UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Campus Arturo Ruiz Mora Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICATesis previa la obtención del título de:
INGENIERO ELECTROMECÁNICO
ANALISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA RED PILOTO DE COMUNICACIÓN MEDIANTE LINEAS DE PODER PLC PARA LA TRANSMISION DE DATOS EN LA UTE SEDE SANTO DOMINGO
Estudiante:
JORGE ANDRÉS VILLAVICENCIO LUZURIAGA
Director de Tesis:
ING. JORGE TERÁN
Santo Domingo- Ecuador
ii ANALISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA RED PILOTO DE
COMUNICACIÓN MEDIANTE LINEAS DE PODER PLC PARA LA
TRANSMISION DE DATOS EN LA UTE SEDE SANTO DOMINGO
Ing. Jorge Terán ________________________________
DIRECTOR DE TESIS
APROBADO
Ing. Nilo Ortega ________________________________
PRESIDENTE DE TRIBUNAL
Ing. Víctor Armijos ________________________________
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Ing. Ángel Aguagallo ________________________________
MIEMBRO DE TRIBUNAL
iii
UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
EQUINOCCIAL
Campus Arturo Ruiz Mora Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
“Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor”
______________________________________
iv
UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA
EQUINOCCIAL
Campus Arturo Ruiz Mora Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Yo, Ing. Jorge Terán, en calidad de Director de Tesis del tema “ANALISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA RED PILOTO DE COMUNICACIÓN MEDIANTE
LINEAS DE PODER PLC PARA LA TRANSMISION DE DATOS EN LA UTE
SEDE SANTO DOMINGO”, realizada por el Sr. Jorge Andrés Villavicencio Luzuriaga, para optar por el Título de Ingeniero Electromecánico, doy fe que el presente trabajo de investigación ha sido dirigido y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su presentación.
Santo Domingo, ____ de___________ del 2011
Atentamente,
___________________________________
v DEDICATORIA
A mi madre pilar fundamental en mi vida, fuente de ejemplo y perseverancia quien es madre y padre que guía mi vida.
A mi esposa, compañera de locuras, responsabilidad y complemento de mi vida.
vi AGRADECIMIENTO
A toda mi familia por su apoyo incondicional a lo largo de mi vida y en especial a mi madre por el constante aliento
A mi esposa por su apoyo, ayuda, compresión y amor en los muchos días de investigación y pruebas en los que los contratiempos decaían mi espíritu.
A mi hermano que sacrifico sus pasatiempos en muchas ocasiones por ayudar en todo lo que le era posible.
A mis maestros, instructores, docentes e ingenieros que contribuyeron a mi formación intelectual y moral.
A todos los amigos que de una u otra manera en su determinado momento me brindaron su ayuda, conocimiento, tiempo o recursos para la culminación de mis metas.
vii TABLA DE CONTENIDO
Portada i
Hoja de sustentación y aprobación de los integrantes del tribunal ii
Hoja de responsabilidad del autor iii
Informe de aprobación del Director de plan te titulación iv
Dedicatoria v
Agradecimiento vi
Índice vii
Índice de tablas y figuras xviii
Resumen xxvi
CAPITULO I
INTRODUCCION
1.1 ANTECEDENTES 3
1.1.1 Antecedentes históricos 3
1.1.2 Antecedentes Prácticos 6
1.1.3 Importancia del Estudio 9
1.1.4 Situación actual del tema en Ecuador 11
1.2 LIMITACIONES DEL ESTUDIO 13
1.3 ALCANCE DEL TRABAJO 14
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 14
viii
1.4.2 Objetivos Específicos 15
1.5 JUSTIFICACIÓN 16
1.6 HIPOTESIS 17
1.7 VARIABLES DE LA INVESTIGACION 18
1.7.1 Variable independiente 18
1.7.2 Variable dependiente 18
1.7.3 Indicadores 18
1.8 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO 19
1.8.1 Unidad de análisis 19
1.8.2 Población y muestra 19
1.8.3 Aspectos metodológicos generales del estudio 19
a) Exploratorio experimental 20
b) Correlacional 20
c) Validación 20
1.8.4 Método de estudio 20
a) Análisis 20
b) Síntesis 21
c) Deductivo 21
d) Estadístico 21
CAPITULO II
FUNDAMENTOS TEORICOS
2.1 DESCRIPCION DELA TECNOLOGIA PLC 22
ix
2.1.2 Denominaciones de la tecnología PLC 23
2.1.3 Diferencias entre PLC y BPL 24
2.1.4 Frecuencia usada por PLC 25
2.1.5 Velocidad de transmisión 25
2.1.6 PLC frente a otras tecnologías 26
2.2 TRANSMICIÓN DE DATOS SOBRE LINEAS ELECTRICAS 28 2.2.1 Integración del sistema eléctrico y PLC 28
2.2.2 Factores que afectan a la señal BPL 29
2.2.2.1 Atenuación 29
2.2.2.2 Atenuación por desacoplamiento de impedancia y por derivación de circuito 31
2.2.2.3 Inducción 31
2.2.2.4 Desacoplamiento de impedancia 31
2.2.2.5 Ruido Ambiental 32
2.2.2.6 Ruido Incidental 32
2.2.3 Perturbaciones 32
2.2.3.1 Perturbaciones internas 32
2.2.3.1.1 Frecuencia 33
2.2.3.1.2 Forma de onda 33
2.2.3.1.3 Amplitud 33
2.2.3.1.4 Armónicos 33
2.2.3.1.4.1 Interarmónicos en la red de alimentación 35 2.2.3.1.4.2 Solución para disminuir los armónicos 35
2.2.3.1.4.2.1 Filtro pasivo 36
2.2.3.1.4.2.2Filtro activo 36
2.2.3.1.4.2.2 Otras soluciones para reducir los armónicos 36
2.2.3.1.4.3 Efectos de los Armónicos 37
x
2.2.3.1.4.3.2 Efecto en cables y conductores 38
2.2.3.1.4.3.3 Efectos en el equipo electrónico 38
2.2.3.2 Perturbaciones externas 39
2.2.3.2.1 Ruido 39
2.2.3.2.1.1 Ruido eléctrico 40
2.2.3.2.1.2 Ruido Síncrono 41
2.2.3.2.1.3 Ruido Asíncrono 41
2.2.3.2.1.4 Ruido de fondo 41
2.2.3.2.1.5 Ruido de banda angosta 41
2.2.3.2.1.6 Ruido Impulsivo 42
2.2.3.2.2 Perturbaciones generadas por Interferencias Electromagnéticas 43 2.2.3.3 Métodos, equipos o dispositivos para filtrar perturbaciones 43 2.3 Compatibilidad electromagnética de los sistemas PLC 52 2.3.1 Diferentes aspectos de la compatibilidad electromagnética 53 2.4 Transmisión paralela de energía e información 55
2.5 Modelo OSI 56
2.5.1 Capa Física 57
2.5.2 Capa Enlace de Datos 58
2.6 Canal de comunicaciones. 61
2.6.1 Capacidad del Canal 61
2.6 .2 Característica del canal BPL 63
2.6.3 Comportamiento del canal PLC Indoor 66
2.7 Arquitectura de la red PLC 58
2.7.1 Topología 60
2.7.1.1 Topología física de la Red PLC 70
2.8 Infraestructura de Redes Eléctricas 71
xi
2.8.1.1 Red de transporte 73
2.8.1.2 Sistema de Distribución 75
