هل تقتل الروابط اللاسلكية اتصالات خطوط الطاقة؟
إنترنت الأشياء، وشبكة إنترنت الأشياء، وشبكة إنترنت الأشياء، وشبكة LPWAN… لا يمكن لأي شخص على دراية بالاتجاهات المعاصرة في تكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية وتطورها أن تفوته هذه الاختصارات “السحرية”. تقدم جميع الشركات المصنعة البارزة لوحدات التحكم الدقيقة وأجهزة الاستشعار وشرائح الاتصالات ومكوناتها بعض المكونات “الجاهزة لإنترنت الأشياء”. للوهلة الأولى، قد يبدو للوهلة الأولى أن الأجراس قد دقّت بالنسبة إلى الاتصالات عبر خطوط الطاقة وأن المستقبل ينتمي إلى الاتصال اللاسلكي. ولكن هل هذا هو الحال بالفعل؟
LPWAN
نطاق ضخم، وسعر منخفض، وسهولة التنفيذ، واستهلاك ضئيل – هذا ما تعدنا به هذه الشبكات. يمكننا التمييز بين نوعين رئيسيين:
النطاقات غير المرخصة
وغالبًا ما يكون النطاق 868 ميجاهرتز للتطبيقات الأوروبية و900-915 ميجاهرتز للولايات المتحدة. وتستخدم بعض الشبكات أيضاً 433 ميجاهرتز 2.4 جيجاهرتز أو الطيف الذي أنشئ أصلاً للبث التلفزيوني.
الأعضاء النموذجيون في هذه العائلة هم Sigfox و LoRa و Weightless و Nwave وغيرها. يتطلب العمل في نطاقات الترددات غير المرخصة اتباع مجموعة صارمة من القواعد التي تحددها الجهة التنظيمية المحلية.
على سبيل المثال، بالنسبة للطيف الترددي 868.8 ميجاهرتز فإن طاقة الإرسال مقيدة ب 25 ميجاوات ≈ 14 ديسيبل ميلي واط ودورة تشغيل الإرسال إلى 0.1% (بدون LBT – الاستماع قبل التحدث). هذا التقييد هو السبب، على سبيل المثال، في أن النقطة النهائية لشبكة Sigfox تسمح بإرسال 140 رسالة كحد أقصى في اليوم، و4 رسائل مستلمة فقط.
نطاقات التردد المرخصة
وتشمل معايير LTE-M أو NB-IoT. وهؤلاء في الغالب هم مزودو شبكات الهاتف المحمول الذين لديهم بالفعل بنية تحتية لشبكات GSM وLTE ويمتلكون ترخيصاً لها. وباستخدام هذه التقنيات “القديمة-الجديدة”، مع هذا النوع من الشبكات، من المتوقع أن يتم طرحها على نطاق واسع خلال السنوات القليلة القادمة.
توزيع الكهرباء والتحكم في الشبكة
أكثر تطبيقات اتصالات خطوط الطاقة استخدامًا هو تطبيق قراءة عدادات الكهرباء عن بُعد. ومع الارتفاع الهائل في استخدام الطاقة المتجددة، يواجه الموزعون مشاكل خطيرة.
الهدف الرئيسي هو تحقيق التوازن بين الحجم الفوري للطاقة المولدة والمستهلكة. ثم تتحول قراءة العدادات البسيطة إلى مسألة أكثر تعقيدًا حيث يجب تنظيم شبكة الطاقة وفقًا لذلك. ويضع هذا النوع من التنظيم متطلبات عالية على البنية التحتية للاتصالات عبر الشبكة الكهربائية بأكملها – من عداد الكهرباء إلى المحطة الفرعية ثم إلى نظام الموزع الرئيسي.
وتتمثل المهمة في الحفاظ على التوافر والإنتاجية والكمون المحدد عبر المسار بأكمله. تُظهر التجربة أن ذلك يمثل مشكلة غير قابلة للحل بالنسبة للتكنولوجيا المستخدمة حاليًا (شبكة GPRS أو 3g أو LTE).
البيانات من الميدان
قد يبدو استخدام شبكة LPWAN لقراءة عدادات الكهرباء عن بُعد والتحكم في شبكة التوزيع وتنظيمها مناسباً في البداية. وقد يتبع ذلك تتبع المركبات والشحنات وأنظمة المراقبة والتحكم في الإضاءة العامة والعديد من التطبيقات الأخرى.
هل يمكننا استيعاب كل ذلك في الطيف غير المرخص؟ ماذا سيحدث أثناء التحميل الزائد على شبكة LPWAN؟ ماذا سيحدث، خاصة في المدن الكبيرة، للإنتاجية ووقت الاستجابة اللذين يعتبران ضروريين لتنظيم الشبكة الكهربائية؟
يمكن أن تكون عدادات الكهرباء (وغالباً ما تكون كذلك) موجودة في الطابق السفلي/قبو المنزل أو في غرفة المرافق بدون أي نوافذ، مما يعني عدم وجود خدمة لاسلكية. إذا لم يتم تركيب هوائي خارجي، فإن شبكة LPWAN عديمة الفائدة عملياً في نطاقات التردد غير المرخصة.
