HomePlug-адаптеры Edimax и организация локальной сети по электропроводке
Адаптеры HomePlug EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002
омашний
ПК стал в наши дни неотъемлемым атрибутом современной жизни и считается чуть
ли не предметом обычной бытовой техники. Более того, сегодня ПК, как бы оправдывая
свое название, становится по-настоящему персональным инструментом для работы
и развлечения. Ведь теперь вполне естественным кажется наличие в доме не одного,
а нескольких компьютеров: ПК для папы, ПК для мамы, ПК для детей или же стационарный
ПК для дома, ноутбук для работы и поездок — довольно типичная ситуация.
При наличии в доме нескольких компьютеров, естественно, возникает проблема обмена данными между ними, и наиболее эффективным решением в таком случае является объединение этих устройств в локальную сеть, так как это открывает возможность не только переноса файлов (что можно сделать и с помощью внешних носителей), но и совместного использования ресурсов ПК или тех же сетевых игр. При этом было бы желательно, чтобы создаваемая локальная сеть легко масштабировалась, то есть чтобы в дальнейшем к ней могли бы подключиться новые пользователи — хотя бы соседи, живущие, к примеру, двумя этажами выше. При этом нам, естественно, хотелось бы, чтобы процесс этого самого объединения компьютеров в домашнюю сеть был как можно менее трудоемким и не требовал больших финансовых затрат. Как же можно решить подобную задачу?
В настоящее время наибольшее распространение получили два подхода к организации домашних сетей: построение традиционной Ethernet-сети с использованием витой пары и беспроводных сетей на основе протокола 802.11 b/g. У каждого из этих подходов есть как свои неоспоримые преимущества, так и недостатки.
Например, при объединении компьютеров в домашнюю сеть с использованием витой пары на основе протокола Ethernet мы получаем скоростную надежную сеть с высоким уровнем помехозащищенности. При этом финансовые затраты, с учетом наличия практически у всех современных компьютеров сетевого контроллера, по большому счету сводятся лишь к покупке сетевого коммутатора и сетевого кабеля, а в случае соединения всего двух ПК и вовсе можно обойтись одним «патч-кордом».
И все бы хорошо, однако, как всегда, есть свое «но» — такая сеть требует прокладки сетевого кабеля, что порой создает весьма серьезные неудобства, а иногда бывает и вообще трудноразрешимой проблемой. Кроме того, в этом случае мы оказываемся как бы привязанными к месту.
Впрочем, если использовать для построения домашней сети беспроводные технологии, то, конечно же, можно избавиться от связывающих нас пут проводов и получить значительно большую мобильность, но и этот подход не лишен недостатков, главный из которых — ограниченный радиус действия. Так, если в сети Ethernet расстояние между узлами может достигать 100 м, то сети Wi-Fi работают на куда меньших расстояниях. При этом радиус действия беспроводных сетей находится в прямой зависимости от так называемой электромагнитной проницаемости окружающей среды, так что современные дома — не лучшее место для установления рекордов дальности связи подобного рода устройств. И если в пределах квартиры сети 802.11 b/g можно считать весьма эффективным решением, то связь с друзьями, живущими даже в соседней квартире за капитальной стеной, вполне вероятно, окажется просто невозможной. Кроме того, оборудование для организации подобных сетей не так уж и дешево, хотя, справедливости ради, отметим, что контроллерами Wi-Fi оснащены многие современные ноутбуки и, более того, они являются неотъемлемой частью столь популярной ныне мобильной технологии Intel Centrino.
Таким образом, для построения локальной сети предпочтительно использовать такую среду передачи, которая гарантировала бы достаточное расстояние передачи сигнала, причем желательно, чтобы эта среда передачи уже существовала, то есть не требовалось прокладки этих самых каналов связи между ПК. Из первого требования явно следует, что такая сеть должна быть проводной.
Подобной проводной средой, априори существующей во всех жилых и офисных помещениях, является электропроводка. Вопрос заключается в том, возможно ли использовать линии электропроводки в качестве среды передачи данных при построении локальной сети? Конечно же, можно, тем более что опыт применения линий электросетей для передачи данных насчитывает уже не один десяток лет. Так, технология PLC (PowerLine Communication) уже давно используется для передачи информационно-технических данных в энергосистемах и на железных дорогах. Но одно дело низкоскоростная передача технической информации, и совсем другое — организация высокоскоростного канала передачи данных для локальных сетей. На пути создания технологии высокоскоростной передачи данных по электросети разработчики столкнулись с целым рядом проблем, главными из которых можно считать следующие:
• достижение приемлемого уровня помехоустойчивости;
• адаптация используемого протокола к специфическим коммуникационным параметрам подобных линий (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и др.);
• электромагнитная совместимость.
