Datansiirto sähköverkossa

18.4.1999

Rauni Pääkkönen
Tietotekniikan osasto
Teknillinen korkeakoulu
rpaakkon@cc.hut.fi

Tiivistelmä

Sähköverkon käyttöä datan siirrossa on tutkittu noin kymmenen vuoden ajan, ja sen tietoliikennemahdollisuuksia pidetään merkittävinä. Parhaimmillaan sähköverkossa voidaan saavuttaa 10kbs:n siirtonopeus. Sähköverkon käyttämisen etuina pidetään olemassaolevaa infrastruktuuria, nopeutta verrattuna nykyiseen ISDN-tekniikkaan, helppoa asennusta ja käyttöönottoa sekä edullisuutta. Tekniikan käyttöönottoon tarvitaan vain tukiasema palveluntarjoajan päässä, liityntäyksikkö tilaajan päässä sekä verkkorajapinta käytettäville laitteille. Uusi siirtotekniikka kiinnostaa niin energiayhtiöitä, teleoperaattoreita kuin laitevalmistajiakin. Markkinat kuitenkin ratkaisevat, mikä tiedonsiirtotekniikka tulee olemaan vallitseva. Suomessa ei kuitenkaan uskota, että sähköverkko tulisi koskaan kilpailemaan nopeissa tiedonsiirtoyhteyksissä. Sen sijaan hitaassa tiedonsiirrossa sähköverkon käyttäminen tarjoaa uusia sovellusmahdollisuuksia.


1 Johdanto

Internet on jo taskussa, ja mahdollisesti kohta myös pesukoneessa, leivänpaahtimessa ja lämpöpatterissa. Jos tietoliikenneyhteys muodostetaan sähköverkon kautta, voitaisiin kodin sähkölaitteille antaa omat IP-osoitteet ja keskustella niiden kanssa esim Internetin kautta. Myös puhelut ja tietokoneiden tietoliikenne voitaisiin ohjata kotitalouksissa ja pienissä toimistoissa sähköverkon kautta maailmalle. Useat laitteet voisivat olla Internet- tai muussa siirtoyhteydessä samanaikaisesti yhden verkkoliitännän kautta.

Sähköverkon mahdollisuuksia datansiirrossa on tutkittu noin kymmenen vuoden ajan, ja useissa maissa sähköverkon tietoliikennemahdollisuuksia pidetään merkittävinä. Sähköverkkoyhteys on kokeilujen mukaan merkittävästi nopeampi kuin televerkon kautta tehtävä ISDN-yhteys, ja sen avulla voidaan muodostaa olemassaolevia matalajänniteverkkoja hyväksi käyttäen lähiverkkoja perinteisiä menetelmiä halvemmalla ja yksinkertaisemmin [3]. Kallista kaapeleiden asentamista ei tarvita.

Internet on nykyään yhä useampien saavutettavissa. Kuitenkin on maita ja maanosia, joissa Internetin käyttö on vain pienen väestönosan käytettävissä. Sähköverkossa tapahtuva tiedonsiirto voisi tuoda halpuutensa ja helpon käyttöönottonsa ansiosta yhteyden Internetiin sinne, missä on sähköverkko, mutta ei dataverkkoa.

2 Tekniikka

Datan siirto sähköverkossa perustuu olemassaolevaan infrastruktuuriin, yleiseen sähköverkkoon. Sähköverkkohan on laajin olemassaoleva verkko [7]. Käyttämällä yleistä sähköverkkoa voidaan yhdistää kotitalouksia ja toimistoja Internetin runkoverkkoon. Kuvassa 1 kotitalous on yhdistetty Internetiin käyttämällä matalajänniteverkkoa. Puhelut, kodin sähkölaitteiden ohjausdata sekä ja muu dataliikenne kulkevat sähköpistokkeiden kautta eikä erillistä datakaapelia laitteiden ja verkon välillä tarvita.


Kuva 1. Dataa sähköpistorasiasta [2]


Käyttäjän päässä tarvitaan sähköpistokkeen ja tietokoneen väliin pistokemodeemi, joka erottelee datan sähkövirrasta [8]. Sähkölaitteiden ohjaamiseksi laitteiden on ymmärrettävä sähköverkon kautta tulevaa ohjausdataa. Kun laitteet ovat yhdistettynä sähköverkkoon, ei erillistä yhteydenmuodostusta tarvita, kun verkossa halutaan siirtää dataa, sillä yhteys on aina olemassa.

Laitevalmistajat mainostavatkin sähköverkon kautta tapahtuvan tiedonsiirron käytön aloittamisen helppoutta. Laite on valmiina datansiirtoon, kun sen sähköpistoke on seinässä. Lähiverkkoon liitytään työntämällä pistoke seinään - kytkimiä, keskittimiä tms verkkoelementtejä ei tarvita. [3, 7]

Sähköverkkotietoliikennetekniikan uranuurtajana toimineen NOR.WEB DPL:n tarjoamassa ratkaisussa energiayhtiö, operaattori tms. tarvitsee kytkimen, joka yhdistää sähköverkon dataliikenteen runkoverkkoon ja toimii verkonhallinnoijana. Lisäksi on hankittava tukiasema, joka syöttää dataliikenteen runkoverkosta sähköverkkoon ja päinvastoin.

