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Estudo sobre a viabilidade da implantação da tecnologia PLC
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Wagner Lombardi Fragoso
1 Faculdade Sete de Setembro - FASETE Departamento de Sistemas de Informação Curso: Bacharelado Sistema de Informação AISLAN CORREIA DA SILVA Estudo sobre a viabilidade da implantação da tecnologia PLC PAULO AFONSO-BA Dezembro/ 2009.
2 Aislan Correia da Silva Estudo sobre a viabilidade da implantação da tecnologia PLC Trabalho de Conclusão de curso apresentado à disciplina TCC, Como Pré- Requisito para obtenção do título de Bacharelado em Sistemas de Informação da FASETE, sob orientação da professora Julyana Mota de Moura. PAULO AFONSO-BA Dezembro/ 2009.
3 Dedico esta monografia primeiramente a Deus que sem ele não seria possível a minha existência e muito menos a conclusão desse trabalho, aos meus pais pela educação e pelos valores ensinados, aos meus irmãos e demais familiares pelos contínuos estímulos que me impulsionaram a vencer os obstáculos de cada dia e em especial minha noiva, Cláudinha Xavier, que me ajudou bastante. Se conseguir conclui mais esta etapa em minha vida foi graças a vocês.
4 AGRADECIMENTOS Ao bom Deus, que foi fiel e presente na minha batalha diária, que me ajudou a compreender e aceitar todas as dificuldades que foram superadas ao longo do tempo, que iluminou minha vida acadêmica e que fará brilhar meu caminho como profissional, dedico pensamentos e orações em forma de reconhecimento e gratidão. Aos meus pais, Ubiratan Silva e Jaide Inácia que sempre acreditaram em mim e me deram forças para continuar na luta, bem como a minha avó Inácia que sem ela eu não teria conseguido essa façanha a meus irmãos Allyson, Anderson, Aline e Alane que me apoiaram em momentos difíceis fazendo com que não desistisse dos meus sonhos. Agradeço ainda ao meu Bbzinho Cláudinha que esteve e sempre vai estar ao meu lado a minha sogra no qual tenho grande admiração e não esquecendo do meu sogrão no qual procuro ajudar sempre. Aos meus queridos amigos de turma em especial a Erick, Jaime, Jamilson, Filipe, Jallyson a meus professores em especial Julyana Mota e Ricardo Porto que me suportarão por um bom tempo e demais amigos como Luciano, Viviane, Marinho, Flavia, Keko, Danilo, Felipe Zebrão, talvez cada folha de uma árvore caracterize um deles. Denomino amigos do peito, do coração. São sinceros, verdadeiros, sabem quando não estou bem e o que precisa fazer para me sentir feliz. Dessa forma, não apenas agradeço a companhia, as risadas e as brincadeiras, mas, principalmente, o carinho, o conforto, as críticas e o apoio sempre ofertado nos momentos mais difíceis. Cada pessoa é única em nossa vida, sempre deixa um pouco de si e leva um pouco de nós. E, se em algum dia, a dor da saudade apertar o coração, lembrem-se de que ainda há muito que sonhar. Podemos estar distantes uns dos outros, mas sonharemos juntos, para sempre. SOMOS AMIGOS! E por fim aos que não lembrei e me ajudaram na conquista de mais um trabalho realizado.
5 "Para realizar grandes conquistas, devemos não apenas agir, mas também sonhar; não apenas planejar, mas também acreditar." (Anatole France)
6 RESUMO Para distribuir e socializar a informação, nos mais diversos locais e das formas mais rápidas possíveis, proliferam as redes de comunicação de dados, cada vez mais presentes em nosso cotidiano, especialmente através do uso das novas tecnologias. Dentre elas, destaca-se a rede de computadores, em que os dados são transmitidos por meios físicos (cabos). O presente trabalho foca a viabilidade da transmissão de dados por Redes de Energia Elétrica de Baixa Tensão. Estuda a alternativa, de se utilizar a rede de energia elétrica como um canal para transmissão de dados, tornando-se, assim, também uma rede de comunicação de dados. Demonstra-se que a infraestrutura de linhas e redes de distribuição pode ser utilizada como meio de comunicação de dados, visando a sua respectiva utilização. Palavras Chave: Dados Via Rede Elétrica, PLC.
7 ABSTRACT In order to distribute and to socialize the information, in the most several environments and in the possible fastest ways, it proliferated the data of communication nets, which are every time more presents in our daily, especially through the use of the new technologies. Among the communication nets stands out the computers net, where the data are transmitted by physical means (cables). The approach of this present work is on the viability of the data transmission by Electric Energy Nets of Low Tension. It analyses the alternative of using the electric energy net as a channel for data transmission that becomes also a data communication net. It is shown that the infrastructure of lines and distribution networks can be used as a means of reporting and numerous are the applications that can be developed, aiming to their use. Keywords: Data via Power Lines, PLC
8 Lista de Figura Figura 1- Sistema Indoor Figura 2- Modem PLC Figura 3- Sistema Outdoor Figura 4- PCL padrao Homeplug Figura 5- Espectro de frequência PLC Figura 6- Sistema de distribuição elétrica Figura 7- Ao alcance da tecnologia PLC Figura 8- Eletrodomésticos que provocam interferência Figura 9- Ligações irregulares Figura 10- Acesso Via ADSL Figura 11- Acesso via Fibra Ótica Figura 12- Acesso Via WiMAX Figura 13- Acesso Via Satélite Figura 14- Download via ADSL Figura 15- Download Via PLC Figura 17- Comparativo ADSL Figura 18- Comparativo Fibra ótica Figura 19- Comparativo Wimax Figura 20- Comparativo Satelite Figura 16- Comparativo PLC... 42
9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA PROBLEMAS DE PESQUISA HIPÓTESES DE PESQUISA OBJETIVOS DA PESQUISA GERAL ESPECÍFICO METODOLOGIA ESTRUTURAS DO TRABALHO TECNOLOGIA PLC HISTÓRIA SISTEMAS PLC FUNCIONAMENTO TIPOS DE TENSÕES TIPOS DE MODULAÇÃO REGULAMENTAÇÕES IMPLANTAÇÃO DA TECNOLOGIA PLC SEGURANÇA NO SISTEMA PLC PLC INCLUSÃO DIGITAL OBSTÁCULOS ENFRENTADO PELA PLC RUÍDOS ATENUAÇÃO... 26
10 3.3.3 IMPEDÂNCIA INTERFERÊNCIA PROJETOS EM PLC COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA ELÉTRICA - COPEL COMPANHIA ENERGÉTICA DE PERNAMBUCO - CELPE ELETROPAULO PROJETO ILHA DIGITAL - BARREIRINHA MARANHÃO LIGHT (RIO) COMPARATIVO ENTRE TECNOLOGIAS DE ACESSO A INTERNET TECNOLOGIAS FIXAS ADSL FIBRA ÓTICA TECNOLOGIAS MÓVEIS WIMAX SATÉLITE COMPARATIVO ENTRE PLC E ADSL CONCLUSÃO DO COMPARATIVO CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÃO SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS... 48
11 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 3 1 INTRODUÇÃO A Internet é uma rede de redes de computadores que se comunicam através de servidores e micro-computadores permitindo assim o acesso às informações em todo o mundo. Um fato importante é que na internet, também conhecida como rede de alcance mundial - WEB, podese navegar de um lugar para outro com auxilio dos navegadores acessando os - links, que são pontos de conexão entre diferentes partes de texto de um mesmo conjunto de páginas WEB WEBsite que é ocupado com informações (textos, fotos, animações gráficas, sons, vídeos etc) de uma empresa ou de uma pessoa. Cada página tem uma identificação que se chama Uniform Resource Location (URL) que indica o endereço exato onde se encontra qualquer tipo de informação. Com a evolução tecnológica surgiu a Internet Banda Larga que é a denominação usada para qualquer conexão à Internet que possua velocidade superior à velocidade padrão dos modems, atualmente utilizados 56 kbps 1, ela surge como uma evolução tecnológica de transmissão de dados à crescente exigência e necessidade do usuário em obter conexões cada vez mais velozes. Essas novas tecnologias vêm, revolucionando o meio de comunicação. O protocolo usado na internet é o Internet Protocol (IP) usado para comunicação e endereçamento de dados, entre duas ou mais máquinas em uma rede. Ele é mais conhecido junto com outro protocolo, o Transmission Control Protocol (TCP) formando assim o modelo TCP/IP utilizado pelas redes de computadores. As redes de computadores têm vital importância na evolução da informática e, principalmente, na difusão do conhecimento humano, pois através das redes de computadores demos um grande salto em direção ao conhecimento, vivendo na era da informação, onde varias informações são acessíveis através da grande rede de computadores que todos conhecem como Internet. Dentro de uma rede de computadores podemos utilizar vários recursos como comunicação entre dois terminais de rede (computadores), compartilhamento de arquivos, compartilhamento de impressoras, trabalho em conjunto, diversão e toda uma série de 1 Um kilobit por segundo (kbps ou kbit/s) é uma unidade de transmissão de dados igual a bits por segundo.
