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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS
FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS
Ingeniería en Telemática
Seminario de investigación 1
Transmisión de datos sobre red eléctrica con tecnología PLC en Ciudad
Victoria.
Hilario Adrian Guadalupe García Parra
Dr. Joel Gutiérrez Lozano
Cd. Victoria Tamaulipas 07/Dic/2011
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Índice
I. Introducción……………………………………………….. 03
II. Planteamiento del problema……………………….. 04
III. Antecedentes……………………………………………… 05
IV. Objetivos e Hipótesis………………………………….. 07
V. Materiales y métodos…………………………………. 08
VI. Resultados y discusión………………………………… 16
VII. Conclusiones………………………………………………. 18
VIII. Recomendaciones………………………………………. 19
IX. Bibliografía…………………………………………………. 20
X. Anexos………………………………………………………… 22
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I. Introducción
Esencialmente, un sistema de comunicaciones permite transmitir y/o recibir
información. En el presente Seminario se hablara de los componentes y las
características del sistema, qué tipo de información puede ser transmitida o
recibida, cuántos canales, en qué frecuencias, con qué rapidez y fidelidad, a
qué costo y con qué cobertura, además de su grado de inmunidad frente a
ruido e interferencias y a otros parámetros de operación.
El sistema de comunicación de datos a través de la red eléctrica domiciliaria
está constituido por dos tipos de elementos: físicos y lógicos; su diseño y
construcción involucra la electrónica, la electricidad y la informática; la
velocidad de los datos está limitada por el ancho de banda del cable bifilar y
por las técnicas de codificación y modulación empleadas; las frecuencias de
transmisión se seleccionan según la norma CENELEC EN50065-1, la cobertura
es local domiciliaria, la inmunidad frente a ruido e interferencias depende de
la frecuencia de transmisión y de la utilización de un tipo de transmisión a
dos hilos: línea-tierra ó línea-neutro; en cuanto a costos, el sistema es una
alternativa económica y de rápida instalación para el transporte de datos.
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II. Planteamiento del problema
En Ciudad Victoria existen muchas familias que no cuentan con el servicio de
Internet en sus casas, hoy en día este servicio es muy importante para
realizar diversas actividades tales como comunicarse, realizar tareas, hacer
pagos bancarios, consultar información, etc. La tecnología PLC es una opción
atractiva ya que la infraestructura ya está implantada, lo que nos evita hacer
una inversión en ese aspecto y nuestra red eléctrica funcionada como una
red de datos.
Este seminario ofrecerá otra alternativa al servicio de transmisión de datos
de banda ancha aprovechando una infraestructura que ya está desplegada
por toda la ciudad.
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III. Antecedentes
Historia
La idea de utilizar el cable eléctrico para la transmisión de información no es
nueva, el uso del PLC en sus orígenes se limitaba al control de las líneas
eléctricas y a la transmisión a baja velocidad de las lecturas de contadores.
Más adelante, las propias empresas eléctricas empezaron a utilizar sus
propias redes eléctricas para la transmisión de datos a modo interno.
En 1997, las compañías United Utilities, de Canadá, y Northern Telecom, de
Inglaterra, presentaron al mercado una tecnología que podía conseguir que
Internet fuera accesible desde la red eléctrica: el PLC (Power Line
Communications). Desde entonces, las compañías eléctricas empezaron a
pensar que podían sacar un mayor rendimiento a sus redes y han sido
numerosas las iniciativas en el sector para llevar a cabo un despliegue masivo
de este servicio de comunicaciones.
Luego fueron los alemanes los que se unieron a la carrera por desarrollar la
tecnología Power Line. A fines del '99 y principios de 2000 España ingresó
también en esta disputa a través de Endesa.
En la actualidad, en algunos países como Austria o Suiza se ofrecen servicios
básicos a un número relativamente bajo de usuarios. Alemania fue el primer
país en ofrecer PLC comercial. La empresa pionera RWE ofrecía servicios por
unos 30 euros al mes, alcanzando en el 2001 los 20.000 abonados.
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Esto explica que los principales suministradores europeos de estos equipos
fueran Siemens y Ascom (Suiza). El 30 de septiembre de 2002, RWE de
Alemania cesó sus servicios de PLC, dando como motivo problemas
regulatorios no resueltos de utilización del espectro.
