Комплект Shiro HomePlug Ethernet HL100E – компьютерная сеть в сети 220 вольт

Введение
Обычно редко случается, что совершенно новая технология попадает к потребителю сразу в удобоваримом виде. Тем более приятным сюрпризом стало появление в нашей тестовой лаборатории пары новеньких сетевых адаптеров под маркой Shiro. 😉 Не сочтите за розыгрыш – в данном случае под «сетевым адаптером» понимается не блок питания чего-то от сети переменного тока 110/220 вольт (то есть преобразователь напряжения) и даже не сетевая карта для компьютера. А нечто иное, хотя и похожее – преобразователи для организации компьютерной сети Ethernet по проводам силовой электросети переменного тока 110/220 вольт. И поэтому если Вы далее в этой статье будете встречать слово «сеть», постарайтесь каждый раз соотноситься с контекстом, чтобы не путать одну сеть с другой 😉 и не дай бог не подключить сетевую карту компьютера напрямую в розетку 220 вольт. 🙂
Альянс HomePlug Powerline
С появлением домашних компьютеров и небольших фирм, часто меняющих помещения своих офисов (особенно в условиях нестабильной российской аренды), вопрос дешевой организации компьютерной сети «подручными средствами» встал достаточно остро – специально прокладывать витую пару в каждую комнату своего дома (или офиса, готового в любой момент сорваться «в путь») решится далеко не каждый, а беспроводные технологии появились не так давно и пока достаточно дороги. Вместе с тем, примерно с 2000 года известно оригинальное решение от некоммерческого (то есть не преследующего целей получения прибылей – по типу альянса для другого последовательного интерфейса www.SerialATA.org) промышленного альянса HomePlug Powerline Alliance (см. здесь), которое позволяет достаточно оригинально и недорого решить эту проблему путем организации компьютерной сети по проводам силовой электросети, то есть использовать уже готовую «проводную» инфраструктуру, которая изначально присутствует в любом современном помещении. К тому же, приборы, требующие сетевого подключения, уже, как правило, подключены к электросети.


HomePlug Powerline Alliance со штаб-квартирой в городе Сан-Рамон, Калифорния, представляет многие ведущие компании, работающие на рынке сетевых решений для дома – как разработчиков, производителей железа и программ, так и распространителей и розничные сети, а также службы доставки потребительского контента. Альянс отвечает за выработку и утверждение спецификаций на данную технологию с учетом низкой стоимости и высокой скорости передачи данных (первый такой стандарт вышел в июне 2001 года), контроль за совместимостью решений, популяризацию данных решений на рынке, перспективами ее развития и применения в домашних условиях, особенно в свете повышения интереса к концепции цифрового дома. Например, в 2003 году уже 35 миллионов пользователей по всему миру применяли устройства HomePlug, и повышение «плотности» компьютеров в каждом доме будет только способствовать их распространению.
Еще одним потенциальным плюсом технологии HomePlug является возможность подключения компьютера к сети в любом месте дома – например, имея такой адаптер, Вы можете подключить свой ноутбук к домашней Ethernet в любом месте, где есть электрическая розетка – хоть в спальне, хоть в гараже. 🙂 То есть фактически можете почти свободно перемещаться в пределах помещения и использовать одну и ту же розетку как для подпитки аккумуляторов ноутбука, так и для выхода в Интернет. Более того, например, домашний сетевой принтер или МФУ (принтер+факс+копир) тоже может использовать такое подключение, а связь можно организовывать и между соседними помещениями, если они не «развязаны» друг от друга по электросети (то есть находятся в пределах одной трансформаторной подстанции). Альянс также предлагает использовать технологию HomePlug для цифровой телефонии и доставки мультимедиа-контента потребительским устройствам (тем же домашним кинотеатрам и аудиоцентрам), автоматизации взаимодействия домашней бытовой техники (и охранных систем), то есть использовать домашнюю электросеть вообще для всех электронных коммуникаций внутри дома, исключив все остальные кабели!