12 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 4 benefícios que hoje estão ao alcance de muitas pessoas, porém, infelizmente, nem todos possuem esta chance de tornarem conectados. Seja por limitações sociais ou limitações de distâncias, que não justificariam o investimento feito para alcançar pequenas localidades, algumas pessoas ou até mesmo comunidades inteiras são atingidos pela nova era tecnológica. Portanto, pessoas que não possuem acesso a estas ferramentas estão atualmente em grande desvantagem, com isso veio uma necessidade de se ter um meio de comunicação mais acessível a essas pessoas. A rede elétrica, inicialmente, não foi desenvolvida para ser utilizada como um canal de comunicação, pois contém ruídos que tornam quase impraticável a transmissão de dados, após várias pesquisas e testes foram desenvolvidas técnicas capazes de superar esses obstáculos tornando viável o uso dela para este propósito. Dentre essas tecnologias desenvolvidas a Power Line Communication (PLC) é a que utiliza os cabos da rede elétrica para transmissão de sinais de controle, de monitoramento de estado ou de emergência, usando sistemas ponto-a-ponto 2 dentro de uma área sem o custo e a inconveniência de adicionar um cabeamento dedicado (MORAES, 2002). Essa tecnologia existe há muitos anos, mas ainda não está sendo largamente utilizada para implementar redes de dados residenciais e empresariais, no Brasil, as distribuidoras de energia estão entusiasmadas com este tipo de tecnologia, dentre as quais se podem citar a Light e a Eletropaulo. O objetivo é oferecer o aluguel dessa infraestrutura para operadoras de telecomunicações interessadas em uma nova opção tecnológica para acesso à internet em banda larga. Do ponto de vista econômico, a tecnologia PLC apresenta uma grande vantagem com relação a outras tecnologias para transmissão de dados: a existência e utilização de infraestrutura básica para a comunicação. Já do ponto de vista social, a tecnologia pode representar a democratização dos meios de transmissão de informação (SILVA, 2009). 2 É uma rede em que não há um servidor central para controlar.
13 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 5 O presente projeto visa explicar a viabilidade de se implantar a tecnologia PLC buscando a disseminação das redes de comunicação, reduzindo custos, aumentando limites de alcance e reduzindo o tempo de implementação de uma rede. 1.1 JUSTIFICATIVA A tecnologia PLC está avançando muito depressa e principalmente nos países desenvolvidos onde a população, na sua maioria, possui computadores em seus lares, gerando assim uma demanda muito grande por comunicação de alta velocidade. O sistema PLC oferece várias vantagens ao projeto, entre elas vale destacar o uso da rede elétrica atual, de propriedade da própria empresa financiadora, sendo inexistente o custo com fios e cabos, o que seria praticamente impossível usando outras formas de comunicações. Este trabalho contribuirá, sobretudo, na formação de uma base teórica sobre o sistema de PLC, mostrando a viabilidade de implantação para que residências aproveitem a estrutura da rede de energia elétrica, de baixa tensão, para beneficiar-se de uma rede de computadores nos pontos mais diversos, eliminando redundâncias de estruturas para transmissão de dados. 1.2 PROBLEMAS DE PESQUISA Como se da a implantação da tecnologia PLC para usuários domésticos? Quais são os fatores determinantes da viabilidade da tecnologia PLC? Cada ponto de acesso disponível em uma residência pode se tornar um ponto de interferência? Quais os problemas causados pela PLC nos demais meios de comunicação? Quais as vantagens e desvantagens da tecnologia via rede elétrica em relação às tecnologias usadas atualmente?
14 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC HIPÓTESES DE PESQUISA O mercado de telecomunicações é caracterizado pela procura cada vez mais frequente por serviços que requeiram uma alta capacidade e largura de banda, e que tenham um preço acessível à comunidade, com isso surgiu a tecnologia PLC que vem sendo testada sua viabilidade, pois utiliza uma infraestrutura elétrica existente e sem muito custo para o usuário final. A utilização da rede elétrica como tecnologia de comunicação apresenta vantagem em relação às demais, devido a existência dela em localidades distantes, onde as outras tecnologias não chegam. A utilização da rede elétrica como meio de transmissão de dados surge como um meio de inclusão digital pois a mesma encontra-se em mais de 90% das casas no Brasil, 1.4 OBJETIVOS DA PESQUISA Geral Enfocar um estudo sobre a viabilidade custo-benefício da implantação da tecnologia PLC Específico Estudar a comunicação de dados através da rede elétrica; Verificar as arquiteturas existentes para a implantação; Analisar a segurança na transmissão de dados; Estudar quais as soluções para as interferências causadas pela PLC; Analisar os fatores que viabilizam essa tecnologia; Realizar um comparativo entre tecnologias fixas e moveis;
15 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC METODOLOGIA Inicialmente será feito o levantamento do material bibliográfico que aborda assuntos relacionados com o tema do projeto, através de pesquisas em artigos, monografias, internet ou publicações que tenham uma ligação direta ou indireta com a problemática de estudo. Será feito também um levantamento sobre a viabilidade de implantação dessa tecnologia a partir do referencial bibliográfico. 1.6 ESTRUTURAS DO TRABALHO O trabalho esta organizado em uma introdução onde foram definidos os elementos estruturais do projeto da pesquisa. Em seguida no titulo 2 serão abordados temas como: a história da tecnologia PLC, funcionamento dos tipos de tensões que a rede elétrica utiliza modulação e, por fim, a regulamentação. No titulo 3 serão abordados temas sobre a implantação da tecnologia PLC, mecanismo de segurança, PLC com um meio de inclusão digital, tipos de obstáculos enfrentados pela tecnologia PLC, e por fim projetos em andamento. No Titulo 4 será feita uma análise comparativa entre Tecnologias de acesso a internet e posteriormente a conclusão do trabalho.
