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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE Beatriz Quintanilha Curvello Queila de Souza Cordeiro TECNOLOGIA PLC: Transmissão de Dados e Voz via Rede Elétrica Niterói 2011 Beatriz Quintanilha Curvello Queila de Souza Cordeiro TECNOLOGIA PLC: Transmissão de Dados e Voz via Rede Elétrica Trabalho de Conclusão de Curso subme- tido ao Curso de Tecnologia em Siste- mas de Computação da Universidade Federal Fluminense como requisito par- cial para obtenção do título de Tecnólo- go em Sistemas de Computação. Orientador: Diego Passos NITERÓI 2011 Beatriz Quintanilha Curvello Queila de Souza Cordeiro TECNOLOGIA PLC: Transmissão de Dados e Voz via Rede Elétrica Trabalho de Conclusão de Curso subme- tido ao Curso de Tecnologia em Siste- mas de Computação da Universidade Federal Fluminense como requisito par- cial para obtenção do título de Tecnólo- go em Sistemas de Computação. Niterói, ___ de _______________ de 2011. Banca Examinadora: _________________________________________ Diego Passos, M.S., – Orientador UFF – Universidade Federal Fluminense _________________________________________ Prof. Ricardo Campanha Carrano, M.S., – Avaliador UFF – Universidade Federal Fluminense Dedicamos esse trabalho às nossas famílias que tanto nos ajudaram nessa caminhada e a Deus pelo seu infinito amor e bondade pa- ra conosco, pois sem fé nada seria possível. AGRADECIMENTOS A Deus, que sempre iluminou nossos passos durante nossa caminhada. Ao nosso Orientador Diego Passos, pela sua dedicação e orientação na elaboração deste trabalho. Aos Colegas de curso pelo incentivo e troca de experiências, bem como na participação da nossa pesquisa. Ao grupo compCEDERJ pelo apoio na divul- gação do nosso trabalho. A todos os nossos familiares e amigos pelo apoio e colaboração. “Faça as coisas o mais simples que você puder, porém não se restrinja às mais sim- ples” Albert Einstein RESUMO O acesso à Internet demanda tecnologias que barateiam a instalação e provisão de seus serviços, proporcionando, dessa forma, a disseminação da informação e a in- clusão digital. Este trabalho aborda uma tecnologia alternativa, que dispõe de infra- estrutura pronta, uma vez que utiliza a rede de distribuição de energia elétrica como meio de comunicação, conhecida como tecnologia Power Line Communication – PLC. Este trabalho inclui uma breve descrição dos principais conceitos (como modulação e multiplexação), características da tecnologia PLC (tais como topologia, rede de transporte, acesso, entre outros), além de um comparativo entre o PLC e outros ser- viços de Internet Banda Larga (ADSL e Cable). São apresentadas as primeiras tec- nologias utilizadas para transmissão de dados pela rede elétrica e a descrição de alguns projetos implementados no Brasil e no mundo. Por fim, apresentam-se os resultados de uma Pesquisa de Opinião Pública sobre a tecnologia PLC, conduzida ao longo do desenvolvimento deste trabalho. A pesquisa realizada mostra que exis- tem muitas dúvidas entre os participantes a respeito desta nova tecnologia. A tecnologia PLC, tal como qualquer outro método de comunicação, possui vanta- gens e desvantagens, mas apesar dos prós e contras a mesma possui um futuro promissor. Palavras-chaves: PowerLine Communication (PLC), Transmissão de dados pe- la rede elétrica, Pesquisa de opinião pública. ABSTRACT Internet access demands technologies that are able to lower the costs of installation and provision of their services, thus helping the dissemination of information and digi- tal inclusion. This work discusses an alternative technology that uses a readily avail- able infrastructure, since it uses the network of power distribution as the transmission medium, known as Power Line Communication - PLC. This work includes a brief description of the main concepts (such as modulation and multiplexing), characteristics of PLC technology (such as topology, transmission, ac- cess, etc.), along with a comparison between the PLC and other broadband Internet services (ADSL and Cable). This work also discusses the first technologies used for data transmission over the power grid and the description of some projects imple- mented in Brazil and worldwide. Finally, we present the results of a Public Opinion Poll on the PLC technology, conducted during the development of this work. The sur- vey shows that there are many doubts among the participants regarding this new technology. The PLC technology, like any other method of communication, has advantages and disadvantages, but despite them it has a promising future. Key words: PowerLine Communication (PLC), data transmission over the grid, public opinion survey. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 2.1: Modulação de onda contínua em amplitude 21 Figura 2.2: Modulação de onda contínua do tipo analógica 22 Figura 2.3: Modulação por pulso em amplitude 24 Figura 2.4: Exemplo de modulação por pulso digital 24 Figura 2.5: Densidade espectral de um sinal em banda base e um sinal “espalha- do” 26 Figura 2.6: Espectro de 3 subportadoras utilizando OFDM 28 Figura 2.7: Topologia de uma rede PLC. 31 Figura 2.8: Rede de acesso 33 Figura 2.9: Rede de comunicação interna do usuário. 34 Figura 4.1:Arquitetura do Sistema REMPLI. 43 Figura 4.2:configuração típica do projeto CEMIG. 46 Figura 4.3:Configuração geral do projeto PLC da COPEL. 47 Figura 5.1:Site do COMPCEDERJ. 49 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: Comparações entre tecnologias 35 Tabela 2.2: Comparativo entre as tecnologias e suas velocidades 36 Tabela 2.3 Comparativo entre as tecnologias que aproveitam redes existentes 36 Tabela 5.1: Resultados – Dados Demográficos 51 Tabela 5.2: Relação da velocidade e tipos de conexões utilizadas pelo usuário 54 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 5.2: Estados Participantes. 50 Gráfico 5.3: Computador por participante 52 Gráfico 5.4: Relação dos participantes que possuem acesso a internet 53 Gráfico 5.5: Redação dos locais de acesso a internet 53 Gráfico 5.6: Redação da satisfação dos participantes referentes a velocidade de conexão. 55 Gráfico 5.7: Relação do interesse dos participantes com a tecnologia PLC. 56 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line AES – Advanced Encryption Standard AM – Amplitude Modulation ANSI – American National Standards Institute ASCOM – Assessoria de Comunicação da Universidade Federal de Goiás BPL – Broadband over Power Lines BRZ – bipolar return-to-zero CA – Corrente Alternada CAL – Common Application Language CDM – Code-Division Multiplexing CEBus – Consumer Electronic Bus CEDERJ – Centro de Educação Superior a Distância do Estado do Rio de Janeiro CEMIG – Companhia Energética de Minas Gerais CIC – CEBus Industry Council COMPCEDERJ – Blog do grupo dos alunos do curso de computação do CEDERJ COPEL – Companhia Paranaense de Energia CSMA – Carrier Sense Multiple Access CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection CTP – Centralized Token Passing DES– Data Encryption Standard DPL – Digital Power Line DSMA – Datagram Sensing Multiple Access EIA – Associação das Indústrias de Eletrônica EUA – Estados Unidos da América FDM – Frequency-Division Multiplexing FINEP – Financiadora de Estudos e Projetos FSK – Frequency Shift Keying GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying HDTV – High-Definition Television IAB – Interactive Advertising Bureau IBM – International Business Machines IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers ISO/OSI – Open Systems Interconnection IP – Internet Protocol LAN – Local Area Network LON – Local Operating Network MAC – Media Access Control NIST – National Institute of Standards and technology NRZ – nonreturn-to-zero OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing OPLAT – Onda Portadora de Linha de Alta Tensão PLC – Power Line Communication PLX – Power Line Exchange PM – Frequency modulation PR – Paraná REMPLI – Real-time Energy Management via Power Lines and Internet RF – Rádio Frequência RZ – return-to-zero TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol TDM – Time-Division Multiplexing USB – Universal Serial Bus VDSL – Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line xDSL – Digital Subscriber Line SUMÁRIO RESUMO 7 ABSTRACT 8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES 9 LISTA DE TABELAS 10 LISTA DE GRÁFICOS 11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 12 1. INTRODUÇÃO 16 1.1. OBJETIVO DO TRABALHO 17 1.2. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 18 2. TECNOLOGIA PLC 19 2.1. CONCEITOS BÁSICOS 19 2.1.1. MODULAÇÃO 19 2.1.1.1. MODULAÇÃO DE ONDA CONTÍNUA 20 2.1.1.1.1. MODULAÇÃO DE ONDA CONTÍNUA POR AMPLITUDE 20 2.1.1.1.2. MODULAÇÃO DE ONDA CONTÍNUA POR ÂNGULO 21 2.1.1.2. MODULAÇÃO POR PULSOS 23 2.1.1.2.1. MODULAÇÃO POR PULSOS ANALÓGICA 23 2.1.1.2.2. MODULAÇÃO POR PULSOS DIGITAL 24 2.1.2. MULTIPLEXAÇÃO DO SINAL 25 2.1.2.1. SPREAD SPECTRUM 25 2.1.2.2. ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING 27 2.2. CARACTERÍSTICAS DA TECNOLOGIA PLC 28 2.2.1. TOPOLOGIA 30 2.2.2. REDE DE TRANSPORTE 32 2.2.3. REDE DE DISTRIBUIÇÃO 32 2.2.4. REDE DE ACESSO 32 2.2.5. REDE DE COMUNICAÇÃO INTERNA 34 2.2.6. COMPARAÇÕES TECNOLÓGICAS BÁSICAS 35 3. ALGUMAS TECNOLOGIAS PLC 37 3.1. X10 PLC 37 3.2. INTELLON CEBus 38 3.3. ECHELON LONWORKS 39 3.4. ADAPTIVE NETWORKS 40 3.5. PLUG-IN 40 4. ESTUDOS SOBRE O PLC 42 4.1. NO EXTERIOR 42 4.2. NO BRASIL 44 4.2.1. PROJETO PLC CEMIG 45 4.2.2. PROJETO COPEL 46 5. PESQUISA DE OPINIÃO PÚBLICA – PLC 48 5.1. METODOLOGIA DA PESQUISA 48 5.2. DADOS PESSOAIS DOS PARTICIPANTES 50 5.3. DADOS SOBRE A INCLUSÃO DIGITAL 52 5.4. OPINIÃO PÚBLICA SOBRE TECNOLOGIA PLC 55 CONCLUSÃO 57 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 60 ANEXOS 64 16 1 INTRODUÇÃO Estar conectado à rede mundial passou a ser uma necessidade. A Inter- net tornou-se algo indispensável nos dias atuais, devido a sua enorme utilidade na área acadêmica, no trabalho, na vida social, entre outras coisas. É impossível pen- sar no mundo sem Internet. Ela tem um valor significativo, pois em questão de se- gundos é possível saber tudo o que está acontecendo no mundo. Além disso, ela possibilita a interação entre as pessoas em tempo real. Devido a esse fato, o núme- ro de pessoas que a utiliza aumenta a cada dia. A conectividade da Internet pode ser feita de várias maneiras. Dentre elas podemos destacar: satélite, cabos coaxiais das operadoras de TV por assinatura, xDSL, sistemas wireless e conexão dial-up (também conhecida como internet disca- da). Cada uma delas possui características diferentes e determinantes, as quais in- fluenciam no custo do serviço e na disponibilidade de acesso para o usuário final (a chamada “última milha”). No entanto, os custos do serviço ainda são muito elevados e a disponibilidade de acesso insuficiente. Conforme, uma pesquisa realizada em vários países, onde foram feitas a comparação do preço e a qualidade do serviço de banda larga, o Brasil ficou em último lugar. “Aqui se paga até vinte vezes mais por um serviço vinte vezes mais lento” [6]. Segundo o estudo divulgado pela empresa The Nielsen Company, a qualidade de conexão no Brasil não é satisfatória. No resul- tado apresentado, 48% usam a Internet com uma conexão considerada média (512Kbps a 2Mbps), enquanto 31% navegam a uma velocidade lenta, abaixo de 512Kbps. Já as conexões super-rápidas (acima de 8Mbps), correspondem a apenas 6% da população conectada [4]. De acordo com as estimativas da Interactive Adver- tising Bureau (IAB), em 2011 está previsto o aumento de 10% na audiência da Inter- net. Com esse aumento da audiência, se torna cada vez maior a necessidade de criar outras formas de conectividade de melhor facilidade de acesso e baixo custo, pois é cada vez maior o número de pessoas das classes C, D, E que acessam a In- ternet, cerca de 52,8% em 2010 [38]. 17 Uma possível solução encontrada para atender a essas necessidades é a tecnologia Power Line Communication (PLC), que está em processo de evolução. Sua grande vantagem é permitir a transmissão de dados, imagem e voz pela rede elétrica. Do ponto de vista econômico, a tecnologia PLC apresenta uma grande van- tagem com relação às outras tecnologias para a transmissão de dados: a existência e a utilização de infraestrutura básica para a comunicação. Já do ponto de vista so- cial, a tecnologia pode representar a democratização dos meios de transmissão de informação e a inclusão digital A idéia de transmitir dados, imagem e voz, pela rede elétrica não é recen- te. Desde a década de 1920, empresas de transmissão de energia elétrica utilizam a técnica Power Line Carrier, também conhecida como OPLAT (Onda Portadora em Linhas de Alta Tensão) [13]. A Power Line Carrier era muito usada em redes de alta tensão de 69KV a 500KV pelas concessionárias de energia elétrica para comunica- ção de voz e dados entre as subestações. A conexão era de baixa velocidade e não ultrapassava os 9,6Kbps, operando na faixa de freqüência de 30 a 400 KHz. Em 2010, foi atingida uma velocidade de 400Mbps e, no futuro, estima-se que poderão ser atingidas velocidades de até 2 Gbps [13]. 1.1 OBJETIVO DO TRABALHO Por haver uma enorme necessidade de se prover o acesso à Internet por meio de banda larga, um obstáculo à realização disso é a pouca abrangência, seja por questões técnicas ou estruturais, das tecnologias utilizadas com esse fim até agora. Foi através dessa necessidade que surgiu a motivação para buscar ou- tras formas de se conectar a internet. O objeto desse trabalho é realizar uma pesquisa exploratória sobre a tec- nologia PLC, a fim de se entender mais sobre seu funcionamento, já que esta é uma tecnologia fácil de ser implantada, devido à rede elétrica já estar presente em mais de 97% dos lares [2]. Além disso, o trabalho apresenta também uma pesquisa de opinião pública sobre essa tecnologia caso venha ser implantada e disponibilizada comercialmente. 18 1.2 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO Nesse capitulo será feita uma introdução sobre a tecnologia PLC (Power Line Communication). Foram apresentados argumentos que justificam a escolha dessa tecnologia para estudo. No Capítulo 2, serão abordados os conceitos básicos da tecnologia PLC, bem como suas características. No Capítulo 3, serão discutidas algumas tecnologias PLC existentes. No Capítulo 4, serão relatados estudos realizados no Brasil e no exterior sobre a tecnologia PLC. No Capítulo 5, seráapresentado o relatório da pesquisa de opinião públi- ca sobre a tecnologia PLC e outras tecnologias existentes. 19 2. TECNOLOGIA PLC A tecnologia PLC (Power Line Comunication) consiste na transmissão de dados, imagens e voz em banda larga. Essa tecnologia tem como meio de transmis- são uma das redes mais utilizadas em todo o mundo: a rede elétrica. Como a infra- estrutura já se encontra disponível, sua implementação não é necessária. Na insta- lação da tecnologia PLC nos domicílios, por exemplo, cada tomada elétrica vai se comportar como um ponto de conexão à rede. 2.1. CONCEITOS BÁSICOS O princípio básico do funcionamento das redes PLC é o de que a comuni- cação de dados e a energia elétrica não se “misturam”. Isso ocorre porque os dois sinais elétricos utilizam freqüências diferentes. A tecnologia PLC, assim como todo sistema de comunicação moderno, u- tiliza como base o conceito de modulação e multiplexação. Esses conceitos estarão sendo abordados nas seções subseqüentes. 2.1.1. MODULAÇÃO O objetivo do sistema de comunicação é entregar uma informação para o destinatário final, ou seja, entre a fonte e o receptor. Para que a informação seja en- tregue, é imprescindível que o transmissor a modifique de forma que seja possível transmiti-la por um canal de comunicação. A modificação é realizada por um proces- so chamado de modulação que consiste na conversão da informação a ser transmi- tida através de um determinado meio físico (canal) em uma forma mais adequada. O receptor recria a informação original a partir do sinal modulado que se propagou a- través do canal de comunicação. 20 O desenvolvimento da tecnologia PLC, só foi possível com o avanço das técnicas de modulação [18]. À recriação da informação no receptor dá-se o nome de demodulação, que é o processo inverso da modulação. Entretanto, a presença de ruído e a distorção do sinal durante a transmissão da informação pelo canal impossibilitam a recriação exata da informação original. A degradação do sinal no sistema como um todo é influenciada pelo tipo de modulação usado, sendo algumas técnicas mais propensas a ruídos e distorções que outras [18]. Uma modulação pode ser classificada como modulação de onda continua ou modulação por pulsos. 2.1.1.1. MODULAÇÃO DE ONDA CONTINUA Na modulação de onda contínua, uma onda senoidal é utilizada como por- tadora para transmitir a informação. Segundo [18], existem duas famílias de sistema de modulação de onda contínua: modulação por amplitude e modulação por ângulo. 2.1.1.1.1. MODULAÇÃO DE ONDA CONTÍNUA POR AMPLITUDE Nesse tipo de modulação a amplitude da onda portadora é variada de a- cordo com o sinal a ser transmitido. A Figura 2.1 mostra um sinal a ser transmitido e o seu equivalente após a modulação em amplitude. 21 A simplicidade de implementação é a vantagem da modulação em ampli- tude. Entretanto, a sua desvantagem é: - Desperdício de potência: a onda portadora usada é completamente independente da informação e é transmitida junto com o sinal gastando mais potência; Essa desvantagem pode ser superada fazendo o uso de formas lineares de modulação em amplitude, mas que ocasionam uma complexidade maior ao sis- tema [18]. 