Importancia
Por lo antes indicado la comunicación de datos es una solución importante
para varias aplicaciones que veremos en el desarrollo de este trabajo; una de
ellas es la transmisión de internet por medio de la red eléctrica y la
comunicación entre equipos computacionales por medio de la red eléctrica
domiciliaria.
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IV. Objetivo e Hipótesis
Objetivo
Este seminario dará a conocer otra alternativa para poder brindar el servicio
de transmisión de datos de banda ancha aprovechando una infraestructura
que ya está desplegada por toda la ciudad.
En base a esto, se tendría otra alternativa distinta al internet por línea
telefónica y saber cómo implementar un equipamiento de un sistema PLC
para la transmisión y recepción de datos sobre la red electica domiciliaria.
Hipótesis
La hipótesis de este seminario es la siguiente:
Si se implementara la transmisión de datos sobre la red eléctrica por medio
de la tecnología PLC en Cd Victoria se podría ofrecer el servicio de internet a
81,779 viviendas particulares que disponen energía eléctrica, lo cual es más
del 90% de cobertura en la Ciudad.
Se incrementaría el número de usuarios de internet tal como paso en España
en donde se duplicaron los usuarios de esta tecnología (solo 35,209 viviendas
cuentan con internet).
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V. Materiales y métodos
Materiales
El sistema de comunicación de datos a través de la red eléctrica domiciliaria
está constituido por dos tipos de elementos: físicos y lógicos; su diseño y
construcción involucra la electrónica, la electricidad y la informática.
El sistema es una alternativa económica y de rápida instalación para el
transporte de datos.
La arquitectura de esta red consta de dos sistemas formados por tres
elementos (Cabecera, Repetidor y Modem PLC).
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Las características del Municipio de Victoria tiene una extensión territorial de
1,634.08 km cuadrados y representa el 2.05% del área total del Estado. Esta
ciudad cuenta con miles de metros de cableado eléctrico que cubren casi
todas las comunidades en su totalidad.
La comunicación PLC por los cables eléctricos requiere de un modem
cabecera en el centro de transformación eléctrica que ilumina el edificio para
enviar la señal.
En el domicilio del usuario se instala un modem PLC (similar a los de ADSL o
RDSI) donde se podrán conectar sus equipos de transmisión de voz y datos
como ordenadores y teléfonos.
Básicamente, esto transforma al cableado de baja tensión, en una red de
telecomunicaciones donde los enchufes de cada hogar u oficina, se vuelven
puntos de conexión.
Métodos
Introducción a las tecnologías PLC
Las iníciales se refieren a las palabras inglesas Power Line Communications o
Power Line Carrier. En castellano esto significa, Comunicaciones a través de la
Red de Energía o bien Transmisión por Onda Portadora de Corriente. Se trata,
fundamentalmente, de la transmisión de voz y datos a través de la Red
eléctrica. El objetivo más atrayente de esta tecnología es tratar de
aprovechar la ubicuidad de la mayor red construida por el hombre (más de
3.000 millones de personas cuentan con energía eléctrica en todo el mundo)
llamada red de redes.
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De esta manera, las compañías eléctricas incrementarían su rentabilidad, al
aumentar el valor agregado de sus servicios con una mínima inversión,
aprovechando su infraestructura para funciones que no habían sido
concebidos inicialmente. Es algo similar a lo ocurrido con las empresas
telefónicas cuando comprendieron que el par de cobre se podía emplear
para acceder a Internet y ofrecer otros servicios de transmisión de datos,
además de permitir las comunicaciones por voz.
En la actualidad, PLC se ha desarrollado ampliamente, existiendo
básicamente aplicaciones “indoor" y de “ultima milla" existiendo normas y
estándares para estas aplicaciones. A su vez, las empresas eléctricas, a través
de esta tecnología, han ingresado como proveedores de servicios de
telecomunicaciones, sin embargo, su interés sigue siendo también los
servicios específicos dentro de la misma Red eléctrica; como el monitoreo y
control en media y baja tensión. ( International Electro technical Commission,
Publication 663).
