Y-NET+ от Yitran: объединяем PLC-сети и беспроводные каналы передачи данных

Компания Yitran является одним из лидеров в области производства интегральных PLC-модемов, которые используются для обмена данными по электрическим сетям. На портале Унитера уже публиковались статьи об этих продуктах. Кроме этого Yitran предлагает комплексные платформы, позволяющие комбинировать проводные и беспроводные сети. В частности платформа Y-NET+ объединяет технологию PLC-сети и беспроводную сеть субгигагерцовых приемопередатчиков (рис. 1).

Рис. 1. Y-NET+ от компании Yitran позволяют объединять проводные и беспроводные сети

Компания Yitran уже достаточно давно выпускает PLC-модемы (Power Line Communication), которые позволяют создавать сетевые соединения с использованием бытовых электросетей. Фирменный протокол Y-NET реализует логическую сеть с древовидной топологией (рис. 2). Хотя при такой топологии все узлы подключены к общей шине, тем не менее, часть узлов выполняют функции концентраторов, а остальные становятся рядовыми узлами.

Рис. 2. PLC-сеть на базе модемов от Yitran

Самым первым PLC-модемом от Yitran был IT800. Далее был выпущен модем IT700, а ему на смену пришел IT900. При этом развитие шло по двум основным направлениям: увеличение степени интеграции и повышение скорости передачи данных. Однако сейчас компания Yitran начинает предлагать и принципиально новые решения, в частности комплексные платформы, которые объединяют проводные и беспроводные технологии. Например, ZigBee+ позволяет интегрировать в PLC-сеть беспроводные ZigBee-устройства. Еще одна технология Y-NET+ объединяет PLC-сети и беспроводные сети субгигагерцовых приемопередатчиков.

При использовании платформы Y-NET+ структура комбинированной сети повторяет топологию обычной PLC-сети, но при этом в ней появляется новый вид узлов – мосты PLC-RF (рис. 3). Мосты обеспечивают прозрачный обмен данными между проводными и беспроводными устройствами. Таким образом, с точки зрения логического построения, беспроводные устройства являются полноправными узлами проводной PLC-сети.

Рис. 3. Объединение проводной PLC-сети с сетью беспроводных устройств

Для беспроводной двунаправленной передачи данных применяются приемопередатчики субгигагерцового диапазона. Функцию PLC-модема выполняет микросхема IT700.

Модем IT700 позволяет производить обмен данными по бытовым электросетям со скоростями 0,625…7,5 кбит/с. Впрочем, максимальная скорость достижима только при высоких частотах модуляции 120-400 кГц. Диапазоны частот модуляции определяются национальными стандартами разных стран. Для США и Японии согласно стандартам FCC/ARIB допустимо использовать диапазон 120-400 кГц, что позволяет «разгонять» IT700 по максимуму – до 7,5 кбит/с. Для европейских потребителей скорость оказывается значительно ниже: согласно стандартам CENELEC для поставщиков электроэнергии зарезервирован диапазон 95-125 кГц (CENELEC Band B), а для потребителей 20-95 кГц (CENELEC Band A). В результате достижимая скорость обмена для IT700 в европейском варианте составляет 0,625…2,50 кбит/с.

IT700 выпускается в компактном 56-выводном QFN-корпусе, который умещается на кончике пальца (рис. 4). При этом микросхема включает в себя богатый набор функциональных блоков: процессорное ядро 8051, 258 кБайт памяти, 16 кБайт ОЗУ, таймеры/счетчики, АЦП, порты ввода/вывода, блок PHY канального уровня PLC-сети, а также выходной каскад усилителей и т. д.

Рис. 4. Сравнительные размеры и блок схема PLC-модема IT700

Модемы IT700, в отличие от предыдущего семейства IT800, имеют встроенный выходной силовой каскад, который значительно упрощает подключение к бытовой сети. По сути, от пользователя потребуется только трансформаторная развязка (рис. 5).

Рис. 5. Подключение IT700 к сети 220 В

Говоря об особенностях IT700, конечно же, необходимо сказать об уникальной технологии модулирования DCSK, которая позволяет передавать данные даже при уровнях сигнала меньше уровня шумов.

IT700 выступает в качестве базового элемента платформы Y-NET+. Данный модем используется как для построения мостов PLC-RF, так и для конечных беспроводных узлов (RF End Node) (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид модулей Y-NET+

Мост PLC-RF включает в себя PLC-модем и двунаправленный беспроводной приемопередатчик GFSK субгигагерцового диапазона. Чувствительность приемника составляет -100 дБм. Мост позволяет в автоматическом режиме идентифицировать и регистрировать до 30 беспроводных конечных узлов.

Конечные беспроводные узлы (RF End Node) имеют потребление 20 мА в активном режиме. В спящем режиме ток падает до 0,5 мкА. Это позволяет узлам работать до нескольких лет от одной батарейки.

Чтобы ознакомится с работой платформы Y-NET+, компания Yitran предлагает использовать оценочный набор Y-NET+ Evaluation Kit. В его состав входят: один PLC-концентратор, один мост PLC-RF, три беспроводных узла Y-NET+ RF End Node (рис. 7).

Рис. 7. Состав отладочного набора Y-NET+ Evaluation Kit

С помощью платформы Y-NET+ от Yitran удается расширить функциональность проводных PLC-сетей за счет беспроводных устройств и датчиков. Такое решение может оказаться весьма интересным для автоматизации зданий, систем сигнализации и бытовых систем «умный дом».

Характеристики модема IT700:

• тип модуляции: DCSK;
• диапазоны частоты модуляции: 120-400 кГц (FCC/ ARIB Bands), 20-80 кГц (CENELEC Band A), 95-125 кГц (CENELEC Band B), 72-92 кГц (CENELEC Band A2), 65-95 кГц (CENELEC Band A3);
• скорость передачи данных: 1,25…7,5 кбит/с (FCC/ ARIB Bands), 0,625…2,50 кбит/с (CENELEC Band A и CENELEC Band B);
• коррекция ошибок: прямая коррекция ошибок FFC и CRC16;
• чувствительность приемника: 1 мВ;
• динамический диапазон: >98 дБ;
• интерфейсы связи с хостом: UART/ SPI/ I²C/ JTAG/ аналоговый;
• шифрование: AES 128;
• число портов ввода-вывода: 23;
• потребление в режиме приема: 75 мА;
• напряжение питания: 3,3 В;
• диапазон рабочих температур: -40…85 °С;
• корпус: 56-выводной QFN.

Состав отладочного набора Y-Net Package:

• концентратор на базе STK4 (NC, Network Coordinator): 1 шт.;
• узел сети на базе STK4 (RS, Remote Station): 5 шт.;
• диск с ПО: 1 шт.