`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Технологии PowerLine: 200 Mbps по электропроводке

Статья опубликована в №26 (594) от 10 июля

02
голоса

Прежде всего хотим заверить: несмотря на то что заявленные для рассматриваемой нами технологии 200 Mbps вдвое больше, чем показатель производительности сети на базе классической витой пары, дальнейшей судьбе Fast Ethernet ничто не угрожает. Впрочем, кроме ситуаций, когда прокладка 100 Base-TX окажется невозможной или экономически нецелесообразной. Именно в этом случае точкой доставки входящего трафика стоит сделать ближайшую электророзетку. По результатам предварительного тестирования, в отличие от PowerLine-устройств предыдущих поколений, обеспечиваемые новыми мостами Ethernet-to-PowerLine полоса пропускания и качество обслуживания окажутся вполне достаточными и для транслируемых в пределах квартиры/коттеджа мультимедийных потоков, привередливых к QoS, и для онлайновых игр, а также для обеспечения рабочих потребностей (включая VoIP-сервисы) малого офиса с несколькими ПК.

Именно первое впечатление о появившихся в Украине устройствах третьего поколения стало поводом для очередного (ko.itc.ua/13524, ko.itc.ua/23231) обращения к теме передачи данных по электросетям.

Несомненно, одной из главных проблем, препятствующей массовому распространению сетей PowerLine, до недавнего времени оставалась относительно низкая скорость и достаточно серьезные ограничения по ее наращиванию, что связано с технической сложностью организации обмена по электропроводке. Поэтому в гонке с витой медной парой данная технология обречена на аутсайдерство: когда нормой стали сети 100 Mbps, наиболее массовая стандартизированная технология HomePlug 1.0 едва дотягивала до 14 Mbps (PHI). Ответом на «ускорение» медного Ethernet на порядок стало достижение пропускной способности в среде передачи 85 Mbps. Сегодня, когда практически каждая современная материнская плата оснащена сетевым интерфейсом 1 GbE, а на горизонте четко определились перспективы построения сетей 10 GbE (правда, возникает сомнение, сформируется ли в ближайшие годы набор приложений, позволяющий в SOHO и домашних мультимедийных сетях утилизировать столь высокую полосу), в Украине появились первые устройства, преодолевшие барьер в 200 Mbps.

Теперь перейдем от RAW-скоростей к практическим показателям, демонстрируемым на уровне приложения при использовании протоколов TCP и UDP. Фактические результаты сравнения технологий PowerLine с сетями на медной витой паре также явно не в пользу последней. Если в качестве объекта для сопоставления в этой «гонке за лидером» выбрать WLAN, то и в этом случае ни о каких доминирующих позициях по скоростям обмена говорить тоже не приходится. Ситуация, когда они шли нога в ногу, в последнее время изменилась в связи с массовым появлениям беспроводных устройств, соответствующих черновой версии 802.11n (см. табл. 1).

Вторую беду проще всего охарактеризовать крыловским: «Когда в товарищах согласья нет, на лад их дело не пойдет». За последние семь лет создавались, распадались и реорганизовывались различные комитеты, ассоциации, рабочие группы по стандартизации, большинство из которых либо оказались неспособными выработать стандарт, либо просто стремились перетянуть одеяло в пользу того или иного чипмейкера.

Один из самых стойких союзов – HomePlug Powerline Alliance. Верность ему и своему девизу «No new wires» в конце прошлого года продемонстрировала компания Intellon, выпустившая в результате своих 15-летних исследований в области передачи данных по электропроводке (а также через коаксиальные телевизионные кабели) чип INT6000, соответствующий спецификации HomePlug AV 200 Mbps (PHY). Заметим, что для него по стандарту заявлены шифрование по алгоритму AES128 и механизм обеспечения качества обслуживания.