Funciones de cada componente
El Computador Central es el encargado de \interrogar" a las diferentes
Unidades Remotas (RTU) el estado de las variables presentes en las
diferentes subestaciones conectadas a la Red, tales como temperatura,
tensión, corriente, frecuencia, etc.
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Al ser una Red de difusión, \todos escuchan todo" pero solamente responde
aquel que tenga la dirección requerida por el Computador Central. (González
Ruiz, Martínez García, González Casado, García Fernández,
2002)
Este, se comunica con el MODEM PLC a través de una interfaz serial RS-232].
La tarea del MODEM es la modulación de la señal transmitida y la
demodulación de la señal recibida.
La señal que transmite o recibe el MODEM es inyectada a través de un
acoplador de línea. Este, aparte de ser el dispositivo que inyecta la señal de
PLC en la línea de energía, también se encarga de proteger al circuito de
posibles sobretensiones debido a diferentes factores. La comunicación de la
RTU con el Computador Central es también a través de un MODEM PLC y un
Acoplador utilizando una interfaz serial entre la RTU y el MODEM. La Unidad
Remota RTU es la interfaz con los dispositivos de campo, se la puede
considerar como los ojos, oídos y manos de una estación maestra. Junto a las
RTU se encuentran los denominados transductores que en general, son unos
dispositivos que convierten una forma de energía en otra.
En particular, un transductor eléctrico, convierte la magnitud de una variable
física en una señal eléctrica proporcional, de tal manera que el resultado de
la operación pueda ser utilizado como información útil y representativa de
dicha cantidad. Debe existir una relación conocida entre la entrada y la salida
del transductor.
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El primer sistema denominado “de Outdoor o de Acceso”, cubre el tramo de
lo que en telecomunicaciones se conoce “ultima milla”.
Este primer sistema es administrado por un equipo cabecera (primer
elemento de la red PLC) que conecta a esta red con la red de transporte de
Telecomunicaciones o backbone.
El segundo sistema se denomina “de Indoor”, y cubre el tramo que va desde
el medidor del usuario hasta todos los toma corrientes o enchufes ubicados
al interior de los hogares.
Para comunicar estos dos sistemas, se utiliza un equipo repetidor, segundo
elemento de la red PLC.
El repetidor recoge la señal proveniente del equipo cabecera del sistema
outdoor e inyecta la señal en el tramo indoor.
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El tercer y último elemento de la red PLC lo constituye el modem terminal o
modem cliente, que recoge la señal directamente de la red eléctrica a través
del enchufe.
A este modem se pueden conectar un computador, un teléfono IP u otro
equipo de comunicaciones que posea una interfaz Ethernet o USB.
Comunicación de datos
La información codificada es representada a través de bits, la cual puede ser
una eventual señal de control. Los bits pueden transmitirse secuencialmente,
que es lo que se conoce como forma serial, o agrupados en palabras, que
sería en forma paralela. Los motivos que determinan el uso de una u otra
forma de transmisión, claramente responden a las necesidades de velocidad
y rendimiento económico. A continuación se mencionan los dos tipos de
transmisión y seguido a esto se describen sus características principales:
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(a) Transmisión de datos en paralelo
(b) Transmisión de datos en serie
Transmisión de datos en paralelo
La comunicación paralela transmite todos los bits de un dato de manera
simultánea, lo que implica tantos canales de comunicación como bits
contenga el elemento base, por lo tanto la velocidad de transferencia es
rápida, sin embargo tiene la desventaja de utilizar una gran cantidad de
líneas, debido a esto, se vuelve más costoso y además se atenúa a grandes
distancias por la capacitancia entre conductores, así como sus parámetros
distribuidos. Se usa básicamente para transmisiones en distancias muy
cortas.
Transmisión de datos en serie
Los datos son transferidos bit a bit utilizando un único canal. Es la forma
normal de transmitir datos a larga distancia, ya que la instalación de tantas
líneas de comunicación (datos en paralelo), como bits tiene una palabra a lo
largo de un país, sería un coste inabordable. Las computadoras internamente
manejan la información agrupada en palabras, conjuntos de bits, y deben
realizar una conversión para serializar la información. Esto es realizado por
circuitos integrados de uso especifico y doble, ya que son capaces de
convertir en una secuencia lineal una palabra, y a la vez convertir en palabra,
los bits que van obteniendo uno a uno de una línea de comunicación serie.