2.8.1.3 Sistema PLC doméstico a utilizar en el piloto (Red de acceso 76
2.8.2 Formato de Trama 79
2.9 LIMITACIONES TÉCNICAS DE RED PLC 81
2.10COMPONENTES ACTIVOS DE UNA RED PLC 84
2.10.1 Backbone 86
2.10.2 Cabecera PLC o Head End (HE) 86
2.10.3 Repetidor PLC o Home Gateway (HG) 88
2.10.4 Modem PLC (CPE, Customer Premise Equipment). 89
2.11Componentes pasivos 90
2.11.1 Unidad de filtrado 90
2.11.2 Acoplamiento 91
2.11.2.1 Acoplamiento Inductivo 91
2.11.2.2 Acoplamiento Capacitivo 92
2.12 Seguridades en redes PLC 93
2.12.1 Requerimientos de seguridad y calidad de servicio en las redes PLC 94
2.13 Técnicas de modulación empleadas 95
2.13.1 Modulación GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying") 96 2.13.2 Modulación DSSS ("Direct Sequence Spread Spectrum") 97 2.13.3 (OFDM) ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING 98
2.13.3.1 Ventajas de la modulación OFDM 99
2.13.3.2 Características 102
2.14 ORGANISMOS, ESTÁNDARES Y NORMAS DE PLC 103
2.14.1 organismos 103
2.14.1.1 Home Plug PowerLine Alliance 103
xii
2.14.1.3 IEEE 105
2.14.1.4 UPA 105
2.14.2 ESTÁNDARES DE PLC 106
2.14.2.1 HomePlug 1.0 107
2.14.2.2 IEEE P1901 107
2.14.2.3 ETSI TS 101 867 109
2.14.2.4 ETSI TR 102 049 109
2.14.2.5 CEPCA (Customer Electronics Powerline Communications Alliance) 109
2.14.3.6 LonWorks 110
2.14.3.7 X10 110
2.14.4 ESTRUCTURA DE LA ESTANDARIZACIÓN 110
2.15 SITUACIÓN REGULATORIA EN EL ECUADOR 112
CAPITULO III
DISEÑO DE LA RED PILOTO
3.1 Evaluación del cableado eléctrico 114
3.1.1 Ubicación de la red eléctrica a usarse 114
3.1.2 Características de la red eléctrica 115
3.1.3 Comentarios sobre la red eléctrica 116
3.1.3.1 Factores más relevantes 116
Distancia entre equipos: 116
Tipo y calidad del aislamiento: 116
xiii Tipo y calidad de la inyección de la señal de comunicación: 117
Tipo de comunicación 117
Frecuencia en que se inyectara la señal 118
3.1.3.2 Factores menos relevantes 118
Antigüedad del cable (oxidación del cobre y envejecimiento del plástico;
idealmente < 10 años): 118
Material del cable (cobre, aluminio): 118
Sección del cable: 118
3.2 Diseño de la red 119
3.2.2 Aplicaciones y servicios 120
3.2.3 REQUERIMIENTOS DE LA RED PILOTO 120
3.2.3.1 Capacidad del canal 120
3.2.3.2 Topología y tipo de línea 121
3.2.3.3 Interfaz y conectores de los equipos BPL 122
3.2.4 ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS 123
3.2.4.1 Head End - Lv Corinex Gateway 124
3.2.4.2 CPE - Corinex AV200 Enterprise Powerline Ethernet Adapter 125
3.2.5 EQUIPAMIENTO ADICIONAL 127
3.2.5.1 Acopladores Inductivos 127
3.2.5.2 Acopladores Capacitivos 128
3.3 PLANEAMIENTO DE LA RED 129
3.3.1 Red de interconectividad PLC 129
3.4 INSTALACION DE LA RED 131
3.4.1 Instalación de los acopladores 131
3.4.1.1Disposición 131
xiv
3.5 CONFIGURACION DE LOS EQUIPOS 135
3.5.1Programas necesarios 135
3.5.2 Plantillas de configuración 135
3.5.3 Configuración del Programa Tftpd32 138
3.5.4 Configuración del programa hanWIN DHCP Server 139
3.5.5 Cargar las plantillas de configuración en los equipos BPL a través
del haneWIN DHCP Server. 144
3.5.6 Uso del PuTTY 146
3.5.6.1 Comandos usados en el programa PuTTY 148
Pasos generales para configuración y reconfiguración de equipos PLC. 148
3.6 Monitoreo de transmisión PLC a través del Programa SNRScope 150
CAPITULO IV
IMPLEMENTACION Y PRUEBAS DE LA RED PILOTO
4.1 Pruebas de campo en Bloque B con acopladores inductivos 155
4.1.1 Implementación 155
4.1.1.1 Elección del lugar idóneo de instalación de ferritas 155
4.1.1.2 Elección de modo de transmisión 158
4.1.2 Desarrollo práctico en Modo 6 configuración con acople inductivo
configuración Máster – Slave, sin repetidor. 160
xv
4.1.2.1.1 Comunicación entre dispositivos 161
4.1.3 Desarrollo práctico en Modo 6 configuración con acople inductivo
configuración Máster - Repetidor – Slave, con repetidor 163
4.1.3.1 Resultados 164
4.1.3.1.1 Comunicación entre dispositivos 164
4.1.3.1.2 Medición de la velocidad sobre la capa física 166
modo 6 con repetidor 167
4.1.3.1.3 Medición de alcance máximo de los equipos Corinex en el Bloque B 168
distante. 169
4.1.3.1.4 Velocidad vs distancia 169
4.1.3.1.5 Capacidad de transmisión en la capa aplicación 173
4.1.3.1.6 Tasa de bits errados en el proceso de Ping. 174
4.1.3.1.7 Alcance entre los equipos Corinex 174
4.1.4 Conclusión de funcionamiento de red PLC modo 6 con repetidor 175
4.2 Pruebas de campo en Bloque B con acopladores capacitivos 176
4.2.1 Implementación 176
4.2.1.1 Elección del lugar idóneo de instalación de los acoples inductivos 178
4.2.1.2 Elección de modo de transmisión 180
4.2.2 Desarrollo práctico en Modo 3 con acople capacitivo, configuración
Master -Slave 180
4.2.2.1 Resultados 180
4.2.2.1.1 Comunicación entre dispositivos 180
4.2.2.1.2 Medición de la velocidad sobre la capa física 182
4.2.2.1.3 Medición de alcance máximo de los equipos Corinex en el Bloque B 184
4.2.2.1.4 Velocidad vs distancia 184
xvi
4.2.2.1.6 Tasa de bits errados en el proceso de Ping. 189
4.2.2.1.7 Atenuación vs distancia 190
4.2.2.1.8 SNR vs Distancia 192
4.2.2.1.9 Velocidad vs atenuación 194
4.2.2.1.10 Velocidad Vs SNR 196
4.2.2.1.11 Capacidad de transmisión en capa aplicación Vs SNR 198
4.2.3 Servicios Implementados En La Red 200
4.2.3.1 Servicio de transferencia de archivos 200
4.2.3.2 Servicio de VoIP 201
4.2.3.3 Videoconferencia 203
4.2.3.4 Acceso a internet 204
4.3. Efecto de introducir ruido en la red PLC 205
4.3.1 Uso del filtro Corinex para evitar el ingreso de ruido proveniente de
electrodomésticos 207
4.3 Costo Total de la red PLC 208
4.3.1 Comparación de costos entre red PLC y red de cable estructurado 209
4.4 Análisis de armónicos realizado en el bloque B 209
4.5 Comparación entre acople inductivo y capacitivo para selección de mejor
Acoplador 215
4.6 Efecto de la red eléctrica en el desempeño de la red PLC 216
4.7 Efecto de la red PLC en el desempeño de la red eléctrica 216
4.8 Comparación del análisis de carga en la red eléctrica antes y después de la
creación y funcionamiento de la red PLC 216
4.8.1 Comparación del análisis de carga en la red eléctrica antes y después de 221
la creación y funcionamiento de la red PLC, con carga fija.