При этом, как ни странно, именно последняя из упомянутых проблем, затрагивающая больше правовые, нежели технические аспекты, оказалась наиболее трудноразрешимой. Дело в том, что используемый для передачи данных по электросети частотный диапазон (1,6-30 МГц) требует обеспечения электромагнитной совместимости с радиолюбительскими службами, для работы которых выделен тот же спектр частот. В связи с этим, согласно установленным национальным стандартам, напряженность поля при широкополосном доступе по электросети ограничена, к тому же ее допустимые значения не очень уж высоки, что значительно снижает возможную дальность передачи данных. Отметим, что наиболее жесткие нормы установлены в США, где максимально допустимый уровень напряженности поля составляет 70 (дБ мкВ)/м. Помимо этого, как уже отмечалось выше, при разработке технологии высокоскоростной передачи данных по электросети пришлось решать проблемы помехозащищенности, ведь подобная коммутация будет осуществляться не в идеальных лабораторных условиях и существующий «шум» бытовых приборов, безусловно, отрицательно скажется на достоверности передачи данных. Кстати говоря, вышеупомянутый частотный диапазон для передачи данных по электросети был определен именно в таких пределах вовсе не случайно, поскольку именно в диапазоне 1,6-30 МГц обеспечивается оптимальное для данной среды соотношение коэффициента затухания (прямо пропорционален частоте) и ширины полосы пропускания (обратно пропорциональна частоте).
Несмотря на все эти сложности, в 2000 году некоммерческая организация HomePlug Powerline Alliance (насчитывавшая в то время в своих рядах 13 компаний) приступила к разработке отраслевого стандарта, взяв за его основу технологию PowerPacket, предложенную американской компанией Intellon. И уже в 2001 году этот альянс представил новую спецификацию HomePlug 1.0, описывающую технологию и протокол организации высокоскоростной передачи данных по электросети.
Этот промышленный стандарт предусматривает использование для передачи данных метода OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), который подразумевает частотное разделение канала на несколько ортогональных поднесущих (используются 84 поднесущие частоты) в диапазоне от 4,3 до 20,9 МГц. Для модуляции же поднесущих применяется относительная квадратурная фазовая модуляция со сдвигом (DQPSK). В качестве протокола доступа к среде (МАС-уровень) спецификация HomePlug предусматривает использование метода CSMA/CA (коллективный доступ с обнаружением несущей и избежанием коллизий). Повышение помехоустойчивости этого соединения осуществляется за счет отслеживания коэффициента «сигнал/шум» на каждой из поднесущих частот и исключения «шумящих» каналов, а также вследствие использования избыточного сверточного кодирования (скорость 1/2 или 3/4) и применения декодера Витерби на принимающей стороне. Максимальная информационная скорость канала передачи данных по электросети в соответствии со спецификацией HomePlug 1.0 и более поздней HomePlug 1.0.1 составляет 14 Мбит/с.
Новая версия спецификации HomePlug 1.0 — HomePlug AV, разрабатываемая в настоящее время, еще больше увеличит потенциал подобных сетей, открывая самые широкие возможности для их использования в качестве удобного канала для передачи сигнала телевидения высокой четкости (HDTV) и VoIP. Сегодня речь идет о том, что новый стандарт HomePlug AV позволит увеличить скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Но это в будущем, а сегодня, даже несмотря на то, что спецификация HomePlug 1.0 была принята более четырех лет назад, оборудование для организации подобных сетей все еще большая редкость на российском рынке.
Адаптеры HomePlug EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002
ашей
тестовой лаборатории удалось получить два таких устройства, с возможностями
которых мы бы хотели детально ознакомить наших читателей. Итак, в нашем распоряжении
оказались два HomePlug-адаптера: EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002 (рис. 1 и 2),
первый из которых имеет интерфейс подключения USB 1.1, а второй способен работать
с ПК по сетевому протоколу 10Base-T/100Base-TX (разъем RJ-45). Внешне оба эти
устройства напоминают обычный силовой адаптер, хотя, конечно, HomePlug-адаптеры
EDIMAX заметно отличаются от привычно невзрачных пластмассовых коробочек блоков
питания.