Испанский чипмейкер DS2 (Design of Systems on Silicon) в соответствии со спецификацией альянса UPA (Universal Powerline Association) разработал микросхемы для трансляции видео в HD, HD IPTV, доставку и распределение входящего в дом трафика. Ее продукт позволяет реализовать концепцию triple play, и для него также заявлено о преодолении барьера в 200 Mbps.

Еще один участник данного процесса – Open PLC European Research Alliance, организация, поддерживаемая Евросоюзом и UPA, предложила свою спецификацию, основанную на технологии DS2 от Diseño de Sistemas en Silicio. Проект вступил во вторую фазу, и первый черновик второй версии спецификации OPERA, датируемый июнем 2007 г., доступен на сайте www.ist-opera.org.

На отечественном рынке несколькими вендорами уже предлагаются высокоскоростные устройства, построенные на обоих вышеупомянутых чипах. В нашем ознакомительном материале, целью которого стало пробное тестирование и составление мнения о предлагаемых изделиях, достижения первого лагеря представляла пара мостов Ethernet-to-PowerLine в исполнении от ZyXEL. Для предварительной оценки возможностей по второму варианту развития мы воспользовались продукцией Netgear, по своему внешнему виду напоминающей несколько увеличенный сетевой адаптер питания. Кроме того, в знакомстве приняли участие инженерные образцы на чипах от Intellon, предложенные нам в продукте Dynamix.

Распаковал, подсоединил, забыл

Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке
Конструктивной особенностью инженерных образцов Dynamix PowerLine 200M Ethernet Bridge является применение микровентилятора, благодаря которому удалось уменьшить габариты устройства. Утилита из данного комплекта поставки не отличается простотой, однако ее возможности по анализу и тонкой настройке соединения – исключительны

Принципиально для выполнения функции медиаконвертера-моста какое-либо программное обеспечение не требуется. И вероятнее всего, как и указано в подзаголовке, в подавляющем большинстве случаев сценарий инсталляции устройств для организации домашних PLC-сетей будет выглядеть довольно просто. Собственно, убедиться в этом – одна из целей, поставленная нами при знакомстве с тремя первыми высокоскоростными моделями от Dynamix, Netgear и ZyXEL, появившимися на отечественном рынке.

Условия тестирования предполагали парное включение приборов в различные сегменты электропроводки. Измерения скорости проводились с помощью пакета IxChariot в типовом двухточечном варианте. PowerLine-мосты подключались «в разрыв» соединения с гигабитовым коммутатором одного из ПК. К этому же коммутатору был подключен второй узел с запущенным на нем клиентом IxChariot EndPoint, а также компьютер, исполняющий роль консоли-монитора.

Первая группа тестов с несколько видоизмененным скриптом High_Performance_Throughput.scr (для увеличения времени набора и получения статистически достоверных результатов оказалось необходимым увеличить количество повторов закачки до 500. Таким образом, в одном направлении суммарный объем передаваемых данных составил около 5 GB) проводилась при непосредственном включении адаптеров в гнезда одного удлинителя. Для пары устройств от ZyXEL пиковая скорость при однонаправленном обмене составила 70,7 Mbps, при встречном двунаправленном – 67,9 Mbps. Кривая обмена характеризовалась мощным стартом с несколько боóльшими, чем в среднем, значениями и достаточно высокой «изрезанностью» кривой трафика. Затем наступала определенная стабилизация на уровне 33/34 Mbps (загрузка файлов навстречу), сохранявшаяся до конца этой серии тестов.

Примерно такие же (32,5/ 35,6 Mbps) результаты (единственное – без явно выраженных колебаний производительности) были получены и для пары адаптеров от Dynamix. Интересно, что в процессе обмена переход из режима «холостого хода» к полной нагрузке можно было отследить и по незначительному изменению частоты вращения микровентиляторов: меньшие, чем у остальных тестируемых устройств, размеры и масса достигнуты вендором за счет реализации схемы активного охлаждения электронной начинки.

Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке
В гнездах удлинителя Netgear HDX101 претендует сразу на 2-3 позиции, что, вероятно, связано необходимостью рассеивания выделяемого тепла. ПО характеризуется простотой и одновременно – достаточной функциональностью.

