Os conexão sem fio estão acabando com a Power Line Communication?
IoT, sub-GHz, LPWAN… Todo mundo que está ciente das tendências contemporâneas da tecnologia de telecomunicações e de sua evolução não poderia deixar de notar essas abreviações “mágicas”. Todos os principais fabricantes de microcontroladores, sensores, chipsets de comunicação e seus componentes oferecem alguns componentes “prontos para IoT”. Em um primeiro momento, pode parecer que os sinos tocaram para o PLC (power line communication) e que o futuro pertence à conexão sem fio. Mas será que é isso mesmo?
LPWAN
Grande variedade, preço baixo, facilidade de implementação, consumo insignificante – é isso que essas redes prometem. Podemos distinguir entre dois tipos principais:
Bandas não licenciadas
Na maioria das vezes, é a banda de 868 MHz para aplicativos europeus e 900-915 MHz para os EUA. Algumas redes também usam 433 MHz, 2,4 GHz ou o espectro originalmente estabelecido para transmissão de TV.
Os membros típicos dessa família são Sigfox, LoRa, Weightless, Nwave e outros. Trabalhar nas faixas de frequência não licenciadas exige o cumprimento de um conjunto bastante rigoroso de regras fornecidas pelo órgão regulador local.
Para dar um exemplo, para o espectro de 868,8 MHz, a potência de transmissão é restrita a 25 mW ≈ 14dbm e o ciclo de trabalho de transmissão a 0,1% (sem LBT – ouvir antes de falar). Essa restrição é a razão pela qual, por exemplo, o ponto final da rede Sigfox permite, no máximo, 140 mensagens enviadas por dia e apenas 4 mensagens recebidas.
Bandas de frequência licenciadas
Isso inclui os padrões LTE-M ou NB-IoT. Em sua maioria, são provedores de redes móveis que já têm infraestrutura GSM e LTE e possuem uma licença para isso. Usando essas “velhas-novas” tecnologias, com esse tipo de rede, espera-se que haja implementações maciças nos próximos anos.
Distribuição de eletricidade e controle da rede
O aplicativo de comunicação PLC mais comumente usado é a leitura remota de medidores de eletricidade. Com o aumento maciço do uso de energia renovável, os distribuidores estão enfrentando sérios problemas.
O principal objetivo é equilibrar o volume imediato de energia gerada e consumida. A simples leitura do medidor se transforma em uma questão mais complexa, pois a rede de energia precisa ser regulada de acordo. Esse tipo de regulação exige muito da infraestrutura de comunicação em toda a rede elétrica – do medidor elétrico à subestação e, em seguida, ao sistema principal da distribuidora.
A tarefa é manter a disponibilidade, a taxa de transferência e a latência definidas em toda a rota. A experiência mostra que isso representa um problema insolúvel para a tecnologia que está sendo usada atualmente (rede GPRS, 3G ou LTE).
Dados do campo
O uso da LPWAN para leitura remota de medidores de eletricidade e controle e regulação da rede de distribuição pode parecer conveniente a princípio. O rastreamento de veículos e remessas, os sistemas de monitoramento, o controle da iluminação pública e muitas outras aplicações podem vir em seguida.
Podemos encaixar tudo isso no espectro não licenciado? O que acontecerá durante a sobrecarga da rede LPWAN? O que acontecerá, especialmente nas grandes cidades, com a taxa de transferência e a latência, que são cruciais para a regulação da rede elétrica?
Os medidores de eletricidade podem estar (e frequentemente estão) localizados no porão/galpão da casa ou em uma despensa sem janelas, o que significa que não há serviço sem fio. Se uma antena externa não for instalada, as LPWAN são praticamente inúteis em bandas de frequência não licenciadas.
Outro fator que pode influenciar a seleção da tecnologia adequada para a função estratégica de controle da rede elétrica é a dependência de outros assuntos. É comum que um provedor tenha o monopólio de um determinado padrão sem fio no país. Muitos padrões exigem o uso de um backend em nuvem operado pelo provedor de rede para garantir a coleta de dados dos pontos finais ou o uso de um chipset fornecido por apenas um fabricante licenciado.
Há casos em que é impossível usar o PLC. Por exemplo, medidores em locais remotos, fora do alcance da rede de malha do PLC. A conexão GSM é usada nessas situações, apesar dos custos mais altos. Mas esses são os casos em que a LPWAN pode ser uma alternativa mais interessante.
Comunicação entre subestações
Depois de transferir os dados via rede PLC do campo para o concentrador de dados na subestação secundária (MV-LV), o caminho dos dados está longe de terminar. É necessário criar uma conexão entre o concentrador de dados e a subestação primária/central (mais precisamente, a estação transformadora primária MVHV). A experiência mostra que mais de 12% das subestações secundárias estão localizadas fora do serviço de rede móvel.
Além dos dados medidos e dos comandos para o medidor elétrico, esse canal também é usado para telemetria e controle remoto da subestação (RTU). Para evitar ser o gargalo, ele deve ter recursos melhores do que a comunicação PLC de baixa tensão subordinada. Os padrões modernos interoperáveis, como o PRIME versão 1.4 ou o G3-PLC, funcionam com velocidade em torno de 1 Mbps em condições ideais; portanto, a conexão entre o CC e o sistema head-end nunca deve ser mais lenta. Isso, infelizmente, exclui a maioria dos padrões LPWAN.
O WIMAX padrão pode ser considerado uma tecnologia adequada, pois fornece uma conexão suficientemente robusta. Ele opera na banda de frequência licenciada em que os canais são alocados pelo órgão regulador nacional. O resultado é um estado em que a banda de frequência está basicamente “esgotada” em áreas de perspectiva (por exemplo, usada por provedores de Internet locais). Outro fator é o alto preço do ponto de acesso (AP) WIMAX.
As linhas de alta tensão estão sempre presentes em um transformador e, em comparação com as linhas de baixa tensão, as linhas de alta tensão são pouco influenciadas por interferências indesejadas. Ela permite o uso de modulação e codificação de ordem superior para atingir velocidade de transmissão suficiente. Mesmo nessa área, o PLC ainda é, no mínimo, uma alternativa competitiva e sua operação não depende de nenhum provedor privado
Aplicativos domésticos
O PLC não diz respeito apenas ao setor industrial ou à engenharia de energia. Provavelmente, o aplicativo de PLC mais conhecido é a “rede powerline“, que geralmente usa a tecnologia de plugue doméstico com base no padrão IEEE1901 (BPL). O uso desse método de transmissão LAN/WAN é marginal devido aos preços atuais, à simplicidade e à acessibilidade das conexões WI-FI. Ele só é usado em áreas problemáticas em termos de serviço WI-FI.
Os sistemas multiutilitários e a automação residencial (valores de medição, controle de aparelhos, sistemas de alarme) são outra área em que é conveniente usar modems PLC simples e baratos, pois eles normalmente funcionam nas bandas CENELEC B e C, caracterizadas por relativamente pouca interferência.
Em comparação com a comunicação sem fio em bandas de frequência sem licença (434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz), eles podem oferecer maior alcance sem nenhuma restrição causada por obstáculos, como paredes de concreto armado. É uma maneira fácil de ampliar o alcance do M-Bus sem fio, do Zigbee e de outras conexões sem fio em áreas problemáticas, como blocos de apartamentos.
Conclusão: O futuro da tecnologia PLC
Com base nas informações apresentadas, podemos ver que, mesmo na época do boom da tecnologia sem fio, a tecnologia PLC ainda tem muito a oferecer, não apenas na área da rede inteligente.