xvii CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENCIONES
5.1 Conclusiones 223
5.2 Recomendaciones 225
Bibliografía 227
Glosario 231
Acrónimos y abreviaturas 247
xviii INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
CAPITULO I
Figura I.1 Pruebas PLC realizadas en Europa 7
CAPITULO II
Figura II.1 Esquema general PLC 22
Figura II.2 Frecuencia usada por PLC 25
Figura II.3 Estructura típica de la red de distribución de energía eléctrica 29
Figura II.4 Atenuación vs Velocidad de transmisión de capa física. 30
Figura II.5 Distancia vs Atenuación 30
Figura II.6 Atenuación por desacoplamiento y por derivación de circuitos. 31
Figura II.7 Valores de armónicos que afectan el espectro de frecuencias 34
Figura II.8 Combinación de las Ondas sinusoidales 34
Figura II.9 Señal de voltaje con presencia de señales de ruido de alta frecuencia 40
Figura II.10 Espectro de diferentes tipos de ruidos presentes en la Red eléctrica 42
Figura II.11 Diferentes áreas de CEM 54
Figura II.12 Modelo Básico del problema de CEM 55
Figura II.13 Rango de trabajo de la Red Eléctrica y la Red PLC 55
Figura II.14 Pila de protocolos de la tecnología PLC 59
Figura II.15 Trama utilizada en PLC 60
Figura II.16: Atenuación y ruido en un cable de tierra de 300 m 64
xix Figura II.18: Curva de atenuación y ruido en una instalación domiciliaria 67
Figura II.19: Arquitectura de la red PLC 69
Figura II.20: Topología Tipo Árbol de la Red PLC 70
Figura II.21: Red eléctrica A 71
Figura II.22: Red eléctrica B 72
Figura II.23: Redes involucradas en BPL 73
Figura II.24: Sistema PLC de Distribución que utiliza la red Media Tensión
Eléctrica 76
Figura II.25: Arquitectura PLC Domiciliaria A 77
Figura II.26: Topología de un sistema PLC (“in home”) B 78
Figura II.27: Asignación del espectro en PLC 79
Figura II.28: Esquema general de la tecnología PLC 81
Figura II.29: Esquema De Funcionamiento DE PLC. 85
Figura II.30 Head End Corinex CXP-MVA-GNR-A 87
Figura II.31: LV- Gateway CXP-LVA-GWY 88
Figura II.32 Modem Corinex CXP-AV200- ETHe 89
Figura II.33: Diagrama de bloques de una unidad de filtrado en un CPE 90
Figura II.34 Esquema de acoplamiento capacitivo 92
Figura II.35: Acople capacitivo 93
Figura II.36. Evolución de las modulaciones empleadas. 96
Figura II.37: Comparación entre OFDM Y FDM 98
Figura II.38. Enlaces OFDM con filtro 99
Figura II.39: Sub-portadoras OFDM 99
Figura II.40: Panorama estandarizador del PLC 111
xx
Tabla II.1. Denominaciones de la tecnología PLC 23
Tabla II.2 Diferencia entre PLC y BLP 24
Tabla II.3. Tabla comparativa de tecnologías de acceso a internet 27
Tabla II.4. Comparativa de características del servicio entre tecnologías
de acceso Internet 27
Tabla II.5 Ejemplo de efecto piel en los conductores 38
Tabla II.6: Modelo de referencia OSI 56
Tabla II.7 Estimación de la capacidad de canal BPL en la red de Acceso 63
Tabla II.8 Limite de interferencias estipulados por la FCC 84
Tabla II.9. Número de portadoras para sistemas PLC 100
CAPITULO III
Figura III.1 Plano de bloques de la UTE sede Santo Domingo 114
Figura III.2 Análisis de la atenuación por efecto multipath 117
Figura III.3. Configuración de red piloto A) con repetidor B) sin repetidor 119
Figura III.A2 Parte del plano del bloque B 122
Figura III.4. LV Gateway Corinex 125
Figura III.5. Corinex AV200 Enterprise Powerline Adapter 125
Figura III.5.a Acoplador Inductivo Corinex (Anillo de ferrita abierto) 127
Figura III.5.b Acoplador de fases 11 +1, Tipo Capacitivo – Manual Corinex 129
Figura III.6 Diagrama de direccionamiento fijo a usarse para la administración
de la red piloto. 130
Figura III.7 Instalación de Ferrita 131
xxi Figura III.8.b Conexión inductiva-capacitiva esquema para alimentación
trifásica 133
Figura III.9 Conexión usando acopladores inductivos para líneas trifásicas 134
Figura III.10 Distribución de los pines del conector del LV Corinex Gateway
para conexión Inductiva 134
Figura III.11 Plantilla de configuración para modo Master 136
Figura III.12 Plantilla de configuración para modo Repetidor 137
Figura III.13 Plantilla de configuración para modo Slave 137
Figura III.14 Ventana principal del Programa Tftpd32. 138
Figura III.15 Ventana de Settings Programa Tftpd32 139
Figura III.16 Ventana de la pestaña “General” del programa haneWIN
DHCP Server 140
Figura III.17 Ventana de la pestaña “TFTP” del programa haneWIN
DHCP Server 140
Figura III.18 Ventana de creación de perfiles en el haneWIN DHCP Server 141
Figura III.19 Ventana de creación de perfiles en el haneWIN DHCP Server
pestaña Basic Profile 142
Figura III.20 Ventana de creación de perfiles en el haneWIN DHCP Server
pestaña Boot 142
Figura III.21 Ventana de creación de perfiles en el haneWIN DHCP Server
pestaña Other 143
Figura III.22 Ventana principal del programa DHCP
Figura III.23 Ventana de configuración de la MAC Address de un equipo BPL 145
Figura III.24 Ventana principal del programa DHCP con MAC creadas y
xxii Figura III.25 Ventana principal del PuTTY con creación de sesión para
equipos Corinex 147
Figura III.26 Ventana principal del programa SNRScope 151
Figura III.27 Rangos de frecuencia PLC de los equipos Corinex 152
Figura III.28 Pestaña BPS Monitor 153
Figura III.29 Pestaña Estimators de programa SNR Scope 153
Figura III.30 Pestaña Remote console 154
Tabla III.1.a Aplicaciones y servicios a probarse en la red piloto 120
Tabla III.1.b. Ancho de Banda necesario para las aplicaciones 121
Tabla III.2 Especificaciones técnicas del equipo LV-gateway 124
Tabla III.3 Especificaciones técnicas del Corinex AV200 Enterprise Powerline
Ethetnet Adapter 126
Tabla III.4 Direccionamiento fijo de los equipos de interconectividad para la
red PLC piloto. 130
CAPITULO IV
Figura IV.1 Acople inductivo instalado 155
Figura IV.2 Barras de distribución en TDP 156
Figura IV.3 Tablero de transferencia 157
Figura IV.4 Breaker que atravesara la señal antes de llegar a los CPE 159
Figura IV.5 Monitoreo de Comunicación PLC Modo 6 159
xxiii
Figura IV.7 Monitoreo de transmisión PLC en modo 3 160
Figura IV.8 Máxima velocidad en modo 6 sin repetidor 162
Figura IV.9 Ubicación de conexión de Repetidor a barras 163
Figura IV.10 Conectividad entre los puntos más lejanos modo 6 con repetidor 166
Figura IV.11 Velocidad sobre capa física en puntos más distantes
Figura de IV.12 Velocidad mínima obtenida modo 6 con repetidor 167
Figura de IV.13 Velocidad máxima obtenida 168
Figura IV.14 Disposición y distancias aproximadas en conexión de red más
Figura IV.15 Velocidad Rx Vs Distancia Modo 6 con repetidor 170
Figura IV.16 Velocidad Tx Vs Distancia Modo 6 con repetidor 171
Figura IV. 17 Capacidad de transmisión modo 6 con repetidor 173
Figura IV.18 Acoplador capacitivo de fases 11+ 1 Corinex 176
Figura IV.19 Cable del Acoplador de fases 11 +1 177
Figura IV.20 Instalación de Acoplador capacitivo de fases 11+ 1 Corinex 177
Figura IV.21 Ubicación de los acoples capacitivos 178
Figura IV.22 Instalación de Acople capacitivo 179
Figura IV.23 Instalación de Acople capacitivo 179
Figura IV.24 Conectividad entre puntos más lejanos de red 181
Figura IV.25 Velocidad sobre capa física en los puntos más distantes
modo 3 con acople capacitivo 182
Figura de IV.26 Velocidad mínima obtenida modo 3 acople capacitivo 183
Figura de IV.27 Velocidad máxima obtenida modo 3 acople capacitivo 183
Figura IV.28 Disposición y distancias aproximadas en conexión de red
más distante. 184
Figura IV.29 Velocidad Rx Vs Distancia 185
xxiv Figura IV. 31 Capacidad de transmisión máxima en la capa aplicación obtenida 188
Figura IV. 32 Capacidad de transmisión mínima en la capa aplicación obtenida 189
Figura IV.33 Atenuación vs Distancia 191
Figura IV.34 SNR vs Distancia 193
Figura IV.35 Velocidad Tx vs atenuación 195
Figura IV.36 Velocidad Rx vs atenuación 195
Figura IV.37 Velocidad Rx Vs SNR 197
Figura IV.38 Velocidad Tx Vs SNR 197
Figura IV.39 Capacidad de transmisión en la capa física Vs SNR 200
Figura IV.40 Transferencia de archivos 201
Figura IV.41 Realización de llamada en la Red PLC a través del programa SKIPE 202
Figura IV.42 Videoconferencia usando el Programa SKIPE 203
Figura IV.43 Acceso, descarga y máxima velocidad en internet 204
Figura IV. 44 Respuesta de la red PLC al ruido 206
