Создание сети с помощью электропроводки — ASUS PL-X52P
На страницах нашего журнала ранее мы уже рассматривали новые устройства на базе стандарта последнего поколения HomePlug AV, которые позволяют передавать данные по силовой сети со скоростью до 500 Мбит/с. По сравнению с предыдущим стандартом, который подразумевал передачу данных на теоретической скорости 200 Мбит/с, реальная скорость значительно повысилась. В нашу тестовую лабораторию поступил новый комплект устройств ASUS — ASUS PL-X52P, которые поддерживают последнюю версию стандарта HomePlug AV, а кроме того, имеют дополнительные функциональные возможности. Но для начала кратко напомним читателю о нововведениях в последней спецификации стандарта HomePlug AV2, а также о самом стандарте, официальное название которого сегодня — IEEE 1901.
Сети PowerLine
Стандарт HomePlug, по сути, является разновидностью технологии PLC (Power Line Communication), которая использует линии электросети для передачи данных или голосовой информации. Принцип работы технологии PLC для компьютерных сетей схож с работой DSL-оборудования. Главным преимуществом этих устройств является возможность использования уже существующей проводной инфраструктуры, благодаря чему нет необходимости прокладывать дополнительные кабели. В обоих случаях различные типы данных передаются на разных частотах по одному и тому же проводу, а подключенное к нему оборудование, отфильтровав полученные сигналы в зависимости от заданной частоты, далее работает только с выбранным сигналом. Сети HomePlug в большей степени относятся к стандартам домашних сетей типа Wi-Fi и HomePNA. При этом качество связи по сравнению с беспроводными технологиями Wi-Fi несколько выше. В то же время для качественной связи по технологии PLC необходимо соответствующее проводное соединение, а именно наличие хорошего медного кабеля без скруток и переходов от одного типа провода к другому (например, с алюминия на медь). Увы, в большинстве домов нашей страны, в которых для проводки электрического кабеля используются алюминиевые провода, качество прокладки остается притчей в языцех.
Нельзя обойти вниманием и особенность работы этой технологии при нескольких адаптерах, работающих в одной электросети. В самых первых устройствах на базе этого стандарта пропускная способность канала делилась между участниками сети поровну. И если в такой сети находились не два, а пять или десять активных адаптеров, это значительно уменьшало скорость передачи данных каждого клиента. Качество сигнала может варьироваться в зависимости от количества активных бытовых приборов, подключенных к электросети, которые могут создавать помехи и снижать скорость передачи данных между клиентами сети PowerLine. Для устройств сети PowerLine критичным также является подключение «прожорливых» приборов типа обогревателя или сварочного аппарата. Изза особенностей прохождения высокочастотного сигнала сеть PowerLine не будет работать, если один из адаптеров подключен через сетевой фильтр, источник бесперебойного питания или стабилизатор.
Устройство ASUS PL-X52P поддерживает спецификации HomePlug AV2, официально утвержденные как стандарт IEEE 1901 в конце 2010 года. Несмотря на то что стандарт существует уже более двух лет, о базирующихся на нем новых устройствах стало известно относительно недавно, поскольку чипы с такими параметрами появились на рынке не сразу. Исходя из спецификации этого стандарта на физическом уровне скорость передачи данных между адаптерами HomePlug AV2 может достигать 500 Мбит/с. Однако на MAC-уровне скорость гораздо ниже и характеризуется величиной порядка 200-250 Мбит/с. Это обусловлено как применением шифрования, так и достаточно большим количеством вторичной служебной информации. Для передачи данных используются частоты в пределах от 2 до 100 МГц. Тут стоит отметить, что стандарт IEEE 1901 подразумевает две возможные реализации на физическом уровне — IEEE 1901 FFT и IEEE 1901 Wavelet. Обе используют частоты для передачи данных от 2 до 30 МГц, но есть и различия. Первая (IEEE 1901 FFT) является производной от спецификаций технологий HomePlug AV и применяется в устройствах на базе HomePlug. Она предполагает применение OFDM-модуляции и опциональное использование двух дополнительных диапазонов частот 30-50 и 50-68 МГц. Вторая (IEEE 1901 Wavelet) базируется на технологиях HD-PLC, активно продвигается такими компаниями, как Panasonic, и ориентирована в большей степени на сети Smart Grid и операторов последней мили. IEEE 1901 Wavelet предназначена прежде всего для коррекции ошибок кода Рида—Соломона, а также в качестве опциональной возможности — кода LDPC. В конечном счете, благодаря разработке стандарта IEEE 1901, технологии и спецификации HomePlug Access BPL перенесены в реализацию IEEE 1901 Wavelet, а HomePlug Green PHY осталась в составе стандарта IEEE 1901 FFT и спецификаций HomePlug AV/AV2.