هناك عامل آخر يمكن أن يؤثر على اختيار التكنولوجيا المناسبة للدور الاستراتيجي للتحكم في الشبكة الكهربائية وهو الاعتماد على مواضيع أخرى. فمن الشائع أن يحتكر مزود واحد معياراً لاسلكياً معيناً في البلد. وتتطلب العديد من المعايير استخدام واجهة خلفية سحابية يديرها مزود الشبكة لضمان جمع البيانات من النقاط النهائية أو استخدام مجموعة شرائح لا يوفرها سوى مصنع واحد مرخص له.
هناك حالات يستحيل فيها استخدام PLC. على سبيل المثال، العدادات في المواقع النائية، خارج نطاق شبكة PLC الشبكية. يتم استخدام اتصال GSM في هذه الحالات، على الرغم من ارتفاع التكاليف. ولكن هذه هي الحالات التي قد تكون فيها شبكة LPWAN بديلاً أكثر إثارة للاهتمام.
الاتصال بين المحطات الفرعية
بعد نقل البيانات عبر شبكة PLC من الحقل إلى مركز البيانات في المحطة الفرعية الثانوية (MV-LV)، فإن مسار البيانات لم ينته بعد. من الضروري إنشاء اتصال بين مكثف البيانات والمحطة الفرعية الرئيسية/المركزية (بشكل أكثر دقة محطة المحولات الرئيسية MVHV). تُظهر التجربة أن أكثر من 12% من المحطات الفرعية الثانوية تقع خارج خدمة الشبكة المتنقلة.
بصرف النظر عن البيانات المقاسة والأوامر الخاصة بعداد الكهرباء، تُستخدم هذه القناة أيضًا للقياس عن بُعد للمحطات الفرعية والتحكم عن بُعد (RTU). لتجنب أن تكون عنق الزجاجة، يجب أن يكون لها ميزات أفضل من الاتصالات التابعة ذات الجهد المنخفض PLC. تعمل المعايير الحديثة القابلة للتشغيل البيني مثل الإصدار 1.4 من PRIME أو G3-PLC بسرعة حوالي 1 ميجابت في الثانية في الظروف المثلى، وبالتالي يجب ألا يكون الاتصال بين التيار المستمر والنظام الرئيسي أبطأ. وهذا، للأسف، يستثني معظم معايير LPWAN.
يمكن اعتبار تقنية WIMAX القياسية تقنية مناسبة لأنها توفر اتصالاً قويًا بما فيه الكفاية. وهي تعمل في نطاق التردد المرخص حيث يتم تخصيص القنوات من قبل المنظم الوطني. والنتيجة هي حالة يكون فيها نطاق التردد “مباعًا” بشكل أساسي في المناطق المنظورة (على سبيل المثال، يستخدمه مزودو الإنترنت المحليون). العامل الآخر هو ارتفاع سعر نقطة وصول WIMAX (AP).
تتواجد خطوط الجهد العالي دائمًا في المحولات، وبالمقارنة مع خطوط الجهد المنخفض، تتأثر خطوط الجهد العالي بالكاد بالتداخل غير المرغوب فيه. وتسمح باستخدام التشكيل والترميز ذي الترتيب الأعلى لتحقيق سرعة نقل كافية. حتى في هذا المجال لا يزال PLC بديلاً تنافسياً على الأقل ولا يعتمد تشغيله على أي مزود خاص
التطبيقات داخل المنزل
لا يتعلق PLC بالصناعة أو هندسة الطاقة فقط. ربما يكون أكثر تطبيقات PLC شهرة هو “الربطالشبكي عبر خط الطاقة” الذي يستخدم عادةً تقنية التوصيل المنزلي القائمة على معيار IEEE1901 (BPL). يعد استخدام هذه الطريقة في نقل الشبكة المحلية/الشبكة الواسعة هامشيًا بسبب الأسعار المعاصرة والبساطة وسهولة الوصول إلى اتصالات WI-FI. وهي تستخدم فقط في المناطق التي تواجه مشاكل من حيث خدمة WI-FI.
تعد الأنظمة متعددة المرافق والأتمتة المنزلية (قياس القيم، والتحكم في الأجهزة، وأنظمة الإنذار) مجالاً آخر حيث يكون من الملائم استخدام أجهزة مودم PLC البسيطة والرخيصة لأنها تعمل عادةً في نطاقات CENELEC B و C التي تتميز بتداخل قليل نسبيًا.
مقارنةً بالاتصالات اللاسلكية في نطاقات الترددات غير المرخصة (434 ميجاهرتز و868 ميجاهرتز و2.4 جيجاهرتز)، يمكنها توفير نطاق أعلى دون أي قيود ناجمة عن العوائق، مثل الجدران الخرسانية المسلحة. وهي طريقة سهلة لتوسيع نطاق ناقل M-Bus اللاسلكي وZigbee وغيرها من الاتصالات اللاسلكية في المناطق التي تواجه مشاكل، مثل مجمعات الشقق السكنية.
الخلاصة: مستقبل تكنولوجيا المجلس التشريعي الفلسطيني
استنادًا إلى المعلومات المقدمة، يمكننا أن نرى أنه حتى في زمن ازدهار التكنولوجيا اللاسلكية، لا يزال لدى تكنولوجيا PLC الكثير لتقدمه ليس فقط في مجال الشبكة الذكية.