16 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 8 2 TECNOLOGIA PLC Na era da informação, a busca por soluções de comunicação e transmissão de dados que interagem (integram-se) com recursos já existentes é um estudo importantíssimo, que visa adicionar novos conceitos e eliminar redundâncias de recursos físicos, criando novas aplicações para a rede de energia elétrica, visto que essa malha de cabos interconectados abrange uma área enorme. Com os recursos tecnológicos de hoje tem-se a possibilidade de explorar esse meio para a transmissão de informação, buscando a disseminação das redes de comunicação, reduzindo custos, aumentando limites de alcance e reduzindo o tempo de implementação de uma rede. A PLC tem o potencial de penetração, pois, com ela, será possível integrar a internet a qualquer residência ligada à rede elétrica, desde que a operadora de distribuição de energia elétrica domine essa tecnologia. A capacidade de transmissão da PLC vai alterar drasticamente o mercado de soluções para a banda larga como, por exemplo, a videoconferência, a tele-medicina, a educação à distância e o conceito de telecomandos como monitoração pela internet de controles de iluminação, segurança, ar-condicionados e outros, com base nas altas taxas de transferência de dados e por estar em contato direto com os equipamentos que necessita de energia elétrica para funcionar( JUNIOR, 2007). O sistema PLC transforma os fios de eletricidade (internos e externos à nossa residência) em prolongamentos da grande rede. Na casa servida pela tecnologia PLC cada tomada elétrica é, ao mesmo tempo, um ponto de conexão a internet como também um ponto de energia, com ela pode-se fazer o gerenciamento doméstico à distância, simplesmente pelo computador será possível acender ou apagar lâmpadas, ligar ou desligar aparelhos eletrodomésticos, visualizar o ambiente através de uma micro-câmera etc. (MORAES, 2002). 2.1 HISTÓRIA Com a crescente demanda por serviços de telecomunicações e a falta de infraestrutura física de telecomunicações surgiu a tecnologia PLC teve esse nome escolhido por diversos estudiosos da
17 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 9 área a fim de identificar uma tecnologia que utiliza a rede elétrica para transmissão de dados em banda larga. A comunicação que utiliza as linhas elétricas como meio de transmissão de dados foi criada em meados de 1920 e, por algumas décadas, vinha sendo muito usada para transmissão de dados, só que sua baixa velocidade atrapalhava muito, pois utilizava a rede de alta tensão que é conhecida como OPLAT 3 (TROMPOWSKY, 2005). A OPLAT utiliza modulação analógica, banda estreita e baixa velocidade de transmissão com isso veio a necessidade de um sistema mais completo que tivesse uma velocidade maior e que todos tivessem acesso. Décadas depois, na Inglaterra, uma empresa começou a realizar testes na rede de baixa tensão procurando uma melhor forma, já que a comunicação que utiliza a alta tensão não estava respondendo às expectativas, o Dr. Paul Brown - da NorWEB Communications - iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade utilizando linhas de energia e lançou a Digital Power Line (DPL) que veio com o intuito de colocar serviços de internet de uma subestação de eletricidade até a casa do usuário, de acordo com essas expectativas várias empresas, que trabalham com transmissão de energia, estavam pensando em se tornar provedores de serviços de telecomunicações (APTEL, 2003). Essa tecnologia provem de uma conexão permanente 4 com o usuário, ou seja, 24 horas, a uma velocidade de Mbps 5 só que foi abandonada devido às dificuldades de implantação. Como o mercado estava passando por uma reviravolta, estavam necessitando de um sistema com uma maior velocidade, optando assim por alternativas como fibra-óptica, satélite, rádio, enfim, opções que melhor se adéquam à realidade atual, porém, tecnologias caras, fugindo da realidade financeira da população, dificultando a ampla utilização do acesso à internet, e, sem nenhuma sombra de dúvida, a ausência de um meio de transmissão com baixos custos de instalação. 3 Ondas Portadoras em Linhas de Alta Tensão. 4 Com a linha de transmissão em perfeitas condições. 5 Mbps é uma unidade de transmissão de dados equivalente a kilobits por segundo ou bits por segundo.
18 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 10 Na era da informatização, a busca por soluções de comunicação e transmissão de dados que interagem com recursos já existentes e que visam eliminar redundâncias de recursos físicos, criando novas aplicações para a rede de energia elétrica, visto que essa malha de cabos interconectados abrange uma área enorme. Com os recursos tecnológicos de hoje, tem-se a possibilidade de explorar esse meio para a transmissão de informação, buscando a disseminação das redes de comunicação, reduzindo custos, aumentando limites de alcance e reduzindo o tempo de implantação de uma rede. A PLC veio com o intuito de explorar o meio de transmissão de informação através da rede elétrica, reduzindo custos, aumentando limites de alcance e reduzindo o tempo de implantação de uma rede, pois utiliza uma infraestrutura já existente. Essa tecnologia tem como objetivo utilizar a rede de distribuição de energia que alcança praticamente todos os lugares, cerca de 99% dos lares brasileiros, com isso, usufruir desse meio de transporte para transmitir voz, dados e imagens (FURNAS, 2009). O segmento de internet por banda larga é o que mais cresce em número de assinantes no setor de telecomunicações no Brasil. Até dezembro, o número de usuários chegará próximo a 8 milhões de clientes, 30% acima do ano passado, e, praticamente, duplicará até o fim desta década, chegando a 15 milhões em Os dados são da Telebrasil, que acaba de concluir um levantamento do setor no primeiro trimestre deste ano (G1, 2009). PLC é um sistema de telecomunicações através de rádio freqüências (RF) que utiliza como meio de transporte a rede elétrica, bem como os fios elétricos existentes (SILVA, 2009). Como conseqüência da busca por alternativas de baixo custo e de alto desempenho por mais um meio físico de interligação da comunicação global, a tecnologia PLC busca pela redução dos custos de produção e implementação no sentido de atingir índices cada vez maiores de abrangência global.
19 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC Sistemas PLC A arquitetura utilizada pela PLC constitui-se em três blocos distintos: sistema outdoor, sistema indoor e modem. O sistema (indoor) que é a rede dentro das edificações (residenciais, comerciais e industriais), este sistema abrange o trecho que vai desde o medidor de energia do usuário até todas as tomadas no interior da residência. Figura 1- Sistema Indoor Fonte: CORRÊA, 2004 A rede interna do usuário final é constituída pela rede de distribuição elétrica nas instalações já existentes e pelos modems para conexão dos equipamentos que serão interligados ao serviço. Diversos equipamentos podem ser interligados nas tomadas disponíveis na residência. Este seguimento possibilita ampliar gradativamente o espectro das redes prediais, pois transforma todas as tomadas elétricas em ponto de acesso de sinais de dados para computadores pessoais, telefones e impressoras, bem como para outros dispositivos eletroeletrônicos com este tipo de facilidade (PACHECO, 2009).
20 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 12 Figura 2- Modem PLC Fonte: Google imagens O modem PLC: sua função é permitir a transmissão dos dados através da tomada de energia elétrica, realizando uma conexão com o computador do usuário através de portas Ethernet ou USB para acesso à internet e ainda possibilitando assim que a distribuidora de energia possa prover serviços de telefonia, também conhecido como Voz sobre IP (VoIP). Figura 3- Sistema Outdoor Fonte: Google imagens Para que a rede elétrica tenha acesso à internet é preciso estar em contato com os Backbone 6. Neste seguimento a PLC apresenta-se como mais uma possibilidade tecnológica para o acesso a Internet. É nesse seguimento que as concessionárias de energia elétrica demonstram 6 É o termo utilizado para identificar a rede principal pela qual os dados de todos os clientes da Internet passam. É a espinha dorsal da Internet.
21 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 13 interesse, pois a tecnologia PLC utiliza as linhas de transmissão das mesmas possibilitando a abertura de um novo setor de mercado. O sistema que se encontra fora (outdoor) é composto pela rede elétrica que vai desde o transformador de distribuição até o medidor de energia ele e composto destes equipamentos: Master é um equipamento que realiza a interface entre a rede elétrica de distribuição e o sistema de telecomunicação, transformando o sinal do equipamento de telecomunicações em sinal modulado, injetando sobre a rede elétrica, normalmente fica instalado junto ao transformador. Repetidor é um equipamento responsável por recuperar e reinjetar o sinal PLC proveniente dos equipamentos de transformador ou máster para a rede elétrica de distribuição doméstica. É instalado normalmente junto à sala de medidores de cada prédio ou em algum local intermediário (por exemplo: postes sem transformadores) na rede de distribuição de baixa tensão (MORAES, 2002). Os assinantes próximos do transformador de baixa tensão utilizarão os Modems comunicando-se diretamente com o Master. Para os assinantes mais afastados do transformador de baixa tensão, há necessidade da utilização de repetidores, colocados geralmente no medidor de energia, tendo a função de viabilizar a comunicação entre o Master e os Modems (ANDRADE, 2004). 2.3 FUNCIONAMENTO O funcionamento segue desta forma: o sinal sai do backbone 7 que está conectado ao máster onde é injetado na rede elétrica, mas quando esse percurso e muito longo e necessário a cada 300 metros (FERREIRA, 2OO9, p.10) o uso de um repetidor que tem a função de reforçar o sinal, e não deixar com que os transformadores filtrem as altas frequências, esses aparelhos são instalados normalmente junto a cada prédio ou em algum local intermediário (por 7 Termo utilizado para identificar a rede principal pela qual os dados de todos os clientes da Internet passam
22 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 14 exemplo: postes sem transformadores) na rede de distribuição de baixa tensão, desse modo, todos os consumidores, em média 50 casas (JASPER, 2009) que estiverem ligados no circuito elétrico deste transformador master estarão recebendo o sinal pronto para uso da casa, chegando até o modem, que vai converter para dados binários para que o computador reconheça, através de uma porta Ethernet ou USB. Figura 4- PCL padrao Homeplug Fonte: CORRÊA, 2004 Em março de 2000 foi formada uma aliança com diversas empresas com o objetivo de criar um padrão para as redes através da fiação elétrica, este por sua vez ficou denominado como HomePlug 1.0. O padrão funciona através da utilização de um dispositivo ligando o computador a uma tomada elétrica comum para transmissão de dados, esse equipamento pode tornar a sua rede elétrica em uma rede de computador tanto interno intranet quanto externo internet. A figura 3 mostra um adaptador para rede local PLC (CORREA, 2004). 2.4 TIPOS DE TENSÕES As redes elétricas são classificadas em três níveis: 100kV - Alta Tensão, 1-100kV - Média Tensão e 1kV - Baixa Tensão, cada qual adaptado para interligar diferentes distâncias.