Альянсом ведется работа как по разработке более скоростных решений, так и по улучшению функциональных возможностей таких подключений. Для подобных систем разрабатываются специальные микросхемы (кремниевые чипы), протоколы и программы. На данный момент известно уже достаточно много продуктов именитых производителей, сертифицированных альянсом – их список постоянно обновляется и доступен по ссылке.
В принципе, адаптеры, использующие подобные технологии, уже не первый раз появляются на российском рынке, но, как ни странно, особой популярности у нас они до сих пор не снискали. Возможно, Shiro HomePlug HL100E будет успешнее.
Технология HomePlug 1.0
Адаптеры Shiro HomePlug Ethernet HL100E и другие подобные используют относительно молодую технологию HomePlug. За подробностями по этой технологии можно обратиться к сайту HomePlug Powerline Alliance (см. здесь) и техническим статьям (например). Вкратце отметим, что данная технология позволяет использовать инфраструктуру электросетей переменного тока с частотой 50/60 Гц для организации связи между компьютерами посредством специальных адаптеров-преобразователей.

Одной из проблем при использовании обычной электросети 50/60 Гц для передачи высокочастотных сигналов является наличие неконтролируемых шумов и помех от импульсных нагрузок (моторов, галогенных ламп, преобразователей питания и пр.), а также непредсказуемый высокочастотный импеданс линии. В результате, высокочастотные сигналы в таких линиях могут сильно искажаться и ослабляться. Поэтому ряд предыдущих попыток организации такой передачи данных потерпели неудачу. Однако постепенный прогресс в проектировании специализированных микроконтроллеров и технике обработки сигналов сейчас позволяет создать системы, способные преодолеть эти и другие трудности, будучи при этом весьма недорогими. Вместе с тем, еще остаются вопросы, насколько хорошо технология HomePlug совместима с различными электросетями во всем мире в зависимости от географического положения, возраста и размера дома. Стандарт HomePlug 1.0 решает многие проблемы высокочастотной передачи сигналов по электросети путем использования адаптивного подхода для надежной передачи данных, обнаружением и коррекцией ошибок (forward error correction, FEC), перемешиванием данных и автоматическим повтором запросов (ARQ – automatic repeat request).

Физический слой HomePlug использует известную технику ортогонального частотного деления (OFDM – orthogonal frequency division multiplexing), — основу современной DSL-связи и ряда беспроводных коммуникаций (в частности, IEEE 802.11). Основная идея OFDM в том, чтобы поделить доступный частотный спектр на несколько узких (ортогональных) подзон, по которым передавать сигналы с относительно низкой скоростью, но в сумме получить более высокую скорость. Каждая из подзон спектра может модулироваться (для передачи данных) различными способами, причем для технологии HomePlug используются 84 равных подзон в частотном диапазоне от 4,5 до 21 МГц. Техника циклической приставки (cyclic prefix) и дифференциальная модуляция (DBPSK и DQPSK) используются, чтобы полностью исключить необходимость выравнивания полос. Влияние импульсных шумов устраняется посредством FEC, некоторые особо критичные участки пакетов кодируются особым образом. Для устранения влияния физического канала передачи (по амплитуде и фазе) HomePlug использует адаптивный подход, где, помимо модуляции и FEC, используется локализация тона (tone allocation), когда наиболее сильно искажаемые участки спектра исключаются из работы, что повышает эффективность выбора вида модуляции (для HomePlug используются виды DBPSK 1/2, DQPSK 1/2 и DQPSK 3/4). В результате, скорость передачи данных в канале резко повышается.

Логический слой (MAC) технологии HomePlug призван обеспечить домашние компьютерные сети всем необходимым для выполнения разнообразных приложений – от простой передачи файлов до высококачественной QoS, Voice-over-IP и потокового мультимедиа-контента. HomePlug работает с фрэймами формата IEEE 802.3, что существенно облегчает его интеграцию с традиционным Ethernet. В процессе передачи HomePlug добавляет к этим Ethernet-пакетам кодирование и другую «служебку», а сегментирование используется, если полный пакет не может войти в один фрэйм. Формат фрэймов для HomePlug показан на рисунке.


В качестве обеспечения безопасности передачи данных по каналам связи в HomePlug используется 56-битное DES-шифрование.

Очевидно, что скорость передачи для HomePlug может быть измерена на трех разных уровнях: на физическом, на уровне MAC и на уровне протокола TCP. Теоретически возможные скорости передачи для каждого из этих уровней при различных условиях представлены в таблицах ниже.


