Công nghệ truyền thông PLC trong các ứng dụng IoT

Công nghệ truyền thông đường dây điện PLC – Power Line Communication là gì ?

Truyền thông đường dây điện (PLC), còn được gọi là Power Line viễn thông (PLT) là công nghệ truyền thông sử dụng hệ thống dây điện công cộng và riêng hiện có để truyền tín hiệu . Sử dụng tín hiệu truyền thông PLC, dữ liệu tốc độ cao, giọng nói và video được truyền qua các đường dây điện áp thấp.

PLC là công nghệ đã được sử dụng từ nhiều năm nay nhưng hiện đang có nhu cầu cao hơn sau khi ra mắt các công nghệ truyền thông mới đang được PLC hỗ trợ, tức là PLC sẽ là phương tiện truyền thông đáng tin cậy cho các ứng dụng như Internet-of-thing (IoT) và Lưới thông minh.

Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghiệp phần cứng , đã có những thiết bị PLC hỗ trợ tốc độ lên đến 1200Mbps.

H.1 Sơ đồ hệ thống truyền thông qua đường dây điện

Các loại truyền thông đường dây điện ( PLC)

Về cơ bản, có bốn loại PLC :

• Kết nối mạng trong nhà : Truyền dữ liệu tốc độ cao có thể được cung cấp cho mạng gia đình bằng cách sử dụng hệ thống dây điện chính trong nhà.
• Băng thông rộng qua đường dây điện: Truy cập internet băng thông rộng có thể được cung cấp thông qua hệ thống dây điện chính ngoài trời.
• Các ứng dụng trong nhà băng thông hẹp: Các dịch vụ dữ liệu tốc độ bit thấp như tự động hóa nhà và hệ thống liên lạc nội bộ có thể được kiểm soát và sử dụng để liên lạc thông qua nguồn điện chính trong nhà.
• Các ứng dụng ngoài trời băng thông hẹp: Các ứng dụng ngoài trời băng hẹp có thể được sử dụng để đọc đồng hồ tự động và giám sát hoặc điều khiển từ xa.

Xem thêm : Toyota và NTT Group hợp tác phát triển các thành phố thông minh

Ưu điểm của công nghệ PLC

Ưu điểm nổi bật của PLC là tính kinh tế do sử dụng mạng lưới điện sẵn có làm dây truyền thông. Các modem PLC cho phép nhận và gởi thông tin tại các ổ cắm điện trên tường nhà ,như vậy toàn bộ mạng điện sẽ trong toàn nhà sẽ trở thành một mạng Lan nội bộ.Chỉ cần một đường truyền internet băng thông rộng nối tới trạm biến áp thì cả một khu vực dân cư lớn sẽ có khả năng truy cập Internet tốc độ cao mà không cần phải lắp đặt hệ thống cáp internet đến từng gia đình.

PLC hoạt động như thế nào?

Giống như bất kỳ công nghệ truyền thông nào khác, PLC cũng bao gồm một người gửi điều chỉnh dữ liệu sẽ được gửi qua một phương tiện truyền thông, và sau đó người nhận sẽ giải điều chế dữ liệu để sử dụng tiếp. Ngoài việc gửi tín hiệu để liên lạc, PLC còn cho phép người dùng điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị được kết nối với đường dây điện vì nó được thực hiện trong cùng một hệ thống dây.

PLC gửi một đầu ra ít biến động so với hệ thống cũ. Như bạn có thể thấy sơ đồ ở trên, trong hệ thống cũ có bộ chỉnh lưu và bộ tạo tần số để có đầu ra ổn định nhất có thể với tần số mong muốn nhưng có một dao động nhỏ trong đầu ra trong khi hệ thống PLC sử dụng Bộ chỉnh lưu với Bộ lọc & a Vi điều khiển cung cấp đầu ra giá trị ổn định và mong muốn với sự trợ giúp của công tắc rơle. Do đó, việc truyền dữ liệu chính xác hơn & ổn định hơn với tín hiệu đầu ra tốt.

Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ PLC

Ưu điểm:

• Chi phí triển khai thấp : PLC không yêu cầu bất kỳ cài đặt dây mới nào, do đó, sẽ giảm đáng kể chi phí triển khai.
• Phạm vi tiếp cận lớn: PLC có thể cho phép liên lạc với các nút khó tiếp cận trong đó tín hiệu không dây RF bị suy giảm ở mức cao như trong các cấu trúc ngầm hoặc các tòa nhà có vật cản và tường kim loại, hoặc đơn giản là bất cứ nơi nào tín hiệu không dây không mong muốn do Vấn đề EMI ở những nơi như bệnh viện.

• Chi phí vận hành thấp hơn: PLC cung cấp giải pháp chi phí thấp so với các công nghệ hiện có khác như hệ thống truyền thông không dây hoặc ánh sáng nhìn thấy (VLC).
• Tốc độ cao trong nhà: Việc triển khai các công nghệ PLC & VLC được tích hợp cùng nhau gần đây đã nhận được sự chú ý nghiên cứu đáng kể, dẫn đến việc cho phép một thế hệ truyền thông trong nhà tốc độ cao mới cho nhiều ứng dụng.

Những lợi thế này dẫn đến việc triển khai nhiều hơn các mạng PLC trong các ngành công nghiệp khác nhau. Nhưng với những lợi thế cũng có một số nhược điểm.

Nhược điểm

Nó cũng có một số nhược điểm như:

• Tốc độ truyền thấp,
• Nhạy cảm với sự xáo trộn,
• Biến dạng phi tuyến và điều chế chéo giữa các kênh,
• Kích thước lớn và
• Giá cao của tụ điện và cuộn cảm được sử dụng trong hệ thống PLC.

Do những nhược điểm này, PLC vẫn không được ưa thích trong một số ứng dụng.

Những khó khăn khi phát triển công nghệ PLC

• Đa số những hệ thống PLC được phân loại theo hiệu điện thế của mạng điện dùng để truyền dẫn.
• Khi truyền dẫn tín hiệu theo đường dây điện bình thường, hay xuất hiện sự suy giảm trong hàm truyền ở những tần số nhất định, dẫn đến mất tín hiệu. Công nghệ PLC sử dụng phương pháp đặc biệt để giải quyết vấn đề đó – luân phiên bật và tắt truyền tín hiệu (dynamically turning off and on data-carrying signals). Bản chất của phương pháp này là : thiết bị thực hiện việc theo dõi liên tục kênh truyền để phát hiện đoạn phổ nào bị suy giảm quá mức cho phép. Khi phát hiện lỗi, tần số bị suy giảm sẽ tạm thời dừng sử dụng đến khi nào đường truyền trở lại bình thường.
• Ngoài ra, còn xuất hiện nhiễu xung (khoảng 1 micro giây) , gây ra từ các nguồn như : đèn halogen, bật và tắt các thiết bị điện công suất lớn…
• Đường dây điện không theo chuẩn cũng gây sự suy giảm mạnh tín hiệu.
• Nhân tố chính cản trở sự phát triển hệ thống PLC vận tốc cao là chưa có chuẩn dành cho hệ thống PLC dải phổ rộng, dẫn đến khó khăn tương thích có dịch vụ sử dụng những vùng tần số gần nhau.
• Năm 2001, tập đoàn quốc tế HomePlug Powerline Alliance đưa ra chuẩn dành cho xây dựng mạng gia đình bằng đường dây điện – gọi là HomePlug 1.0 . Đó chỉ là chuẩn để xây dựng mạng gia đình, còn chuẩn đầy đủ của kỹ thuật PLC dải phổ rộng tạm thời vẫn chưa có.

Lĩnh vực ứng dụng PLC

• Kết nối internet.
• Mạng nội bộ tại nhà hoặc văn phòng.
• VoIP – IP-telephone
• Truyền âm thanh và video ở tốc độ cao.
• Hệ thống theo dõi từ xa qua Camera
• Xây dựng những kênh truyền dữ liệu số trong công nghiệp.
• Hệ thống an toàn ( báo cháy, chống trộm… ).
• Smart Cities