Powerline
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Motivazione: confuso, a tratti contraddittorio (fallimento all'inizio, tecnologia matura in fondo), la descrizione tecnica andrebbe separata dalle considerazioni di scenario e gli elementi acquisiti da quelli in corso di sperimentazione. Segnalazione di Lp
Powerline (in inglese PLC, Power Line Communication, in italiano Onde convogliate) è una tecnologia per la trasmissioni di voce o dati utilizzando la rete di alimentazione elettrica.
Utilizzata da decenni per sistemi interfonici casalinghi e per la trasmissione dati in particolari ambiti (gestori linee elettriche, applicazioni in ambito ferroviario) ha conosciuto negli ultimi anni un considerevole sviluppo. Sono state infatti sviluppate soluzioni, attualmente allo stato sperimentale, per utilizzare questa tecnologia per l'accesso a internet in alternativa ai tradizionali sistemi basati sull'uso del doppino telefonico come l'ADSL.
Dal 2002 inoltre l'ENEL sta installando presso tutte le sue utenze contatori elettronici che utilizzano la linea di alimentazione per la telelettura e il telecontrollo degli stessi. Questo tipo di applicazione richiede però una banda passante molto ridotta ed è molto più semplice da implementare.
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[modifica] Tipi di tecnologia Powerline
[modifica] In casa
Questa tecnologia viene utilizzata per la domotica con l'utilizzo di vari standard.
Quelli più datati come l'X10 (diffuso soprattutto negli Stati Uniti) consentono trasmissioni con banda limitata e sono dedicati a semplici automazioni domestiche come l'accensione di luci o la realizzazione di impianti antifurto. Richiedono l'installazione di appositi moduli di interfaccia all'interno delle prese e dei comandi. Il vantaggio rispetto ai sistemi tradizionali sta, oltre che nel risparmio di parte del cablaggio, nella possibilità di modificare con estrema semplicità il funzionamento dell'impianto e nella possibilità di realizzare funzionalità "intelligenti".
I nuovi standard, attualmente ancora in fase di sviluppo, come HomePlug, sono invece studiati per realizzare una rete locale ad elevate prestazioni (banda passante almeno 100 Mbit/s) e rendono possibile l'utilizzo della rete elettrica domestica per veicolare servizi quali il VOIP e la televisone ad alta definizione. In pratica sarà possibile utilizzare questi servizi, con l'adozione di apparecchi predisposti, semplicemente connettendo gli stessi alla presa di alimentazione senza la necessità di nessun altro cavo di collegamento.
[modifica] Fuori casa
Le compagnie di utility utilizzano coppie di condensatori per connettere trasmettitori radio a bassa frequenza a conduttori elettrici di frequenza AC. Le frequenze usate variano da 30 a 300 KHz con trasmettitori che elevano la corrente a centinaia di Watt di potenza. Questi segnali possono essere diffusi sulle linee dell'alta tensione da uno a tre conduttori ed ogni linea dell'alta tensione (con uno, due o tre conduttori) può supportare molti canali di comunicazione Powerline.
Alle sottostazioni vengono applicati dei filtri per evitare che le frequenze della portante attraversino gli apparati della centrale e per evitare che errori di trasmissione dovuti alla distanza non interessino neanche segmenti isolati di rete.
Questi circuiti sono usati per il controllo dei dispositivi di switching e per la protezione delle linee di trasmissione. Ad esempio, un dispositivo di protezione può essere usato per liberare una linea se un errore è rilevato fra i suoi due nodi terminali, o per lasciarla operare se l'errore interessa tutte le linee di trasmissione (e non dipende dai singoli nodi, ma dalla rete). Da un lato gli operatori utilizzano basse tensioni e, in misura crescente, la fibra ottica; dall'altro powerline è una soluzione a basso costo nei casi in cui uno scavo in fibra ottica non è economicamente conveniente.
[modifica] Banda larga sulla rete elettrica
I modem Powerline trasmettono su frequenze medio-alte (da 1,6 a 30 MHz). La velocità asimmetrica nel modem è di 256 Kb/s contro 2,7 Mb/s in download. Sul ripetitore posto nel contatore elettrico la velocità è di 45 Mb/s e può essere collegato a modem a 256 Kb/s. Nelle stazioni a media tensione, la velocità fino ad internet è di 135 Mb/s. Diversamente dagli Stati Uniti, in Europa centinaia di case sono collegate alla stessa sottostazione con il vantaggio di non richiedere l'adeguamento di molte centrali, e con lo svantaggio di una banda molto più frazionata e bassa.
[modifica] Standard
Esiste una competizione serrata sugli standard dalla quale ancora non è emerso un vincitore. fra i candidati troviamo HomePlug powerline alliance, Universal Powerline Association (http://www.upaplc.com/) e lo IEEE (http://grouper.ieee.org/groups/bpl/)
[modifica] Fonte potenziale di interferenze
Fra i maggiori oppositori alla diffusione di questa tecnologia vi sono emittenti radio di varia dimensione. Anche se i cavi powerline sono intrecciati e schermati (producendo a causa del dielettrico di schermatura e del fatto che non sono posti in linea retta, un minore campo magnetico), essi sono sostanzialmente delle antenne che disperdono sulle frequenze radio grandi quantità d'energia.
Non poche radio a diffusione locale infatti trasmettono onde nell'intorno dei 100 KHz, esattamente la stessa frequenza del segnale elettrico, degli elettrodomestici e dei pace-maker, con i quali vi sono interferenze. Televisioni e compagnie elettriche usano queste frequenze per lo stesso motivo che un segnale a bassa frequenza, ha di contro alta lunghezza d'onda(che è l'inverso della frequenza) e quindi tende spontaneamente a viaggiare molto più lontano senza perdere informazione e qualità.
Le compagnie elettriche con queste frequenze riducono a un non trascurabile 2-3% della potenza erogata le perdite di energia in calore per effetto Joule.
Piuttosto che dire che Powerline interferisce con queste tecnologie, è opportuno parlare di interferenze reciproche fra queste componenti. La potenza elettrica irradiata per Powerline è di pochi watt e il campo magnetico indotto è quindi paragonabile a quello dei cellulari(che inviano un Watt di potenza nell'aria) ed è molto inferiore a quello di radio e TV. Il grosso della potenza (megawatt contro i watt di Powerline) transita comunque per il segnale elettrico. Powerline se viaggia sugli stessi cavi elettrici aggiunge un campo magnetico marginale, che resta nascosto da quello indotto dai megawatt per l'energia elettrica. Il campo magnetico non è una grandezza estensiva: i campi magnetici non si sommano (ossia non si sovrappongono) e la risultante di n campi magnetici è il massimo fra questi, il solo che ha effetti sull'ambiente circostante, ossia che sia misurabile (mentre nasconde gli altri) ed eventualmente essere elettrosmog.
Un'antenna è facilmente ottenibile tagliando un filo elettrico senza arrivare a spezzarlo: bastano piccole irregolarità nei cavi perché trasmettano onde nello spazio circostante. Lo stesso campo magnetico che si crea in qualsiasi cavo elettrico è definito come una deformazione dello spazio-tempo dal punto di vista elettrostatico, che perturba l'etere circostante (la deformazione dello spazio sfasa la lunghezza d'onda, e quella del tempo disturba la frequenza). Infine, anche per i segnali televisivi e radio emessi dalle antenne si parla di potenze in Watt, come l'energia normale; Tesla mostrava che la corrente elettrica può essere trasportata a distanza senza cavi e tralicci. L'onda (che in parte genera calore) che esce dai cavi per effetto Joule, non più trascurabile alle basse tensioni, è energia che interferisce con le trasmissioni radio (che sono altra energia).
Al di là dell'uso del segnale la corrente elettrica e le emissioni radio-televisive sono un flusso ordinato di elettroni, e un'interferenza toglie qualità a entrambi. Vari test sono stati condotti con risultati opposti, a detta delle parti interessate. I radioamatori che su frequenze libere emettono segnali per uso privato a potenza molto più elevata, hanno sottoscritto petizioni contro tale tecnologia, di maggiore utilità sociale. I governi di Austria, Australia e Nuova Zelanda hanno posto l'obbligo di evitare interferenze su tali frequenze affollate, a carico degli operatori Powerline sui quali hanno precedenza le altre telecomunicazioni e che devono interrompere la connessione, se necessario per eliminare un'interferenza.