Рис. 1. HomePlug-адаптер EDIMAX HP-1001
Рис. 2. HomePlug-адаптер EDIMAX HP-1002
Имея сходное стилистическое решение, HomePlug-адаптеры EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002 обладают рядом существенных различий. Так, модель HP-1002, имеющая, как уже упоминалось выше, Ethernet-интерфейс подключения к ПК, значительно превосходит по габаритам своего USB-собрата. Этому, в общем-то, нетрудно найти объяснение: ведь если в случае модели EDIMAX HP-1001 питание устройства можно организовать через USB-интерфейс, то для Ethernet-варианта адаптера производителю пришлось уместить в корпусе еще и блок питания. Видимо, разница в весе и размере этих двух моделей стала причиной еще одного конструктивного различия: только у более компактной модели EDIMAX HP-1001 имеется поворотный механизм сетевой вилки, позволяющий ориентировать прибор как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.
Оба HomePlug-адаптера для отображения статуса подключения оснащены рядом светодиодных индикаторов, которые информируют пользователя о возникновении коллизий (мигает индикатор Col.), о передаче данных (мигает индикатор Act.), о наличии соединения (горит индикатор Link). У модели EDIMAX HP-1002 предусмотрен также индикатор наличия сетевого подключения к компьютеру.
Данные модели HomePlug-устройств от компании EDIMAX Technology основаны на одном и том же чипе — Intellon INT51X1. Речь идет о микросхеме, выпускаемой той самой компанией Intellon, разработки специалистов которой легли в основу действующего отраслевого стандарта HomePlug. Чип Intellon INT51X1 — это первое в мире интегральное решение, реализующее все цифровые и аналоговые функции, определяемые требованиями спецификации HomePlug 1.0.1. Эта микросхема позволяет создавать HomePlug-адаптеры, использующие один из трех способов реализации внешнего интерфейса подключения: USB 1.1, MII PHY и MII Host (когда адаптер нуждается в дополнительном чипе, реализующем физический уровень протокола Ethernet (PHY Ethernet-чип)). Оказавшиеся в нашем распоряжении устройства реализуют два из трех перечисленных вариантов: EDIMAX HP-1001, как уже неоднократно упоминалось, имеет внешний интерфейс USB 1.1, а в EDIMAX HP-1002 в тандеме с микросхемой Intellon INT51X1 используется PHY-чип Realtek RTL8201BL, который и позволяет этому устройству взаимодействовать с ПК по протоколу 10Base-T/100Base-TX (рис. 3).
Оба представленных устройства имеют встроенные механизмы поддержки Built-in Quality of Service (QoS) — это позволяет обеспечить гарантированную полосу пропускания, что особенно важно при передаче голоса, звука, видео и алгоритма шифрования DES 56-бит для безопасной передачи данных. Заявляемая производителем максимальная скорость передачи данных этих устройств составляет 14 Мбит/с, хотя в отношении модели EDIMAX HP-1001 это звучит несколько странно, ведь пропускная способность интерфейса USB 1.1 составляет 12 Мбит/с. Конечно, нам интересно было узнать, на что способны эти устройства на деле.
Рис. 3. Реализация физического уровня в HomePlug-адаптере EDIMAX HP-1002
 |
|
Методика тестирования
ля
тестирования между двумя ПК был организован канал связи с применением линии
электросети нашего офисного помещения. Использовались два идентичных компьютера,
имеющих следующую конфигурацию:
- процессор — Intel Pentium 4 3 ГГц;
- материнская плата — Gigabyte GA-8IG1000P-G;
- оперативная память — DDR SDRAM PC3200 256 Мбайт;
- сетевой контроллер — интегрированный гигабитный Marvell Yukon;
- жесткий диск — Samsung SP0802N (80 Гбайт);
- операционная система Windows XP Professional SP1.
К одному из ПК был подключен HomePlug-адаптер EDIMAX HP-1001, а ко второму соответственно EDIMAX HP-1002. Процесс установки этих устройств оказался предельно прост. Так, для подключения USB-модели EDIMAX HP-1001 достаточно задействовать CD-диск, входящий в комплект поставки, после чего автоматически устанавливается и необходимый драйвер, и утилита PowerPacket Configuration Utility (о которой речь пойдет чуть ниже). В случае же подключения модели EDIMAX HP-1002, имеющей Ethernet-интерфейс, никаких драйверов для работы не требуется, необходимо лишь установить утилиту PowerPacket Configuration Utility.