23 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 15 Rede Elétrica de Alta Tensão: utilizado para interligar os centros de geração aos centros de consumo, geralmente percorrendo grandes distâncias. Rede Elétrica de Média Tensão: responsáveis pela interligação das subestações com os centros distribuídos de consumo, esse nível de tensão pode também ser utilizado no fornecimento de energia elétrica a consumidores de maior porte como indústrias ou prédios. Rede Elétrica de Baixa Tensão: esse é o nível de tensão que efetivamente chega à maioria das unidades consumidoras derivando do secundário do transformador de redução. A natureza dinâmica com que as cargas são inseridas e removidas da rede, as emissões conduzidas provenientes dos equipamentos e as interferências de diferentes naturezas fazem deste ambiente o mais hostil para a transmissão de sinais, dentre os três níveis de tensão apresentados. O princípio básico de funcionamento das redes PLC é que, como a frequência dos sinais de conexão é na casa dos MHz 91,7 a 30, e a energia elétrica é da ordem dos Hz (50 a 60 Hz), os dois sinais podem conviver harmoniosamente, no mesmo meio. Com isso, mesmo se a energia elétrica não estiver passando no fio naquele momento, o sinal da Internet não será interrompido (MONQUEIRO, 2009). Figura 5- Espectro de frequência PLC Fonte: ENDESA, 2003 Um fator importante para o desenvolvimento da PLC foi a técnica de modulação, isto porque a modulação consiste no processo de transformar um sinal em uma forma adequada para transmissão através de um determinado meio físico (canal). No processo de modulação o transmissor injeta dados pelo canal de transmissão só que alguns parâmetros da onda portadora são modificados de acordo com a mensagem a ser enviada. O
24 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 16 receptor recria a mensagem original a partir do sinal recebido através do canal (processo de demodulação) (SILVA, 2009). 2.5 TIPOS DE MODULAÇÃO Um dos maiores problemas até hoje no desenvolvimento da PLC está na modulação de sinais. Alguns tipos de modulação utilizados no início da tecnologia PLC são muito sensíveis ao agressivo meio de transmissão Rede Elétrica. Há muitas escolhas possíveis de modulação para o sistema de comunicação da PLC, cada uma tem suas vantagens específicas e desvantagens. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Este tipo de modulação requer, consequentemente, uma largura de faixa muito grande para transmitir diversos Mbits/s. Como a largura de faixa disponível é limitada, essa técnica é ideal para transmitir taxas de dados mais baixas nos cabos de energia elétrica. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): A ideia básica do OFDM consiste, ao contrário das técnicas tradicionais, transmitir todos os bits em um único stream 8, em dividir os bits em diversos streams de taxa menor, que serão transmitidos por subcanais paralelos. GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying): O GMSK é um tipo especial de modulação de faixa estreita que transmite os dados na fase da portadora, resultando um sinal de envelope constante. Isso permite o uso de amplificadores menos complexos, sem produzir distúrbios harmônicos. É um método robusto contra interferência em banda estreita, que é típico de radiodifusão em ondas médias (CORRÊA, 2004). 8 fluxo de dados.
25 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 17 Os equipamentos que utilizam a modulação GMSK, uma modulação robusta contra a interferência de faixa estreita tipicamente presente na faixa de freqüência utilizada pela PLC (SILVA, 2009). A PLC proporciona um equilíbrio tanto no envio quanto no recebimento de dados, ou seja, tem o mesmo desempenho em ambos. Embora muito promissor o sistema tem enfrentado inúmeros problemas relativos à interferência e ruídos. Mas, com o passar dos anos, devido ao crescente movimento de globalização da informação, a integração dos meios de comunicação se tornará inevitável e a necessidade de uma nova ferramenta que ofereça aos usuários finais altas velocidades na transmissão dos dados, isso poderá fazer com que a PLC possa acabar se tornando a alternativa mais competitiva, barata e viável. Haja que a velocidade de transmissão numa rede PLC, dependendo da quantidade de usuários conectados, simultaneamente, pode alcançar níveis superiores à tecnologia ADSL 9 (TROMPOWSKY, 2005). Muitos equipamentos retornam ruídos para a rede de energia elétrica, (exemplos: fontes chaveadas, nobreak, lâmpadas fluorescentes, aparelhos de diatermia, etc.), quando deveriam sair da fábrica já com os devidos filtros. Uns bons exemplos têm na Europa e nos Estados Unidos, em que para cada aparelho é limitado o ruído de retorno à rede elétrica (MORAES, 2002). 2.6 REGULAMENTAÇÕES A ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações é o órgão governamental, no Brasil, que estabelece as normas e procedimentos para a utilização da PLC, emitindo licenças específicas para cada caso (ANATEL, 2009). A ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica é o órgão governamental, no Brasil, responsável pela normatização do setor de energia elétrica, sobre o assunto abordado neste trabalho. 9 Assymetrical Digital Subscriber Line é uma tecnologia que utiliza linha telefônica digital para tráfego de dados.
26 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 18 A Diretoria Colegiada da ANEEL aprovou, no dia 25 de agosto 2009, as regras para utilização da rede elétrica para transmissão de dados, voz e imagem e acesso à Internet em alta velocidade por meio da tecnologia PLC. A ANEEL fiscalizará a qualidade da energia elétrica. A implantação e exploração do PLC não poderão afetar a qualidade do fornecimento de energia elétrica para os consumidores. Para isso, utilizará os procedimentos de fiscalização adotados pela Agência. A ANEEL não regulará ou acompanhará a qualidade do serviço de transmissão de dados, função de competência da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), a Lei nº /1997 determina que a prestação de serviços de telecomunicações depende de prévia outorga da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), mediante autorização, nos termos da regulamentação. Desta forma, a Resolução nº. 527, de abril de 2009, aprova o Regulamento sobre Condições de Uso de Radiofrequências por Sistemas de Banda Larga por Meio de Redes de Energia Elétrica (PLC) e estabelece que, caso o funcionamento de estações que utilizem sistemas PLC estiver associado à exploração do serviço de telecomunicações, será necessária a correspondente autorização do Serviço de Comunicação Multimídia (SCM) ou do Serviço Limitado Privado (SLP), bem como o licenciamento das estações que se destinem à interligação às redes das prestadoras de serviços de telecomunicações ou interligação a outras estações da própria rede por meio de equipamentos que não sejam de radiação restrita. (ANEEL, 2009) A ANATEL tem demonstrado incentivo à tecnologia à medida que as concessionárias do setor elétrico solicitam autorização para a prestação dos serviços de telecomunicações, mesmo sendo responsável pela administração do espectro de radiofrequências, fiscalizando e aplicando sanções. A legislação impede que as distribuidoras prestem o serviço de banda larga diretamente, mas permite que estas empresas abram subsidiárias com esse fim, porém, terão que disputar com outros interessados no aluguel da rede pelo melhor preço (RAMIRES, 2009).