2.1.1.1.2. MODULAÇÃO DE ONDA CONTÍNUA POR ÂNGULO Nesse tipo de modulação o ângulo é variado de acordo com o sinal a ser transmitido pela onda portadora. Os dois métodos mais comuns desse tipo de modu- lação são: modulação em fase (Phase Modulation – PM) e modulação em freqüência (Frequency Modulation – FM). A modulação em fase consiste em variar linearmente o ângulo do sinal modulado, enquanto a modulação em freqüência varia, conforme o próprio nome Figura 2.1 [18]: Modulação de onda contínua em amplitu- de. (a) onda portadora. (b) sinal a ser transmitido. (c) sinal modulado em amplitude. 22 sugere, a freqüência do sinal modulado. Um sinal FM pode ser obtido de um sinal PM e vice-versa. Logo, todas as propriedades de um sinal FM podem ser deduzidas das propriedades de um sinal PM [18]. A Figura 2.2 mostra o resultado de uma mo- dulação em freqüência e uma modulação em fase apresentando suas peculiarida- des. Figura 2.2 [34]: Modulação de onda contínua do tipo analógica Uma conseqüência de se fazer o ângulo dependente da mensagem a ser transmitida é que o cruzamento em zero do sinal PM ou FM perde a sua regularida- de no espaçamento. O cruzamento em zero é o instante de tempo em que a onda muda do positivo para o negativo e vice-versa. Esta característica distingue as mo- dulações por amplitude das modulações por ângulo, como foi visto na Figura 2.2. Outra diferença é que o envelope (forma da onda) do sinal PM ou FM é constante e igual à amplitude da onda portadora, enquanto o envelope do sinal AM é dependen- te da mensagem a ser transmitida. 23 2.1.1.2. MODULAÇÃO POR PULSOS Na modulação por pulsos, ao contrário de uma onda senoidal, um trem de pulsos é usado para transmitir informações. A base desta modulação é o processo de amostragem. A amostragem consiste em um processo no qual são retiradas amostras do sinal original em determinados instantes de tempo que serão utilizadas para a reconstituição desse sinal no receptor. É necessária a escolha adequada da taxa de amostragem de forma que a seqüência de pulsos gerada defina unicamente o sinal analógico original. Esse processo foi provado por Nyquist, através da teoria da a- mostragem, no qual valores de um sinal analógico tomados a intervalos de tempo regulares contêm a mesma informação do sinal original desde que a taxa de amos- tragem seja ser maior que o dobro da frequência máxima do sinal analógico [36]. Pode-se distinguir duas famílias de modulação por pulsos: analógica e di- gital. 2.1.1.2.1. MODULAÇÃO POR PULSOS ANALÓGICA Nesse tipo de modulação, utiliza-se um trem de pulsos periódico como onda portadora e varia-se alguma propriedade de cada pulso conforme o valor a- mostrado correspondente do sinal da mensagem. As variações nos pulsos podem ocorrer na amplitude, durações ou posições de formato fixo conhecido. De acordo com a Figura 2.3 podemos visualizar a variação nos pulsos em amplitude, no qual a informação é transmitida de forma analógica, mas em instantes de tempo discreto [18]. 24 2.1.1.2.2. MODULAÇÃO POR PULSOS DIGITAL Nesse tipo de modulação, a mensagem é representada de tal forma que é discreta tanto na amplitude quanto no tempo, permitindo, então a sua transmissão de forma digital como uma seqüência de pulsos binários codificados. No código bi- nário, por exemplo, cada símbolo pode ter um de dois valores: ausência ou presença de pulso. Existem diversos tipos de modulação por pulsos digital: os códigos NRZ, nas suas versões: polar e unipolar sem retorno a zero, unipolar com retorno a zero (RZ), bipolar com retorno a zero (BRZ) e Código Manchester. A Figura 2.4 mostra alguns exemplos desses tipos de modulação. Figura 2.4 [18]: Exemplos de modulação por pulsos digital Figura 2.3 [18]: Modulação por pulso em amplitude 25 2.1.2. MULTIPLEXAÇÃO DO SINAL Nesta seção, será abordado outro importante requisito da transmissão da informação: a multiplexação. Multiplexação consiste num processo no qual sinais de mensagens derivados de fontes independentes são combinados num sinal composto adequado para a transmissão por um canalcomum [18]. Dentre os métodos básicos de multiplexação pode-se citar: - Frequency-Division Multiplexing (FDM): No receptor, são usados vários filtros para separar os diferentes sinais e prepará-los para demodulação. A multiplexação por divisão de freqüência favorece o uso da modulação por onda contínua para colocar cada sinal em uma freqüência específica da banda. - Time-Division Multiplexing (TDM): A multiplexação por divisão de tempo favorece o uso da modulação por pulsos para posicionar os sinais em diferentes fatias de tempo. - Code-Division Multiplexing (CDM): Na multiplexação por divisão em código cada sinal é identificado por uma seqüência (código) diferente, ou seja, os sinais são separados através de técnicas de codificação. Essas técnicas de multiplexação formam a base para outras mais robus- tas utilizadas na tecnologia PLC: o spread spectrum (espalhamento espectral) e a Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). 2.1.2.1. SPREAD SPECTRUM Spread Spectrum é uma técnica de codificação para a transmissão digital de sinais. A principal vantagem nesta técnica de modulação é a sua capacidade de rejeitar interferências na transmissão da informação. Segundo [18], uma modulação spread spectrum satisfaz duas definições: 26 - Espalhamento espectral é uma forma de transmissão na qual a informação ocupa uma banda maior que a banda mínima para transmiti-la. - O espalhamento do espectro é realizado antes da transmissão através do uso de um código independente da informação. O mesmo código é usado pelo receptor para recuperar a informação original. Neste tipo de modulação, perde-se eficiência em termos de banda e po- tência em prol da segurança nas transmissões em ambientes hostis. Quando é es- palhado no espectro de potência, ele apresenta a aparência de um sinal de ruído. A Figura 2.5 mostra como fica o espectro de potência para um sinal espalhado em um sinal de banda base. Figura 2.5 [35]: Densidade espectral de um sinal em banda base e um sinal “espalhado”. As vantagens desse tipo de modulação são: - Resiste à interferência intencional e não intencional. - Baixa densidade espectral de potência. - A probabilidade de diferentes usuários utilizarem a mesma seqüência de canais é muito pequena. - Os canais que o sistema utiliza para operação não precisam ser seqüenciais. As desvantagens desse tipo de modulação são: - Uso da largura de banda ineficiente. - A implementação é um pouco mais complexa. 27 2.1.2.2. ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING Segundo [39], a multiplexação por divisão de freqüência ortogonal iniciou- se na década de 1960 e foi desenvolvida na década de 1970 a 1980. A técnica OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) foi criada visando minimizar a interferência entre canais de freqüência próximos uns aos outros e está baseada em ortogonalidade entre sinais. A idéia é dividir a banda disponível em sub-portadoras. Em cada sub-portadora, o OFDM transmite uma parte da mensagem que se deseja enviar, utilizando quaisquer dos métodos já explicados até aqui. Para que a trans- missão nestas sub-portadoras possa ser feita em paralelo, estas devem ser ortogo- nais, isto é, as freqüências destas sub-portadoras devem ser tais que uma transmis- são em uma não afete as demais. O OFDM é uma variação da multiplexação por divisão de freqüência (FDM), e é usada nos sistemas de telefonia, TV Digital, TV Digital de Alta Definição (HDTV), e nas tecnologias de redes de acesso como ADSL, VDSL e em redes wire- less. A tecnologia é complexa e exige processamento digital de sinais múltiplos. A multiplexação ortogonal é uma técnica de transmissão multi-portadoras que divide o espectro em várias sub-bandas. As subportadoras são posicionadas de tal forma que os zeros de cada uma coincida com os das outras. Neste tipo de mo- dulação pode-se transmitir digitalmente, a altas taxas de bits para receptores mó- veis, portáteis e fixo. Na figura 2.6 pode-se visualizar o espectro de três subportado- ras utilizando o sinal OFDM. 28 Figura 2.6 [30]: Espectro de 3 subportadoras utilizando OFDM As vantagens do OFDM são: maior número de canais para uma mesma faixa espectral quando comparado com a técnica FDM, resistência à interferência entre freqüências e pouca distorção causada por caminhos múltiplos. Isso é impor- tante porque em um típico cenário de broadcast os sinais transmitidos chegam ao receptor através de vários caminhos de diferentes comprimentos. 