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Diseño teórico final
Debido a que hay estudios realizados con respecto al ruido en baja tensión, y
teniendo conocimiento de que este ambiente se ve más perjudicado por este
fenómeno, con respecto a las líneas de media tensión, y a su vez la ausencia
de estudios hechos para esta última, se ha optado por seleccionar el nivel de
ruido más desfavorable presente en baja tensión.
Como nuestra elección de S/N mínima es de 14 dB y en 1 km obtuvimos 25
dB, tenemos 11 dB por encima del nivel mínimo indispensable, lo cual nos
permite un margen de 900 m más. De esta manera habría que colocar un
repetidor cada 1,9 km aproximadamente.
Por lo tanto con todos los parámetros seleccionados y calculados se presenta
a continuación, a modo de resumen lo siguiente:
Tipo de transmisión............................. Serie, half-duplex.
Modo de operación................................ Asíncrona.
Tipo de modulación............................... OQPSK.
Rango de frecuencias............................. 9 a 95 kHz.
Tasa de transmisión............................... 9600 bps
Frecuencia de portadora........................ 20 kHz.
Nivel máximo de tensión a 9 Khz......... 5 V ´ 74 dBmV
Nivel máximo de tensión a 95 Khz........ 1 V ´ 60 dBmV
Umbral de S/N...................................... 14 dB
BER....................................................... 10¡6
Impedancia característica...................... Z0 = 445.5
Atenuación............................................. ® = 7.03 a 12.03 dB/km
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VI. Resultados y discusión
Descripción general sobre la red PLC
El sistema de tele medición PLC se basa en el intercambio de datos a través
de la Red de energía eléctrica. Esto se realiza automatizando las actividades
manuales y repetitivas pudiendo de esta manera no depender de ninguna
intervención humana.
El sistema utilizado que se muestra en la Figura (2.1), se denomina \maestro -
esclavo" y consta básicamente de los siguientes bloques:
El Computador Central (Host) es el encargado de todas las decisiones del
sistema (maestro). El Modem PLC es el encargado de acondicionar las señales
para la transmisión o recepción según lo requiera el Computador Central.
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Los acopladores de línea se encargan de inyectar la señal a través de la Red
eléctrica.
Las RTU (Unidades Remotas) son los dispositivos que se instalan en el lugar
en donde se debe realizar la medición.
El sistema de tele medición ofrece muchas ventajas sobre el sistema de
medición convencional realizado manualmente. La mayor ventaja, es que se
está relevando periódicamente el estado de las variables de los dispositivos
que constituyen el sistema, algo que manualmente sería casi imposible de
realizar, debido al costo económico que esto requeriría por la cantidad de
dispositivos presentes en la Red eléctrica.
Otra ventaja es la identificación de algún inconveniente de manera cuasi
instantánea, pudiendo tomar decisiones a distancia logrando que el
problema se resuelva mucho más rápido. Se puede citar como dato
relevante, la conveniencia de mantener un canal propio PLC de baja
capacidad, no compartido con otros usuarios.
Como ventajas secundarias, podemos mencionar que este sistema permite
que los datos actuales de los dispositivos puedan ser contrastados con sus
datos históricos, para poder determinar si hay alguna falencia en el
rendimiento de los mismos.
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VII. Conclusiones
En este trabajo se presento el tema Transmisión de datos sobre la red
eléctrica con tecnología PLC en Ciudad Victoria. El objetivo principal fue hacer
un estudio sobre este nicho de la tecnología PLC, el cual se encuentra muy
poco desarrollado.
A partir de considerar, como se menciono anteriormente, que el Sistema PLC
sobre líneas de media tensión no se encuentra tan desarrollado como los hay
en baja tensión, se tomaron en consideración estudios realizados en baja
tensión y sabiendo que estos presentan características más hostiles, se
decidió emplear el peor caso de ruido presente en la red de baja tensión.