27 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 19 3 IMPLANTAÇÃO DA TECNOLOGIA PLC O principal foco das empresas que estão realizando pesquisas sobre a tecnologia PLC é levar internet banda larga até residências ou empresas, com o propósito de trazer um maior retorno financeiro para as companhias de energia elétrica como fator de inclusão digital e o fácil acesso, já que o sistema da rede elétrica no Brasil atinge aproximadamente 98% da população (FACCIONI, 2008). Todos os elementos que compõem o sistema elétrico de geração, transmissão e de distribuição de energia foi desenvolvida para garantir baixos níveis de perdas de energia no percurso desta, desde a sua geração até o usuário final. O sistema de comunicação através da rede elétrica fornece diversas vantagens e características técnicas. As companhias de eletricidade foram rápidas em reconhecer as vantagens dos sistemas PLC e usá-los em seus campos tradicionais, agora essas empresas podem fornecer aos seus clientes industriais e domésticos não somente eletricidade, mas também voz, dados e serviços de internet em elevadas taxas de transmissão de dados através dos cabos de média tensão. Os sistemas PLC realçam a utilidade do sistema elétrico como estações de transformadores e subestações, empregando-as como base para redes de telefonia. Essas estações bases podem ser conectadas à rede sem usar os cabos dedicados de telecomunicação como é utilizado frequentemente. Para o sistema elétrico como um todo, essa tecnologia será responsável por um grande salto de qualidade no monitoramento, principalmente da transmissão e da distribuição de energia, o que tornará também mais ágeis as ações de manutenção e as ações burocráticas com relação a clientes inadimplentes e até mesmo fraudadores que ficarão inibidos da prática fraudulenta por saber que o serviço está sendo monitorado em tempo real (Andrade, 2004). Talvez esse seja um dos pontos de grande benefício para as concessionárias com relação ao uso da tecnologia PLC e conseguir uma rede de distribuição de energia elétrica com maior inteligência. Isso pode resultar em menores custos operacionais e maior confiabilidade na prestação do serviço.
28 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 20 Os sistemas de Geração e de Transmissão de Energia Elétrica na figura 1 são interligados à Rede de Distribuição de Energia Elétrica através das Subestações de Alta e Media Tensão, localizadas próximas aos centros consumidores, são transformadores de alta potência das redes de distribuição e estão interconectados por linhas de distribuição ou alimentadores de comprimento, às vezes, significativos, devido às distâncias entre aquelas subestações e dessas aos consumidores. Figura 6- Sistema de distribuição elétrica. Fonte: Google imagens Diferentemente da rede telefônica existente, a rede de distribuição de energia não é formada por ligações do tipo ponto-a-ponto entre um usuário e uma central, sendo caracterizada por uma estrutura de barramento, onde a configuração típica de rede para consumidores locais consiste num cabo de distribuição derivado de um transformador de redução, seguido pelos diversos ramos, interligando cada consumidor a esse cabo. Os ramos por sua vez terminam no medidor de energia do usuário, após o qual se encontra o cabeamento interno (ZIMMERMANN, 2004). A configuração será um sucesso, se considerar que a rede de transmissão de energia está pura, ou seja, sem ruído. Pela necessidade de adaptação, cada rede PLC é diferente (relação sinal/ruído, frequências, velocidade, baixo custo, etc.). Para que essa tecnologia seja implantada seria necessário fazer algumas adaptações, como instalar roteadores nos postes para direcionar a transmissão de dados e também no que diz
29 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 21 respeito ao filtro natural que os transformadores fazem na frequência, ou seja, sempre que viajar em um cabeamento da rede elétrica, o sinal de internet será anulado ao tentar passar por um transformador de energia (FILIPPETTI, 2009). Considerando que o investimento técnico teve suporte pelo rápido progresso e desenvolvimento deste refinado método de comunicação, é possível unificar o baixo custo de transmissão e confiabilidade na transmissão da informação sobre as redes de energia elétrica. Em geral, a rede telefônica é imprópria, particularmente para a telemetria e a monitoração remota, porque não está disponível em todo lugar, o uso e arrendamento das linhas telefônicas podem não ser economicamente viáveis para longas distâncias, mas as companhias de energia sempre têm visto as redes de energia elétrica como um meio natural de transmissão de dados, pois interligam várias estações. Uma das grandes vantagens do uso da PLC é que, por utilizar a rede de energia elétrica, qualquer ponto de energia pode se tornar um ponto de rede, ou seja, só é preciso plugar o equipamento de conectividade (que normalmente é um modem) na tomada, e pode-se utilizar a rede. Esse sistema transforma os fios de eletricidade (internos e externos à nossa residência) em prolongamentos da grande rede. Se, numa casa servida pela tecnologia PLC, cada tomada elétrica é ao mesmo tempo um ponto de conexão, fazer o gerenciamento doméstico à distância ficará mais fácil. Pelo computador, será possível acender ou apagar lâmpadas, ligar ou desligar aparelhos eletrodomésticos, visualizar o ambiente através de uma microcâmera, além disso, a tecnologia suporta altas taxas de transmissão, podendo chegar a 200Mbps com segurança (FILIPPETTI, 2009). 3.1 SEGURANÇA NO SISTEMA PLC Para executar a comunicação através da rede de energia elétrica que tem topologia em forma de barramento, temos que aplicar uma análise da segurança da rede devido ao risco inerente à solução. Deve-se realizar uma análise da segurança da rede devido ao alto risco já que a rede PLC compartilha o meio com todas as residências ligadas ao mesmo transformador, com isso,
30 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 22 poderíamos escutar outras transmissões, prejudicando não somente a confidencialidade dos dados dos clientes, mas também às tentativas de fraudes e acessos indevidos a serviços não autorizados. Para resolver esse problema, a tecnologia PLC emprega o algoritmo de criptografia DES (Data Encryption Standart) de 56 bits (FERREIRA, 2009). Criptografia trata-se de um conjunto de bits baseado em um determinado algoritmo capaz de codificar e de decodificar informações. Se o receptor da mensagem usar uma chave incompatível com a chave do emissor, não conseguirá extrair a informação. Portanto, a segurança da rede deve ser verificada para evitar acessos não autorizados. Alguns itens que devem ser verificados são: Vulnerabilidade; Controle de acesso; Proteção contra softwares maliciosos; Controle de acesso à rede; Controles de criptografia (APTEL, 2003). O sistema PLC utiliza também de codificação para correção de erro, FEC (Forward Error Correction). Isso permite a correção de erros de transmissão no lado da recepção. Um código de relação 1:2 é usado, implicando que os dados transmitidos estão duplicados, isto é, para cada bit de dados o sistema do PLC transmite dois bits no canal correspondente com isso os equipamentos PLC monitoram automaticamente a qualidade do canal, de modo que se ela for alta o suficiente o FEC é desativado e se a qualidade cair o FEC é ativado (RAMIRES, 2009).
31 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 23 Mas além da criptografia outros sistemas de segurança poderão ser implementados, dentre eles destaca-se um sistema de detecção de intrusão para que nenhum acesso seja feito sem o conhecimento da administração do sistema. Uma solução que existe para que os dados de uma determinada rede PLC, é a instalação de um filtro. Com esse filtro, serão bloqueadas as freqüências usadas pela rede PLC para que outras pessoas não tenham acesso à mesma só que esses filtros, entretanto são caros e requerem um profissional especializado para a instalação. Embora os pacotes de conexão sejam seguros, as conexões físicas são realizadas diretamente na tomada de energia elétrica, deixando o hardware exposto às variações de tensão e ataque devido está em uma topologia de barramentos onde outras maquinas consegue enxergar toda a rede, estudos estão sendo feitos nessa área mais nada confirmado. 3.2 PLC INCLUSÃO DIGITAL A cobertura geográfica da rede de baixa tensão em regiões habitadas é bem abrangente, facilitando o acesso quase universal à rede visto que não necessita de obras para cabeamento, não interfere na rede elétrica, o cliente só precisará de um equipamento de ligação modem PLC plug & play 10, autoinstalável, terá uma ligação permanente de dados ativa, 24 horas/dia, caso o cabo não se rompa isso quer dizer que essa tecnologia tem viabilidade para o cliente já que ele não precisará desembolsar muito dinheiro para ter uma tecnologia de ponta ao seu alcance (MONQUEIRO, 2009). 10 Que significa ligar e usar,
32 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 24 Figura 7- Ao alcance da tecnologia PLC. Fonte- Google imagens O sistema PLC tem um potencial de penetração, pois, com ele, será possível integrar a Internet a qualquer residência ligada à rede elétrica, desde que a operadora de distribuição de energia elétrica domine essa tecnologia. A capacidade de transmissão do PLC vai alterar drasticamente o mercado de soluções para a banda larga como, por exemplo, a videoconferência, a tele-medicina, a educação à distância e o conceito de telecomandos como monitoração pela internet de controles de iluminação, segurança, ar-condicionado e outros. 3.3 OBSTÁCULOS ENFRENTADO PELA PLC Deve ser assegurado que a tecnologia PLC seja tratada de forma igual a outras tecnologias de banda larga e que uma regulamentação estável seja estabelecida de modo que os investidores se sintam confortáveis para suportar fortemente a implantação dessa tecnologia. Muitas dificuldades ocorrem na definição de um modelo de negócios para telecomunicações por uma distribuidora de energia. Mesmo a simples conexão entre duas tomadas de energia elétrica em uma mesma instalação apresenta uma função de transferência bastante complicada devido principalmente à falta de casamento entre as correntes e cargas nas terminações da rede, isto quer dizer que em algumas frequências o sinal transmitido pode chegar ao receptor com poucas perdas, enquanto em outras frequências o sinal pode ser recebido com um nível
33 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 25 de potência abaixo daquele apresentado pelo ruído, sendo completamente corrompido pelo canal. Para que uma rede PLC funcione adequadamente em um determinado ambiente, o usuário deverá vencer algumas barreiras. Uma delas diz respeito ao projeto da rede elétrica, é bastante comum, por exemplo, que em determinado ponto da residência a fiação dê muitas voltas ao em vez de fazer o caminho logicamente mais curto, ou ainda se estiverem instalados nessa linha disjuntores fora de padrão, certamente haverá perdas importantes na potência de sinal, além da interferência de ruídos elétricos, o que gera quedas na taxa de transferência de dados (SANTOS, 2008) RUÍDOS Um dos principais problemas são as redes com altíssimos níveis de ruído, inviabilizando a transmissão via PLC, essa tecnologia pode ser utilizada com sucesso, após uma avaliação prévia do ruído presente na rede de transmissão de energia. Figura 8- Eletrodomésticos que provocam interferência. Fonte: Google imagens A rede elétrica pode causar diversos ruídos na forma de impulso no canal como, por exemplo:
34 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 26 Síncrono: Geralmente provocado por dimmers. Por exemplo, quando uma lâmpada é ligada em brilho médio, diversos impulsos da ordem de dezenas de volts são inseridos no canal. Tonal: Pode ser dividido em dois tipos. O não-intencional, gerado pelas fontes de alimentação. O intencional é causado por intercomunicadores que usam a rede elétrica, como babás eletrônicas. Alta Frequência: Gerado por aparelhos que usam motor universal, comumente presente em barbeadores, aspiradores e outros eletrodomésticos. Injetam na rede impulsos da ordem de alguns milhares de pulsos por segundo. Capacitores: É gerado quando se liga/desliga aparelhos eletrônicos, porque estes possuem capacitores, feitos para corrigir o fator de potência, que são carregados/descarregados quando o equipamento é ligado/desligado. A grandeza do ruído gerado, portanto, depende diretamente do tamanho do capacitor de cada equipamento (SANTOS, 2008) ATENUAÇÃO Um fator a ser considerado, além do ruído presente, durante a transmissão de dados, usando a rede elétrica, é a atenuação da portadora causada por fatores que dependem do número e da natureza das cargas conectadas, costuma ser associado tanto com a frequência do sinal como pela distância que ele percorre, uma dos principais causadores das descontinuidades são as emendas dos fios, interruptores e tomadas. Estas, mesmo não estando ligadas a nenhum equipamento, são pontos problemáticos por serem pontos de rede sem terminação (CORRÊA, 2004). Figura 9- Ligações irregulares Fonte: Google imagens
35 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 27 A atenuação é uma característica do meio que naturalmente enfraquece o sinal que viaja por ele mesmo. Se a atenuação é muito alta a potência recebida é muito baixa e pode não ser detectada. A atenuação varia não somente com a frequência do sinal como também com o tempo devido às cargas que são conectadas e desconectadas. Outro problema é a impedância de rede que exerce grande influência na qualidade da transmissão de sinais Impedância Deve-se entender que a impedância está relacionada à transferência de energia entre dois meios, portanto, a potência de transmissão é facilmente calculada quando a impedância da rede é conhecida. Quanto menor for a impedância, maior terá que ser a potência de transmissão. Todavia, sabemos que a impedância da rede pode variar com o tempo e com a frequência, tornando maior o custo do estágio de saída dos transmissores. Devido a questões técnicas, as empresas que estão em campanha para a adoção do sistema PLC já alegam a necessidade de se aumentar a frequência utilizada pelo sistema, evitando a interferência provocada em outros sistemas licenciados que compartilham o mesmo espectro e aquela provocada por outros usuários licenciados no sistema PLC em operação. O objetivo é aumentar a separação da frequência de funcionamento da rede elétrica que é de 60Hz, se isso não for feito poderá colocar em questão a manutenção e desenvolvimento em nosso país entre eles as comunicações da marinha, aeronáutica, exército, radiodifusão e seus serviços auxiliares, radioamadorismo, faixa do cidadão, e demais serviços experimentais e científicos já que esses serviços operam na mesma faixa espectral Interferência A interferência causada por usuário PLC pode ser relacionada com a redução do espectro disponível para cada usuário, isso pode implicar na redução da taxa de transmissão, portanto, pode-se dizer que o conhecimento prévio dos níveis de sinais nas regiões onde o sistema será instalado é de grande importância para a viabilidade do produto. Atualmente, a ANATEL tem adotado o argumento da indústria elétrica de colocar os filtros nos equipamentos PLC (com notchs dinâmicos) que servem para proteger o espectro de rádio,
36 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 28 relativizando a bagunça que o PLC provocará no espectro radioelétrico, no entanto não seriam todas as faixas protegidas, de acordo com a controversa consulta pública e conivência da ANATEL, apenas 10,13% do espectro (ARCHANGELO, 2009). Alguns grupos se opõem à disseminação da tecnologia de PLC por dizerem que existe a possibilidade de que ocorra interferência em transmissões de rádio, já que os cabos elétricos não são blindados. Além disso, os cabos da rede elétrica não são trançados como nas redes Ethernet, isto faz com que a emissão de sinais de alta frequência seja maior, o que pode provocar não só interferência a outros fios, como também a transmissões de rádio. Felizmente, para evitar que se prejudiquem os sinais de rádio, existem normas que limitam a frequência utilizada nas PLC. 3.4 PROJETOS EM PLC No Brasil, várias concessionárias de energia elétrica realizam testes com a tecnologia PLC. As pioneiras nos testes de campo foram ELETROPAULO, BARREIRINHAS, CELPE, COPEL e LIGHT. Embora existam outros experimentos em diversas distribuidoras de energia elétrica que também testam a tecnologia PLC, neste trabalho serão considerados apenas os resultados obtidos pelas empresas citadas acima. Além das companhias de energia elétrica, vários órgãos brasileiros estão envolvidos com o estudo e regulamentação da tecnologia Companhia Paranaense de Energia Elétrica - COPEL A tecnologia PLC utiliza as linhas de energia elétrica já existentes para transferência de informações. A COPEL possui três bases para a investigação, utilizando a tecnologia PLC: Base Londrina, trabalha com a tecnologia ENEL baixa velocidade (2400 bit/s); Base Curitiba, trabalha com a tecnologia SCHLUMBERGER baixa velocidade (menor que 2400 bit/s); Base Curitiba, trabalha com a tecnologia ASCOM alta velocidade (~2Mbit/s) e tecnologia DS2 alta velocidade (~20Mbit/s), em condições padrão, ou seja, sem ruídos na linha.