Конфигурация и настройка канала связи производится с использованием вышеупомянутой утилиты PowerPacket Configuration Utility. Запустив утилиту PowerPacket Configuration Utility, в первом ее окне (Device) можно получить информацию о подключенных к компьютеру HomePlug-адаптерах и о качестве соединения по силовой линии (рис. 4).
Рис. 4. Окно Device утилиты PowerPacket Configuration Utility
Второе окно этой утилиты, Network, позволяет обнаружить другие HomePlug-адаптеры, подключенные к электросети, предоставляя информацию о МАС-адресе и о возможной скорости передачи данных между этим узлом и нашим адаптером (рис. 5).
Рис. 5. Окно Network утилиты PowerPacket Configuration Utility
Вкладка Security позволяет задать пароль для доступа к создаваемой локальной сети (рис. 6).
Рис. 6. Окно Security утилиты PowerPacket Configuration Utility
Для того чтобы оценить скорость передачи данных в созданном нами канале связи, мы воспользовались утилитой NetIQ Chariot 5.0, которая дает возможность генерировать сетевой трафик, моделируя различные режимы работы клиентов сети. В нашем случае мы ограничились использованием нагрузочного файла High_Performance_Throughtput.scr, позволяющего оценить работу сети в режиме генерации максимального сетевого трафика. Для начала мы решили расположить два HomePlug-адаптера в непосредственной близости друг от друга, попросту установив их в один удлинитель. Утилита PowerPacket Configuration Utility оценила качество такого соединения на «отлично» и «пообещала» скорость передачи данных 14 Мбит/с, но на практике пропускная способность канала в этом случае оказалась равной примерно 6 Мбит/с (рис. 7).
Рис. 7. Скорость передачи данных в режиме генерации максимального
сетевого трафика
для первого варианта канала связи
После этого мы несколько усложнили задачу, попытавшись соединить два компьютера, расположенных в разных помещениях. Расстояние между двумя узлами нашей сети по прямой составляло приблизительно 15 м, но длина провода при этом наверняка оказалась в 1,5-2 раза больше. Тем не менее и в этом случае установленный канал связи смог обеспечить уверенную передачу данных со скоростью порядка 3,5 Мбит/с (рис. 8).
Рис. 8. Скорость передачи данных в режиме генерации максимального
сетевого трафика
для второго варианта канала связи
Вероятно, тот факт, что для создания канала связи между компьютерами с использованием проводки электросети необходимо наличие гальванического контакта между HomePlug-адаптерами, не требует дополнительного объяснения. Но, как правило, в домах и офисах электропитание осуществляется по нескольким фазам (двум или трем). Что же будет в том случае, если мы не угадаем с розеткой? По логике вещей в такой ситуации связь между ПК установить не удастся. Как показала практика, и здесь HomePlug-адаптеры EDIMAX оказались способны организовать пусть и не столь высокоскоростной, но, тем не менее, стабильно работающий канал связи, позволяющий передавать данные со скоростью порядка 1 Мбит/с (рис. 9).
Рис. 9. Скорость передачи данных в режиме генерации максимального
сетевого трафика
для третьего варианта канала связи
На заключительном этапе наших испытаний мы решили проверить, насколько велико влияние помех, создаваемых различными бытовыми приборами на линию связи, установленную между двумя ПК с использованием HomePlug-адаптеров EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002, то есть насколько эффективны механизмы, обеспечивающие помехозащищенность подобного сетевого соединения. Условия сложной помеховой обстановки создавались с помощью обычной электрической дрели, включенной в соседнюю с одним из адаптеров розетку удлинителя. Как выяснилось, работающая дрель никоим образом не повлияла на качество передачи данных по тестировавшемуся каналу связи.
В заключение данного обзора, посвященного рассмотрению возможностей такого нового для нашего рынка продукта, как HomePlug-адаптеры, хотелось бы отметить, что применение подобного рода устройств, предлагающих еще один альтернативный подход к организации локальных домашних сетей и сетей в малых офисах, имеет вполне реальные перспективы. Простота использования, отсутствие необходимости монтажа дополнительного оборудования и прокладки кабеля (ведь электрическая сеть есть в каждом доме), очень неплохая скорость передачи данных и вполне приемлемая цена (HomePlug-адаптеры EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002 стоят около 60 и 70 долл. соответственно) — это достаточные аргументы для выбора именно такого подхода к организации небольших локальных сетей.
Редакция выражает признательность группе компаний «Норма» (www.normagroup.ru) за для проведения тестирования HomePlug-адаптеров EDIMAX HP-1001 и EDIMAX HP-1002.