Figura IV. 45 Filtro de ruido Corinex 207
Figura IV.46 Señal de entra y salida del filtro de ruido Corinex 207
Figura IV.47 Comportamiento de la corriente en el bloque B 211
Figura IV.48 Variaciones voltaje en bloque B 214
Figura IV.49 Comparación de THD antes y después de creación de red PLC 217
Figura IV.50 Comportamiento de la THD en el tiempo. 219
Figura IV.51 Espectro de armónicos en condiciones normales. 222
Figura IV.52 Espectro de armónicos con red PLC. 222
xxv
Tabla IV.2 Conectividad del Bloque B modo 6 con repetidor 165
Tabla IV.3 Velocidades de red PLC con acople inductivo modo 6 con repetidor 172
Tabla IV.4 Conectividad PLC Modo 3 acoplador inductivo. 181
Tabla IV.5 Velocidades de red PLC con acople capacitivo 187
Tabla IV.6 Resultados del proceso de Ping entre Equipos PLC 190
Tabla. IV. 7 Atenuación Vs Distancia 192
Tabla IV.8 SNR Vs Distancia 194
Tabla IV.9 Velocidad Vs Atenuación 196
Tabla IV.10 Velocidad Vs SNR 198
Tabla IV. 11 Capacidad de transmisión en capa aplicación Vs SNR 199
Tabla IV.12 Costo de Red PLC en bloque B 208
Tabla IV.13 Comparación de resultados de acople inductivo y capacitivo 215
Tabla IV.14 Valores principales del análisis de carga. 218
xxvi RESUMEN
Siendo la Universidad Tecnológica Equinoccial un centro de enseñanza de bases
técnicas y científicas, así como de nuevas tecnologías que siguen creándose por la
inherente necesidad de desarrollo y modernización, como es la tecnología PLC que
permite la transmisión de datos (audio, voz, video) usando la infraestructura eléctrica,
siendo esta una aplicación que integra la red eléctrica con la red de comunicaciones en
una sola, brindando una nueva gama de posibilidades ya sea inhome (domótica,
vigilancia, interconexión de equipos en red, internet) u outdoor (Interconexiones de
centros poblados, distribución de servicios de internet, videoconferencia, VoIP,
telemedición de contadores eléctricos) de las que se debería tener un conocimiento si
bien no profundo pero al menos sus principios de funcionamiento. Por lo anterior
expuesto es de gran interés técnico y educativo el probar y evaluar esta tecnología en un
ambiente indoor mediante la implementación de una red piloto PLC para la transmisión
de datos en la UTE sede Santo Domingo, usando la red eléctrica existente en el área que
se elija para la realización de la red piloto, la que servirá como modelo para observar el
desempeño de esta tecnología, sus cualidades y debilidades, dificultades en su
instalación, compra de equipos, además de dotar a la universidad de los equipos PLC
necesarios para futuros usos o aplicaciones que se decidan dar
Para la realización de este desafío se partirá desde la compra de equipos a título
personal para comprender su grado de dificultad, se buscara aprender a programar los
equipos usando equipos configurables, se investigara los métodos de instalación y se
realizaran pruebas ya una vez instalada la red.
El CAPITULO I contempla los objetivos, hipótesis, justificación, antecedentes
históricos prácticos de la tecnología PLC que serán la guía para la realización del
xxvii El CAPITULO II contiene el fundamento teórico necesario para entender el
funcionamiento, cualidades y desventajas de la tecnología, métodos de instalación,
elementos necesarios, entre otros temas.
El CAPITULO III se aborda el diseño y configuración de la PLC, realizando un
análisis de los parámetros a tener en cuenta para el correcto funcionamiento de la red,
así como también aplicaciones a probarse, especificaciones de equipos, y en la
configuración se mostrara una explicación detallada del uso de los programas necesarios
para configurar los equipos, así como del programa de diagnostico de transmisión PLC.
El CAPITULO IV indica la implementación, pruebas y resultados de la de PLC,
brindando criterios para su realización, así como comparaciones entre los distintas
métodos de acople usados en la tecnología PLC y costos de la realización de la red.
El CAPITULO V desarrolla las conclusiones y recomendaciones que se obtengan de la
1 CAPITULO I
INTRODUCCION
En la actualidad el auge de las telecomunicaciones ha presentado un desarrollo
dinámico a pasos agigantados teniendo como motivo principal la inherente necesidad
del los seres humanos por la comunicación, lo cual ha hecho que esta rama este en
constante evolución.
Siendo una de las técnicas emergentes de mayor expectativa e investigación la
tecnología PLC1, que se refiere a la transmisión de datos por medio del cableado
eléctrico y que actualmente es una de las principales opciones para transmisión de datos
a gran velocidad superando a otras convencionales, ya que se logra una mayor difusión
debido a que usa el medio eléctrico ya sea las redes de media o baja tensión para
trasmitirse, así logrando comunicar zonas en las cuales no es posible que llegue la
telefonía pero que si cuentan al menos con electricidad.
Teniendo como su fuerte el gran impacto en la última milla2 donde se puede prestar con
esta tecnología servicios de voz, video y datos, con el único requisito para el usuario
final de tener electricidad y los modem PLC necesarios. Esta tecnología no remplaza a
las actuales como son Wirelees y WAN, sino que brinda mayor flexibilidad a la
transmisión de datos.
2 La tecnología PLC es una alternativa que se presenta para enfrentar el problema de
acceso tanto en áreas cercanas como en áreas alejadas ya que involucra a una de las
infraestructuras más extendida en el territorio como lo es la red de transmisión eléctrica.
Tecnología PLC aprovecha la red eléctrica para convertirla en una línea digital de alta
velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a Internet
mediante banda ancha.
Nuestro país ha comenzado de a poco a interesarse por esta tecnología habiendo ya
proyectos pilotos en diferentes ciudades, teniendo entre los más representativos el de
3 1.1 ANTECEDENTES
1.1.1 Antecedentes históricos
La idea de comunicación o transmisión de datos utilizando la infraestructura eléctrica
no es algo reciente3, la transmisión de voz usando una frecuencia portadora comenzó
aproximadamente en 1920 y junto a esta su aplicación para la transmisión de datos
sobre las redes de alto voltaje. Desde 1930 se vieron los primeros intentos por trasmitir
datos usando las líneas de alta tensión siendo las compañías proveedoras del servicio
eléctrico las pioneras en su uso con el fin de estudiar las cargas en las líneas y generar
las facturas de los clientes, esto lo hacían a través de una señal de baja frecuencia
(100hz) y a velocidades de 9.6 Kbps que viajaba en un solo sentido , con lo que también
se consiguió posteriormente en 1950 crear un sistema que permitía Tele-Operación y
telecontrol en las líneas eléctricas, además de transmisión de datos procedentes de la
lectura de los contadores.
En 1920, junto con el uso de la tecnología de frecuencias portadoras sobre las líneas de
comunicación, nace la idea de realizar la comunicación a través de la red eléctrica,
apareciendo pruebas relacionadas con las comunicaciones PLC comenzando así la
aplicación de esta tecnología de transmisión de datos sobre las redes de alto voltaje la
cual brindo un canal unidireccional de comunicación para las compañías proveedoras de
electricidad que era importante para propósitos de gestión y monitoreo, pues al
comienzo de la electrificación, una red telefónica no podría cubrir la comunicación
entre las centrales de transformación y las centrales eléctricas. Gracias a las buenas
características de transmisión, bajo ruido y las frecuencias portadoras relativamente alta
(15 a 500 MHz), se alcanzaron distancias de hasta 900 Km usando 10 w de energía.4
3 http://html.rincondelvago.com/plc_1.html
4 Powerline Communications: Significant Technologies to become Ready for Integration - Andreas
4 En 1930 ya operaban los sistemas de frecuencia portadora (CFS) tanto en nivel de
media tensión (10-20 kV) como en nivel de baja tensión (240/415V) mediante la
señalización de ondas portadora (RCS), empezando la transmisión de datos entre los
rangos de frecuencia de 125 Hz a 3 KHz con el inconveniente que solo se disponía de
un limitado ancho de banda de pocos bits por segundo y que los equipos para
implementar este sistema eran escasos y costosos.
En 1950 ya se disponía de un sistema que permitía realizar el mantenimiento, control y
gestión de las redes eléctricas, encendido del alumbrado público, detección de averías
en las líneas eléctricas y transmisión de datos procedentes de la lectura de los
contadores, siempre en una sola dirección.
Pero todo lo mencionado anteriormente seguían siendo aplicaciones de baja velocidad
con las cuales se podían transmitir solo limitados paquetes de datos, es en 1990 donde
con el desarrollo del internet nace la idea de utilizar las redes de distribución de
electricidad y las redes domésticas para comunicación de banda ancha.
Los esfuerzos e investigaciones de las características del canal de línea eléctrica,
técnicas de modulación y protocolos de comunicación aumentaron de manera
espectacular y los científicos de grandes compañías, y personas independientes
buscaron la forma de transmitir internet por el tramo de baja tensión y sortear la gran
cantidad de problemas inherentes de un medio altamente hostil.
En 1991, el Dr. Paul Brown de la Norweb Communications (Norweb es la empresa de
Energía Eléctrica de la ciudad de Manchester, Inglaterra) inició pruebas con
comunicación digital de alta velocidad utilizando líneas de energía, esta transmisión de
datos ya era de manera bidireccional5
5 http://pt.wikipedia.org/wiki/PLC
5 posible resolver los problemas de ruido y minimizar (pero no eliminar totalmente), las
interferencias y que la transmisión de datos de alta velocidad podría ser viable.
La compañía Norweb y el fabricante de telecomunicaciones canadiense Nortel,
anunciaron en octubre de 1997, que eran capaces de transmitir señales de datos a 1
Mbps a través del segmento de baja tensión de las redes eléctricas con una tecnología
propia llamada Digital Powerline. Posteriormente ambas empresas en marzo de 1998
crearon un joint venture, llamado NOR.WEB DLP para continuar el propósito de
desarrollar y comercializar la tecnología Digital Powerline (DPL). Esta revolucionaria
tecnología ha tomado cada vez más fuerza, y la posibilidad de utilizar este medio como
última milla, para el acceso a los usuarios finales.
Históricamente hay una conjunción de criterios que marca 1997 como el año en que se
engendra realmente la tecnología PLC, siendo NOR.WEB DLP quien dejo sentadas las
bases de la transmisión de datos vía red eléctrica.
En 1998, la situación mejoró mucho con la liberación de los mercados de las
telecomunicaciones y de energía, dándose grandes avances en los campos de
modulación, codificación y detección, permitiendo el diseño de sistemas de
comunicación de banda ancha sobre las líneas de energía eléctrica. Cabe mencionar que
el uso de la red de baja tensión (BT) para proveer acceso a internet de banda ancha se
creó como una alternativa para problemas que presentaba ADSL, el cable modem o el
acceso inalámbrico.
El 23 Marzo del 2001, el holding alemán RWE AG presentó en la feria informática
CeBit de Hannover Alemania6
6 http://html.rincondelvago.com/plc_1.html
, la tecnología llamada POWERNET para acceder a
6 que el proyecto piloto llevado a cabo en la zona de Essen, en el estado de Renania al
Norte de Westfalia en Alemania, ha demostrado que la tecnología ha madurado lo
suficiente como para ser lanzada al mercado. En la fase inicial, varios miles de hogares
estarán conectados a Internet por un enchufe de toma corriente eléctrica y podrán recibir
datos a una velocidad de 2 Mbps.7
En el 2001 fue en punto en el que se cristalizó como una realidad el uso de tecnología
PLC para acceso de banda ancha de ahí en adelante se han seguido los esfuerzos por
mejorar los equipos PLC para mitigar o eliminar los problemas que presentan las líneas
eléctricas para la transmisión de datos. Además de haberse ejecutado múltiples
despliegues de esta tecnología diferentes partes del mundo con el fin de realizar pruebas
y en otros lugares hasta se comercializa.
1.1.2 Antecedentes Prácticos
Si hablamos de aplicaciones prácticas de conceptos relacionados con PLC estos ya
fueron usados desde hace más de 60 años estando entre estos monitores de ruido para
cuartos de niños, encendido y apagado de luces entre otras aplicaciones y hasta
transmisión de radio en Alemania y Suiza hace mas de 70 años, pero la tecnología PLC
propiamente dicha se la considera desde que estuvo en capacidad de transmitir 1 Mbps
Y comenzó a considerarse como tecnología de banda ancha desde que se pudieron
alcanzar velocidades iguales o superiores a 2 Mbps, considerando que con esta
velocidad es posible ofrecer servicios multimedia a un número mayor de usuarios de
internet, especialmente en áreas distantes, desde este punto se han realizado un gran
número de proyectos piloto y pruebas a gran escala usando los equipos PLC cada vez
más actuales con el fin de probar su funcionamiento ya en condiciones reales y
comprobar que grado de satisfacción dejan en los usuarios.
7 Figura I.1 Pruebas PLC realizadas en Europa
Fuente: www.plc4ever.com/media/.../Powerline-ecomm-Junio2001.pdf
Elaborado por: Villavicencio Andrés / 2010
El primer ensayo a gran escala lo llevó a cabo Norweb en Gran Bretaña, en 1997. Los
resultados de esta prueba fueron negativos y los llevó a retirarse de ensayos adicionales.
Sin embargo, las razones de la retirada se cree que se debe a la resistencia de los
radioaficionados y reglamentaciones estrictas sobre la radiación de los cables, lo que
hizo la empresa económicamente inviable. Un detalle importante es que Norweb utilizó
una alimentación muy superior PSD (Densidad espectral de potencia) que los módems
PLT utilizan hoy, por lo obviamente afecto de gran manera la interferencia con bandas
de radioaficionados. Más tarde, varias empresas de distribución en Europa han llevado a
cabo ensayos de campo de comunicaciones a través de las redes públicas de distribución
8 A fines de 1999 y principios de 2000 España ingresó también en esta disputa a través de
Endesa. Se iniciaron unas pruebas de campo usando equipos de PLC de la empresa DS2
con clientes reales en Sevilla. Las pruebas se iniciaron con 4 clientes, después se pasó a
25 y luego con 100 usuarios. Los servicios que se prestaron son de telefonía local,
videoconferencia, vídeo bajo demanda, Internet de alta velocidad y juegos. Los
espectaculares resultados conseguidos en esta prueba demostraron que se era capaz de
enviar simultáneamente voz, Internet y videoconferencia a través de la red eléctrica,
alcanzando sin problemas una velocidad media de transmisión de 18 Mbps.
En el 2001 fue presentada en la feria informática CeBit, la tecnología llamada Powernet
para acceder a internet a través del cableado eléctrico domestico, por parte de la
empresa RWE, la misma que se puso a prueba en una zona de Essen en Alemania,
demostrando que la tecnología ya contaba con la madurez suficiente como para
lanzarse al mercado, y serian ellos los pioneros en comercializar internet a través de
cableado eléctrico.
En Julio de 2002, la empresa alemana RWE comenzó a comercializar su servicio
PowerNet de la mano de la suiza Ascom (que es la que aportó la tecnología)
convirtiéndose así Alemania en el primer país en ofrecer PLC comercial llegando a
finales del 2002 a los 20000 abonados con una tarifa de 35 euros al mes por una
velocidad de 2 Mbps lo que permite transmitir voz, datos y vídeo de manera efectiva.
En USA también se han realizado pruebas piloto pero de esas casi no queda ninguna, ya
que la mayoría han sido desmontadas no porque no funcionaran sino porque debido a la
forma de distribución eléctrica, teniendo entre 4 y 6 casas conectadas a cada
9 En Ecuador se estima que se comenzaron los estudios en 2004 por parte de las empresas
comercializadoras de energía, siendo los más representativos los proyectos realizados
por la Empresa Eléctrica Quito en 20088, Empresa Eléctrica Azogues (EEA) y por la
empresa CENTROSUR en Azuay los cuales si bien se implementaron y entraron en
operación, ahora solo se mantiene la CENTROSUR9 y la EEA ofertando el servicio
PLC, y la EEQ sigue prestando este servicio a unos pocos usuarios pero ya no ha
ofertado este servicio para nuevos clientes.