37 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 29 Essa última base é a que descreveremos neste trabalho, pois desenvolve uma velocidade de comunicação mais elevada para trafegar dados, tendo a aplicação de uma rede local, como, por exemplo, uma residência, uma biblioteca, etc., estabelecendo comunicação entre computadores e periféricos compartilhados e fornecendo acesso à Internet, etc. O objetivo do projeto PLC da COPEL é utilizar a infra-estrutura das linhas e redes de distribuição de energia elétrica como meio de comunicação de dados, visando atender e disponibilizar novos serviços ao usuário final (ou inicial). O conhecimento adquirido com a tecnologia PLC habilita a COPEL a contribuir para o desenvolvimento social, nos níveis nacional e internacional, de um modelo padrão para a América Latina a identificar as oportunidades de novos negócios oferecidos pela tecnologia PLC, principalmente na competição dentro do mercado de telecomunicação Companhia Energética de Pernambuco - CELPE Sistema de Comunicação Piloto usando PLC - Banda Larga na Área de Distribuição da CELPE, que tem como objetivo desenvolver, montar e testar um sistema piloto de comunicação à base de PLC - banda larga, constituída de 3 redes locais interconectadas para transmissão/recepção de sinais de voz, dados e imagem através da rede de potência da CELPE. Resultado do Projeto: Elaboração de uma metodologia de avaliação e testes de desempenho da tecnologia PLC de banda larga na rede elétrica de distribuição da CELPE, através de uma sequência de procedimentos que, entre outros, inclui medidas de grandezas primárias e secundárias da rede de baixa tensão (indoor e outdoor) e média tensão (outdoor), avaliação da qualidade dos sinais transmitidos na rede, medições dos níveis de interferências eletromagnéticas oriundas por fontes externas e internas ao meio, como por exemplo, fontes de ruídos eletromagnéticos provocados por aparelhos convencionais utilizados em residências ou escritórios.
38 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC Eletropaulo A Eletropaulo realiza projetos de inovação tecnológica aplicando recursos nas diversas áreas relacionadas ao seu negócio, desde aspectos técnicos da distribuição de energia, como Redes de Distribuição e Transmissão, Equipamentos, Tecnologias de Medição, até soluções e pesquisas em Segurança, Meio Ambiente, Sistemas de Informática e Atendimento ao Cliente, passando também por outras áreas de pesquisa como PLC. A Eletropaulo Telecom testa o PLC desde 2007 e já investiu mais de R$ 20 milhões no projeto. Atualmente, contabiliza em São Paulo 300 prédios prontos para receber a oferta de banda larga pela rede elétrica, ou seja, ela pode chegar até áreas onde hoje a oferta de banda larga pelos meios tradicionais é deficiente. A executiva citou algumas regiões com essa características que poderiam ser atendidas pelo PLC como Granja Viana, Morumbi, Alphaville e Alto da Boa Vista, todas em São Paulo. Além disso, a solução tem a vantagem de não precisar de nenhum tipo de cabeamento nos prédios, o que é um fator crucial em edifícios mais antigos. Para a Eletropaulo, o maior interesse em lançar o PLC é que a receita seja revertida em serviços de comunicação da própria distribuidora. "Com esse dinheiro queremos pôr câmeras de vídeo nas subestações para monitorá-las e inibir ataques de vândalos (CORREA, 2004) Projeto Ilha Digital - Barreirinha Maranhão O município de Barreirinha, localizado na região dos lençóis maranhenses, cerca de 270 km de São Luis MA, com uma população urbana de pouco mais de 13 mil habitantes, está tendo acesso aos serviços baseados na tecnologia PLC que permitem a transmissão de dados em banda larga, a partir da rede de energia elétrica. Essa iniciativa faz parte de um projeto-piloto da Comissão de Inclusão Digital do Fórum APTEL 11 PLC Brasil. Essa idéia surgiu para a prestação de serviços públicos como escolas, bibliotecas, postos de saúde, prefeitura, secretarias, entre outros, onde a população da cidade poderá ter acesso à internet, utilizando a infraestrutura compartilhada da rede elétrica. O que, segundo os idealizadores do processo, serve para provar a viabilidade do PLC para a transmissão de 11 Associação de Empresas Proprietárias de Infra-estrutura e de Sistemas Privados de Telecomunicações
39 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 31 dados, destacando assim a tecnologia como uma das alternativas para a universalização do acesso no país Light (RIO) A Light está testando a internet via rede elétrica em oito prédios, em diferentes regiões do Rio de Janeiro: no Centro, na Zona Sul e Barra da Tijuca, segundo informações de Paulo Magalhães Duarte Sobrinho, diretor do projeto de PLC da Light, esse serviço começou a ser testado em outubro de 2002 e está sendo realizada em parceria com a EDF (Electricité de France), controladora da empresa, a avaliação leva em conta propagação do sinal na rede e viabilidade comercial (LIGHT, 2009).
40 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 32 4 COMPARATIVO ENTRE TECNOLOGIAS DE ACESSO A INTERNET A implantação de PLC está sendo bastante rápida quando comparada com a maioria das tecnologias existentes, por sua competitividade, já que se baseia na infra-estrutura existente. Isto aperfeiçoa o tempo de resposta de mercado e permite implantações massivas quando em períodos de crescimento rápido. Na Europa, uma análise comparativa da economicidade da PLC em relação às demais tecnologias de acesso banda larga indica que o PLC apresenta economicidade competitiva e com uma forte tendência a melhorar com a queda dos custos dos equipamentos decorrente do desenvolvimento de mercado. A utilização de suporte de tensões médias na área metropolitana torna esta relação bastante atraente (MORAES, 2002). O aumento do consumo de largura de banda foi meteórico e atualmente é possível inclusive ver televisão via internet com qualidade mais do que aceitável. No entanto, para seguir avançando e oferecer novos serviços, são necessários novos métodos de comunicação que ofereçam maior largura de banda e comodidade as pessoas. Atualmente existem várias tecnologias de acesso a rede, sendo que estas podem ser divididas em duas classes: Tecnologias fixas e Tecnologias móveis. 4.1 TECNOLOGIAS FIXAS ADSL ADSL é uma evolução da tecnologia DSL que utilizam freqüências diferentes para dividir a linha telefônica em dois canais: um para tráfego de voz e outro para dados. Isso é possível já que as redes telefônicas usam somente uma pequena porção da largura de banda disponível para o tráfego de voz. Em 1989 foi criado o termo ADSL é a abreviatura de Asymmetric Digital Subscriber Line, refere-se ao tipo de tecnologia do modem que converte o sinal padrão do fio de telefone analógico ou digital em um canal digital de alta velocidade.