Sähköverkon toisessa päässä, tilaajan sähkömittarin läheisyydessä tulee olla liitäntäyksikkö, joka kuljettaa dataa sähköpistokkeisiin liitetyille laitteille, eli toimii toistimena. Sähköverkkoon liitetty laite tarvitsee verkkorajapinnan, jonka avulla se osaa lukea verkosta tulevan datan. [1, 3, 7]

Datansiirtoa on testattu matalajänniteverkossa mm. Iso-Britanniassa ja Australiassa 1995-1997. Kaupunkialueella, jossa etäisyydet muuntajalta käyttäjälle ovat lyhyet (muutama sata metriä), on päästy 1Mbps:n siirtonopeuksiin. Pidemmillä välimatkoilla tai käytettäessä matalajänniteverkon sijaan keskijänniteverkkoa häiriöt muodostuvat vielä liian suuriksi. [1]

Sähköverkossa pystyttäisiin parhaiden arvoiden mukaan siirtämään dataa tulevaisuudessa jopa 10Mbps:n nopeudella [2], 100-kertaisesti ISDN-liittymään verrattuna. ISDN on tällä hetkellä kotikäyttäjille nopein tapa liittyä Internetiin.

3 Siirtotekniikka kiinnostaa monia, [2]

Monen alan yritykset ovat kiinnostuneita osallistumaan sähköverkkojen mahdollisuuksien tutkimiseen. Energiayhtiöt toivovat saavansa parempaa tuottoa sähköverkoilleen Internet- ja paikallisverkkoyhteyksiä myymällä. Puhelinyhtiöt ovat mukana kehitysyhteistyössä, sillä sähköverkkoja hyödyntämällä ne pääsevät edullisemmin markkina-alueille, jotka nyt ovat televerkkomonopolien takia niiden ulottumattomissa. Myös laitevalmistajat hyötyvät uusien siirtotapojen käyttöönotosta.

Eniten sähköverkon käyttöä datansiirrossa on tutkittu Saksassa ja Iso-Britanniassa. Brittiläisen Norweb Communicationsin ja kanadalaisen Nortelin yhteisyritys NOR.WEB DPL (DPL = Data PowerLine) on toiminut edelläkävijänä sähköverkkojen mahdollisuuksien tutkimisessa. Yhteisyrityksellä on hallussaan monia sähköverkkokommunikointiin liittyviä patentteja [4]. Yrityksen markkinointi perustuu Manchesterissa tehtyyn kokeiluun, joissa testattiin sähköverkon käyttöä datasiirrossa.

Kokeilussa oli mukana 70 käyttäjää, joiden tietokoneet oli kytketty Norweb Communications -yhtiön muuntajiin sähköverkon kautta. Tällä hetkellä yhtiöllä on valmiina kuusi muuntajaa, ja se pystyisi kytkemään 1500 yritystä ja kotia järjestelmään. Järjestelmää aletaan markkinoida Manchesterissa tänä vuonna. [2]

Myös Ruotsissa ollaan innostuneita. Stockholm Energi tekee yhteistyötä NOR.WEB:in kanssa ja tekee tutkimustyötä sähköverkon kehittämikseksi. Lokakuussa 1998 Stockholm Energi sai päätökseen NOR.WEB:in DPL-tuotteen testauksen. Seuraavana heillä on tarkoitus testata järjestelmän toimintaa kentällä, 10 eri tilaaja-alueella sijaitsevan 200 käyttäjän avulla. [5, 6]

Suomessa Sonera seuraa kiinnostuneena sähköverkkojen mahdollisuuksia. Soneralla on hallussaan neljännes paikallisista televerkoista, ja se haluaa päästä tarjoamaan Internet-yhteyksiä halvalla myös muiden puhelinyhtiöiden verkoissa ilman, että muut puhelinyhtiöt perivät korvausta jokaisesta Internet-asiakkaasta. Sonera turvaa mielellään televerkkoon tulevaisuudessakin, sillä se on sähköverkkoon nähden taattua tekniikkaa. Soneran yhteistyökumppani on Jyväskylän energia.

4 Sähköverkon mahdollisuudet

Sähköverkon etu muihin siirtotekniikoihin on sen helppo kytkentä kodin laitteisiin. Esim pesukoneisiin, leipäkoneisiin ja saunan kiukaisiin, jotka ovat jo kytkettyinä sähköverkkoon, on helppo liittää älyä nimenomaan sähköverkon avulla. Laitevalmistajat mainostavatkin tekniikan helppokäyttöisyyttä ja uusia palvelumahdollisuuksia.

Lähiverkkojen rakentaminen on pienille toimistoille ja kotitalouksille vielä liian kallista. Sähköverkon rakenteen hyödyntäminen lähiverkon rakentamisessa saattaisi olla kannattava ajatus. Kuluttaja, joka on tottunut maksamaan televerkoissa yhteysajastaan, saattaisi innostua ajatuksesta, että pelaaminen tai surffailu verkossa ei lisää sähkölaskua kuin kuukausimaksun verran.