Таким образом, максимальная «физическая» скорость HomePlug может достигать почти 14 Мбит/с, тогда как по TCP возможности ограничены на уровне 6,2 Мбит/с, что не так уж плохо по сравнению с другими распространенными средствами сетевого обмена в домашних условиях.


В результате «полевых» испытаний HomePlug в пятистах домах США и Канады и на 7000 линков получены данные, что 77% таких линков обеспечивают скорость передачи свыше 5 Мбит/с на MAC-уровне (большинство из них – даже 7,5 Мбит/с), и 98% линков имеют скорость свыше 1,5 Мбит/с на MAC-уровне. Что ж, попробуем проверить это на практике в российских условиях. 😉 Но сперва познакомимся с самим адаптером Shiro HL100E.
Адаптер Shiro HomePlug Ethernet HL100E
Встречаем, как водится, по одежке. В картонной коробке,


на которой «живописаны» сцены различных вариантов применения её содержимого,


мы находим брошюрку Easy Start Manual, диск с конфигурационной утилитой, этим же мануалом в электронном виде и файлом с FAQ, двумя Ethernet-кабелями и, собственно, парой HomePlug Ethernet Adapter.


Последние представляют собой фактически два обычных сетевых (в смысле электропитания) адаптера от какого-нибудь хаба или сотового телефона,


только шнурочек, тянущийся там к устройству, напрочь отсутствует, а на нижнем торце адаптера имеется необычно смотрящийся здесь разъём RJ45 и целых три светодиода.


Адаптеры выполнены из модной нынче карамельной пластмассы цвета морской волны. Изготовителем на коробке значится фирма Shiro, хотя, по сути, это OEM-ная продукция Aztech System Ltd. – см. здесь.


Внутренности HL100E на «непросвещенный» взгляд смахивают на «сетевой адаптер» — большой низкочастотный трансформатор, выпрямитель с силовыми диодами и большими электролитическими конденсаторами фильтра, отдельная платка с управляющей электроникой…


Однако в основе устройств лежат «сетевые» чипы Kendin KS8721B AutoMDI/MDIX 10/100 Ethernet PHY для Ethernet интерфейса и Intellon INT52MX Simple PowerPacket Module, отвечающий за «магию» работы с электросетью.


Технические характеристики адаптеров Shiro HL100E приведены в таблице 1.


Установка, настройка и функционирование
Установка оборудования легка до необычайности – достаточно лишь осуществить подключение Ethernet-кабеля к устройствам и воткнуть сами устройства в розетки – никаких драйверов или шаманства с настройками не потребуется. Что выгодно отличает его от перегруженного аббревиатурами WiFi– название технологии, таким образом, звучит совершенно оправданно, домашнему пользователю незачем вникать в тонкости протоколов.
Кстати, адаптер Shiro HL100E можно напрямую подключать к Ethernet-порту ADSL-модема или обычного модема, а также к беспроводной точке доступа!


В результате, полезность и гибкость таких сетевых решений резко повышается.

Такая простота, однако, имеет свою оборотную сторону – электросети, выступающие здесь в качестве среды передачи, вещь общедоступная, что заставляет озаботиться конфиденциальностью данных в своей домашней сети. Первым на пути утечки Ваших секретов встаёт естественный барьер – рабочая зона, как видно из таблицы, не очень велика (до 450 квадратных метров), и в условиях «одноэтажной Америки» домовладельцам вообще вроде бы нет причин для беспокойства, однако в типичных условиях российской мегаполисной многоквартирной застройки может оказаться, что Вы вещаете сокровенное на все соседние квартиры. И тут на помощь приходит 56-битное шифрование – при помощи аскетичной PowerPacket Configuration Utility Вы легко сможете установить сетевой пароль.


Первая вкладка утилиты отображает список MAC-адресов устройств, подключённых к Вашему ПК и качество связи:


На второй вкладке видны MAC-адреса братских устройств, находящихся в пределах досягаемости, и текущее значение скорости обмена данными:


Собственно настройки безопасности находятся на вкладках Security и Advanced. На первой из них мы можем установить пароль для того устройства, через которое мы собственно подключены. При этом надо учитывать, для установления связи все устройства должны иметь один и тот же пароль.


На вкладке Advanced мы можем установить пароли для всех устройств, которые хотим объединить в сеть. Для этого требуется поочередно ввести их уникальные идентификаторы.


Использование электросетей ставит также вопрос ЭМС – насколько новая технология окажется, с одной стороны, устойчивой к электромагнитному безобразию, подчас творящемуся за нашими розетками, и, с другой стороны, не примет ли HomePlug в нём деятельное участие?

Наше всестороннее тестирование – включение всей мыслимой техники, как-то: сервер, стиральная машина, пылесос, старая советская электродрель — в непосредственной близости от подопытных не выявили сколько-нибудь заметного влияния на качество работы пары HomePlug’ов. Сказать «То-то!» японской бензопиле сибирским лесорубам в данном случае не удалось.
Не обнаружилось также обратного воздействия на телевизор и радио – хотя HomePlug и залезает в любительский частотный диапазон, но при спектральной плотности в -80dbm/Hz это вряд ли будет иметь какое-либо влияние, тем более что лишь малая часть этой мощности приходится на излучение.
Зависимость же от расстояния действительно оказалась существенной – если при изменении расстояния с 10 до порядка 30 метров (кто знает, как там эту проводку наши непредсказуемые электрики укладывали) скорость соединения на соответствующей вкладке PowerPacket Configuration Utility начинала скакать от 10 до максимальных для стандарта 14 Mбит/c, то при увеличении электрического пути метров до 50 устройства переходили в режим работы «видит око, да зуб неймёт», т.е. присутствие брата по разуму в сети HL100E чувствовал, но договориться с ним о совместных действиях не мог.
Тестирование производительности
При тестировании производительности использовалось следующее оборудование:
настольный (DeskTop, DT) с материнской платой GA-8GPNXP Duo/ P4 Prescott 3,2 Ггц/1 Гбайт DDR2 SDRAM/ 200 Гбайт SEAGATE ST3200826A;
ноутбук Roverbook W510L (NoteBook, NB) в стандартной конфигурации
Для оценки трафика использовался пакет NetIQ Chariot, Version 5.9 (3186) с шаблоном Throughput.scr и настройками по умолчанию. Время продолжительности тестирования выставлялось на 30 секунд. Кроме того, для проверки результатов использовалось созданиечтение файлов с настольного компьютера по шаблонам в расшаренной на ноутбуке директории при помощи программы FC-Test 1.0 build 13.
Результаты тестирования HL100E в NetIQ Chariot сведены с таблицу 2, графики представлены на рисунках.


Скорость связи при длине электропроводки ~10 м и ~30 м.


График скорости связи при длине электропроводки ~10 м и показаниях PowerPacket =14 Mбит/c.


График скорость связи при длине электропроводки ~30 м и показаниях PowerPacket =10-14 Mбит/c.

Как видим, скорости вполне приличные – на уровне 802.11b и 10-мегабитного Ethernet.
Реальные скорости работы через электросеть оценивались при помощи утилиты FC-Test 1.0 на двух шаблонах – создание и последующее чтение из расшаренной на ноутбуке директории одного 400-мегабайтного файла и сотни пятимегабайтных. Результаты тестирования приведены в таблице 3.


Как видим, «файловая» скорость вполне на уровне решений беспроводной связи типа 802.11b и даже более дорогой 802.11g (см., например).
Заключение
«Карамельная» парочка HL100E HomePlug Ethernet Adaptor от Shiro/Aztech оставила самое приятное впечатление. Легкость установки и использования, устойчивость в работе, отсутствие влияния на окружающее оборудование и наоборот – выше всяких похвал. WiFi, нацеленный отчасти на эту же нишу применения, со своей буквенно-цифровой кабалистикой вспоминается как ночной кошмар. «Воткнул — работает» — это то, что как раз и надо домашнему пользователю! И обнадеживает, что в HomePlug Powerline Alliance это хорошо понимают. С учётом того, что у той же Aztech есть уже в запасе более высокоскоростное «Shir’ево!» — модель HL105E (см. здесь), способная «шустрить» на 85 Mбит/c, которых, по идее, должно хватить уже практически для всех домашних сетевых применений, перспективы у новой технологии вполне радужные. Если, конечно, дело не загубят маркетологи – цена за такую пару под 80 долларов не выглядит слишком дружелюбной.

Источник