Неожиданно слабо в данной серии проявили себя мосты от Netgear. Их работа при близком расположении характеризовалась едва ли не самыми низкими за весь период знакомства показателями производительности сети, организованной поверх электропроводки – 23,9/23,6 Mbps. Не беремся утверждать, стало ли это проявлением специфики реализации входных цепей адаптеров HDX101 либо особенностью работы процессора от DS2 (остальные устройства, как впоследствии подтвердилось, выполнены на разных версиях чипов INT6000 от Intellon). Однако в следующей серии тестов, проводимых при разнесении мостов ориентировочно на 10 м, им удалось полностью реабилитировать себя: средняя скорость обмена составила 31,1/30,8 Mbps. Тем не менее рекорд снова остался за ZyXEL: в среднем – 36,7/37,1 Mbps, максимальная же суммарная производительность, характеризующая возможности по утилизации данной среды обмена, – 81,6 Mbps. Замечено также, что даже на таком относительно небольшом расстоянии у всех моделей несколько возросла продолжительность установления начальных договоренностей: приблизительно с 2 до 4 с.

В этих же условиях проводился и тест на возможность совместной работы между адаптерами на чипе INT6000: все они на встречном обмене продемонстрировали стабильные 31,2/31,2 Mbps.

Следующая тестовая конфигурация воссоздавала ситуацию, когда расстояние между устройствами увеличилось до 15 м, причем одно из них включалось в «защитный сетевой фильтр-удлинитель». В кавычки последний заключен в связи с тем, что его фильтрующие возможности (как, впрочем, и подавляющего большинства недорогих подобных устройств) определялись лишь наличием на клеммах розеток двух конденсаторов, а защитные – варистором.

На такое изменение условий пара от ZyXEL отреагировала снижением средней производительности – до 58,6 Mbps, кроме того, наблюдалось несколько явно выраженных и не связанных с изменением ситуации провалов на 10–15%. Отчетливо проявилась и тенденция постепенного набора скорости с начальных пиковых 59 до 65 Mbps после десятка минут обмена. Более равномерный характер изменения трафика и лучший результат в серии зафиксированы у пары от Netgear.

В следующей конфигурации к пятиметровому фильтру-удлинителю добавился протяженный дополнительный сегмент проводки, достаточно неблагополучный с точки зрения помех. Одно из устройств, участвующих в парном тесте, переключалось в розетку «силовой сети», к которой подсоединены нагреватели, кондиционеры, электрочайники, микроволновая печь, холодильник и прочие бытовые приборы. Таким образом, сигналу предстояло преодолеть 50–70 м, причем на его пути было несколько выключателей-автоматов. Надо признать, что именно здесь нас ожидал первый сюрприз – пытаясь понять, почему снижение производительности оказалось непропорционально меньше (!), чем в тестах устройств по технологии HomePlug 1.0, мы установили, что с момента прошлых испытаний в силу перекоммутации питающей сети устройства вообще оказались включенными в разные фазы.

Ответ нашелся в документах разработчика чипов INT6000 компании Intellon. Действительно, для устройств технологии HomePlug, уже начиная с версии 1.0, в отличие от низкочастотных узкополосных систем, межфазное включение приборов даже при отсутствии на их пути счетчиков электроэнергии (в которых, кстати, имеется токовая катушка, существенно ослабляющая сигнал) принципиально возможно. С точки же зрения результирующих скоростей наличие связи имело больше теоретическое, чем прикладное значение. По опыту предыдущих тестирований, и без того невысокая скорость снижалась на порядок. Тогда устранить данную неприятность удалось относительно легко – было достаточно между используемыми фазами организовать емкостной мостик из конденсаторов, рассчитанный на определенное напряжение. Однако такой прием требует от владельца соответствующей квалификации и навыков работы с электросетью. С HomePlug AV все выглядит оптимистичнее – диапазон частот, занимаемый устройствами, несколько расширился (приблизительно до 1,8–30 MHz), в технологию внесены некоторые изменения, на новых чипах улучшены алгоритмы обработки и их реализация. Предполагаем также, что определенную роль в данном случае сыграл и характер прокладки проводки: на протяжении десятка метров фазы соседствуют друг с другом. Тем не менее наше предварительное знакомство дает основание утверждать, что при обмене все тестируемые устройства действительно позволяют преодолеть кросс-фазный барьер, причем с неплохими показателями – со снижением производительности всего в 1,7...3 раза (и примерно таким же ростом числа ошибок на PHY-уровне) при явном лидерстве в данном соревновании продукта Netgear – 18,2/19,0 Mbps.