Datan ja puheen siirron hankalin ongelma on, miten poistaa sähköverkon kohina ja heijastumiset. Puheen siirto, eli synkroninen siirto on häiriöalttiimpaa kuin datan siirto paketteina asynkronisesti, joten sähköverkko soveltuu paremmin datan siirtoon. [3]

Jos datansiirtoon käytetään yleistä sähköverkkoa, voidaan hyödyntää jo olemassaolevaa infrastruktuuria. Käyttäjän kustannukset jäävät käyttöönotossa alhaisiksi verrattuna kiinteän kaapeliverkkoyhteyden hankkimiseen. Käyttäjä joutuu hankkimaan tietokoneeseensa verkkokortin, jonka hinta tulee olemaan kalliimpi kuin ISDN-liittymän käyttöönottokustannukset. [4]

5 Tulevaisuus, [2]

Markkinavoimat ratkaisevat, mikä tiedonsiirtotavoista tulee olemaan vallitseva. Kilpailevia ratkaisuja ovat kaapeli-tv, seuraavan sukupolven matkapuhelinverkko tai vaikkapa rautatieratojen varressa kulkeva viestiverkko. Sähköverkon käyttö tiedonsiirtoon saattaa olla edullisempi vaihtoehto maissa, joissa puhelinverkot ovat huonoja ja puheluhinnat kalliita, mutta sähköverkko on kattava.

Ajatuksena datan ja sähkön siirtäminen samassa verkossa kuulostaa hyvältä. Haja-asutusseudulle saataisiin tietoliikenneyhteydet halvemmalla, sillä data- ja puhelinkaapelin asentamisesta aiheutuvat kustannukset voitaisiin välttää. Nykyisellään sähköverkko on kuitenkin niin häiriöaltis, että datasiirtoa voidaan harkita ainoastaan lyhyillä matkoilla.

Suomessa ei uskota sähköverkon mahdollisuuksiin kilpailla nopeassa tiedonsiirrossa, sillä telemarkkinat ovat täällä erittäin kilpaillut. Vaikka sähköverkossa tiedonsiirto olisi parhaimmillaan 10-kertaa nopeampaa verrattuna ISDN-tekniikkaan, se ei ehkä myöhemmin pysty kilpailemaan muiden vauhdikkaasti kehittyvien tekniikoiden kanssa. Lisäksi kapasiteettiin vaikuttaa, kuinka monta tilaajaa verkossa on samanaikaisesti ja millainen verkon rakenne on. Sen sijaan hitaissa tiedonsiirtoyhteyksissä (esim sähkömittarin lukeminen sähköverkon kautta, sähkönkulutuksen valvonta tms) ja kodin sisäisen älyverkon rakenteena sähköverkko tarjoaisi uusia sovellusmahdollisuuksia.

Suurin ratkaisematon ongelma on sähköverkon huono häiriösietoisuus. Vaikka sähköverkon käyttöä pohditaan kansainvälisissä työryhmissä, häiriöongelmaa ei ole vielä ratkaistu. Myös tiedon siirtoon liittyvät turvallisuuskysymykset pitäisi ratkaista. Arvion mukaan kuluu vielä 2-5 vuotta ennen kuin järjestelmä hyväksytään ja se leviää laajaan käyttöön.

Lähdeluettelo

[1] Galban, Julien, Father knows best: An information superhighway in every driveway, Networker, 1998, Vol. 8, Nro. 5 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.usc.edu/isd/publications/Networker/97-98/Summer_98/groundwork-resnets.html >
[2] Haukkasalo Arja, Bitit sopivat huonosti sähköverkkoon, Tekniikka&Talous, 1999, Nro. 14 [viitattu 18.4.1999]
< http://duuni.net/ttmain/tt.cgi?article=137>
[3] NOR.WEB, Digital PowerLine - The Business Opportunity, 1/1999 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.nor.webdpl.com/docs/dpl-the-bus-opp.pdf >
[4] NOR.WEB, Forget Cable, Try the Home Powerlines 24.11.1998 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.nor.webdpl.com/press/971000forgetcable.htm >
[5] Stockholm Energi develops communication via the electricity network
< http://www.nor.webdpl.com/press/981023stockholm-energi.htm >
[6] NOR.WEB, WWW over the Power Lines Stockholm Energi develops communication via the electricity supply network, 23.10.1998 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.dpa-corpcomms.co.uk/clients/norweb/norweb1.html >
[7] Siemens AG, Powerline Communications 20.3.1999 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.siemens.de/ic/networks/products/wlineacc/powerlin/plc2e.htm >
[8] Sunny Boy-String-Wechselrichter, 16.2.1999 [viitattu 18.4.1999]
< http://www.sma.de/ftp/FOLIEN/PVseminar/Pvsem5e.pdf >

Lisätietoja

NOR.WEB DPL
Lisätietoja NOR.WEB DPL:stä
Access to bandwidth: Bringing higher bandwidth services to the consumer
Dokumentissa pohditaan laajakaistapalveluiden viemistä kuluttajalle ja mm. pohditaan eri tiedonsiirtotekniikoita; myös sähköverkko mainitaan