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VIII. Recomendaciones
Es importante destacar que todo este diseño, fue realizado bajo un marco
teórico, y llevarlo a la práctica puede implicar realizarle ciertas correcciones,
pero siempre tomando como patrón los valores obtenidos en este proyecto.
Por lo expuesto anteriormente y teniendo en cuenta los resultados de los
cálculos realizados, consideramos que el Sistema de Comunicación de datos
por medio de la red eléctrica domiciliaria, alcanza satisfactoriamente los
objetivos propuestos para este trabajo.
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IX. Bibliografía
Plancarte F. (2006, Noviembre). Tecnología PLC en México. México:
Instituto Politécnico Nacional. Recuperado de
http://www.gestiopolis.com/administracion-estrategia/tecnologia-plc-
mexico.htm [2011, 14 de noviembre]
Power Line Comunications (2003, 12 agosto). España. Recuperado el
19 de octubre del 2011 de http://html.rincondelvago.com/plc_1.html
Victoria Tamaulipas (2010). México: Instituto Nacional de Estadística y
Geografía. Recuperado el 14 de noviembre de
http://www.inegi.org.mx/sistemas/mexicocifras/default.aspx?e=28
CFE presentará proyecto PLC en México (2005, 31 enero). Mexico.
Recuperado el 8 de noviembre del 2011, de
http://www.alambre.info/2005/01/31/cfe-presentara-proyecto-de-plc-
en-mexico/
Centro de Investigación e Innovación en Telecomunicaciones (2009).
Voz y datos a través de la red eléctrica. México. Recuperado en
http://es.wikipedia.org/wiki/Power_Line_Communications [2011, 14
nov.]
Alestra estudia viabilidad económica de internet por PLC (2006, 26
septiembre). México. Recuperado el 14 de noviembre del 2011, de
http://www.bnamericas.com/news/telecomunicaciones/Alestra_estud
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Tecnología PLC en México (2004). México. Recuperado el 14 de
noviembre del 2011, de http://www.gestiopolis.com/administracion-
estrategia/tecnologia-plc-mexico.htm
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La tecnología PLC permite acceder a internet y transmitir voz y datos
por la red eléctrica (2005, 3 febrero). Madrid, España. Recuperado el
14 de noviembre del 2011, de
http://www.esmas.com/finanzaspersonales/423134.html
¿Qué es el PLC? (2005). México. Recuperado el 8 de noviembre del
2011, de http://www.galeon.com/redesbirdg/plc.htm
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X. Anexos
Siglas Utilizadas
PLC (Power Line Communications)
BPL (Broadband Power Line)
OPLAT (Onda Portadora de Alta Tensión)
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
USB (Universal Serial Bus)
VLAN (Virtual Local Area Network)
LAN (Local Area Network)
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
PSK (Phase Shifting Keying)
ASK (Amplitude Shifting Keying)
PSK (Phase Shifting Keying)
RTU (Remote Terminal Unit)
ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
DTE (Data Terminal Equipment)
DCE (Data Communication Equipment)
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)
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Terminología
PLC: Power Line Communications.
Es una tecnología que transmite información a través de la red AC; por un
canal distribuye la energía eléctrica de consumo y por otro canal transmite
los datos.
Comunicación: Es el traspaso de información, desde un emisor, mediante un
mensaje, hacia un receptor.
Internet: Conjunto de redes y routers que utilizan el protocolo TCP/IP y que
funciona como una gran red mundial Esta red incluye usuarios del sector
privado, instituciones educativas y del gobierno, y personas independientes.
Intranet: Se les llama así a las redes tipo Internet pero de uso interno de una
empresa o institución.
IP: Protocolo de Internet que brinda un servicio no orientado a conexión.
Tiene la responsabilidad de descubrir y mantener la información de la
topología de la red y de enrrutar los paquetes a través de redes homogéneas
o heterogéneas.
Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad
de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
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Ancho de banda: En conexiones a Internet el ancho de banda es la cantidad
de información o de datos que se puede enviar a través de una conexión de
red en un período dado.
LAN: Red de área local que interconecta PCs, terminales, estaciones de
trabajo, servidores, impresoras y otros dispositivos periféricos a una alta
velocidad sobre distancias cortas.