Еще один, скорее качественный, чем количественный эксперимент, был проведен с одновременным участием двух пар на различных чипах. Признаемся, наслушавшись заявлений о грядущей совместимости двух наиболее выраженных тенденций развития Powerline, лоббируемых HomePlug Powerline Alliance и Universal Powerline Association, мы были откровенно разочарованы результатами: в лучших условиях для работы каждой из пар при разных идентификаторах сети было продемонстрировано всего 8,5 (пара ZyXEL) и 10,3 (пара Netgear) Mbps.

Для чего нужно ПО?

Последний эксперимент потребовал знакомства с поставляемым в комплекте программным обеспечением – ведь именно с его помощью предполагается изменять идентификатор сети (сетевой пароль), являющийся также ключом для постоянно задействованного механизма шифрования данных. Эта процедура рекомендуется также с точки зрения обеспечения безопасности соединения. Небольшой совет: при настройке параметров удаленных адаптеров HomePlug AV потребуется знание так называемого DAK-кода (Device Access Key, не путать с MAC-адресом устройства), который рекомендуется предварительно списать с наклейки на внутренней стороне (особенно для физически недоступных на этот момент мостов). На упаковочной коробке он не указан, и для устройств, исполненных в виде адаптеров, без отключения от розетки с последующим разрывом соединения и реконфигурацией PowerLine-сети (и «перевыбором» Central Coordinator или Master-устройства) не обойдется.

Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке Технологии PowerLine 200 Mbps по электропроводке
Утилита от ZyXEl PLA 400 Kit – наиболее лаконичная и в данной версии не позволяет проводить настройки QoS. Тем не менее, в оценочных тестах при различных типах трафика ему удалось неплохо проявить себя

Наиболее аскетично ПО от ZyXEL (тем не менее, потребовавшее для своей работы предварительной установки старой .NET Framework 1.1). Как и другие утилиты, кроме изменения сетевого пароля, она позволяет проводить сканирование электросети на предмет существования в ней устройств, выполненных по аналогичной технологии, а также отображать информацию о максимально возможных PHY/RAW-скоростях приема и передачи. Первое, согласно описанию, характеризует скорость пакетного обмена (например, IP-трафика) без учета коллизий, а значение RAW отражает потенциал устройств и непосредственно самой среды по скорости обмена «сырыми» PowerLine-пакетами. Третья закладка утилиты дает возможность обновить микрокод. Найдя на сайте более свежую версию утилиты (v.1.1.0) и прошивки, чем имеющиеся, мы повторили боóльшую часть тестов. Продемонстрированные парой в первых двух тестовых ситуациях результаты незначительно улучшились (например, с 36,7/37,1 до 36,9/ 37,4 Mbps). Изменился также характер набора скорости: он стал динамичнее, хотя ее колебания и несколько возросли.

