультимедийными файлами, включая IP-телевидение высокой четкости. Параллельным курсом шла и Universal Powerline Association, наивысшим достижением которой стал также 200-мегабитный протокол.

Коренное отличие этих двух направлений заключается в выборе различных методов модулирования передаваемого сигнала. Universal Powerline Association остановилась на широкополосной SS-модуляции (Spread Spectrum), где мощность сигнала непрерывным образом распределяется в широкой полосе частот. В результате интенсивность помех, к которой добавляется и полезный сигнал, практически не меняется. Но выделить полезный сигнал обратно из общего шума можно только при помощи довольно изощренного метода цифрового фильтрования.

HomePlug Alliance использует в своих HomePlug-протоколах ортогональную частотную дискретную модуляции (Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM), смысл которой в том, что мощность сигнала распределяется между конечным числом несущих частот. Флагман HomePlug — компания Intellon — модифицировала данный метод, разбивая исходный поток данных на пакеты, каждый из которых передается в диапазоне частот 1,8–30 МГц с использованием относительной фазовой модуляции на собственной поднесущей.

С помощью этого метода весьма эффективно умерщвляются сразу два зайца. Во-первых, он повышает помехоустойчивость передачи. За счет мониторинга всех 84-х несущих частот выявляются те, которые поражены помехой. При этом они отключаются, а полагающиеся для передачи по ним частоты либо переключаются на другие каналы, либо ставятся в очередь, что приводит к потере скорости передачи, но информация при этом не теряется. Впрочем, при определенных, некритичных, условиях сигнальный процессор способен восстанавливать и пораженные помехой одиночные ошибки, и даже пакеты ошибок.

Во-вторых, возможность манипулирования несущими каналами позволяет легко «гулять» по всему диапазону, удовлетворяя частотным законодательствам тех стран, куда поставляется HomePlug-аппаратура. Это учитывается в прошивке, которая блокирует запрещенные частоты. Ведь в каждой стране существует своя шкала, хоть в регионах — ЕС, Юго-Восточная Азия, Россия, страны Скандинавии — и есть общие тенденции. Самая же жесткая частотная политика, по словам замдиректора по продукции российского отделения ZyXEL Владимира Алферова, — в США.

Протокол HomePlug TV реализован компанией Intellon на семействах микросхем серий INT 6000 и INT 6300. Есть и другие изготовители компонентов для HomePlug, к которым относятся SPiDCOM Technologies (Франция), Yitran Communications Ltd (Израиль).

Лидером по производству компонентов для аппаратуры стандартов Universal Powerline Association и примкнувшего к ассоциации Open PLC European Research Alliance, который поддерживается Евросоюзом, является испанская компания Design of Systems on Silicon Corporation — DS2.

Интернет-центр P660HWP & PLA400 может соединяться с Интернетом как по телефонной линии ADSL2+, так и через принимающую Wi-Fi антенну. Если же в роли провайдера используется «Спарк», то в сеть можно выходить непосредственно через сетевую розетку. Выходные разъемы RJ-45 типа Ethernet позволяют подключить к устройству компьютеры, серверы и иные сетевые устройства. Фото: ZyXEL Communications Corp

Рассуждение о методе

Получать Интернет непосредственно из электрической розетки, конечно, заманчиво для потребителя. Однако для провайдера — это не такое простое дело как, скажем, технология ADSL — когда в качестве входа в квартиру используется телефонный кабель, который также заканчивается розеткой. Дело в том, что высокочастотный сигнал в электрической сети быстро затухает. В связи с чем технология PLC, как правило, используется для решения задачи «последней мили». Интернет-канал подводят к силовому трансформатору дома по оптоволокну или по коаксиальному кабелю, а затем при помощи муфты «инжектируют» в одну из фаз. Абонент получает доступ к Интернету при помощи модема, подключенного к розетке. Реализация такого простого метода наталкивается на несколько непростых проблем. Одна из них организационная, поскольку электросеть принадлежит соответствующей организации. С ней можно договориться, что непросто, как и любые переговоры с монополистом. Однако электрическое ведомство может пожелать освоить PLC-технологию собственными силами. Ну, а монополисты, как известно не только медленно запрягают, но и медленно ездят.

Есть и сугубо технические проблемы. Все то же большое затухание высокочастотного сигнала в силовой сети создает сложности при распределении его по квартирам в условиях большого дома. Потребители, находящиеся далеко от трансформатора, при решении проблемы лобовым методом оказываются в невыгодном положении. А для провайдера, наоборот, выгодно сэкономить на межквартирной разводке.

Несмотря на все эти объективные и субъективные факторы, в Москве уже существует компания-провайдер, которая предоставляет услугу «электроинтернета» — «Электро-ком», имеющая торговую марку «Спарк» и обладающая филиалами в Калуге, Ростове и Рязани. «Спарк» использует аппаратуру французской компании Defidev, построенную по стандартам и на микросхемах, производимых испанской DS2. Говорить о массовости и повсеместности PLC-технологии в качестве провайдерской услуги не приходится. Доля PLC-аппаратуры, предназначенной для этой цели в мировом производстве, составляет 30%. В России же она значительно меньше.

Что же касается остальных 70%, то это аппаратура, предназначенная для построения домашней (квартирной) сети. По мере превращения домов в «умные жилища», напичканные управляемой центральным процессором системой приборов и механизмов, она становится весьма актуальной, поскольку позволяет избежать появления бесконечных клубов кабеля внутри квартиры.

Бытовая техника все чаще вторгается в информационные «поля» силовых сетей. dLAN Audio extender позволит передать по электропроводке сигнал от компьютера или медиа-центра к аудиосистеме. Фото: devolo AG

Такой метод окажется работающим независимо от того, как именно Интернет «приходит» в квартиру — по телефонной ли сети по ADSL2, по беспроводному ли протоколу Wi-Fi или же через электрическую розетку. Главное, что обеспечивает наличие в квартире интернет-центра. Для построения «завязанной» на нем беспроводной домашней сети «разбросанные» по квартире или офису устройства (плееры, ресиверы IP-телевидения, принтеры, ноутбуки и т.п.) подключаются к электрической розетке через специальные адаптеры. И тогда проложенная строителями квартирная электропроводка начинает исполнять функцию высокоскоростной домашней сети. Такое решение особенно удобно при частых переездах с квартиру на квартиру или из офиса в офис, поскольку отпадает необходимость прокладывания кабелей.

Сеть, организованная таким образом и работающая под протоколом HomePlug TV, позволяет работать с видеофайлами высокой четкости (HD) и принимать IP-телевидение. Эта возможность существует не только благодаря высокой скорости сети, но и из-за наличия функции QoS, назначающей наивысший приоритет тем запросам, которые не должны стоять в очереди — то есть видеопотоки обслуживаются в первую очередь.

При разговоре о технологии PLC не следует забывать о том, что реальность никогда не совпадает с миром идеальных величин и абстрактных умозаключений. Идеальная скорость в сетях HomePlug AV не 200 Мбит/с, а примерно 85 Мбит/с — 60% процентов перекачиваемой в электропроводке информации имеет служебный, «технологический», характер. И то, насколько близко можно приблизиться к идеальным показателям, зависит от целого ряда обстоятельств. Например, качества электропроводки и общей протяженности сети.

Существует и ещё один момент, который следует учитывать: о конкурировании с сетями, развернутыми соседями, и о возможности хищения информации. Взаимопроникновение сетей возможно. Но оно существенно ослаблено электрическим счетчиком, сильно подавляющим передаваемый в сети сигнал. Если что через счетчик и просочится, то это не помешает параллельной работе каждой из сетей. Ну, а хищению информации должен препятствовать защитный 128-битный ключ стандарта AES — теоретически этого вполне должно хватать.

Интернет через розетку. Настройка и защита сети HomePlug AV

Настройка и защита сети стандарта HomePlug AV объединены в одну процедуру, которая сводится к созданию единого сетевого ключа для выбранной группы Powerline-адаптеров.

Средства защиты сети HomePlug AV

Для защиты сети HomePlug AV от несанкционированного доступа по электропроводке, (например, из соседней квартиры), используется два вида ключей: