Redes PLC: uma análise dos motivos da não implantação desta

Redes PLC: uma análise dos motivos da não implantação desta
tecnologia em escala comercial no estado de Minas Gerais
COSTA, André Filipe (1); SOUZA, Douglas Silva (1); VIANA, Bruna Jovita (1);
SANTOS, Carlos José Giudice dos (2).
(1) Formandos do Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores da
Faculdade Pitágoras de Belo Horizonte (JUL./2012).
(2) Orientador da pesquisa e professor do Curso Superior de Tecnologia em Redes
de Computadores da Faculdade Pitágoras de Belo Horizonte (JUL./2012).
Resumo
O desenvolvimento das tecnologias para meio de transmissão de dados vem
trazendo diversos benefícios para a sociedade. Entre essas tecnologias, a Power
Line Communication (PLC) destacou-se como um meio de comunicação viável para
o uso, se comparado à tecnologia Hybrid Fiber Coax (HFC) devido aos fatores
abordados nessa pesquisa. Este estudo tentou identificar os motivos que não
viabilizaram a implantação da PLC em larga escala como alternativa de transmissão
de dados no estado de Minas Gerais. A metodologia utilizada na pesquisa foi
explicativa em relação aos objetivos. A coleta e análise de dados se baseou em
pesquisa bibliográfica. Os resultados apontam como possíveis causas interferências
climáticas, vandalismo, idade da rede, entre outros.
Palavras-chave: PLC (Power Line Communication); HFC (Hybrid Fiber Coax);
Redes Elétricas Inteligentes.
1 Introdução
A Internet teve seu inicio a partir do desenvolvimento da Agencia de Projetos
de Pesquisa Avançada (Advanced Research Projects Agency - ARPA), do
Departamento de Defesa dos EUA e hoje é um sistema de comunicação que atua
em todo o mundo. Segundo Comer (2007, p. 38) “a Internet cresceu de um protótipo
de pesquisa para um sistema global de comunicação que alcança o mundo todo”.
Com o passar dos anos foram desenvolvidos diversas tecnologias, como a
Assymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), a Hybrid Fiber Coax (HFC), a Fiber to
the Curb (FTTC), transmissão via satélite, rádio, Wireless e transmissão através da
rede elétrica.
O desenvolvimento e o aperfeiçoamento das tecnologias digitais têm trazido
inúmeros benefícios e comodidade à nossa sociedade.
Os benefícios são
2
incontestáveis e se traduzem em toda essa integração que temos hoje na chamada
sociedade da informação (CASTELLS, 1999). Neste contexto, as redes de energia
elétrica se apresentam como uma alternativa de acesso à informação, beneficiando
a todos os envolvidos neste processo por meio da tecnologia Power Line
Communication (PLC).
O conhecimento a respeito de novos métodos e técnicas que permitam a
construção e o aperfeiçoamento das tecnologias da informação tem sido um
requisito cada vez mais importante para o técnico em redes, sendo esta uma das
principais justificativas deste trabalho.
Geralmente, aqui no Brasil, uma das tecnologias mais utilizadas para acesso
à Internet é a Hybrid Fiber Coax (HFC). Neste estudo buscamos identificar os
motivos que não viabilizaram a implantação da tecnologia PLC sobre a rede elétrica
já existente.
O objetivo geral da pesquisa foi o de identificar os fatores da não implantação
da tecnologia PLC em larga escala no estado de Minas Gerais, uma vez que,
teoricamente, é uma solução viável posto que a rede de distribuição do sinal está
pronta.
Escolhemos o estado de Minas Gerais para realizar a pesquisa por ser
tratado e observado como um retrato do Brasil. Minas Gerais possui uma população
de aproximadamente 20 milhões e dimensões de 586.520,368 km² (IBGE, 2010),
comparáveis a um país como a França, com 547.660,0 km² (The World Bank, 2012).
O estado conquista a posição de Segundo PIB do Brasil e regiões desenvolvidas no
centro, sul e sudeste do estado, e subdesenvolvidas no norte e nordeste.
Outros motivos pelo qual escolhemos o estado de Minas Gerais é que o
mesmo possui o maior numero de municípios, com 853 (IBGE, 2010) e 774 destes
são atendidos por rede elétrica (CEMIG, 2012).
2 Metodologia da pesquisa
Em relação aos objetivos, esta pesquisa configura-se como explicativa. Na
visão de Gil (2008, p. 47), a abordagem explicativa “[...] tem como objetivo primordial
identificar fatores que determinam ou que contribuem para a ocorrência de
3
fenômenos ’’. Entretanto, o mesmo autor destaca que este tipo de pesquisa é a que
mais aprofunda o conhecimento da realidade.
Em relação aos procedimentos de coleta de dados, optou-se pela pesquisa de
campo, pesquisa bibliográfica e pesquisa documental. Diante da impossibilidade de
prosseguirmos com a pesquisa de campo e documental pela falta de resposta e
apoio por parte da CEMIG, utilizamos a pesquisa bibliográfica tanto para coleta
como para análise de dados.
3 Funcionamento da tecnologia PLC
Sabe-se que desde meados do século 20 já era possível promover a
comunicação entre dois dispositivos através da rede elétrica, ambos funcionando
simultaneamente. Isso ocorre graças a um sistema chamado de Power Line
Communication (PLC).
È um sistema de telecomunicação que opera com rádio freqüência (RF) na
faixa entre 1,7 e 34 com MHz. Utiliza a rede elétrica de distribuição como
meio de transporte para o fornecimento de sinais. [...] A tecnologia PLC de
acesso é um meio de comunicação sobre as redes de média e baixa tensão
(ANEEL, 2007).
A tecnologia PLC transmite sinais através das redes de distribuição de
energia, consolidando-se assim como mais uma opção de conectividade. Para isto,
roteadores devem ser instalados junto aos transformadores de energia nas ruas. Um
decodificador separa a corrente elétrica dos sinais de voz, dados e Internet.
As redes (Hybrid Fibre Coaxial) HFC são aquelas que utilizam cabo coaxial e
fibra óptica para transmissão de dados. Kurose e Ross (2006, p. 21) esclarecem que
os cabos de fibra óptica conectam o terminal aos entroncamentos (nós de fibra) mais
próximos das residências, a partir dos quais são estendidos cabos coaxiais terminais
convencionais até as casas ou apartamentos individuais.
O mesmo autor acrescenta que esta tecnologia se assemelha à Digital
Subscriber Line (DSL), por também necessitar modems especiais, denominados
modems a cabo, que por meio de uma porta Ethernet 10-Base T se conecta ao
computador.
COMER (2007), por sua vez, admite que o HFC utiliza 2 canais distintos para
que haja interação entre os computadores clientes e a rede como um todo,
4
denominados upstream1 e downstream2. Ele afirma ainda que ela usa uma
combinação de multiplexação por divisão de tempo e por divisão de freqüência,
tendo em vista que o meio físico em questão (cabo coaxial) dá este suporte.
Seguindo uma linha estrutural semelhante a do sistema Híbrido de Fibra e
Coaxial (HFC), o PLC também possui uma central física (um equipamento)
denominado de Master PLC, que semelhante à tecnologia anterior, pode ser
entendido como HEAD END3 da rede e que realiza funções de gerenciamento,
distribuição
e
concentração
da
transmissão
das
informações
de
outros
equipamentos secundários, conhecidos como repetidores.
Os demais equipamentos de hardware que compõem este sistema, dentre
outros, são os seguintes de acordo com Santos (2009): Unidades de Terminação de
Cliente (Costumer Premiser Equipment – CPE) ou modems dos usuários;
repetidores ou equipamentos intermediários (de baixa ou média tensão);
equipamentos de concentração; equipamentos de transformador (de baixa ou média
tensão); equipamentos de subestação (High End) e equipamento de Acesso
(unidades de acoplamento).
Zenum et al (2006) relatam que os aspectos de gerenciamento equipamentos,
no sentido mais amplo, ficam a cargo do protocolo Simple Network Manager
Protocol (SNMP), que permite que haja intercomunicação entre eles, dinamizando a
gestão.
A segurança por sua vez, que é um dos pontos mais importantes de qualquer
arquitetura de rede, sendo uma constante preocupação compartilhada por gestores
de rede, também é inserida nesta tecnologia. O principio deste mecanismo se dá por
meio de criptografia, de modo que todas as comunicações entre o PLC Master,
repetidores e CPE's, sejam cifradas. Todo esse processo é feito na camada de
enlace (ZENUM et al, 2006).
Martins (2006) estima que a taxa de transmissão utilizando-se a infraestrutura da rede elétrica para tráfego de dados gire em torno de 200 Mbps,
considerando a distancia de 300 metros entre a célula PLC (transformador) e os
usuários, inclusive, com possibilidade de suporte ao VOIP e à IPTV. O autor expõe
1
Upstream: trafego de dados do computador para a internet.
Dowstream: trafego de dados da internet para o computador.
3
Head End: Central de recepção, processamento, geração e transmissão de sinal para assinantes de TV por
assinatura, via sistemas de cabo e MMDS (Serviços de Distribuição Multiponto Multicanal).
2
5
uma visão comparativa entre ela e o HFC, cuja distância neste mesmo cenário é de
500 metros.
4 Iniciativas de implementação de redes PLC no Brasil
Alguns autores referem-se à tecnologia PLC por meio da expressão Smart
Grid. É o caso de Falcão (2006, p. 3), outro pesquisador do assunto, que a define da
seguinte forma;
A expressão Smart Grid deve ser entendida mais como um conceito do que
uma tecnologia ou equipamento específico. Ela carrega a idéia da utilização
intensiva de tecnologia de informação e comunicação na rede elétrica,
através da possibilidade de comunicação do estado dos diversos
componentes da rede, o que permitirá a implantação de estratégias de
controle e otimização da rede de forma muito mais eficiente que as
atualmente em uso.
Dentro do contexto nacional, o mesmo autor ressalta que “[...] a Eletropaulo,
concessionária de energia elétrica, estabeleceu um plano de negócios para Smart
Grid, cobrindo aplicações em subestações, redes, transformadores, medição
eletrônica e recomposição automática”[...], Acrescenta ainda que a Light, outra
concessionária, está implementando um sistema AMR4 para 150 mil clientes.
Finalmente ele conclui que em Minas Gerais, a Cemig vem desenvolvendo uma
iniciativa estratégica com vistas à busca de novo patamar tecnológico para o sistema
elétrico baseada na tecnologia IntelliGrid, desenvolvida pelo EPRI5. Assim, o autor
tenta demonstrar que as empresas acreditam no potencial desta nova tecnologia, e
estão dispostas a investir nesta infra estrutura tecnológica. Sobretudo, ele defende a
idéia deste mesmo sistema ser auto recuperável e possível de ser gerenciado de
modo centralizado.
5 HFC x PLC: Vantagens e desvantagens
A opção mais comum para transmissão de dados são as redes HFC, que são
redes de acesso à banda larga que utilizam a fibra óptica e cabos coaxiais para
transmissão de dados, que também são usados para a transmissão de TV por
assinatura. A fibra óptica faz com que possa ser oferecida uma maior largura de
4
AMR: Automatic Meter Reading - é um sistema de coleta automática de dados de medidores de energia e
transferência para um sistema centralizado de processamento de dados.
5
EPRI: Eletric Power Research Institute - Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica dos EUA.
6
banda à grande demanda de usuários. Nesse sentido as empresas vendem o
acesso à internet via cable modens, que faz interface entre a Internet e o usuário.
Uma infra-estrutura de cabeamento coaxial e amplificadores unidirecionais
não poderiam atender aos requisitos de uma grande e crescente base de
assinantes para canais de TV adicionais. Sendo assim, as operadoras de
serviços a cabo começaram a instalar troncos de fibras ópticas, que eram
roteados até as áreas residenciais, para oferecer maior largura de banda a
áreas individuais dentro de locais que seriam então conectados à infraestrutura coaxial existente (TANENBAUM, 2003, p. 56).
A rede PLC, por sua vez, leva vantagem em relação ao sistema HFC, em
relação à distribuição do sinal, já que possui uma vasta malha elétrica de milhares
de quilômetros dentro do território brasileiro, o que de certo modo, pode torná-la
muito mais atraente (PASCHOALINO; LOUREIRO, 2007).
O meio físico que está a disposição para o uso desta nova tecnologia,
conforme já expusemos é relativamente abundante. Contudo, a malha elétrica é um
meio físico extremamente hostil para o sinal de dados em razão dos níveis de ruídos
e das interferências geradas no sistema elétrico. Neste sentido, Santos (2009)
esclarece que o motivo que infere esta dificuldade são as propriedades físicas da
rede elétrica. O fato de ser compartilhada acaba por expor os dados a ruídos, perdas
e irradiação de freqüências transmitidas em linhas abertas, inerentes a outros
dispositivos,
inclusive
domésticos,
como
furadeiras,
secadores
de
cabelo,
aspiradores de pó, entre outros. Como forma de reduzir os impactos em função
destas características do meio físico é necessário que seja aplicado um mecanismo
de modulação como o Ortogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), além de
mecanismos de correção de erro como o Fordward Error Correction (FEC) e o
Automatic Repeat reQuest (ARQ).
Possuindo baixa capilaridade e definida como de mais difícil implementação,
o HFC pode ter um custo maior em razão destas premissas. No entanto, ela é imune
a interferências e agrega grande largura de banda. Martins (2006) acrescenta que
no caso do PLC os custos podem se tornar menores, em função da sua
capilaridade. Todavia, vale salientar que neste caso o meio utilizado está exposto a
interferências conduzidas e irradiadas variações de impedâncias, além da distância
ser razoavelmente menor entre o usuário e a última milha, o que pode
necessariamente precisar de dispositivos mais sofisticados para que o sinal trafegue
com uma qualidade suficientemente boa ao usuário final. Essa medida certamente
7
pode impactar diretamente dos seus custos, não deixando evidentemente claro qual
é a mais viável de ser implementada em função dos custos.
Entretanto, o PLC, como todas as outras tecnologias, possui seus pontos
negativos, apontados por diversos autores como empecilho para a definitiva
implantação e/ou desenvolvimento do serviço em larga escala. Neste sentido,
Archangelo (2009, p. 2) esclarece:
As redes de energia elétrica na maior parte do país não foram concebidas
para transmitir dados da maneira proposta, não atuam como a comunicação
de cabos coaxiais ou fibras óticas. As fiações são vulneráveis, as redes são
antigas, mal conservadas, apresentam grandes atenuadores de sinais e
diferenças de impedância, sem dizer as conexões piratas. Os fios de
energia elétrica (inclusive em instalações caseiras) em um ambiente PLC se
comportam como antenas, irradiando uma sujeira de rádio frequência com
enorme ocupação espectral. Resultado final: um sistema que representa
atualmente, em termos conceituais de engenharia espectral, o que de mais
retrógrado e poluidor pode ser encontrado como proposta de comunicação
digital.
Nesta mesma linha de raciocínio, Ferreira (2012, p. 5) acrescenta que:
As redes de distribuição foram originalmente projetadas para transmitir
energia elétrica de forma eficiente, de modo que não estão adaptadas para
fins de comunicação, fazendo com que tenham que ser implementadas
diversas técnicas avançadas. Devido às características especiais da rede
de distribuição como canal de comunicação, investigações e
transformações devem ser feitas para garantir a disponibilidade contínua do
sistema elétrico e a eficiência para fins de transmissão de dados.
O mesmo autor aponta as classes existentes de ruídos impulsivos na rede
PLC. Ele inicia determinando as características do chamado ruído síncrono, que é
descrito assim:
6
O impulso síncrono é provocado principalmente por dimmers , pois o
mesmo gera ruído ao conectar uma lâmpada à rede elétrica a cada ciclo
alternado. Quando uma lâmpada é interligada ao sistema com brilho médio,
impulsos da ordem de dezenas de Volts são impostos na rede. Estes
7
impulsos são o dobro da freqüência da rede AC e são repetidos a cada
meio ciclo (FERREIRA, 2012, p. 7).
O mesmo autor define o impulso tonal dividido em duas sub categorias:
interferência não-intencional e intencional. Afirma que as fontes mais comuns de
impulso tonal não-intencional são as fontes de alimentação chaveadas (switching
power supplies), como computadores e monitores, e as intencionais são causados
por intercomunicadores que utilizam a rede elétrica como babás eletrônicas
(FERREIRA, 2012).
6
7
Dimmers: aparelho que regula a intensidade da corrente elétrica.
AC: Corrente alternada.
8
O terceiro é chamado de impulso de alta freqüência, e é criado por
dispositivos que utilizam motor universal, como aspiradores de pó, barbeadores
elétricos, entre outros muitos eletrodomésticos. O mesmo autor finaliza explanando
sobre um ruído dito, ruído de uma ocorrência, que é definido como sendo aquele
que é ocasionado pelo simples ato de ligar e desligar aparelhos eletro-eletrônicos, já
que estes dispositivos possuem um capacitor para a correção do fator de potência, o
qual é carregado e descarregado, assim que o equipamento é ligado ou desligado.
Dependendo do tamanho do capacitor, este efeito causa grandes tensões
transientes.
As redes elétricas também podem ser afetadas por outros problemas que não
são causados diretamente pelas interferências físicas causadas pelos equipamentos
que compartilham o mesmo meio. Entre os vários outros problemas possíveis, elas
estão sujeitas a vandalismo e/ou furto de cobre das fiações, apesar das redes serem
de difícil acesso devido à altura das instalações. Neste sentido, Cunha (2011, p. 58),
reafirma e acrescenta:
Se, por um lado, a questão de ataques as instalações elétricas com
motivações políticas está distante da atual realidade brasileira, os ativos das
redes de distribuição, embora não sejam facilmente acessíveis pela altura
ou profundidade de instalação, ocupam grandes extensões e acabam
ficando expostos a furtos, roubos ou vandalismo.
O mesmo autor, contudo, ainda afirma que dentre os todos os motivos ora
apresentados que pudessem justificar a não implementação da tecnologia, a falta de
incentivo e falta de regularizações também são fatores suficientemente importantes
a serem considerados como razões para a não adesão ao PLC e finaliza justificando
sua ótica com base na seguinte transcrição:
Até o presente momento não existe um plano nacional de implementação
8
de REI . As iniciativas existentes no Brasil, como na maior parte do mundo,
referem-se a incentivos pontuais (como o PROINFA, Programa de Incentivo
a Fontes Alternativas de Energia) e consultas publicas da ANEEL sobre
medição, tarifas e geração distribuída (CUNHA, 2011, p. 58).
Vendo a tecnologia proposta num cenário diferente, em se tratando de
aspectos de gerenciabilidade e governança do sistema como um todo, considerando
tratamentos a adequados a situação de difícil solução e fraudes, Pascalicchio (2011)
alega ser necessário um eficiente sistema de comunicação com as centrais de
8
REI: Redes Elétricas Inteligentes.
9
controle, supervisão e de medição das empresas distribuidoras para que aja
qualidade no fornecimento de energia com segurança.
Faccioni (2008, p. 56), por sua vez, exprime uma visão mais simples e direta
acerca da matéria, no que se diz respeito aos interesses para com a tecnologia. Nas
palavras dele:
Levar internet de banda larga até residências ou empresas talvez seja o
principal foco das empresas que estão realizando pesquisas sobre a
tecnologia PLC, ou então, é o que pode trazer mais retorno financeiro para
as companhias de energia elétrica e provedores de internet.
A PLC assim como as demais tecnologias de dados também não está imune
aos fenômenos climáticos. Em relação a estes ela também possui suas
peculiaridades e seus níveis de anormalidade. Enfatizando estes aspectos, Oliveira
(2010, p. 13), nos esclarece:
Como qualquer outra tecnologia, a tecnologia PLC/BLC também possui
desvantagens. Pode-se citar que o desempenho da rede de comunicação
depende fortemente das características da rede elétrica, assim como das
cargas elétricas conectadas a mesma. Uma vez que tais características e
cargas elétricas são variantes no tempo, torna-se relativamente complicada
a tarefa de controlar tal ambiente.
O autor destaca que a PLC pode acrescentar problemas, principalmente na
questão de controle das cargas elétricas, que podem sofrer variações e afetar o
desempenho da rede.
6 Considerações Finais
A partir dos estudos sobre a tecnologia PLC, suas principais características
de implantação e baixo custo, nos deparamos com o seguinte questionamento:
porque temos todas as ferramentas e meios para que a tecnologia PLC possa ser
utilizada em larga escala e esta não é utilizada em Minas Gerais? O que ainda falta
para a sua implantação e utilização?
Levantamos a hipótese que a tecnologia PLC, apesar de todos os benefícios,
ainda não possui padronização necessária junto a ANEEL. Para a comercialização
da tecnologia, ainda não foram estabelecidas tarifas e modo como será fornecido a
prestação do serviço e regulamentação.
10
No Brasil a rede elétrica é antiga, o que provavelmente ocasionaria perdas na
transmissão e velocidades baixas, em comparação ao HFC e outras tecnologias
presentes.
Por se tratar de uma malha elétrica compartilhada, muitas residências
conectadas a uma mesma subestação elétrica poderiam comprometer o
desempenho, que certamente irá variar de acordo com a quantidade de pessoas
conectadas simultaneamente, uma vez que utilizariam a mesma largura de banda.
Outra possibilidade que pode ter ocasionado a não implantação é que a
tecnologia ainda pode sofrer interferências que atrapalham seu funcionamento, visto
que a malha elétrica em Minas Gerais e no Brasil estão expostas ao ar livre, sujeita
a interferências climáticas, vandalismos e outras possíveis interrupções por
rompimento da rede elétrica.
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