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PowerLAN - Technik begreifen

HomePlug ist eine Marke für Spezifikationen von Trägerfrequenzanlagen für Inhouse Power Line Communication oder PowerLAN. Die Spezifikationen basieren auf Patenten des Unternehmens Intellon, das integrierte Schaltkreise für Trägerfrequenzanlagen entwirft und herstellt.

PowerLAN bezeichnet ein Local Area Network, das Leitungen für die Versorgung mit der üblichen Netzspannung und Wechselstrom zur Datenübertragung mitnutzt.

Es handelt sich um eine Trägerfrequenzanlage, die durch Adapter für Schuko-Steckdosen realisiert wird.

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Wie Wireless LAN soll PowerLAN ermöglichen, auf das etablierte Ethernet verzichten zu können. Beide haben gemein, dass sie sich Medien bedienen, die weder Vertraulichkeit noch hohe Datenübertragungsraten garantieren. Zur Schaffung von Vertraulichkeit müssen Verschlüsselungen eingerichtet werden.

Die Datenübertragungsraten eines PowerLAN werden maßgeblich von elektrischen Verbrauchern beeinflusst. Computer an einem PowerLAN nutzen es nicht nur, sondern stören es auch mit ihren Netzteilen. Solche Störungen effektiv herauszufiltern, ist technisch nicht trivial.

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Das Stromnetz des Hauses stellt zugleich die Infrastruktur eines Datennetzes dar. In jedem Zimmer, in dem eine Steckdose angebracht ist, können Daten gesendet und empfangen werden. Die dafür notwendigen Adapter werden wie normale Stecker in die Steckdose gesteckt und durch ein Netzwerkkabel mit der Netzwerkkarte eines Computers oder eines anderen Geräts mit Netzwerkanschluss verbunden. Es sind zumindest zwei solcher Adapter nötig.

Die Anschlussdosen für PowerLAN müssen auf einer Phase angebracht sein. Steckdosen für ein PowerLAN, die auf die drei Leiter des Dreiphasenwechselstromsystems verteilt sind, werden ohne Phasenkoppler fast gar nicht erreichbar sein. Verbindungen über unterschiedliche Außenleiter hinweg sind allenfalls durch Übersprechen(Glück) zu erreichen, verbunden mit erheblicher Dämpfung des Signals.

Die Bemühungen des IEEE um einen Standard für PowerLAN sind gescheitert. Weltweit konkurrieren drei zueinander inkompatible Konzepte; das von DS2, das von Panasonic und HomePlug von Intellon.

Nicht zu verwechseln mit Power over Ethernet, bei dem Geräte über Ethernet-Kabel mit Strom versorgt werden.

Das Ergebnis der jüngsten Abstimmung (2008) in der Arbeitsgruppe P1901 am IEEE ist ernüchternd. Die Arbeitsgruppe hatte in bestätigenden Abstimmungen Mehrheitsentscheidungen für verbindliche Standards herstellen wollen, wozu jeweils eine Dreiviertelmehrheit erforderlich gewesen wäre. Chano Gomez kommentiert die Entscheidung am IEEE wie folgt:

"Der jüngste Entwurf wurde zurück gewiesen. Von Bedeutung ist der Umstand, dass der derzeitige Entwurf keine Interoperabilität der unterschiedlichen Anbieter sicher stellt, weil er zwei vollkommen inkompatible PHA- und MAC-Spezifikationen beinhaltet. Das bedeutet, dass Geräte, die auf der einen aufbauen nicht mit Geräten der anderen Spezifikation kommunizieren können. Die Folge ist Verwirrung im Markt und Behinderung des Industriewachstums. Der Entwurf deckt zudem nicht die Anforderungen der BPL Access Unternehmen ab. Des Weiteren sind einige Branchenvertreter besorgt ob schwerwiegender Mängel im aktuellen Entwurf in den Bereichen Sicherheit (es gibt zwei unterschiedliche Sicherheitsschemata), Quality of Service (es gibt ebenfalls zwei verschiedene QoS-Schemata) und weiteren Bereichen. Von: Arno Kral

Der Einsatzbereich der Technologie liegt bei kleinen LANs und Heimnetzwerken. Zunehmend findet man solche Geräte aber auch im professionellen Einsatz, wobei nicht nur die hausinternen Stromleitungen, sondern auch die Koax-Leitungen (Antennenkabel) zur Datenübertragung genutzt werden.

HomePlug 1.0 wird vorwiegend für Daten- und Audio-Übertragung eingesetzt. Der HomePlug-1.0-Standard erreicht theoretisch eine Übertragung von bis zu 14 Mbit/s und eine max. Reichweite von 200-300 m innerhalb eines Stromkreises. So können mühelos mehrere Stockwerke überbrückt werden.

HomePlug-1.0-Adapter werden z. B. von Acer, Allnet, Corinex, devolo, Prevola oder Netgear angeboten und verfügen entweder über eine RJ45- (Ethernet) oder USB-Buchse oder Audio-Cinch-Buchsenkombination.

Neuere Modelle arbeiten nach dem neuen HomePlug-AV-Standard und bieten eine Datenübertragungsrate von max. 200 Mbit/s (z. B.: Adapter von devolo oder solche, die auf einem Chipsatz von DS2 basieren, welche bereits mit bis zu 400 MBit/s vorgestellt wurden). Der neue Standard „Homeplug AV“ (nicht Homeplug 2.0, AV steht für „Audio/Video“) ermöglicht Video-Streaming in DVD-Qualität. HomePlug-AV-Geräte können, müssen aber nicht zu HomePlug-1.0 Geräten kompatibel sein. Ob der Datenaustausch zwischen Geräten unterschiedlichen Standards funktioniert, hängt davon ab, ob die Homeplug AV-Geräte einen entsprechenden Kompatibilitätsmodus beherrschen. Unabhängig davon können die beiden Systeme störungsfrei im gleichen Stromnetz nebeneinander betrieben werden, sind also in jedem Fall koexistent.

Die vorhandene Netzspannung von 230 V wird mit Trägerfrequenzen von 4,5 bis 27 MHz (Homeplug) respektive 2 bis 32 MHz (DS2) überlagert, die mit dem Nutzsignal im OFDM-Verfahren moduliert sind.

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Die Topologie ist eine Busstruktur, d. h. dass alle Geräte an derselben Leitung angeschlossen sind und immer nur ein Gerät senden oder empfangen kann (vgl. 10BASE2). Zur Behandlung von Kollisionen (zwei Stationen wollen gleichzeitig Daten senden) kommt bei Homeplug 1.0 das CSMA/CA-Verfahren zum Einsatz. Homeplug AV soll hingegen in Zukunft auch das aufwendigere, aber leistungsfähigere TDMA-Verfahren verwenden können, welches keine Kollisionen aufweist. Ein Mischbetrieb von Homeplug 1.0 (CSMA/CA) und Homeplug AV (TDMA) soll dann auch möglich sein, sogar ohne Einbußen für die beteiligten HPAV (Homeplug AV)-Adapter. Die Interoperabilität ist allerdings eine Eigenschaft, welche lediglich optional vorhanden sein soll, eine Notwendigkeit sieht der Standard nicht vor.

Die Reichweite soll etwa 300 m betragen, allerdings ist dies von der Qualität der Leitungen im Haus und den Geräten bzw. den Störquellen im Stromnetz abhängig. Ferner wird die Reichweite meist durch den Stromzähler begrenzt. Dessen Dämpfung der Signale ist häufig so groß, dass eine Datenübertragung über ihn hinaus, zum Beispiel in die Nachbarswohnungen, kaum möglich ist. Allerdings ist der Stromzähler nicht immer ein Hindernis; in vielen Fällen können über zwei Stromzähler hinweg Daten empfangen werden. Deswegen wird empfohlen, einen anderen Netzwerknamen in den Geräten zu konfigurieren. Durch die unvermeidliche Abstrahlung der hochfrequenten Signale auf ungeschirmten Stromleitungen ist ein Empfang der Daten jedoch auch im großen Umkreis der eigentlichen Installation möglich.

Schwierigkeiten kann außerdem der in vielen europäischen Haushalten verbreitete Dreiphasenwechselstrom bereiten. Ob die Kommunikation zwischen Stromkreisen, die an verschiedene Phasen angeschlossen sind, funktioniert, ist von den örtlichen Gegebenheiten abhängig und kann nicht grundsätzlich angenommen werden.

Ebenfalls problematisch ist die Verwendung von Homeplug-Adaptern an Verlängerungskabeln und Mehrfachsteckdosen, da diese oft mit integrierten Überspannungsableitern oder Entstörfiltern ausgestattet sind. Diese können zu einer hohen Dämpfung führen und eine Datenübertragung unmöglich machen.

Vorteile

Techniken wie HomePlug bieten eine Alternative zu anderen Netzwerktechniken wie Ethernet oder WLAN. Ihre Vorteile liegen darin, dass keine neuen Kabel verlegt werden müssen und die Reichweite ohne besonderen Aufwand größer als bei WLAN sein kann. Mit der Technik ist es möglich, einen Internet-Anschluss vom Modem oder Router in einen anderen Raum zu "verlängern". Da auch mehrere Adapter in einem Hausstromnetz betrieben werden können, kann auf einfache Weise ein Heimnetzwerk aufgebaut werden. Dafür muss für jeden PC ein Adapter in die nächstgelegene Steckdose gesteckt und mit dem PC verbunden werden.

Speziell bei baulichen Gegebenheiten, bei denen kein Netzwerkkabel verlegt werden kann und WLAN aufgrund dicker Wände und Decken nicht funktioniert, hat die Vernetzung mit solcher Technik Vorteile.

Nachteile

Trägerfrequenzanlagen zur Versorgung von Haushalten mit Internetzugängen über die zugeführte Stromleitung sind umstritten, da deren Einsatz bei ungeschirmten Leitungen zur Emission hochfrequenter, elektromagnetischer Wellen führt. HomePlug arbeitet zwar mit deutlich geringeren Sendepegeln als die Versuchsanlagen der Energieversorgungsunternehmen, dennoch ist in der Praxis mit einer Abstrahlung der Signale über die Wohnungs- bzw. Grundstücksgrenzen hinaus zu rechnen.

Einige Hersteller von HomePlug-Geräten setzen Kerbfilter ein, um empfindliche Kurzwellenanwendungen von Störungen freizuhalten.

In den Bedienungsanleitungen der HomePlug-Geräte findet man meist einen Hinweis ähnlich dem folgenden: "Diese Einrichtung kann im Wohnbereich Funkstörungen verursachen; in diesem Fall kann vom Betreiber verlangt werden, angemessene Maßnahmen durchzuführen." Dies dürfte in der Regel die Außerbetriebnahme der HomePlug-Geräte sein. Bei Störungen kann man sich an den Funkmessdienst der Bundesnetzagentur wenden. HomePlug-Geräte werden seit 2003 in Deutschland verkauft.

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Quelle: teilweise devolo.de


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PowerLAN - das StromLAN
PowerLAN - Praxis