GENİŞ BAND PLC PROTOKOLLERİ ( BROADBAND PLC PROTOCOLS)

IEEE 1901 ve ITU-T G.hn

IEEE 1901 2 ile 50 MHz arasında çalışmaktadır. Bu bant içerisinde 30 MHz üzerindeki haberleşme frekanslarının kullanıldığı hizmetler opsiyoneldir. ITU-T G.hn 2 ile 100 MHz arasında çalışmaktadır. İki protokolün mimari yapıları birbirlerine çok yakın olmakla birlikte terminolojide farklılıklar bulunmaktadır [3]. İki protokol genel olarak benzer olsa da G.hn tüm kablolu ortamlarda kullanılabilecek tek bir fiziksel katman (PHY) ve veri bağlantı katmanı (DLL) tanımlarken IEEE 1901 protokolü iki farklı fiziksel (PHY) ve ortam erişim denetimi katmanı (MAC) tanımlar.  IEEE 1901 protokolü ile tanımlanan  bu iki farklı fiziksel ve ortam erişim denetim katmanları HomePlug AV ve HD-PLC teknolojilerini temel almaktadır.

Geniş bant PLC haberleşme teknolojilerinin birbirleri ile haberleşebilmeleri için NIST SGIP (US National Institute of Standarts and Technology  SmartGrid Interoperability Panel) tarafından sistemlerde ITU-T G.9972 (G.cx) ya da ISP (Inter System Protocol) standartlarının uygulanması önerilmektedir.

ISP ve G.cx mevcut hat üzerinde bulunan sistemler arasında zamanı eşit aralıklara bölerek bu sistemlerin birlikte çalışabilmelerini sağlar. Aynı teknolojiye sahip sistemlerin birbirlerine yakın alanlarda kullanılmasından kaynaklanabilecek sinyal girişimlerinin engellenebilmesi için G.hn haberleşme hattı üzerindeki her ağ için farklı başlangıç sembolleri tanımlar. Bu özelliğinden dolayı aynı hat üzerinde bulunan G.hn sistemleri zaman bölümleme olmadan bir arada çalışabilirler. Diğer taraftan IEEE 1901 protokolü aynı durum için CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) ortam erişim stratejisini kullanır.

ITU-T G.hn Düşük Karmaşıklık Profili (Low Complexity Profile - LCP)

G.hn destekli sistemlerin önümüzdeki yıllarda akıllı şebeke ev (SmartGrid Home - SGH) ağı cihazlarının içerisinde yer alması beklenmektedir.  Bu sistemlerin 2 - 25 MHz frekans bandında haberleşen G.hn LCP destekli sistemler olması beklenmektedir. Bu sistemlerin seçiliş sebebi belirtilen haberleşme bandı için güç tüketimi ve devre elemanı maliyetlerinin düşük olmasıdır. Örnek SGH sistemleri olarak ısıtma, soğutma, havalandırma cihazları, elektrikli ev eşyaları,  elektrikli araçlar gösterilebilir.

SGH sistemleri ile köprü/çevirici elemanları kullanılarak akıllı sayaç okuma sistemleri ile etkileşime girilebilir.  Bu sayede SGH içerisinde bulunan akıllı ev gereçlerinin ve akıllı sayaçların aynı ya da farklı merkezi sunucular ile kontrol edilebilmesi sağlanabilir.

HomePlug Green PHY (HPGP)

ITU G.hn LCP'ye benzer şekilde HomePlug Green PHY özellikleri HomePlug Birliği (HomePlug PowerLine Alliance) tarafından yayınlanmıştır.  HPGP, akıllı şebeke sistemlerinde kullanılmak üzere geliştirilmiş HomePlug AV protokolünün bir alt kümesidir ayrıca HomePlug Av2, IEEE 1901 protokolleri ile uyumludur. HPGP, düşük güçlü ve düşük maliyetli uygulama gereksinimleri göz önüne alınarak tasarlanmıştır.

OFDM TABANLI DAR BAND PLC PROTOKOLLERİ ( OFDM BASED NARROWBAND PLC PROTOCOLS)

PRIME (Powerline-Related Intelligent Metering Evolution)

PRIME protokolü PRIME Birliği (Alliance) tarafından geliştirilmiş ve 1.3.6 versiyonu 2012 yılında ITU-TG.9904 adı ile uluslararası bir standart halini almıştır.

PRIME protokolü ile ilgili genel özelliklere bakacak olursak;

• 42 – 89kHz bandında çalışmaktadır,
• Belirtilen frekans bandında toplam 96 OFDM alt taşıyıcı kullanmaktadır,
• DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK (Differential Quater-nary Phase Shift Keying), D8PSK (Differential Eight Phase Shift Keying) opsiyonel olarak kullanılabilir,
• Fiziksel katman için veri hızı en fazla 128 kbit/s olabilir (CENELEC-A bandında D8PSK için geçerlidir ),
• Opsiyonel hata düzeltme kodu kullanılabilir (½ Convolutional Code),
• IPv4 paket yapısını destekler.

PRIME ağ mimarisi ağaç (TREE) topolojisini kullanmaktadır. Kurulum yapılan bölgede kök düğüm (base node) ve servis düğümleri (service node) oluşturulur. Ağ kaynaklarının yönetiminden, kanal seçiminden kök düğüm sorumludur.

G3-PLC

G3-PLC protokolü PRIME'a benzer şekilde G3-PLC Birliği tarafından geliştirilmiş ve 2012 yılında ITU-TG.9903 adı ile uluslararası bir standart halini almıştır. Yapısı ve uygulaması PRIME'a göre daha maliyetli ve karmaşık olmasına rağmen şebekede bulunan yüklerden kaynaklı elektriksel gürültülere karşı daha dayanıklıdır.

• G3-PLC ile ilgili genel özelliklere bakılacak olursa;
• CENELEC, ARIB, FCC bantlarında çalışmak üzere ayarlanabilir (10 – 490 kHz),
• DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK (Differential Quater-nary Phase Shift Keying), D8PSK (Differential Eight Phase Shift Keying) opsiyonel olarak kullanılabilir,
• İleri doğru hata düzeltme (FEC) yöntemi kullanılmaktadır (Reed - Solomon Kodları),
• Fiziksel katman veri hızı en fazla 300 kbit/s'a çıkabilmektedir,
• IPv6 paket yapısını destekler.

Şu an için G3-PLC protokolü ile PRIME'dan daha az sayıda saha kurulumu yapılsa da bünyesinde barındırdığı özellikler ile önümüzdeki günlerde en çok tercih edilen PLC protokolü olması beklenmektedir.

IEEE 1901.2 ve ITU-T G.hnem

IEEE 1901.2 protokolü OFDM tabanlı dar bant PLC teknolojilerinin hepsi ile uyumlu olarak çalışabilecek yeni bir haberleşme standardı oluşturulması amacı ile ortaya çıkartılmıştır. ITU-T G.hnem ise akıllı şebeke gereksinimleri doğrultusunda geliştirilmektedir. Örneğin fiyatlandırma bilinci, yük kontrolü ve talep yanıtları gibi akıllı sayaç okuma gereksinimlerinin yapının içerisinde tanımlı olması düşünülmektedir.

G3-PLC ve PRIME Protokollerinin Karşılaştırılması

G3 ve PRIME protokolleri temel olarak aynı modülasyon  tekniklerini kullanmakta ve aynı donanım üzerinde çalışabilmektedir. Bununla birlikte kullandıkları haberleşme bantları, sinyal örnekleme sayıları, kullanılan hata düzeltme kodları gibi birçok alanda farklılıklar göstermektedirler.

Yapılan testler ışığında bu iki protokol ile ilgili ilk aşamada aşağıdaki sonuçlara erişilebilmektedir.

• G3-PLC, PRIME protokolüne göre daha fazla gürültü bağışıklığına sahiptir ve daha uzun haberleşme mesafelerini desteklemektedir.
• PRIME, G3-PLC protokolüne göre daha kolay ve hızlı bir uygulama süreci sağlamaktadır.
• G3-PLC protokolünün desteklediği örgüsel ağ (Mesh Network) özelliği ile genişlemeye ve düzensiz şebeke alanları için kuruluma daha uygun olduğu görülmektedir.
• PRIME protokolü yapısı gereği düzenli ve düşük gürültülü şebeke alanlarında kullanılabilir.

Bu test çıktıları ışığında genel kullanımlar için G3-PLC protokolonün tercih edilmesinin daha başarılı sonuçlar ortaya çıkaracağı sonucuna varılmıştır. Fakat bu iki protokolün de kendine has özelliklerinden dolayı birlikte çalışabilecekleri bir yapı kurulması sistem performansını artırabilir. Bunun gerçekleştirilebilmesi için geliştirilmesine devam edilen IEEE 1901.2 ve ITU-T G.hnem protokolleri yakından takip edilmelidir. Bu iki protokolün birlikte çalışması gerçekleştirilebilir ise aynı donanımda çalışabilme özelliklerinden faydalanılarak dinamik olarak protokoller arasında geçiş yapılabilir ve ortam şartlarına en uygun yapı tercih edilerek sistemin daha başarılı bir performans ortaya koyması sağlanabilir.