Pero como siempre el principal inconveniente para la distribución de PLC comercial
sigue siendo la falta de normativa para una estandarización definitiva así como leyes
que definan el uso de esta tecnología y permitan su despliegue de manera menos
problemática.
1.1.3 Importancia del Estudio
La importancia de este tema radica en el gran futuro que tiene esta tecnología, si bien no
para remplazar completamente los medios de transmisión de datos e internet actuales
(aunque al ritmo que vamos en unos pocos años estarían en capacidad de remplazar a al
menos algunas), pero si para complementarlos y hacerlos más flexibles, no solo
expandiendo la tecnología y comunicación sino con la posibilidad de universalizarla ya
que la red eléctrica es la más grande del mundo y llega a donde aun no llegan las líneas
telefónicas.
El atractivo de las Comunicaciones a través de la red eléctrica PLC (Power Line
Communications), yace principalmente en el uso de las actuales líneas eléctricas para la
transmisión de voz y datos, ofreciendo a los clientes finales de la energía eléctrica un
8 http://www.corinex.com/company/all-news/91--empresa-electrica-quito
10 nuevo abanico de servicios alternativos a las tradicionales compañías de
telecomunicaciones.
Como de hecho, las redes de energía eléctrica se encuentran desarrolladas en
prácticamente la totalidad de países, nadie duda de que su impacto, tanto por el lado de
la utilidad como el impacto de mercado será tremendo. Una de las claves de este éxito,
es la capacidad que tienen las compañías eléctricas de llegar, directamente y a menor
costo, al usuario final, al cliente del servicio. Esto, que en materia de
telecomunicaciones ha sido muy complicado de resolver, esencialmente porque el coste
de infraestructura del llamado bucle local no es soportable por todos los actores del
mercado, ha derivado en elevados costes de los servicios, y en una enmascarada
preeminencia de unos sobre otros. Por un lado, las PLC capacitan a las compañías que
aprovechan el uso de la energía a encontrar nuevas líneas de negocio basadas en el
acceso a Internet de banda ancha, servicios de telefonía y servicios basados en la
domótica10, todos ellos a precios muy atractivos. Por otro lado, son estas compañías las
mejor capacitadas para optimizar sus actuales líneas de negocio con la agregación de
nuevos servicios de valor añadido. PLC es el elemento clave en la reforma potencial de
la provisión energética, principalmente por el cambio de rol de la utilidad de la energía.
Alberto Mantovani, director de la división de programas estratégicos en Conexant
Systems, una de las empresas implicadas en la HomePlug Powerline Alliance, asegura
que la principal ventaja de la tecnología basada en las redes de hogares conectados a las
líneas eléctricas, reside en su ubicuidad11: mientras existe una media de 2 ó 3 teléfonos
en un hogar, existe al menos 2 ó 3 enchufes en cada habitación de ese mismo hogar.
Aunque tuvieron su origen en investigaciones llevadas a cabo en los Estados Unidos, el
paradigma de la historia ha terminado por otorgar mayores posibilidades de éxito a
todos y cada uno de los proyectos llevados a cabo en Europa; la clave de ello reside en
la naturaleza de las redes eléctricas europeas frente a las estadounidenses, esencialmente
11 en el último tramo de la red, ya que en Europa un transformador alimenta de 10 a 100
viviendas, mientras que en América un transformador alimenta unas pocas casas,
provocando que se tenga que usar mas repetidores para regenerar la señal PLC que no
puede pasar por un transformador debido a que este es un filtro de paso bajo y solo deja
pasar señales de baja frecuencia, bloqueando las señales PLC.
Académicamente su importancia se desarrolla en el hecho de brindar nuevas
herramientas para gestar el conocimiento a los nuevos alumnos y docentes de la UTE
sede Santo Domingo, aparte de mostrar a la universidad como una entidad que apoya la
investigación y el uso de nuevas tecnologías. También puede servir este estudio para
implementar usos de domótica con estos equipos ya que esta tecnología permite
múltiples aplicaciones y la ventaja principal como siempre es que no se tendrá que
instalar una nueva red sino que se usará la red eléctrica ya instalada brindando grandes
posibilidades.
Su importancia también se muestra en su aplicación en edificios históricos, o lugares en
los que no sea posible tender redes bien sea por motivos de la imposibilidad de
modificar la estructura, ni mucho menos lacerarlas o simplemente por estética , una red
PLC es lo más indicado.
1.1.4 Situación actual del tema en Ecuador
Para un país pequeño, el Ecuador ha sido sorprendentemente activo en el desarrollo de
BPL12
12 BPL Broadband Powerline
. Dos compañías eléctricas ofrecen servicios comerciales de banda ancha sobre
BPL y cables de fibra óptica. El número de clientes sigue siendo pequeño, pero las redes
pueden ser utilizadas por las compañías eléctricas para mejorar los servicios de
12 La Empresa Eléctrica Azogues (EEA), que opera en la provincia de Cañar en Ecuador,
se asoció con el proveedor de la Corporación Canadiense de BPL Trimax en marzo
2007 para ejecutar un proyecto piloto de BPL. Las dos compañías esperaban lanzar BPL
servicios triple-play comercial en la ciudad de Azogues, incluyendo Internet, telefonía y
televisión de pago. El plan original resultó demasiado ambicioso, ya que la mayoría de
la infraestructura eléctrica de la EEA era obsoleta y se tuvieron problemas de
interferencia. Mediante la utilización de las ganancias de su negocio eléctrico, la
empresa construyó una red de fibra óptica y comenzó a ofrecer acceso de banda ancha
en 2009, inicialmente a los hospitales y oficinas del gobierno local. A mediados de
2010, el servicio de Internet de la EEA estaba disponible en el centro de Azogues y en
la cercana Charasol y Santa Bárbara, a velocidades que van desde 128 Kbps hasta
512Kbps para los clientes residenciales, y 1.024 Kbps para clientes de negocios. La
compañía dijo que también utilizarían la infraestructura de banda ancha para la gestión
del sistema de potencia, medición remota, y la manipulación remota de equipos
eléctricos.
Quito, basado en la utilidad Empresa Eléctrica Quito (EEQ) y un consorcio conocido
como TGB (formado por las empresas de telecomunicaciones Telconet, Gilauco y
Brightcell) firmó un contrato de concesión en noviembre de 2007 por el que TGB se
comprometía a la implementación, asesoria y prestación de servicios de banda ancha
sobre líneas eléctricas BPL. La empresa planeaba ofrecer servicios de triple play
(incluida la banda ancha, la telefonía VoIP e IPTV) a través de una red de fibra óptica y
BPL. En abril de 2008, EEQ presentó una solicitud de CONATEL para una licencia de
banda ancha que cubre las provincias de Pichincha y Santo Domingo. A la espera de la
concesión, EEQ y TGB lanzó sus servicios de banda ancha de marca BPL electronet en
noviembre de 2008, a velocidades que van desde 128 Kbps hasta 2048 Kbps. Sin
embargo, el regulador no adjudico una concesión, sin una licencia adecuada, electronet
no podía ser desarrollado y comercializado adecuadamente y, a principios de 2010,
había atraído a 200 suscriptores. En marzo de 2010, EEQ canceló el proyecto BPL y
13 Cuenca basada en energía de la red regional de la Empresa Eléctrica Centrosur
(CentroSur) recibió una licencia en agosto de 2008 para ofrecer servicios de telefonía
comercial y de servicios ISP (proveedor de servicios de Internet). Puso en marcha
servicios de banda ancha en noviembre de 2008 bajo la marca Centronet, sobre una red
híbrida incluida la tecnología de fibra óptica, inalámbrica y BPL. En junio de 2010,
había 1.500 suscriptores de banda ancha, de los cuales 500 fueron empresas.
En enero de 2008, la red pública Transelectric inauguró una red de 460 kilómetros de
banda ancha utilizando la tecnología BPL. Los 28 millones dólares en red de cable de
fibra óptica se superpone en las líneas de electricidad Transelectric y es capaz de
proveer de voz, Internet y vídeo. Transelectric utiliza esta red para ofrecer servicios de
venta al por mayor y el transportista.13
1.2LIMITACIONES DEL ESTUDIO
La creación de una red PLC tiene como limitante el costo de sus equipos, ya
que en función de esto será el tamaño de la misma.