In Svizzera la tecnologia Powerline ha raggiunto negli ultimi anni una delle maggiori diffusioni in Europa in termini di utenze collegate e di percentuale di coperura del territorio. Varie municipalizzate dell'energia elettrica hanno inziato a commercializzare tariffe Powerline con una banda che varia da un taglio minimo di 300 Kbit/sec. ad un massimo di 2 megabit. Le tariffazioni sono flat 24 ore e non includono la fonia vocale. Non troviamo banda minima garantita ed il costo oscilla da 25 a 85 franchi svizzeri per il taglio da 2 megabit/sec. : le tariffe sono particolarmente care se si considera che il prezzo di mercato di un ADSL da 2 a 4 megabit è intorno ai 35 euro mensili. Il costo è anche dovuto all'architettura di rete scelta. Si è scelto di collegare in fibra ottica le centrali di bassa tensione (130 volt in Svizzera; 230 in Italia da una decina d'anni) e di inviare traffico Internet insieme alla corrente elettrica su cavo di rame soltanto per l'ultimo miglio. In questo modo la qualità di Powerline è paragonabile ad ADSL o fibra ottica, ma lievitano i costi d'impianto.Infatti il numero di centrali telefoniche sparse sul terriotrio da cablare in fibra ottica, è 4-5 volte minore delle centrali elettriche di bassa tensione; il DSLAM ha un costo più alto degli apparati da installare per Powerline nelle cabine elettriche (un semplice splitter più qualche eventuale ripetitore), ma lo scavo e i km di fibra ottica necessari nel primo caso sono molti di più.
Una possibile soluzione sarebbe di ridurre la fibra ottica da posare collegando per vari km le cabine elettriche con un ponte radio HiperLan, wi-fi o Wi-Max.
Un'alternativa, come detto, è portare la fibra ottica nelle centrali di media tensione e da qui il traffico internet sulla rete elettrica. La distanza non diminuisce la banda disponibile, ma introduce un tempo di latenza del segnale di centinaia di millisecondi. I ping di Powerline misurati sono peggiori di una connessione via satellite.
La tecnologia evolve verso un aumento della banda dei cavi in fibra ottica da frazionare verso gli utenti, ma non risolve questo problema di latenza sulle lunghe distanze. Dagli attuali 40 megabit/sec. di banda per cavo in fibra ottica, si iniziano a commercializzare cavi con 85 megabit di banda. In laboratori si sono già raggiunte velocità di 100 gigabit/sec., ma non sono ancora commercializzate.
[modifica] Powerline e servizio universale
La Powerline è nel novero delle tecnologie per fornire banda larga anche ai piccoli centri, per il basso costo dell'infrastruttura, essendo la rete elettrica vecchia di 20-30 anni(a seconda delle zone), ripagata prima della privatizzazione di ENEL, e già ammortizzata nei bilanci (si tratta di mettere qualche ripetitore). Powerline è considerata da vari esperti una tecnologia matura. La mancanza di uno standard su frequenze e protocolli è un fattore importante che ne rallenta la diffusione.
[modifica] Rete ibrida Wi-Fi e Powerline
Powerline può essere utlizzata per portare banda larga a quelle utenze che sono interposte alla rete wireless da alberi, muri o altri ostacoli al segnale. Piuttosto che localizzare in alto il ripetitore se c'è un punto adeguatamente alto, o un improbabile traliccio per servire una singola utenza, è meno costoso collegare al ripetitore wireless più vicino un "convertitore" che invia il segnale su cavo elettrico, anche se l'apparato wireless è distante dalla cabina di bassa tensione (e l'attrezzatura per powerline va posta in un'apposita cabina). L'Italia ha 7500 km di cavi elettrici, una delle reti più estese (per la scelta di una produzione centralizzata dell'energia): è probabile che anche in presenza di un luogo impervio o di abitazioni isolate sia disponibile un cavo elettrico per powerline.
Oltre a raggiungere con powerline le utenze più difficili da servire, la rete ibrida ha il vantaggio di rendere accettabile l'onere di coprire via cavo centrali a bassa tensione. Si risparmia la fibra ottica, collegando la centrale di bassa tensione con una serie di ponti radio fino alla centrale di media che viene cablata con fibra ottica. Diversamente dall'invio su cavo elettrico di rame, il segnale col wireles mantiene qualità alta e basse latenze anche su lunghe distanze se nei ripetitori sono presenti dei software di correzione del segnale.
Powerline si presenta come una tecnologia alternativa al doppino, che pur potrebbe tecnicamente utilizzare per il collegamento fra centrali di media e bassa tensione. Tuttavia, il doppino telefonico in rame è un cavo uguale a quello elettrico che spinge gli operatori elettrici a udsare la rete di loro proprietà piuttosto che ricorrere a infrastrutture esterne.
[modifica] Altre considerazioni
Con il precedente livello di tensione per le utenze domestiche (130 volt) era necessario aggiungere dei trasformatori che elevassero la tensione di rete per avere una banda larga per trasmissioni internet veloci, destinando il traffico dati alle frequenze più elevate ben distinte dal segnale elettrico. Nonostante questo, rimaneva la necessità di separare poi i due flussi.
Con 7500 km di cavi elettrici sospesi, l'Italia ha una delle reti elettriche di trasmissione più lunghe e capillari al mondo per copertura del territorio. Buona parte di questa rete è proprietà di ENEL che al momento non commercializza la tecnologia Powerline. La sperimentazione di Grosseto ha avuto seguito dopo tempi di negoziato dell'ordine di anni. Vari installatori della tecnologia in Italia propongono in alternativa connessioni wireless HiperLan appoggiate con gateway ad HDSL su doppino o alla fibra ottica dove disponibile.
Attualmente la tensione delle utenze domestiche è stata alzata in tutta Italia a 230 volt consentendo trasmissioni in banda larga in un raggio massimo di 450 metri dalle utenze domestiche; oltre tale distanza diventa inaccettabile la perdita di segnale a causa di giunzione fra i cavi, interferenze col segnale elettrico, perdite dovute alla distanza stessa.
È possibile aumentare la distanza di copertura inserendo ogni 450 metri o meno un ripetitore (dal costo da 100 a 300 euro) che non amplifichi semplicemente il segnale (con il rumore acquisito), ma abbia un software matematico che lo depuri delle distorsioni introdotte durante il percorso.
Dai contatori elettronici delle case (che già utilizzano powerline per la telelettura dei consumi), il traffico dati viaggia su doppino di rame insieme alla corrente elettrica su frequenze separate alla tensione di 230 volt e a una velocità fino a 20 Mb/s (100 nelle reti sperimentali) per un raggio di 450 metri (vari km con l'aggiunta di ripetitori), supera i tralicci della bassa tensione a 230 volt, e arriva a quelli di medio-bassa a 400 volt dove trova uno splitter che separa corrente e dati internet.
Il traffico internet entra in un router (uno per ogni linea da coprire) e prosegue o su linea ADSL o su fibra ottica.
Powerline è nata per risolvere il problema dell'ultimo miglio, ma richiede una linea ad alta velocità dopo la centrale elettrica. Attualmente è impiegata per creare elettroLAN in uffici o case su più piani. La sperimentazione di ENEL.IT a Grosseto ha dato buoni risultati; altri comuni facendone richiesta possono ottenere internet gratuitamente nel periodo di sperimentazione.
Brescia è la prima città al mondo interamente coperta con questo servizio, grazie ad un accordo fra l'azienda municipalizzata dell'energia e I-Light, società specializzata in internet su rete elettrica.
Molte città statunitensi (ormai da vent'anni) e Germania sono coperte. La tecnologia si diffonde lentamente perché interferisce su frequenze militari, mentre il segnale internet è a sua volta fortemente disturbato dai continui sbalzi di tensione della corrente elettrica dovuti al fatto che è corrente alternata e non continua e, dal lato degli utenti, dalla semplice accensione di lavatrici o lavastoviglie.
Le interferenze restano forti nonostante la banda molto differente che separa elettricità e traffico dati. A detta degli analisti, si è trattatto di un vero e proprio fallimento.
Enel sta collegando con fibra ottica tutte le centrali da 400 volt in Italia, ma conta di coprire i grandi centri dove il business è più remunerativo. Non pare per ora che venga utilizzata per risolvere il digital divide; la banda larga non è inclusa negli obblighi di servizio universale. Comunque, un programma sempre pubblico (dell'UE), sta rilanciando questa tecnologia.