2.2. CARACTERÍSTICAS DA TECNOLOGIA PLC A tecnologia PLC pode utilizar a rede elétrica de baixa tensão e/ou média tensão. É adequada tanto às redes de baixa tensão aérea quanto às redes de distri- buição subterrânea. Porém, a rede elétrica não foi preparada adequadamente para transferência de dados, devido à época de seu desenvolvimento não se imaginar que esta seria também utilizada para esse propósito [36]. Por não receber o devido tratamento, o canal PLC varia de acordo com o tempo e o local, possui grande atenuação para transmissão de dados, várias formas de ruído e percursos não restritos. Com isso, a tecnologia PLC diferencia-se nos ní- veis de estrutura, topologia, propriedades físicas e capacidade da rede elétrica. Es- tes fatores tornam a caracterização e a modelagem do canal muito importante [33]. Entretanto, em estudos realizados, houve testes bem sucedidos para transmissão de dados chegando a velocidades superiores a 200 Mbps [13]. 29 Existem dois tipos de redes PLC. A primeira é a interior (indoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede elétrica interna de uma casa ou de um pré- dio. O segundo tipo é o exterior (outdoor), onde a transmissão é conduzida usando a rede pública exterior de energia elétrica [36]. A tecnologia PLC trabalha na camada 2 do modelo ISO/OSI (O- pen Systems Interconnection), ou seja, na camada de enlace. Logo, pode ser agre- gada a uma rede TCP/IP (camada 3) já existente. Em questão de segurança, toda comunicação na rede PLC é criptografa- da [9]. Dispositivos anteriores a 2000, e alguns existentes atualmente, utilizam a criptografia DES (Data Encryption Standard) 56 bits [37]. O método de criptografia DES foi desenvolvido na década de 1970 pela empresa americana IBM (Internatio- nal Business Machines). O objetivo era criar um método padronizado para o acesso de dados. Assim como qualquer algoritmo de criptografia de chave simétrica, o DES funciona da seguinte forma: a chave secreta, previamente distribuída aos participan- tes da comunicação, é utilizada para o processo de cifragem dos dados através da aplicação de varias operações não-lineares. A partir do valor resultante, é matemati- camente inviável a recuperação dos dados originais, a menos que se tenha a verda- deira chave [32]. Entretanto, a segurança é ponto extremamente crítico a ser tratado. O al- goritmo de criptografia DES teve sua confiabilidade considerada “pobre”, ou seja, é relativamente fácil de ser quebrada. Esta fragilidade se deve ao fato da chave ser relativamente pequena, levando-se em conta o poder computacional disponível hoje. O método de ataque mais comum é a força bruta que testa todas as combinações possíveis de chave, tentando encontrar a que corretamente decodifica os dados. Logo, como o tamanho da chave determina o número máximo de possibilidades, uma chave pequena torna o método susceptível a ataques. Porém, seu algoritmo de criptografia tem sido alterado e melhorado. Além disso, com o intuito de substituir o DES foi lançado um concursoem 2000 pelo NIST (National Institute of Standards and Technology), o qual o resultado foi o algoritmo de criptografia AES (Advanced Encryption Standard) de 128 bits buscando desta forma, trazer maior confiabilidade ao sistema. Dispositivos posteriores a esta data utilizam o AES que permite a auten- ticação individual [9, p. 65]. Além da criptografia na rede, existe também a possibilidade de se detec- tar alguma intrusão, ou seja, outro equipamento PLC conectado a rede sem autori- 30 zação. Para fazer a detecção de um dispositivo “extra”, que não foi legalmente insta- lada em uma rede PLC, pode-se fazer um teste simples, ligando um equipamento PLC na rede e verificando se ele detecta a presença de algum outro. Caso já haja uma rede PLC instalada é possível, através de softwares, verificar quais são os en- dereços MAC dos nós da rede e assim detectar o possível intruso [9, p. 72]. 2.2.1 TOPOLOGIA A topologia de uma rede de acesso PLC é dada pela topologia de forne- cimento da rede de baixa tensão utilizada como meio de transmissão. No entanto, não existem ainda padronizações na tecnologia PLC. A Figura 2.7 representa uma sugestão de topologia de uma rede PLC. 31 Na Figura 2.7 a rede de distribuição acopla o sinal PLC proveniente de um determinado operador de telecomunicações através de um equipamento Mestre de média tensão que interliga os repetidores de sinal de média para baixa tensão, instalados junto aos transformadores de distribuição de energia elétrica. Quatro ní- veis são apresentados na Figura 2.7: rede de transporte, rede de distribuição, rede de acesso e a rede de comunicação interna do usuário final. Figura 2.7 [33]: Topologia de uma rede PLC 32 2.2.2 REDE DE TRANSPORTE A rede de transporte envolve as Operadoras de Telecomunicações. Estas tratam de fazer a interconexão com a internet. Comumente, o meio de comunicação utilizado passa a ser a fibra óptica [12]. 2.2.3 REDE DE DISTRIBUIÇÃO A rede de distribuição é a responsável pela interligação entre a Rede de Transporte e a Rede de Acesso usando a estrutura da rede elétrica de média ten- são, caracterizada pela tensão nominal maior que 1 kV e menor que 69 kV [3]. Esta interligação é feita através do equipamento denominado Master de Média Tensão que introduz o sinal de dados na rede elétrica. Uma rede PLC pode ser constituída de apenas quatro tipos de equipa- mento, localizados em quatro níveis: o Master de Média Tensão, o Repetidor de Mé- dia/ Baixa Tensão, Repetidor de Baixa Tensão e o Modem PLC. É válido salientar que dependendo do comprimento e topologia da rede, o repetidor de Baixa Tensão poderá ser suprimido, restando três níveis. Caso a interligação com a rede de trans- porte se dê através da linha de baixa tensão, poderemos ter apenas o Master de Baixa Tensão e os modems PLC [13]. 2.2.4 REDE DE ACESSO Na topologia apresentada na seção 2.2.1, as redes de baixa tensão são utilizadas como um meio de transmissão para as redes de acesso PLC. Na Figura 2.8 temos as redes de baixa tensão que são compostas de transformadores e cabos de energia. Estes são conectados aos usuários finais que realizam a função de segmento de acesso (“última milha”) da rede de telecomunicação, na qual se inicia junto ao medidor de energia elétrica do usuário com introdução do equipamento re- 33 petidor ou equipamento intermediário. Este equipamento tem a função de receber sinais PLC gerados nos diversos modems existentes na rede. Na residência do usuário, o modem pode ser conectado na rede local LAN possibilitando a conexão de alta velocidade diversos pontos. O modem PLC converte o sinal recebido em um sinal padrão que podem ser processados por sistemas convencionais de comunicação permitindo que o computador do usuário conecte-se com a rede através de interfaces de comunica- ção (como Ethernet ou USB) [19]. Figura 2.8[33]: rede de acesso 34 2.2.5 REDE DE COMUNICAÇÃO INTERNA A rede de comunicação interna da residência é constituída pela rede de distribuição elétrica e também pelos modems que serão utilizados para conexão dos equipamentos que utilizarão o serviço de banda larga. Inúmeros modems podem estar conectados nas tomadas de energia elétrica disponíveis em uma instalação doméstica, como podemos visualizar na Figura 2.9. A Tecnologia PLC ainda fornece uma alternativa ao usuário final que pode criar um ponto de acesso 802.11 através do modem PLC, disponibilizando sinal wi- reless na rede de banda larga. Caso o usuário já possua uma rede cabeada distri- buída, este poderá também utilizar essa rede para o acesso em banda larga nos di- versos pontos existentes [36]. A interface dos modems PLC tem como padrão o RJ45 para rede Ether- net; RJ11 para conexão de telefones, pois o modem proporciona ao usuário um ga- teway onde poderá usar o serviço de voz sobre IP (VoIP), e também a conexão USB para utilização em demais aparelhos [36]. Figura 2.9[10]: rede de comunicação interna do usuário. 35 2.2.6 COMPARAÇÕES TECNOLÓGICAS BÁSICAS Como tecnologia de telecomunicações, a Internet via rede elétrica aplica- se no segmento de acesso e distribuição, permitindo flexibilidade e universalidade na composição da rede de telecomunicações. No requisito instalações existentes ou implementações novas, a tecnologia PLC é uma opção eficiente. Na Tabela 2.1 po- demos visualizar a síntese de sua aplicação em relação a outras tecnologias [36]. Tabela 2.1[36]: comparações entre tecnologias Como tecnologia de acesso, a Internet via rede elétrica está bem posicio- nada, com velocidade acima de 200Mbps, e se tornando uma alternativa competitiva com relação às outras tecnologias de acesso. Para compreensão desta evolução, foram utilizadas como referência as mais conhecidas tecnologias que utilizam redes pré-existentes como base: a xDSL (empresas de telefonia), sendo a mais conhecida a ADSL, e “Cable-modem” (empresas de TV a cabo) [13]. A tecnologia ADSL, inicialmente provia comunicação na faixa de 128 kbps. Essa tecnologia evoluiu e atualmente, já se encontra disponível as versões ADSL2 e ADSL2+ com velocidades na ordem de 12Mbps e 24Mbps, respectivamen- te (velocidade disponível nas grandes metrópoles), porém ainda com limitações. Por exemplo, o usuário não pode estar a mais de 4 Km da central telefônica. Quanto mais longe estiver, menos velocidade o usuário pode ter e a conexão pode sofrer instabilidades ocasionais. Isso se deve ao ruído (interferência) que ocorre entre um ponto e outro. Quanto maior essa distância, maior é a perda na intensidade do sinal, o que o torna mais suscetível ao ruído [29]. Há muitas variações da tecnologia DSL, (medium voltage) PLC LV (low voltage) 36 pois além da ADSL2+ existe outro tipo que é superior no quesito velocidade: a tec- nologia VDSL. A tecnologia VDSL possui características semelhantes ao ADSL, po- rém se difere na velocidade podendo atingir até 52 Mbps. A Tabela 2.2 fornece uma comparação entre as várias tecnologias aqui citadas com suas respectivas velocida- des. Tabela 2.2: comparativo entre as tecnologias existentes e suas velocidades TIPO DE CONEXÃO VELOCIDADE MÁXIMA PLC 200 Mbps VDSL 52 Mbps ADSL2+ 24 Mbps ADSL2 12 Mbps CABLE 100 MbpsDa mesma maneira, as empresas de TV a cabo inicialmente disponibiliza- vam a comunicação de dados na faixa de 100kbps. Hoje estão comercialmente dis- poníveis velocidades na ordem de 100Mbps [27]. De forma análoga, as Companhias de Energia Elétrica podem dispor de sua rede instalada e prover comunicação de alta velocidade. Na Tabela 2.2 pode- mos observar a comparação das tecnologias citadas em relação à comunicação de última milha. Tabela 2.3 [13]: comparativo entre as tecnologias que aproveitam redes existentes TECNOLOGIA ADSL CABLE PLC Rede de Acesso Telefonia TV a Cabo Elétrica Cobertura 10% 2% 30% Solução de Expan- são Nova Rede Nova Rede Adequação 37 3. AS PRIMEIRAS TECNOLOGIAS PLC As primeiras tecnologias PLC surgiram por volta de 1920. Neste período foram realizados os primeiros testes utilizando as linhas de potência. Inicialmente, as soluções encontradas eram simplesmente destinadas ao controle de dispositivos domésticos e apresentavam bastantes restrições de taxas de transferências, custos, etc [36]. Nos dias atuais a tecnologia PLC está mais moderna e alcançando níveis bastante satisfatórios. Dentre as primeiras tecnologias PLC que surgiram, algumas existe até hoje. Entretanto, algumas destas tecnologias, como X-10, INTELLON CEBus, ECHELON LONWORKS, ADAPTIVE NETWORKS são utilizadas apenas a aplica- ções específicas como por exemplo, controle de equipamentos eletrônicos (i.e., con- trole de iluminação, sistema de segurança, etc.). Por outro lado, a tecnologia PLUG- IN pode ser utilizada em redes TCP/IP de acesso a Internet. Note, no entanto, que a tecnologia ECHELON LONWORKS pode ser integrada a redes TCP/IP com o uso do padrão de tunelamento de IP – ANSI/CEA-852, embora este não seja um uso co- mum. 3.1 X-10 PLC Em 1970 a tecnologia X-10 PLC (Power Line Carrier) foi desenvolvida pe- la Pico Eletronics, na Escócia. Ela foi criada inicialmente para integrar baixo custo e controle de equipamentos. Possivelmente foi a primeira tecnologia domótica inven- tada. Embora tenha sido originalmente unidirecional, hoje em dia é possível encon- trar produtos bidirecionais [23]. 38 Os módulos transmissores do X-10 são adaptadores que conectados à tomada de luz que enviam sinais aos módulos receptores para controlar equipamen- tos simples: interruptores, controles remoto, sensores de presença, entre outros. Essa tecnologia consiste em transmitir dados binários através da corrente elétrica utilizando a modulação por amplitude (AM Amplitude Modulation). A portado- ra utiliza a passagem por “zero” Volts da onda senoidal (60Hz ou 50Hz) da linha elé- trica de corrente alternada (CA), tanto no ciclo positivo quanto no negativo. A trans- missão na passagem por zero justifica-se por ser este o instante de menor ruído e interferência de outros equipamentos ligados à rede. A informação é codificada por meio de rajadas de sinais de alta freqüên- cia. O bit “um” é representado através da inserção de um pulso de 120kHz durante 1ms seguido de por uma ausência de pulsos (i.e., o transmissor deixa de transmitir a onda portadora durante 1ms). A representação do bit “zero” utiliza a lógica inversa: ausência de pulsos na freqüência de 120kHz, seguida por 1ms de pulsos nesta fre- qüência. Dessa forma, cada bit precisa de um ciclo completo de 60Hz para ser transmitido, limitando a taxa em 60 bits por segundo [23]. Todo comando é transmitido duas vezes, no entanto os receptores X-10 só precisam receber uma vez para operar. A duplicação de comando ajuda a asse- gurar que o comando foi recebido mesmo com a presença de ruído na transmissão. Um comando completo do X-10, para ser transmitido, consiste de dois pacotes com um intervalo de 3 ciclos entre eles. Cada pacote contém duas mensagens idênticas de 11 ciclos. No total são necessários 47 ciclos em uma transmissão padrão para se transmitir um comando, o equivalente a 0,8s. Essa limitação de velocidade acabou restringindo a tecnologia ao controle de aplicações simples como iluminação e segu- rança [21]. 3.2 INTELLON CEBus A Intellon produz equipamentos de acordo com o padrão CEBus (Consu- mer Electronic Bus). O CEBus é um padrão aberto, desenvolvido pela Associação das Indústrias de Eletrônica (EIA) desde 1984. Sua primeira especificação surgiu em 1992 e apresenta essas camadas físicas para a comunicação por linhas de potência, 39 par trançado, cabo coaxial, infravermelho, RF e fibra ótica. As maiores motivações para este desenvolvimento foram [11]: - Desenvolver um método universal e de baixo custo para que os dispositivos de uma casa possam se comunicar, independente do fabricante; - Reunir todos os requisitos de controle domésticos num único padrão de rede; - incluir controles além dos tradicionais "On", "Off", "Dim", "Bright", "All Lights On" e "All Lights Off"; - Basear-se no Modelo de Referência ISO/OSI; Em 1994, o desenvolvimento e o refinamento do padrão passaram a ser feitos pela CIC (CEBus Industry Council). O CIC é uma entidade sem fins lucrativos formada por representantes de várias firmas eletrônicas. Desde 1995, o padrão CE- Bus foi submetido ao ANSI (American National Standards Institute) para que se tor- nasse também um padrão ANSI e mundial, sob a denominação EIA-600. Sob esta denominação o CEBus também inclui uma linguagem para as aplicações (CAL, Common Application Language), que permite aos dispositivos enviar comandos e solicitações de status usando uma linguagem de alto nível comum a todos. Além disso, o sistema utiliza o modelo de comunicação ponto-a-ponto e adota a técnica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection ) para evitar colisão dos dados [11]. A tecnologia da Intellon tem como objetivo prover capacidade de controle a redes residenciais e consiste de dois componentes: um transceiver implementando spread spectrum e um microcontrolador para executar o protocolo. Os pacotes são transmitidos a uma taxa de 10 Kbps. As desvantagens da Intellon são o custo, que a afasta de consumidores residenciais, e a pouca oferta de produtos CEBus [11]. 3.3 ECHELON LONWORKS LonWorks é uma tecnologia desenvolvida pela Echelon Corporation que tem como objetivo oferecer uma infra-estrutura para a operação de rede local deno- minada LON (Local Operating Network). Está baseada no protocolo de comunicação 40 proprietário LonTalk (ANSI 709.1), e está embarcado no chip Neuron, também pro- prietário [15]. Este sistema pode ser usado através de par trançado, cabo coaxial, RF, infravermelho, fibra ótica e rede elétrica. O sistema PLC apresenta comunicação ponto-a-ponto, adotando o protocolo CSMA (Carrier Sense Multiple Access) como estratégia de acesso ao meio. A tecnologia spread spectrum é utilizada para modu- lação das mensagens [15]. 3.4 ADAPTIVE NETWORKS A Adaptive Networks também utiliza a tecnologia spread spectrum. Possui uma grande variedade de implementações baseada em chipsets com taxas de 19,2Kbps e 100Kbps. O acesso ao meio é feito através de um hybrid token passing, que minimiza tokens desnecessários em ambientes com cargas leves e preserva integridade do token em situações de muita carga [1]. Apesar de possibilitar taxas de transmissão maiores que as anteriormente mencionadas, a tecnologia da Adaptive não é adequada para aplicações banda lar- ga como compartilhamento de arquivos, voz digital e transmissão de vídeo. Assim como a Echelon e a Intellon, seus chipsets ainda são muito caros para serem incorporados a produtos destinados a consumidores residenciais ou de pequenos escritórios. 3.5 PLUG-IN A tecnologia PLUG-IN foi desenvolvidapela Intelogis, Inc. e está baseada na implementação de vários protocolos [21]: - PLUG-IN Intelogis Commom Application Language (iCAL) – camada de aplicação; - PLUG-IN Power Line Exchange (PLX) – camada de rede; - PLUG-IN Digital Power Line (DPL) – camada física. 41 Ao contrário das outras tecnologias que utilizam o tipo de comunicação ponto-a-ponto, o iCAL utiliza cliente-servidor. Esta configuração permite armazenar a informação de cada nó da rede em um nó central (Servidor). As tarefas que exigem grande processamento, inteligência e armazenamento são realizadas por este nó central (Servidor), deixando os nós clientes responsáveis por executarem apenas as funções imediatas [21]. O PLX tem como principal função definir o protocolo de controle de aces- so ao meio (MAC). Este protocolo utiliza dois mecanismos independentes: DSMA (Datagram Sensing Multiple Access) e CTP (Centralized Token Passing). O servidor atual da rede é um nó que foi inserido com a utilização do DSMA e é responsável pelo gerenciamento do token. O PLUG-IN PLX possui uma arquitetura que pratica- mente elimina colisões em sistemas PLC preservando a largura de banda para a transmissão de dados [21]. O PLUG-IN DPL é um conjunto de regras que definem como a informação é transmitida pelos componentes (transceivers) da rede. O PLUG-IN Digital Power Line é a tecnologia que funciona na camada física da rede de energia. A modulação utilizada é FSK (Frequency Shift Keying), cujo valor de custo é mais barato que o custo de produção dos circuitos para modulação por spread spectrum. O FSK con- siste em enviar sinais digitais através da linha de energia usando duas ou mais fre- qüências separadas que estão em uma faixa bastante estreita. Cada uma dessas freqüências é designada para representar um símbolo específico, como um "1" ou um "0" em binário. Utilizando esta metodologia, a informação é enviada através da linha de energia, transmitindo a freqüência correta para enviar a seqüência de sím- bolos desejada. As taxas de transmissão chegam a 350 Kbps. Estas características fazem com que esta tecnologia seja muito bem aceita em aplicações comerciais e residenciais [21]. 42 4. ESTUDOS SOBRE O PLC É notório que a tecnologia PLC vem ganhando popularidade entre os pesquisadores. Isto ocorre por vários fatores, dentre quais podemos citar, por exem- plo, a possibilidade da popularização da Internet, ou seja, o acesso à Internet de forma ampla possibilitando a inclusão digital. Devido a esse motivo, existem em vá- rios locais do Brasil e do mundo estudos e projetos sendo desenvolvidos utilizando a tecnologia PLC. Em relação ao mercado, já estão disponíveis desde circuitos integrados até produtos completos, plug-and-play, prontos para serem ligados na tomada e transmitirem dados [37]. Foi criado em 2010 um padrão IEEE 1901 que impulsiona a tecnologia [20]. Alguns produtos trabalham com modulação por uma portadora (CD- MA - Code Division Multiple Access, GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying), com velocidades de 2Mbps e outras com modulação de múltiplas portadoras (OFDM), com velocidades mais elevadas de até 200Mbps [37]. A seguir serão apresentados os estudos sobre a tecnologia PLC no mun- do e no Brasil. 4.1. NO EXTERIOR No Exterior existem vários estudos e implantações da tecnologia PLC como, por exemplo, na Espanha onde toda a cidade de Puerto Real tem Internet e telefonia providos pela empresa local de energia elétrica [13]. Já nos EUA existem 36 projetos em desenvolvimento [22]. Devido à aplicabilidade da tecnologia PLC, o governo Obama, em parceria com o Banco da IBM, está investindo cerca de US$ 2,5 Bilhões para inclusão digital em áreas rurais [13]. 43 Entretanto, um dos projetos mais conhecido no exterior é o do grupo REMPLI (Real-time Energy Management via Power Lines and Internet), o qual é fi- nanciado pela comunidade Européia e que congrega empresas e Universidades da França, Áustria, Portugal e Alemanha [7]. Esse projeto consiste em realizar transição entre o PLC e a rede TCP/IP utilizando três dispositivos: Access Points, Bridges e Nodes. A Figura 4.1 exemplifica uma aplicação da arquitetura proposta pelo projeto. O Access Point realiza a comu- nicação entre a rede de última milha e a Internet (passando por uma rede privada da companhia de fornecimento de energia elétrica). Este dispositivo se comunica atra- vés das linhas de média tensão com os Bridges, instalados em edifícios e residên- cias atendidos pela linha. Por sua vez, os Bridges se comunicam com os Nodes a- través das linhas de baixa tensão internas aos edifícios. Desta forma, dispositivos como sensores e alarmes podem utilizar a infra-estrutura da rede PLC para se co- municar com servidores externos. Figura 4.1 [7]: Arquitetura do Sistema REMPLI 44 4.2. NO BRASIL O principal problema para disseminar a Internet atualmente no Brasil é conhecido como a última milha, mas por outro lado o sistema da rede elétrica no Brasil atinge 97% da população [2]. Isto significa que a estrutura da rede para distri- buição de Internet banda larga utilizando a tecnologia PLC já esta praticamente pronta. No Brasil, algumas empresas de distribuição de energia elétrica investi- ram em pesquisas de tecnologia PLC como, por exemplo, a CEMIG de Minas Ge- rais, COPEL do Paraná, a ELETROPAULO de São Paulo e a LIGHT do Rio de Ja- neiro, nas quais implantaram projetos-piloto no intuito de avaliar a viabilidade da tec- nologia PLC através de suas redes. Entretanto, os equipamentos utilizados na im- plantação do sistema são 100% importados inviabilizando a prestação desse serviço em larga escala. Por outro lado, existem diversas iniciativas voltadas para o incenti- vo do uso da tecnologia de transmissão de dados via rede elétrica como, por exem- plo, a fabricação de equipamentos no Brasil. Nesse sentido, já existe um projeto em andamento financiado pela FINEP/Empresa privada, com previsão de término em 2012 cujo objetivo é de desenvolver um chipset de Modem PLC baseado em siste- mas multi-portadora que possa operar na faixa de freqüência entre 9kHz e 80MHz e que forneçam taxas de transmissão superiores à 300Mbps na camada física. Neste projeto, também é proposto o desenvolvimento dos dispositivos de acoplamento pa- ra as redes de baixa e média tensão [31]. A seguir serão apresentados dois projetos que utilizam PLC. 45 4.2.1. PROJETO PLC CEMIG A Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG, em novembro de 2001 implantou um projeto piloto que permitia o acesso a Internet banda larga através das linhas de potência. Este projeto foi implantado na cidade de Belo Horizonte, nos bairros de Belvedere e Vila Paris. A velocidade inicial era de 2Mbps a qual era superior em 50 vezes a velocidade da rede telefônica, ou seja, da linha discada [12]. A Empresa investiu cerca de R$ 200 mil para implantação dos equipa- mentos em 40 pontos de acesso na capital mineira. Os equipamentos usados no projeto foram da ASCOM [12]. Na Figura 4.2 podemos visualizar a configuração do projeto que consistia em instalar um master PLC em um ponto da rua que recebia um sinal de um cabo modem fornecido pela operadora de telecomunicações. No interior das residências foi instalado um modem PLC que recebia um sinal da rede elétrica e transmitia os dados via interface Ethernet ou USB [12]. O objetivo desse projeto foi de gerar mais conhecimento sobre a tecnolo- gia PLC para identificar a sua viabilidade comercialmente.Nos resultados obtidos ficou clara a influência da carga da rede no desempenho do sistema: quanto maior a carga, maior a degradação nos acessos dos usuários. Essa situação está diretamen- te relacionada ao perfil do usuário, sendo necessário o desenvolvimento de técnicas de correção dinâmica para compensar as variações da carga na rede. Em 2003, os seus resultados foram finalizados e publicados [12]. 