Соединение между клиентами сетей HomePlug AV2 шифруется с помощью 128-битного ключа по алгоритму AES. Как и большинство современных технологий передачи данных, HomePlug AV2 позволяет применять правила QoS (Quality of Service) для приоритезации передаваемого трафика, тем самым улучшая качество связи для всех сервисов. Устройства, использующие спецификацию HomePlug AV2, преобразуют поступающие через порт Ethernet данные в высокочастотный сигнал по распространенной схеме цифровой модуляции OFDM с применением технологий MIMO. Добавление MIMO в HomePlug AV2 позволило получить прирост скорости при передаче данных в несколько потоков. Стоит отметить, что мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) используется в беспроводных сетях Wi-Fi, WiMAX, LTE, а также проводных кабельных телевизионных сетях и ADSL/VDSL. Основой этого алгоритма является разделение доступного спектра частот на несколько узких зон, по которым передаются сигналы с относительно низкой скоростью, но при этом в сумме дается возможность получить более высокую скорость. Каждая из частотных зон спектра модулируется для передачи данных различными способами с разным частотным диапазоном. И поскольку данные кодируются в высокочастотном диапазоне, то основными помехами для передачи является резание или гашение полезного сигнала в сетевых фильтрах, преобразователях и стабилизаторах напряжения. Нельзя обойти вниманием шумы и помехи на линии, создаваемые бытовой техникой, лампами и пр. В результате сигнал может быть сильно искажен и ослаблен, что приведет к снижению скорости передачи данных. Для борьбы с шумами и искажениями сигнала при передаче цифровой информации по каналу связи используются алгоритмы канальной адаптации, коррекции ошибок (Forward Error Correction — FEC) на базе параллельного каскадного блокового систематического кода, способного исправлять ошибки. Поскольку амплитуда передаваемого сигнала не превышает нескольких вольт, обычные электроприборы не реагируют на включение подобных адаптеров в розетку, так как их влияние сравнимо с естественными помехами и колебаниями напряжения в домашней электрической сети.
Сетевой адаптер ASUS PL-X52P
Модель ASUS PL-X52P представляет собой два устройства ASUS PL-X51P и поставляется в картонной коробке среднего размера, оформленной в типичной для SOHO-устройств ASUS цветовой гамме. На упаковке приведены изображения устройства, название, а также его технические параметры и характеристики на разных языках. Кроме того, на тыльной стороне коробки имеется сводная таблица возможностей устройства. Помимо двух адаптеров ASUS PL-X52P+, в комплект входят два UTP-кабеля длиной 3 м каждый, краткая инструкция по подключению на английском языке. Имеется также гарантийный талон. В комплекте не предусмотрена утилита управления, поэтому для более точной настройки сети ее необходимо скачать с сайта производителя.
Корпус каждого адаптера имеет стильный дизайн и выполнен из качественного пластика белого цвета с глянцевым покрытием. В верхней части лицевой панели находится розетка для вилки европейского стандарта CEE 7/4. На оборотной стороне под ней расположена сама вилка, с помощью которой устройство подключается к силовой сети. На передней панели в правом углу, помимо тисненого логотипа компании ASUS, есть пять индикаторов активности устройства. Главный индикатор с зеленым световым сигналом расположен в центральной части лицевой панели и выполнен как элемент дизайна. Остальные четыре находятся внизу передней панели и нужны для информирования пользователя о подключении к локальной сети или сетевому адаптеру каждого из портов ASUS PL-X52P.
В отличие от других устройств на базе стандарта HomePlugAV, данная модель имеет не один, а целых четыре порта RJ-45 для подключения к локальной сети или устройств. Причем передача данных через крайний левый порт с надписью «VIP», согласно описанию, произойдет гораздо быстрее по сравнению с другими портами, что, по всей видимости, обусловлено правилами QoS, установленными в прошивке устройства.
На правой боковой панели устройства есть специальная кнопка для быстрого создания зашифрованной сети между двумя адаптерами и кнопка сброса на заводские настройки. Другие боковые панели адаптера имеют небольшие прорези, которые выполняют функцию решетки пассивной вентиляции, так как при активной работе эти устройства заметно нагреваются. На тыльной стороне устройства под вилкой размещена информационная наклейка с серийным номером, MAC-адресом, номером модели и названием устройства. Помимо этого здесь же можно найти заводской пароль для работы устройства в сети PowerLine. Размеры ASUS PL-X52P составляют 140×75×42,4 мм, а вес каждого адаптера — 220 г.
Внутри каждого адаптера установлены две небольшие печатные платы, соединенные несколькими контактными группами. На основной плате находится чип Atheros AR7400-AC2C четвертого поколения, который обеспечивает поддержку Powerline части устройства. Чип на аппаратном уровне поддерживает модуляции OFDM 4096/1024/256/64/16/8 QAM, QPSK, BPSK и ROBO. В качестве вспомогательного чипа используется микросхема Atheros AR1500. Поскольку новый стандарт предполагает передачу данных на скорости 500 Мбит/с, в адаптере установлен пятипортовый гигабитный коммутатор на базе микросхемы Atheros AR8326. Оперативная память представлена микросхемой EtronTech EM6A9160TSA-5G, работающей на частоте 200 МГц, и объемом всего 16 Мбайт. Помимо основных элементов на платах расположены также вспомогательные фильтры и другие компоненты.
Настройка адаптера
Как и все устройства PowerLine, модели ASUS PL-X52P относятся к классу PnP, так как подключаются к компьютеру через локальную сеть и не требуют перед работой какойлибо специальной настройки. Если сеть PowerLine изолирована от внешнего мира, то в дополнительные настройки адаптеров можно и не заходить. Однако для более эффективной работы с ними лучше установить специализированную утилиту управления с сайта компании-производителя. Программа ASUS PL-X52P Utility (рис. 1) поставляется на диске вместе с адаптерами и служит для настройки, диагностики и управления сетью из нескольких устройств стандарта HomePlug AV2. Для ее работы необходимо инсталлировать на компьютер библиотеки WinPCAP и саму утилиту управления, что не представит труда для обычного пользователя. Нельзя не отметить то, что на текущий момент библиотека WinPCAP, поставляемая в комплекте с утилитой, не предполагает установки на операционную систему Windows 8 — ею поддерживается только ОС Windows XP/Vista/7.
Рис. 1. Программа управления. Вкладка Main
Утилита управления позволяет координировать работу сразу нескольких адаптеров сети PowerLine. Для этого необходимо ввести пароль каждого из установленных адаптеров и пройти таким образом аутентификацию. Стоит отметить, что по сравнению с элементарными паролями, которые устанавливаются по умолчанию в домашних роутерах, в PowerLine-адаптерах используются длинные цифробуквенные пароли DAK (Device Access Key), уникальные для каждого из устройств. Благодаря этому осуществляется надежная защита сети, поскольку адаптеры могут быть установлены в офисных зданиях, где применяется единая проводка и невозможно отследить наличие еще одного устройства PowerLine. В основном окне (рис. 1) отображается MAC-адрес локального адаптера, имя текущей сети, к которой принадлежит адаптер, пароль адаптера, а также текущая версия прошивки устройства. Название используемой сети можно изменить в том же окне, через который компьютер выходит в сеть PowerLine. В этом же окне управляющая программа пытается соединиться с другими устройствами сети, для чего начинает периодически сканировать сеть PowerLine на наличие других устройств HomePlug AV в пределах досягаемости.
Вкладка Diagnostics (рис. 2) отображает диагностическую и общую информацию об адаптере. Здесь же указывается история подключения устройств в сети PowerLine. Программой поддерживается создание приватной сети (private) (рис. 3), поскольку по умолчанию все адаптеры настроены на работу в общей небезопасной сети и другие устройства будут видеть только что подключенный адаптер. Для перехода от общей сети к приватной необходимо сменить название сети с HomePlugAV на любое другое. После этого адаптер автоматически выходит из общей сети и становится доступен для других участников сети PowerLine. Хотя существует функция смены сети для всех видимых устройств, пароли всё равно придется задавать вручную для каждого адаптера. Отметим также, что в безопасной сети у каждого адаптера пароль должен быть один и тот же.
Рис. 2. Программа управления. Вкладка Diagnostics
Рис. 3. Программа управления. Вкладка Privacy
Можно отключить автоматическое сканирование сети и осуществлять поиск новых устройств вручную с помощью кнопки Rescan (рис. 4). Затем, если известен пароль на найденное устройство, ему можно присвоить любое имя, чтобы, например, ориентироваться, где он установлен, с помощью опции modify. Отметим, что при вводе пароля дефисы между символами нужно ставить обязательно, причем в точности так, как это указано на этикетке. Для найденных адаптеров отображаются MAC-адрес, текущая скорость соединения, качество принимаемого сигнала и пароль устройства. Для добавления адаптеров в безопасную сеть необходимо поочередно подключать их к компьютеру и менять название сети. В целом интерфейс программы прост и понятен, хотя и не имеет возможностей по регулировке работы алгоритмов приоритезации трафика, которые присутствуют у других производителей.
Рис. 4. Программа управления. Вкладка About
Методика тестирования
Для тестирования модели ASUS PL-X52P мы использовали электропроводку нашего офиса, которая идет по кабель-каналам, а также несколько удлинителей, последовательно соединенных между собой. В качестве двух устройств, между которыми происходил обмен данными, использовались два компьютера с гигабитными сетевыми адаптерами Intel 10/100/1000 Pro. С помощью двух адаптеров ASUS PL-X52P оба стационарных ПК соединялись между собой по проводам электросети здания в нескольких удаленных друг от друга точках.
Для тестирования применялся тестовый пакет Ixia Chariot, который позволяет измерять сетевой трафик между многочисленными точками с помощью специальных утилит, устанавливаемых на компьютеры-клиенты. Для измерения скорости использовались три пресета, которые отправляли трафик в противоположных направлениях между клиентами. Графики скорости и общей пропускной способности сети PowerLine приведены на рис. 5. А сейчас рассмотрим точки замера, при которых запускался тестовый пакет.
Рис. 5. Падение скорости передачи данных
при увеличением расстояния между адаптерами
Точки замера скорости разделены на две группы: офисная сеть с подключенными работающими устройствами и отдельная электрическая сеть, состоящая из удлинителей. Для обеих групп первой точкой замера являлись две отдельно стоящие розетки с медной проводкой без подключенных в них других бытовых приборов.
Для первой группы замеров, для которой использовалась офисная сеть, вторая точка предполагала отдаление двух адаптеров между собой на расстояние 3,5 м. Третья точка замера — 6,3 м. Четвертая точка — 8,8 м. В пятой точке замера расстояние между адаптерами составляло 13,5 м, а в шестой чуть больше 16 м. Во время тестирования этой группы в электрическую сеть были включены почти десять компьютеров, а также лазерный принтер, работающий электрочайник и другие приборы.
Для второй группы использовались типовые удлинители с медной проводкой. Во второй точке замера расстояние между адаптерами составляло 5 м, потом, для третьей точки замера, был подсоединен еще один пятиметровый удлинитель. Четвертая точка замера — 13 м, пятая — 18 м. В последней, шестой точке замера расстояние составило 23 м. Эксперимента ради адаптеры были протестированы в обычной двухкомнатной квартире общей площадью 55 м2. Результаты в этом случае были несущественно выше, чем при стрессовом тестировании в офисе, поэтому приводить еще один график не будем, а лишь отметим, что в домашних условиях скорость передачи данных в среднем составляла более 120 Мбит/с.
При тестировании выявилась одна особенность, которую можно охарактеризовать как появление лишних сигналов в электропроводке при подключении или отключении адаптера питания от IP-камеры, а также при включении нескольких люминесцентных ламп. Сигнал между адаптерами ASUS PL-X52P в этом случае на некоторое время прекращался, что приводило к потере пакетов на протяжении минуты. Кроме того, замечено, что сигнал между адаптерами полностью терялся, если провода между ними были длиннее 60 м, что, впрочем, неудивительно, ведь даже в спецификации к стандарту IEEE 1901 заявлено расстояние не более 100 м.
На рис. 5 показаны два графика: синий отображает данные замеров во второй группе, а первый — замеры скорости в офисной сети. Как видно из графика, скорость передачи данных между адаптерами в первой точке практически не различается и является максимальной при использовании двух таких адаптеров. Напомним, что она получена при обмене трафиком между двумя адаптерами ASUS PL-X52P, когда оба подключены в соседние розетки и никаких других работающих электроприборов рядом с ними не установлено, что в реальности происходит крайне редко. Среднее значение максимальной скорости передачи данных составляет практически половину от величины максимальной теоретической скорости. На графике наглядно показано резкое падение скорости с увеличением расстояния на 5 м между адаптерами. В этом случае скорость передачи данных снизилась в среднем на 50 и 70 Мбит/с соответственно. При этом падение скорости передачи данных при использовании офисной сети с подключенными активными приборами выражено более сильно, чем в условиях «чистой» сети без подключенных приборов. Более того, при увеличении расстояния между адаптерами на 10 м и более разница в скорости между двумя группами замеров безусловно очевидна. Исходя из спецификации стандарта HomePlug AV, это высокий показатель, поскольку теоретическая скорость с включенным шифрованием по стандарту может достигать 500 Мбит/с — ведь доля служебного трафика составляет более 50%.
Включение адаптеров через источники бесперебойного питания даже на минимальном расстоянии между ними приводило к потере сигнала. Подключение адаптеров к старому и многократно переделанному удлинителю значительно уменьшило скорость передачи данных, поэтому для такого типа устройств не рекомендуется использовать старые удлинители. Выбор Vip-порта практически не влиял на скоростные показатели, даже если в сети передавались другие данные через другие порты. Судя по всему, приоритет для этих портов выставляется при использовании других видов трафика или протоколов передачи данных. Скорость передачи данных между клиентами одного адаптера ASUS PL-X52P составила протокольную скорость для гигабитных коммутаторов класса SOHO. Подключение к сети PowerLine, основанной на адаптерах ASUS, сетевых устройств других производителей, поддерживающих эту спецификацию, практически не повлияло на полученные результаты. Это свидетельствует о том, что большинство сетевых устройств на базе Atheros 7400 в этом плане полностью совместимы между собой. Тем не менее нельзя не отметить уменьшение скорости передачи данных при подключении еще одного клиента к сети PowerLine. В этом случае скорость уменьшилась в два и более раза даже на адаптерах, находящихся рядом на одном удлинителе.
Выводы
Исходя из результатов тестирования можно отметить, что устройства ASUS PL-X52P являются для пользователей весьма интересным решением. Скорость передачи данных между двумя точками сети может достигать 150 Мбит/с, что выше показателей обычной локальной сети Ethernet 10/100 Base-TX и выше реальной скорости передачи данных по беспроводному соединению стандарта 802.11n. Рассмотренные устройства обеспечивают простое и удобное подключение компьютеров к локальной сети в любой точке дома или небольшого офиса без прокладки дополнительных сетевых кабелей. Важной особенностью является гораздо меньшее количество возможных помех в PowerLine-сети по сравнению с беспроводной, которая критична к наличию других беспроводных устройств в зоне работы. Ориентировочная цена модели ASUS PL-X52P пока неизвестна.
 |
|