Se limitara a usarla en lo conocido como última milla nada más.
La red piloto PLC estará limitada físicamente al Bloque B del campus
universitario
Al no existir redes PLC en la zona, no se puede tomar otro como referencia para
saber si el proyecto funcionará como se lo diseño, con los elementos
seleccionados hasta que sea construida y probada.
La dificultad para conseguir los equipos deseados ya que esta tecnología no está
difundida en nuestro país y quienes venden estos equipos solo lo hacen en
cantidades representativas.
14
1.3ALCANCE DEL TRABAJO
Se creará una red PLC piloto de última milla LAN (red de área local) para la
transmisión de datos en el nuevo bloque de aulas de la UTE Sede Santo Domingo,
utilizando la infraestructura eléctrica ya existente para realizar las pruebas necesarias
acerca del funcionamiento de esta tecnología, así como distancia y calidad de
transmisión.
Se buscará como resultado que esta red sea una alternativa al cableado estructurado,
según las normas ANSI/EIA/TIA, además se realizaran pruebas de laboratorio para
definir la influencia de distintos electrodomésticos en la transmisión de datos, a mas de
el funcionamiento de los equipos probados en distinto tipos de cableado eléctrico ya sea
por su distribución como por su antigüedad.
La red piloto implementada será una alternativa a los métodos de transmisión de datos
tradicional teniendo similares o iguales prestaciones.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
Analizar, diseñar y construir una RED PLC (POWER LINE COMUNICATION) piloto
15 1.4.2 Objetivos Específicos
Definir el tipo de sistema eléctrico actual del nuevo bloque de Aulas del campus
“Bloque B” consultando los planos eléctricos y de no haberlo realizar un
levantamiento eléctrico.
Definir qué elementos son necesarios para la transmisión de datos sobre el
sistema eléctrico.
Determinar, analizar y de ser posible filtrar las perturbaciones sobre la línea de
alimentación que se va a usar para la transmisión de datos.
Determinar la cobertura de alcance a las que se puede transmitir los datos a
través del sistema implantado en el bloque B.
Definir las ventajas, desventajas y limitaciones que tiene el uso de la tecnología
PLC.
Analizar que posibles aplicaciones puede tener la tecnología PLC.
Determinar el efecto de los armónicos del sistema eléctrico sobre los datos
transmitidos.
Determinar qué dispositivos pueden conectarse en los enchufes eléctricos que
están en la RED PLC.
Analizar la relación precio / beneficio al usar esta tecnología comparada con otra
16
1.5. JUSTIFICACIÓN
En la actualidad vivimos una época de avances tecnológicos, desarrollo de nuevos
sistemas y adelantos científicos, los cuales obligan a los centros académicos de
enseñanza superior a replantear y mejorar su enseñanza para poder estar a la par de las
nuevas tecnologías incentivando en sus estudiantes el espíritu investigativo en cuanto a
nuevas tecnologías, además de darles nuevas herramientas para su vida profesional.
Teniendo esto en cuenta se decidió hacer el análisis, diseño y construcción de una RED
PLC (POWER LINE COMUNICATION) para la UTE sede Santo Domingo mediante
la cual se podrá distribuir datos, hacer conexiones internas de red, y multitud de
aplicaciones mas, ya que se pueden transmitir cualquier tipo de información digital.
Entre las características destacadas de esta tecnología son las siguientes
Tecnología de banda ancha
Velocidades de transmisión de hasta 45 Mbps.
Proceso de instalación sencillo y rápido para el usuario final.
Enchufe eléctrico (Toma única de alimentación, voz y datos.)
Sin necesidad de obras ni cableado adicional.
Equipo de conexión (Modem PLC)
Transmisión simultánea de voz y datos.
Conexión de datos permanente (activa las 24 horas del día)
17 El que la UTE cuente con un proyecto de este tipo es algo novedoso, fuente de
conocimiento científico, para las próximas promociones las que pueden hacer prácticas
acerca del mismo o usarlo como iniciativa para un negocio ya que en el país es poco o
nada explotado como un medio de distribución de internet, voz, datos video, entre otros.
El uso de esta tecnología brinda numerosas ventajas entre las que están la transmisión
de datos a gran velocidad, además que este diseño puede ser el punto de partida para
proyectos más grandes, ya que con este tipo de tecnología las distribuidoras no solo
distribuirían electricidad sino TV, internet, audio, videoconferencia en fin podrán llevar
la comunicación a donde haya electricidad.
Otra de las ventajas seria la cantidad de nuevos estudiantes que podría atraer la
universidad, siendo esta una muestra de tecnología de primer nivel, poniendo a nuestra
universidad como un ente de desarrollo científico y potencial tecnológico.
Por todo esto decido analizar y diseñar una RED PLC piloto que se constituya en una
herramienta de utilidad para la transmisión de datos, internet y me permita contribuir
con conocimiento que enriquezca a quienes se interesen en este tema.
1.6. HIPOTESIS
Al crear la red PLC y configurar los dispositivos necesarios para su funcionamiento,
dicha red nos permitirá la transmisión de datos en el Nuevo bloque de aulas de la UTE
18
1.7. VARIABLES DE LA INVESTIGACION
1.7.1 Variable independiente
Implementación de una red PLC piloto para la transmisión de datos
Pruebas técnicas de funcionamiento de la red PLC piloto
Costos de elementos necesarios para la red PLC
Configuración de la red eléctrica
1.7.2 Variable dependiente
Calidad y velocidad de transmisión de datos
Distancia a la que se puede transmitir datos
Tamaño de la red PLC piloto
Tipos de datos transmitidos
1.7.3 Indicadores
• Velocidad de transmisión
• Calidad de datos transmitidos
• Distancia de transmisión
19
1.8. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO
1.8.1 Unidad de análisis
En la presente investigación la unidad de análisis será la red PLC piloto implementada
1.8.2 Población y muestra
La población serán todos los datos obtenidos al realizar las pruebas en las distintas
zonas conectadas al tablero principal del Nuevo bloque de aulas de la UTE sede Santo
Domingo
Las muestras serán los datos obtenidos de cada configuración encontrada a distintas
distancias, y con distinto numero de breakers entre el dispositivo HEAD END que
inyecta la señal al sistema eléctrico y los CPE conectados a las computadoras.
1.8.3 Aspectos metodológicos generales del estudio
Los tipos de investigación a usarse serán:
a) Exploratorio experimental
b) Correlacional
20 a) Exploratorio experimental
Exploratorio experimental ya que se va a realizar una red que en la universidad nunca
antes se ha probado y se van a recoger datos de las diferentes pruebas.
b) Correlacional
Correlacional debido a que hay relación directa entre las variables que intervienen en la
construcción y pruebas de la red PLC, con los resultados obtenidos
c) Validación
Validación ya que se trata de aplicar los diferentes principios de PLC en la selección e
implementación de una red PLC que servirá como un equipo didáctico y validar el
principio de acuerdo a los resultados obtenidos.
1.8.4 Método de estudio
Los métodos de estudio aplicados para desarrollar este tema serán:
a) Análisis
b) Síntesis
c) Deductivo
d) Estadístico
a) Análisis
Porque se trata de analizar una gran cantidad de información que posteriormente tendrá
21 b) Síntesis
Una vez analizado y comprendido clasificado se busca aplicar la tecnología e
información más conveniente para crear la red PLC
c) Deductivo
Deductivo por que se tiene gran cantidad tecnologías que se tendrá que interpretar y
analizar para aplicar en la construcción de la red PLC piloto.
d) Estadístico
Este método nos permitirá analizar los datos obtenidos transformándoles en información
útil para poder recomendar y emitir las respectivas conclusiones con respecto a lo
22 CAPITULO II
FUNDAMENTOS TEORICOS
2.1 Descripción de la tecnología PLC
2.1.1 Definición
Power Line Communications (PLC)14
Figura II.1 Esquema general PLC
o Broadband Over Power Line (BPL) se refiere a
la tecnología capaz de permitirnos realizar la transmisión de datos a través de la red
eléctrica, tanto de baja tensión como media tensión permitiendo ofrecer servicios de
telecomunicaciones de banda ancha y banda angosta de gran calidad. Convirtiendo
cada enchufe eléctrico del usuario final en un punto de conexión de red mediante el que
se puede tener servicios de telecomunicaciones como voz video y datos
Fuente: http://html.rincondelvago.com/plc_1.html
Elaborado por: Villavicencio Andrés / 2010
14 PLC o BPL se utilizaran a lo largo de la tesis para referirse a lo mismo, aunque más adelante se
23 La tecnología PLC usa la red eléctrica tanto de media como de baja tensión como medio
físico de comunicaciones en un rango de frecuencias entre 2 y 34 MHz, sin necesidad
de que el circuito se encuentre energizado, simplemente se debe garantizar continuidad
en el circuito eléctrico y alimentación en los equipos PLC instalados en la red diseñada
en diferentes configuraciones (Master, Slave, Repeaters).
El PLC puede ser usado tanto en redes aéreas como subterráneas de media tensión de
hasta 38kV, con la diferencia del tipo de acoplador a usar, capacitivos o inductivos.
Usando la tecnología PLC actual es posible realizar transmisión de voz, datos y video
con buen ancho de banda y velocidades de hasta 160 Mbps.
2.1.2 Denominaciones de la tecnología PLC
Esta tecnología ha sido motivo de múltiples estudios, por lo cual de acuerdo a la
organización encargada de su análisis y el lugar donde se ejecuta ha recibido diferentes
nombres como se describe en la tabla II.1
Tabla II.1. Denominaciones de la tecnología PLC
NOMBRE SIGNIFICADO ORGANIZACIÓN LUGAR
PLC Power Line communications European
Telecommunications Standart
Institute ETSI
Europa
PLT Power Line Transmission
DPL Digital Power Line
FCC América
Latina U.S.A BPL Broad band over Power Line
Fuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Jose_Luis_Delgado_-_PLC_%28Trabajo_Escrito%29.pdf
24 2.1.3 Diferencias entre PLC y BPL
Aunque en el apartado se indica que hay distintas denominaciones para la tecnología,
cuando se hable de la aplicación se tiene que tener en cuenta que actualmente se ha
generalizado el uso de BPL para describir PLC de banda ancha mientras que para PLC
de banda angosta se usa simplemente la denominación PLC.
Tabla II.2 Diferencia entre PLC y BLP
CARACTERISTICAS PLC BLP
RANGO DE
FRECUENCIA 8 KHz a 520 KHz 1.6 MHz a 35 MHz
VELOCIDAD DE
TRANSMISION 9.6 Kbps Superior a 145 Mbps
APLICACIONES Lectura de contadores Acceso a Internet
Control de cargas Telefonía IP
Localización de averías
Creación de Entornos
LAN
EJEMPLO Sistema X10 HomePlug BPL
OBSERVACIONES
Las interferencias son reducidas,
porque a la frecuencia que opera
la longitud de onda es muy
elevada con relación a la
longitud de cable
Para transmitir los datos
utiliza técnicas de
espectro expandido (SS)
y múltiples portadoras
de datos (DMT)
Fuente: Elizabeth Fernanda Páez Aleaga Tesis / 2006
25 2.1.4 Frecuencia usada por PLC
La coexistencia del servicio de energía eléctrica y de transmisión de datos es posible
gracias a los distintos rangos de frecuencia en los que opera cada servicio, utilizando la
energía eléctrica una frecuencia de 60 Hz, mientras que la transmisión de datos se
realiza en un rango de frecuencias aproximado que van desde 2 MHz hasta los 34 MHz.
Figura II.2 Frecuencia usada por PLC
Fuente: http://html.rincondelvago.com/plc_1.html
Elaborado por: Villavicencio Andrés / 2010
En el rango indicado usado por la tecnología PLC se debe establecer que se divide en
dos partes la usada para red outdoor es de 1.6 a 18 MHz y la usada por la red Indoor
PLC es de 18 a 36 MHz
2.1.5 Velocidad de transmisión
La velocidad de los sistemas PLC depende de los equipos e infraestructura empleada.
Cada punto de inyección de la señal PLC permite entre 24 y 200 Mbps en la parte de
26 Cuando se creó la primera generación de los dispositivos PLC solo alcanzaban
velocidades entre 1 y 4 Mbps, lo cual cubría las necesidades de transmisión de
información de control de la planta eléctrica de una empresa determinada.
En la segunda generación debido a los requerimientos de una mayor velocidad en las
redes de datos se desarrollaron dispositivos que alcanzaban velocidades de 45 Mbps, los
cuales no eran simétricos Sino en 27 Mbps en sentido Downstream15 y 18 Mbps en
sentido Upstream16.
El futuro prometedor y las posibilidades que brinda la tecnología PLC permitieron crear
una tercera generación dispositivos que llegaron a velocidades entre 130 Mbps de 200
Mbps cuya alma es un chip (el más común es de la empresa DS2), un ancho de banda
simétrico, igual Upstream y Downstream, convirtiéndose esto en uno de sus fuertes con
respecto a otras tecnología. Pero se debe tener en cuenta que esta velocidad es variable
dependiendo de los usuarios que estén conectados a la red.
Y ahora se continúan las investigaciones debido a la constante búsqueda de mayores
velocidades pero hasta la fecha no se ha mostrado ni comercializado ninguno.
2.1.6 PLC frente a otras tecnologías
Más allá de que PLC es relativamente nuevo en comparación a otras tecnologías de
acceso ya existente, igualmente ha alcanzado un desarrollo significativo. Logrando
equiparar e incluso superar a sus potenciales competencias en algunos aspectos.
15 Flujo de datos que- es enviado desde un servidor a un computador remoto, relacionado con las
descargas de datos.
16Flujo de datos que es enviado desde un computador remoto a un servidor, relacionado con la subida de
27 En la presente tabla II.3 se puede comparar las características generales que tiene PLC
(BPL) frente a otras tecnologías que ofrecen acceso a banda ancha.
Tabla II.3. Tabla comparativa de tecnologías de acceso a internet
Fuente: Rodrigo Andrés Riffo Llancafilo Tesis / 2009
Elaborado por: Villavicencio Andrés / 2010
Del mismo modo, en la siguiente tabla II.4 se detallan las características del servicio
proporcionado por PLC frente a otras tecnologías de acceso a internet.
Tabla II.4. Comparativa de características del servicio entre tecnologías de acceso
Internet
Fuente: Rodrigo Andrés Riffo Llancafilo Tesis / 2009
28 2.2 TRANSMICIÓN DE DATOS SOBRE LINEAS ELECTRICAS
Las redes eléctricas no han sido diseñadas para transportar datos a altas velocidades y
en altas frecuencias; estas redes fueron planificadas para trasladar tensiones y altas
corrientes, por medio de bajas frecuencias para brindar el servicio de energía eléctrica a
los usuarios. El principal inconveniente de la red eléctrica para transmitir datos es que el
cableado eléctrico no presenta un apantallamiento que evite las interferencias, por lo
tanto emite radiaciones electromagnéticas, provocando obstrucciones en otros sistemas
de radiocomunicaciones de igual manera las redes eléctricas son estructuras abiertas a
las señales electromagnéticas y son susceptibles de captar interferencias.
2.2.1 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO Y PLC
La red eléctrica no es homogénea, por lo que hay que diferenciar los tramos que la
conforman. Desde la central eléctrica a la red de transporte de Alta Tensión se manejan
voltajes de 138 kv a 230 kv. Este tramo no es relevante para la tecnología PLC. La red
de Media Tensión transporta voltajes de 6.3 kv a 23 kv da acceso a pueblos, barrios y
edificios y para la Tecnología PLC se presenta como una red de distribución sobre la
cual se puede implementar ya sea la tecnología PLC u otra tecnología que transporte
datos por ejemplo Fibra Óptica. La red de Baja Tensión donde se manejan voltajes de
110 V a 220 V es equivalente a la "última milla" o bucle de abonado como en las redes
telefónicas, conecta los hogares con los transformadores de MT/BT.
Con el acondicionamiento adecuado de la infraestructura eléctrica, se puede transmitir
señales de baja frecuencia y otras por encima de la banda de 1 MHz, sin que se vea
afectado el rendimiento eléctrico. Las señales de baja frecuencia (50 Hz ó 60 Hz, según
la red) son las encargadas de la transmisión de la energía, mientras que las señales de
más alta frecuencia se utilizan para la transmisión de datos, circulando ambas