Конфигурационная утилита для Netgear HDX101 (ее инсталляция потребовала наличия WinPCap v.3.1), кроме вышеперечисленных возможностей, имеет отдельное окно для настройки параметров качества обслуживания. По умолчанию всем типам трафика сети на данных адаптерах присвоен одинаковый приоритет. Однако мультимедийные приложения для обмена вместо характерного для загрузки файла TCP, как правило, базируются на протоколе UDP. Для передачи этого типа пакетов в реальном времени возникает необходимость в его выделении на фоне сетевой активности других приложений, которое устанавливается в окне утилиты QoS. Имеется группа расширенных настроек, а также могут быть назначены приоритеты в соответствии с 802.1p (Уровень 2), восьми типов правил TOS (Type Of Service) и одного из 64 значений DSCP (Differential Services Code Point) для Уровня 3 базовой модели. Кроме того, в утилите предусмотрен пункт, позволяющий указать на наличие в сети адаптеров типа XE102, XE104, точки доступа PowerLine-Wi-Fi WGS102 и необходимости совместной работы с ними HDX101.

С точки зрения возможностей ПО в выигрышной ситуации оказался комплект оборудования PowerLine от Dynamix, который поступил к нам в виде инженерного образца. Не уверены, что прилагаемая утилита дойдет до конечного потребителя неизменной, подобный серьезный инструмент скорее необходим разработчику или квалифицированному тестеру приборов на базе одной из версий чипа INT6000. Тем не менее благодаря ее функциональности и достаточно подробному описанию стали понятны многие тонкости работы сетей HomePlug AV. Так, окно Connection Information позволило собрать детальную статистику для выбранного или одновременно всех устройств на передачу и прием. С помощью закладки QoS можно уточнить способ определения приоритетов. По умолчанию в адаптере включена поддержка качества обслуживания на основе VLAN, Ethernet-кадры которого маркированы согласно стандарту IEEE 802.1p, и предоставляется управление алгоритмом преобразования восьми уровней в четыре приоритета канального доступа Channel Access Priority (CAP 0...CAP 3), реализованные в рамках данной технологии. Аналогичным образом можно назначить соответствие CAP битам TOS, причем при одновременном включении обоих механизмов теги VLAN имеют боóльший вес. Для пакетов, не содержащих тегов TOS и VLAN (или при отключении этих правил) можно поэкспериментировать с CAP для персональных, широковещательных/групповых и IGMP-управляемых групповых потоков. Кроме того, можно варьировать определением TTL для каждого из пакетов, попадающих в буфер PowerLine-устройства.

Выводы

Результатами нашего знакомства с PowerLine-устройствами со скоростью обмена до 200 Mbps (PHY) и порядка 80 Mbps (на уровне приложений) в неприспособленной для этого физической среде электропитания мы вполне удовлетворены. И оба ведущих идеолога, и вендоры хорошо поработали над совершенствованием технологий передачи и ее практическим воплощением, и за время, прошедшее с нашего предыдущего материала, им все же удалось добиться существенного прироста сетевой производительности, востребованной домашними медиаприложениями. Лишь два момента вызвали у нас определенную настороженность: достаточно высокое тепловыделение представленных на тестирование изделий и стоимость, существенно превышающая таковую для устройств Fast Ethernet. Хотя вряд ли стоит ожидать парада демпинговых цен на модели на базе сложной, наукоемкой и сравнительно скромно продвигаемой технологии, занимающей по числу реализованных портов рыночную долю в единицы процента. В тех же случаях, когда прокладка стандартной витой пары невозможна либо нецелесообразна, высокоскоростной обмен по сети питания вполне может стать и дополнением, и альтернативой беспроводным сетям.

Таблица 1. Ориентировочные характеристики пропускной способности WLAN- и PowerLine технологий
Технология Канальная (PHY) скорость, Mbps Фактическая скорость обмена (TCP), Mbps Сфера использования
Wi-Fi по 802.11b 11 3–5,5 Интернет, обмен мелкими файлами
PowerLine 14 Mbps 14 4,5–6
Wi-Fi по 802.11g 54 10–25 Интернет, потоковое вещание аудио и видео, обмен мелкими файлами
PowerLine 85 Mbps 85 15–25
Wi-Fi по 802.11n 270–300 40–100 Интернет, потоковое вещание аудио- и видео-HD, обмен большими файлами
PowerLine 200 Mbps 200 30–80
02
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT