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.

PLC ( POWER LINE COMMUNICATION )

PLC teknolojisi, mevcut enerji dağıtım hatlarının kullanılması ile alıcı ve verici sistemler arasında veri transferinin sağlanabilmesini amaçlamaktadır. Haberleşme için ayrı kablo kullanılması gereksiniminin olmaması, enerji dağıtım hatları üzerinden mevcut sistemin güç gereksiniminin sağlanabilmesi, elektrik dağıtımının yapıldığı her noktaya ulaşabilme imkanı ve kablosuz haberleşme cihazlarından yayılan elektromanyetik dalgalardan korunma isteği gibi sebeplerden ötürü PLC'nin önümüzdeki yıllarda yüksek oranda tercih edilen bir haberleşme teknolojisi olması beklenmektedir.

PLC teknolojisi günümüzde enerji hatları üzerinden ses ve veri iletimi, otomatik veri toplama sistemleri, ev otomasyon sistemleri, sistemlerin uzaktan kontrolü ve İnternet dağıtımı gibi alanlarda kullanılmaktadır.

Haberleşme altyapısı olarak PLC kullanımı gerçekleştirilecek uygulama tipine, kullanılan bölgeye, haberleşme sinyallerinin işleme tekniklerine ve haberleşme bantlarına göre farklı standartlar altına alınarak düzenlenmiştir.

Ultra Dar Band PLC ( Ultra Narrowband PLC )

Bu bant içerisinde kullanılan PLC haberleşme teknolojileri oldukça düşük haberleşme hızlarına sahiptir. Ultra Dar Bant, otomatik sayaç okuma sistemlerinde uzun haberleşme mesafelerine ulaşabilmeleri ve haberleşme sinyallerinin düşük gerilim / orta gerilim trafolarından geçebilmesi sebebi ile tercih edilir. Sistem için gerekli veri toplayıcı ünite ve sinyal kuvvetlendirici sayısı oldukça düşük olmasına rağmen çok düşük veri iletim hızlarına sahip olmaları nedeniyle günümüzde tercih edilmemektedir. Bu sistemlerin bir diğer dezavantajı da genellikle çift yönlü iletişimi desteklememeleridir.

Dar Band PLC ( Narrowband PLC )

Dar bant PLC sistemleri 3 ile 500 kHz frekans bandı aralığında çalışmakta olup, bu frekans bandı bölgesel olarak farklı alt bantlara bölünmüştür. CENELEC tarafından Avrupa bölgesinde kullanılan haberleşme bandı kullanım alanlarına göre çeşitli alt bantlara bölünmüştür. Avrupa bölgesinde CENELEC-A bandı enerji dağıtım şirketlerinin kontrolüne bırakılmıştır. CENELEC belirtilen bantlar için haberleşme limitlerini ve ölçüm metotlarını belirlemiştir.  B, C ve D bantları son kullanıcı uygulamalarına açık olmasına karşın C bandı için CSMA/CA (carrier sense medium access/collision avoidance) protokol kullanımı zorunlu tutulmuştur. Dar bant PLC teknolojileri veri hızları göz önüne alınarak düşük ve yüksek veri hızına sahip sistemler olarak ayrılabilmektedir.

Düşük Veri Hızına Sahip Sistemler

Bu sistemler genellikle 1 - 2 kbit/s haberleşme hızı kapasitesine sahiptirler. Haberleşme hızı kapasitelerinin düşük olmasının sebebi olarak kullanılan modülasyon tiplerinin büyük bant genişliklerine gereksinim duyması ya da taşıyıcı sinyallerin tek olması gösterilebilir. Günümüzde akıllı şebekeler için en yaygın şekilde kullanılan PLC teknolojisi IEC 61334-5-1 standardı ile çerçevesi çizilmiş S-FSK (Ayrık Frekans Kaydırmalı Anahtarlama) tabanlı protokoldür. Fiziksel katmandan uygulama katmanına kadar bütün aşamaları çok iyi şekilde belirlenmiş ve standartlar ile kontrol altına alınmıştır. Veri iletim hızının düşük kalması (2.4kbit/s'ın ve altı) sebebiyle mevcut haberleşme ihtiyaçlarına karşı yetersiz kaldığı için yüksek veri hızına sahip sistemlere olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır.

Yüksek Veri Hızına Sahip Sistemler

Bu sistemlerde taşıyıcı sinyal sayısı artırılarak haberleşme hızı artırılmıştır. Haberleşme hızları yaklaşık 10 kbit/s'den 500 kbit/s'a kadar çıkabilmektedir. Taşıyıcı sinyal sayısını artırma işlemi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Dikgen Frekans Bölüşümlü Çoğullama) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

Yüksek veri hızına sahip dar bant haberleşme protokollerine örnek olarak PRIME ve G3-PLC protokolleri verilebilir. Bu protokollerin özellikleri öncelikle oluşturulan endüstri toplulukları tarafından ortaya konulmuş ve günümüzde ITU-T (International Tele-communications Union - Telecommunication Standardization Sector) tarafından yayınlanan standartlar ile uluslararası standartlar halini almışlardır.

Yüksek veri hızına sahip sistemler için gerekli algoritmalar ve bu algoritmaların koşturulacağı işlemci özelliklerinin düşük veri hızına sahip sistemlere göre yüksek olması sistem maliyetlerini arttırmaktadır. Fakat işlemci kapasitelerinin yüksek olması sebebiyle aynı donanım üzerinde birden fazla protokolü sadece yazılım değişikliği ile desteklemek mümkündür. Örnek olarak birçok üretici PRIME ve G3-PLC özelliklerini aynı donanım üzerinde desteklemekte ve dinamik olarak değişiklik yapılmasına izin vermektedir. Bu şekilde kurulum yapılacak saha şartlarına göre protokoller arasında geçiş yapılabilme imkanı sunulmaktadır. Ayrıca akıllı şebekeler için önemli bir unsur olan sahada kullanılan sistemlerin yazılımlarının güncellenebilmesi yüksek veri hızına sahip sistemler tarafından sağlanabilmektedir.

İleriki zamanlarda oluşabilecek ve farklı protokole sahip sistemlerin birbirleri ile haberleşememe durumuna önlem alabilmek amacı ile NIST-PAP15 (US National Institute of Standarts and Technology Priority Action Plan 15) çalışma grubu tarafından OFDM tabanlı bütün sistemler ile haberleşebilecek ortak bir protokol oluşturma zorunluluğu ortaya konulmuştur. Bu konuda yapılan çalışmalar sonucu IEEE-P1901.2 protokolü ortaya çıkartılmıştır.

Geniş Band PLC ( Broadband PLC )

Geniş bant PLC teknolojileri 1.8 ile 250 MHz frekans bandı arasında çalışmaktadır. Fiziksel katman veri iletim hızları bir kaç Mbit/s'dan bir kaç yüz Mbit/s'a kadar çıkabilmektedir. Genellikle enerji hattı üzerinden ses, görüntü taşıma ve internet dağıtımı gibi işlemlerde tercih edilmektedir. Mevcut geniş bant PLC sistemleri arasında henüz birlikte çalışabilirlik durumu olmamasına karşın ITU (ITU-T G.hn) ve IEEE (IEEE 1901) tarafından birlikte çalışabilirliğin sağlanması ve standardizasyon çalışmaları yürütülmektedir. Özellikle ITU-T G.hn adı altında yürütülen çalışmalarda ortaya çıkartılacak standartların sadece enerji hatları üzerinden haberleşme protokolleri üzerinde değil telefon hatlarında ve koaksiyel kablo üzerindeki haberleşme protokollerinde de uygulanabilmesi düşünülmektedir.