46 Figura 4.2 [12]: Configuração típica do projeto da CEMIG 4.2.2. PROJETO COPEL A Companhia Paranaense de Energia Elétrica – COPEL, em 2001, tam- bém implantou um projeto piloto que permitia o acesso a Internet banda larga atra- vés das suas redes de energia, se tornando a pioneira nos experimentos PLC no país. Este projeto foi implantado na cidade de Curitiba, abrangendo 50 domicílios. A velocidade inicial era de 2Mbps [13]. Desde então a tecnologia PLC evoluiu muito e devido a esse fato a empresa COPEL implantou no inicio 2009, um projeto-piloto em Santo Antônio da Platina – PR, localizada a 370km de Curitiba, com o propósito de se ter uma avaliação mais precisa sobre o atual estado da tecnologia e obter mais conhecimento nessa área. Segundo a empresa, a cidade foi escolhida para o teste por não ser um grande centro, ter uma rede elétrica com capacidade de suportar várias ligações em único circuito, estar no anel principal da rede de fibra óptica da empresa e ter disponibilidade de técnicos da Copel, tanto na área de energia, quanto 47 na de telecomunicações. O projeto foi realizado em parceria com empresa BPL Global, que funcionou como integradora das soluções da sueca Ilevo [13]. Os equipamentos foram instalados para atender até 300 usuários, distribuidos em até 15 áreas da cidade (15 circuitos secundários de energia elétrica), tanto residenciais quanto comerciais, e de diferentes classes sociais, de maneira a representar os diferentes tipos de usuários do serviço de internet. Como podemos visualizar na Figura 4.3, a configuração adotada no projeto da Copel consiste em se utilizar a rede de fibras ópticas da empresa, levando-a até modems acopladores instalados no alto de postes instalados nas ruas. Esses modems extraem o sinal da rede de fibra óptica e o injetam na rede elétrica de baixa tensão. O resultado final do projeto mostrou-se satisfatório atendendo as expectativas, de forma que é possível afirmar que a tecnologia PLC por si funciona, porém ficou evidente que o sistema PLC é extremamente sensível à interferência, portanto, o uso de filtros (i.e., filtros de tomada, de luminária, de quadros de distribuição e de quadro de medição.) foi considerado fundamental. O projeto piloto já foi concluído e os resultados foram publicados em 2010 em relatório disponível no site da COPEL para consulta [13]. Figura 4.3 [13]: Configuração geral do Projeto PLC da Copel 48 5 PESQUISA DE OPINIÃO PÚBLICA – PLC No intuito de se obter dados e informações a respeito do grau de interes- se e o potencial da tecnologia PLC entre os usuários, foi realizada uma pesquisa de opinião pública. Segundo Novelli [28, p.165]: “A pesquisa de opinião tem se mostrado instrumento tão valioso para a so- ciedade contemporânea, que, muitas vezes, deixa de ser compreendida como técnica de medição da opinião pública para tornar-se a própria exten- são desta. Sua aplicação extrapolou os limites do campo político [...], e, ho- je, tornou-se reconhecido método de investigação científica para a maioria dos campos de conhecimento, inclusive para a Comunicação Social” [28, p.165]. Devido a essa importância, a seguir apresenta-se o desenvolvimento da pesquisa, entre os usuários, sobre a tecnologia PLC, em seus parâmetros, aplicação e coleta de dados, bem como a interpretação dos dados obtidos. 5.1 METODOLOGIA DA PESQUISA Para a metodologia, foi elaborada uma pesquisa quantitativa de opinião para coleta de dados, na forma de questionário on line, estilo survey [17]. O formulário foi elaborado utilizando a plataforma oferecida pelo Google Docs (www.google.com/docs). É necessário ressaltar que a ferramenta do Google utilizada se justifica pelo fato de ser gratuita e acessível, tornando viável o trabalho de pesquisa. As respostas foram recepcionadas entre 25 de julho e 03 de outubro, quando foi feito o bloqueio de acesso ao formulário eletrônico da pesquisa. As relações das perguntas desta pesquisa estão apresentadas no Anexo C A divulgação da pesquisa foi realizada no meio acadêmico e na comunidade local através de Telecentros comunitários. Foram utilizadas como meio de divulgação as redes sociais, e-mails através da plataforma CEDERJ e o site do COMPCEDERJ (www.compcederj.com.br) em sua página principal, como pode-se 49 visualizar na Figura 5.1. O pedido de colaboração na participação da pesquisa está relacionada nos Anexos A e B. J A pesquisa teve como público-alvo o usuário de Internet do território nacional, a fim de coletar informações sobre seu comportamento e tendências de acesso, bem como as dificuldades que o mesmo teve ou tem para ter este acesso, ou seja, dificuldades econômicas ou estruturais como, por exemplo, o tipo de acesso utilizado. O questionário on line incluía a solicitação de dados como idade, sexo e grau de escolaridade, importantes para a caracterização do público da pesquisa. A pesquisa foi dividida em quatro tópicos: dados pessoais, utilização da Internet, nível de satisfação e o interesse do participante na tecnologia PLC juntamente com a sua opinião a respeito da mesma. Figura 5.1: site do COMPCEDERJ 50 A seguir serão apresentados os itens pesquisados e os gráficos resultantes dessa pesquisa. 5.2 DADOS PESSOAIS DOS PARTICIPANTES Os participantes da pesquisa se identificavam de forma espontânea, através do nome. O estado da federação, idade, sexo, e grau de escolaridade eram requisitos obrigatórios a fim de obter dados estatísticos dos participantes. Foi obtido um total de 491 (quatrocentos e noventa e uma) respostas recebidas, sendo que dentre estas apenas 490 (quatrocentos e noventa) respostas foram válidas, devido à existência de uma resposta duplicada. As respostas válidas foram utilizadas no processamento estatístico e analítico da pesquisa, a partir do qual foram extraídos os resultados e conclusões do presente trabalho. Em termos geográficos, observou-se no Gráfico 5.2 uma participação expressiva do estado do Rio de Janeiro, com 86%, o que pode ser associado à abrangência e disseminação da informação por meio da plataforma do CEDERJ, e também o grupo COMPCEDERJ, o qual é formado pelos alunos do curso de Computação. Em segundo lugar, ficou o estado de Minas Gerais com 7%. Os estados do Espírito Santo e São Paulo ficaram com 2% respectivamente, e os demais estados onde a participação foi menor ou igual a 3 somam 3% do total de participantes. 0 100 200 300 400 500 Rio de Janeiro Espirito Santo Minas Gerais São Paulo Outros Estados Número de participantes Estados Participantes da Pesquisa Gráfico 5.2: Estados Participantes 51 Com relação aos dados demográficos da Pesquisa PLC, listados na Tabela 5.1, foram analisados os parâmetros como faixa etária, sexo e grau de escolaridade. Nos resultados obtidos observa-se que a predominância dos respondentes encontra-se na faixa de 21 a 30 anos, com 45%. Em relação aogênero, o maior percentual de participantes foi do sexo masculino. Já no grau de escolaridade obteve-se a maioria do nível de ensino superior com 66% do total de participantes. Tabela 5.1: Resultados – Dados Demográficos. Indicador Parâmetro Percentual [%] Faixa Etária Menos de 20 anos De 21 a 30 anos De 31 a 40 anos De 41 a 50 anos De 51 a 60 anos De 61 a 70 anos Mais de 70 anos 15 % 45 % 22 % 11 % 5 % 1 % 1 % Sexo Masculino Feminino 65 % 35 % Grau de escolaridade Ensino Fundamental Ensino Médio Ensino Superior 7 % 27 % 66 % 52 5.3 DADOS SOBRE A INCLUSÃO DIGITAL Além dos dados demográficos foi necessário obter informações a respeito dos participantes com relação à Internet. Neste caso, a pergunta referencial era re- lacionada ao computador. A inclusão digital e o acesso a informação significam me- lhoria das condições de vida de uma determinada região ou comunidade com a aju- da da tecnologia. O que chama mais a atenção é que ainda existem pessoas que não possuem um computador, como podemos visualizar no Gráfico 5.3, e conse- qüentemente possuem dificuldades de acesso a Internet. Aproveitando a pergunta referencial, foi feito um levantamento da quanti- dade de usuários que possuem acesso à Internet, em seus domicílios. O Gráfico 5.4 resume os resultados obtidos. Nota-se que, dentro do universo de pessoas consul- tadas durante esta pesquisa, existe um percentual considerável sem acesso à Inter- net em suas residências. Por outro lado, a forma que encontram para acessar esse meio de comunicação é através do local de trabalho, nas escolas, em Lan House, entre outras. De uma maneira geral, a informação pode proporcionar oportunidades, inclusão social e digital, as quais a tecnologia PLC pode vir a contribuir. 99% 1% Usuários Equipados com Computadores Possui computador Não Possui computador Gráfico 5.3: Computador por participante 53 Na questão relacionada ao local de acesso, nota-se que as pessoas estão utilizando cada vez mais a Internet em seus domicílios. Este aumento se deve pelo fato da presença do computador com acesso a Internet. Entretanto, como foi mencionado anteriormente, ainda existem pessoas sem este acesso, que, por isso, utilizam outras formas para se conectarem à Internet. Os resultados podem ser visualizados no Gráfico 5.5, onde os participantes puderam indicar os locais utilizados para acessar a Internet. Neste caso, os participantes puderam informar mais de uma opção, logo o somatório das percentagens pode ultrapassar 100%. Quanto ao tipo de conexão utilizada, na Tabela 5.2, observa-se que o percentual maior dos participantes utiliza o tipo ADSL como meio de se conectar a Internet. Já em relação à velocidade de conexão, a predominância entre os partici- 98% 2% Acesso a Internet Possui acesso a Internet Não possui acesso a Internet 0 100 200 300 400 500 Em casa No Trabalho Na Escola/Faculdade Na Biblioteca Em Cyber Cafés 92 % 57 % 35 % 5 % 8 % número de participantes Locais de Acesso a Internet Gráfico 5.4: Relação dos participantes que possuem acesso a In- ternet Gráfico 5.5: Relação dos locais de acesso a Internet 54 pantes é de 1Mbps, porém nota-se que mais da metade dos participantes utilizam conexões com velocidades entre 150kbps e 1Mbps comprovando pesquisas anterio- res