41 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 33 Com a aplicação da tecnologia ADSL foi possível transformar a cadeia de informação pública que já existia e que era limitada a voz, texto e gráficos de baixa resolução para um sistema de transmissão e recepção de dados muito poderoso, pois é capaz de transmitir e receber multimídia, videoconferência, enfim, qualquer tipo dados digitais para ambientes residenciais e corporativos. Ela tem a característica de que os dados podem ser transmitidos mais rapidamente em uma direção do que na outra, assimetricamente, diferenciando-o de outros formatos. Os provedores geralmente anunciam o ADSL como um serviço para as pessoas conectarem-se à internet num modo relativamente passivo: podendo usar velocidade mais rápida para o tempo de download e uma velocidade inferior para upload (FERREIRA, 2009). Figura 10- Acesso Via ADSL Fonte: Google imagens O ADSL permite que os prestadores de serviço possam evoluir suas redes para suportar serviços avançados, tais como as aplicações de Vídeo, de forma flexível, permitindo que uma única solução possa atender tanto os serviços em enlaces curtos (mais próximos da estação telefônica) como os serviços em enlaces longos mais distantes da estação telefônica (SANTOS, 2009). A tecnologia ADSL2+ é uma evolução do ADSL que eleva a velocidade máxima dos atuais 8 Mbps para 24 Mbps nominais. No entanto, somente em locais próximos à central telefônica, entre 300 e 800 metros de distância, são obtidas as taxas de transferência mais elevadas. Na
42 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 34 prática, os serviços em ADSL2+ costumam ser comercializados em velocidades de até 12 Mbps (FONSECA, 2009) Fibra ótica Uma fibra ótica pode ser definida como um capilar constituído de materiais cristalinos, caracterizado por um núcleo, por onde a luz é transmitida, e uma casca, que confina a luz no interior do núcleo, o cabo de fibra ótica usa laser ou diodos emissores de luz (LEDs) para transmitir pulsos de luz. Como as luzes utilizam freqüências mais altas, elas podem transmitir centenas de vezes mais dados do que os sinais elétricos ou as ondas de rádio (Barros, 2009). Figura 11- Acesso via Fibra Ótica Fonte: Google imagens A utilização de fibras ópticas nas redes de acesso foi proposta há mais de 20 anos, com base em várias motivações, dentre as quais destacamos capacidade potencial de 100 Mbps por distâncias de até centenas de quilômetros, facilidade de instalação e atualização, possibilidade de serviços simétricos, baixo custo de operação e manutenção, confiabilidade, imunidade a interferências eletromagnéticas, cabos mais leves e mais compactos. Entretanto, os equipamentos necessários para a implantação desta tecnologia apresentavam custos superiores aos de outras tecnologias e a demanda por banda não era suficiente para justificar o investimento nesta tecnologia (CORRÊA, 2004)
43 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC Tecnologias Móveis WiMAX O WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) é uma das tecnologias que mais vem ganhando investimentos no mundo, baseada em uma rede sem fio, porém, com um alcance muito superior, (até 50 km). Tem como principais investidores gigantes como Intel, Samsung entre outros. Sua grande missão é proporcionar um serviço de Internet sem fio, com um grande alcance e alta velocidade de transmissão, tornando-se assim, um feroz concorrente para as atuais tecnologias de banda larga (SOARES, 2006). Figura 12- Acesso Via WiMAX Fonte: Google imagens Possibilitará, segundo a especificação, altas taxas de transmissão de dados algo em torno de 75 Mbps, num raio de 50 Km(SANTOS, 2008) Satélite A internet via satélite é comumente utilizada em locais nos quais a internet convencional não está disponível, ou nos casos em que o usuário do serviço está em movimento constante tais como carros ou navios em alto mar. Sua área de abrangência é mundial, já que satélites ficam no espaço e têm, dessa forma, alcance ampliado.
44 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 36 Figura 13- Acesso Via Satélite Fonte: Google imagens Para utilizar a tecnologia, é necessário ter uma antena (semelhante a uma parabólica), cujo custo é bem elevado. A velocidade desse tipo de conexão é em torno dos 10Mbps segunda a revista INFO, mas com um porém devido à enorme distância entre o emissor e o receptor, a troca de informações é feita em grandes pacotes; isso permite um desempenho muito satisfatório para downloads, mas a demora entre o recebimento de um pacote, devido ao retardo causado pela propagação do sinal no espaço livre. O atraso do sinal é da ordem de 1/4 do segundo, o que torna inviável para a prática de atividades que envolvam respostas rápidas, como jogos online em tempo real (SILVA, 2009). 4.3 COMPARATIVO ENTRE PLC E ADSL Esse comparativo foi retirado do site (http://www.xanxere.com.br/plc/compara.htm) da Hidroelétrica Xanxerê com o propósito de comparação entre tecnologias de acesso a rede com base na transmissão de dados. As imagens abaixo mostram downloads realizados a partir de dois Links de acesso Internet diferentes: Acesso ADSL e acesso PLC na transmissão de dados.
45 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 37 Como base para os testes, utilizamos um arquivo existente e disponível no WEB Site da Hidrelétrica Xanxerê e realizamos os downloads via conexão ADSL (Link de 512 KBit/s). O arquivo em questão é o Adobe Acrobat Reader de distribuição livre para a leitura de arquivos com extensão "PDF", e que possui um tamanho de 8,96 MBytes. Para realizar o teste no acesso PLC, foi configurado um WEB Server na Rede de Acesso PLC contendo o mesmo WEB Site da Hidrelétrica Xanxerê, porém substituindo o arquivo utilizado anteriormente para Download por outro cujo tamanho é de 100 MBytes utilizando o mesmo nome. Desta forma pudemos observar o comportamento do Download via PLC por um tempo maior e, já que a velocidade de acesso PLC ficou limitada a 7.5 MBit/s (por uma condição imposta pela Rede Elétrica em que foi instalado), buscamos identificar nesta condição, variações de velocidade, tempo do Download e estabilidade do Link. Nesta situação, somente o próprio PLC e a condição da Rede Elétrica poderiam limitar ou influenciar na velocidade do Download, já que a rede em que este WEB Server está instalado é uma rede de 100 MBit/s e o PLC está conectado diretamente a ela. (http://www.xanxere.com.br/plc/compara.htm) Assim, os seguintes resultados foram obtidos: Download via conexão ADSL Figura 14- Download via ADSL Fonte: Xanxerê
46 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 38 Download via conexão PLC Figura 15- Download Via PLC Fonte: Xanxerê A taxa de transferência foi de 53,6 KB/seg para ADSL e de 938,0 KB/seg para PLC. Porém é importante ressaltar que em PLC existe uma variação muito grande em função de carga da rede, ruído e interferência. Outro fator importante a ser verificado é a banda compartilhada com vários usuários que também faz uma limitação de tráfego (se um enlace possui 45Mbps e 50 usuários, esta banda será compartilhada conforme o numero de usuários conectados a cada momento na rede). Testes desta natureza servem para mostrar que a tecnologia é viável e precisa de avanços para minimizar as limitações do agressivo meio de transmissão utilizado pelo PLC (CORRÊA, 2004) 4.4 CONCLUSÃO DO COMPARATIVO As tecnologias ADSL possuem uma grande abrangência no cenário mundial, sendo consideradas como a tecnologia de acesso banda larga dominante não só na Europa, como também na América Latina e em países em desenvolvimento como a Índia (SERUFFO, 2009) pois utiliza a linha telefônica como acesso à internet.
47 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 39 Figura 16- Comparativo ADSL Fonte: Teleco e Anatel Essa tecnologia ainda não disponível para qualquer usuário depende de uma linha telefônica para funcionar e essas linhas têm um preço elevado, com isso o mesmo terá que pagar pela linha bem como um adicional para o acesso a internet e que esse serviço nem sempre está disponíveis, o que a torna essa tecnologia pouco viável para maiorias das pessoas. A utilização da fibra ótica tem uma qualidade bem mais avançada que as demais, só que o manuseio da mesma é bem mais delicada que no caso dos que utilizam os cabos metálicos, pois é preciso ter um cuidado maior, já que elas se quebram com facilidade, tornando-a uma tecnologia de altos custos com acesso para uma pequena fatia do mercado.
48 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 40 Figura 17- Comparativo Fibra ótica Fonte: Teleco e Anatel A tecnologia WiMAX nas faixas de frequência mais altas existem limitações quanto as interferências causadas pelas chuvas, causando assim uma diminuição de taxas de transferências e dos raios de cobertura dependendo da quantidade de usuários o desempenho é baixo, requer níveis de segurança elevados pois se trata de uma tecnologia sem fio e ainda pouco utilizada no Brasil (PANISSI, 2009).
49 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 41 Figura 18- Comparativo Wimax Fonte: Teleco e Anatel Embora a internet via satélite esteja disponível em praticamente todo o país, seus preços e seu perfil não se encaixam com as necessidades do uso residencial da internet pois se trata de uma tecnologia extremamente cara já que tem necessidade de ter uma antena específica que também tem um preço elevado um outro problema e que não há muitos provedores existentes para esse tipo de serviço e na transmissão há um retardo o que torna inviável para a prática de atividades que envolvam respostas rápidas.
50 Estudo Sobre a Viabilidade da Implantação da Tecnologia PLC 42 Figura 19- Comparativo Satelite Fonte: Teleco e Anatel E por ultimo a tecnologia PLC que utiliza a rede elétrica como meio de comunicação. Figura 20- Comparativo PLC Fonte: Teleco e Anatel