como, por exemplo, resultados divulgados pela empresa The Nielsen Company, citadas no Capítulo 1. Outro fator importante é a freqüência com que as pessoas estão aces- sando a Internet. Segundo os dados obtidos, nota-se que cada vez mais essa fonte de informação é buscada de forma contínua, tornando-a parte do nosso dia a dia. Na Tabela 5.2 apresentam-se os resultados alcançados. Tabela 5.2: Relação da velocidade e tipos de conexões utilizadas pelo usuário Indicador Parâmetro Percentual [%] Tipo de conexão ADSL 47 % Cabo 24 % Via Rádio 16 % Satélite 1 % Discada 3 % Outros 9 % Velocidade de conexão 150kbps 10 % 300kbps 15 % 600kbps 13 % 1Mbps 25 % 2Mbps 11 % 5Mbps 8 % 10Mbps 4 % 15Mbps 3 % Outros 11 % Freqüência de acesso Todos os dias 93 % Apenas nos finais de semana 1 % 3 vezes por semana 4 % Raramente 1 % 55 Quanto ao nível de satisfação, apresentado no Gráfico 5.6, referente à velocidade de conexão das tecnologias existentes no cotidiano dos participantes, observou-se uma satisfação de 45% dos respondentes. Contudo, observou-se um índice de insatisfação bastante expressivo, cerca de 55%. As reclamações são das mais diversas, desde a falta de opção de acesso a Internet, velocidade lenta e até os valores cobrados por esses serviços, pois o custo ainda é alto. Isto demonstra que existe espaço para a tecnologia PLC suprir as insatisfações. 5.4 OPINIÃO PÚBLICA SOBRE TECNOLOGIA PLC Em uma análise inicial dos dados obtidos da Pesquisa, pode-se visualizar o grau de interesse dos participantes mediante a alternativa de acesso a Internet. Conforme o Gráfico 5.7, observa-se que 93% dos participantes informaram que se a Companhia de Energia Elétrica fornecesse a Tecnologia PLC, usariam este serviço contra 7% que informaram por não optar por este serviço. Estes resultados podem servir de indicativo para os diversos segmentos que apresentam potencial para ex- plorar a tecnologia PLC - setor elétrico e de telecomunicações. Satisfeito 45% Não Satisfeito 55% Nível de Satisfação Gráfico 5.6: Relação da satisfação dos participantes referentes à velocida- de de conexão 56 Entretanto, ainda persistem muitas dúvidas entre as pessoas que utilizam esse meio de comunicação. Na última pergunta dessa Pesquisa, foi solicitado ao participante, de forma espontânea, que deixasse sua opinião em relação à Tecnologia PLC, caso ela fosse implantada no Brasil. Dentre as mais diversas opiniões obtidas destacamos as principais dúvidas dos participantes com relação ao uso dessa tecnologia. Velocidade: caso a velocidade de conexão fosse maior que as atuais existentes no mercado com certeza adotariam essa tecnologia. Qualidade: é essencial em qualquer tecnologia, logo é um atributo importante e questionado pelos usuários. Segurança: os participantes demonstraram uma preocupação com a segurança, pois pelo fato dessa tecnologia ser pouco divulgada muitos não possuem conhecimento sobre a segurança adotada nessa tecnologia. Preço: uma das maiores insatisfações dos usuários de Internet é o custo por esse serviço. O custo das atuais tecnologias existentes ainda é muito alto. Logo, este é um fator estratégico para a aceitação da tecnologia PLC, que teoricamente promete menores custos por ter uma estrutura de distribuição já implantada. Serviços: é um espaço a ser conquistado para a satisfação dos consumidores. 93% 7% Interesse pela Tecnologia PLC Usaria Tecnologia PLC Não Usaria Tecnologia PLC Gráfico 5.7: Relação do interesse dos participantes com a tecnologia PLC 57 Estes fatores são estratégicos e podem levar aos potencias usuários da tecnologia PLC a adotá-la ou não e devem ser estudados de forma contínua dentro do planejamento estratégico das empresas e organizações envolvidas na implantaçãoda tecnologia PLC, antes, durante e após a sua implantação. Outro fator importante a ser considerado esta relacionado à divulgação dessa tecnologia, pois observou-se que muitos participantes não possuíam conhecimento da sua existência (19%). Por isso a divulgação e explicitação da tecnologia PLC tende a influenciar na tomada de decisão dos potenciais usuários da mesma. CONCLUSÃO Através do levantamento bibliográfico realizado, foram obtidos conceitos fundamentais para o entendimento da comunicação via rede elétrica. Após analisar alguns relatórios de testes realizados no Brasil, pôde-se concluir que a tecnologia PLC, tal como qualquer outro método de comunicação, possui vantagens e desvan- tagens. DESVANTAGENS DA TECNOLOGIA PLC Na tecnologia PLC ainda persistem alguns problemas na propagação de sinais, devido ao fato das linhas de potência não terem sido construídas com o intui- to de realizar transmissões de dados. O principal fator que dificulta a propagação dos dados é a interferência, ou seja, ruídos que são gerados por aparelhos que este- jam ligados à rede elétrica como, por exemplo, lâmpadas fluorescentes e equipa- mentos com fonte chaveada (tais como carregador de celular, televisores, etc). São obstáculos ainda o grande nível de atenuação e impedância da rede, além da falta 58 de padronização nas instalações da rede elétrica nos domicílios. Além desses fato- res, ainda existe o problema do sinal se corromper devido a distâncias muito longas. Outro fator que pode ser considerado como uma desvantagem é o fato do meio ser compartilhado por muitos usuários por subsistema. Ou seja, todos os domi- cílios ligados numa mesma subestação elétrica compartilhando a largura de banda disponível. Isso significa que o desempenho da conexão pode variar de acordo com a quantidade de usuários que estiverem fazendo o uso da Internet simultaneamente. Além disso, como a banda é compartilhada, é necessário utilizar esquemas de segu- rança para evitar ataques, pois essa característica torna possível escutar transmis- sões alheias. O risco é devido não somente a confidencialidade dos dados dos usu- ários, mas também às tentativas de fraudes e acessos indevidos a serviços não au- torizados. Outro ponto negativo é que a rede elétrica no Brasil é uma rede aérea, ou seja, se encontra ao ar livre, o que a torna suscetível a fatores climáticos, possibili- tando interrupções nas transmissões de dados. Apesar de existirem vários problemas na implantação dessa tecnologia, as pesquisas e estudos relacionados continuam em busca de melhores soluções. VANTAGENS DA TECNOLOGIA PLC A tecnologia PLC possui uma grande vantagem sobre as outras tecnolo- gias: a solução de problemas de comunicação na última milha (last mile), pois a utili- zação da rede elétrica como infra-estrutura evita gastos maiores com a adaptação do ambiente e devido a esse fato se torna um dos maiores atrativos da tecnologia. Ou seja, simplifica a instalação, unifica conexões e reduz o número de cabos nos locais de acesso. A flexibilidade e praticidade são outro ponto positivo desta tecnologia, pois permitem que cada tomada elétrica existente possa ser uma via de comunicação, se tornando um ponto de acesso a rede. Ademais, a tecnologia PLC não interfere na rede elétrica. Outra vantagem a ser considerada é a velocidade de transmissão dos da- dos. A tecnologia PLC possui taxas bastante elevadas estando ao nível e às vezes 59 até superior às taxas oferecidas pela concorrência no acesso à Internet por banda larga. A transmissão de dados pela rede elétrica possui muitas possibilidades de aplicações, desde acesso à Internet em Banda Larga até serviços de controle de eletrodomésticos, segurança predial, entre outros. CONSIDERAÇÕES FINAIS A Banda Larga é considerada como um fator importante para a estrutura econômica e educacional, de forma que é necessário torná-la acessível à popula- ção. Já não é mais cabível, nos dias atuais, manter-se excluído de serviços básicos de informação e comunicação. Apesar dos prós e contras, a tecnologia PLC possui um futuro promissor. Não deve ser encarada como uma tecnologia que vem para substituir as outras já existentes, no acesso à Internet banda larga, mas sim como mais uma que pode a- gregar valor a essa tecnologia e, principalmente, como uma alternativa de baixo cus- to para a grande massa da população. Como proposta para trabalhos futuros sugere-se a continuação de estu- dos e pesquisas sobre a tecnologia, com parcerias entre Universidades e Centros de Pesquisa a fim de mitigar as desvantagens da tecnologia PLC. Ademais, propõe-se a continuidade do estudo sobre tecnologia PLC, desenvolvendo-se uma campanha de esclarecimento para o público em geral, disseminando o conceito e benefícios que esta tecnologia pode proporcionar, seja em palestras, seja na mídia, em todas as formas de comunicação a fim de levar esta informação ao público alvo da tecno- logia PLC, principalmente da população excluída digitalmente. 60 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 ADAPTIVE NETWORKS. 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