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Capítulo 2: Breve história da transmissão de dados via rede elétrica

Em meados de 1920 pelo menos duas patentes americanas foram registradas na American Telegraph and Telephone Company sobre o assunto “Carrier Transmission Over Power Circuits”, e as patentes 1.607.668 e 1.672.940 de 1924 contém sistemas para transmitir pulsos de telégrafo sobre uma rede trifásica [ 6 ], o que mostra a quanto tempo se pretendia aproveitar a fiação existente.

Pesquisas na área de transmissão de dados via rede elétrica estão sendo realizadas com certa seriedade desde 1950, mas esta nunca foi considerada uma alternativa viável devido às baixas velocidades de transmissão, pouca
funcionalidade e altíssimos custos de desenvolvimento da tecnologia na época.

Mas a indústria microeletrônica se desenvolveu, os custos caíram, e o assunto se tornou mais seriamente estudado, passando a ser conhecido no mercado sob a sigla PLC (Power Line Communications).

Inicialmente o foco das indústrias que pesquisavam a tecnologia eram as redes elétricas acima de 10KW, visto que os custos das soluções existentes eram muito elevados e só se justificavam em transmissões de sinais de controle entre centrais elétricas e subestações [ 3 ].

A primeira técnica a fazer uso da tecnologia era o método “Ripple Control”, que se caracterizava pelo uso de freqüências de 100 a 900Hz, fornecendo taxas muito baixas de transmissão e necessitando de potências de transmissão elevadas, sendo usado para controle de iluminação pública e distribuição de carga.

Em meados de 1980 experimentos com freqüências mais elevadas foram realizados na Europa, e nos Estados Unidos a tecnologia SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) foi desenvolvida buscando determinar a atenuação da rede elétrica e sensibilidade a ruídos em função da freqüência, na faixa de 5 a 500kHz.

Atualmente algumas soluções chegam a utilizar 72 portadoras de alta freqüência simultaneamente, atingindo taxas de transmissão de ordem de 45Mbps, e implementando protocolos de rede robustos, com suporte à criptografia.

É importante ressaltar que a documentação, normas, artigos e trabalhos comumente encontrados sob a sigla PLC fazem referência apenas ao uso desta tecnologia em redes de computadores e acesso à Internet. Já o foco deste trabalho é a aplicação da mesma para automação residencial.

2.1: PLC no Brasil

O primeiro e mais alto investimento no país veio da Cemig (Companhia Energética de Minas Gerais), que utiliza a tecnologia X10 para distribuir igualmente a energia durante as horas de pico de demanda.

Para ter essa capacidade a companhia substituiu os disjuntores padronizados de 40A das residências por dois de 20A, sendo que um deles pode ser desligado remotamente pela central, limitando a carga máxima que cada residência pode consumir. Para convencer os moradores a mudarem para esse sistema o preço pela utilização de eletricidade fora das horas de pico é reduzido.

A companhia também utiliza a tecnologia para realizar a leitura automática do consumo elétrico e controlar a iluminação pública. Cada casa tem um medidor que armazena as informações de consumo, e em cada transformador de distribuição existe uma central que coleta as informações das casas a cada mês. Assim um funcionário pode conectar um computador portátil ao transformador da rua e realizar a leitura de um bairro inteiro de uma só vez.

Outras companhias de distribuição de eletricidade como a COPEL (PR), Celg (GO), Light (RJ), Eletropaulo (SP) e Excelsa estão implantando acesso à Internet via rede elétrica em residências, apenas como teste, em Curitiba e Goiânia, e pretendem disponibilizar o serviço ao público até o fim de 2005.

2.2: Mercado

Mas surgimento de tecnologias de transmissão de dados via rede elétrica mais baratas e confiáveis fez com que o foco de algumas empresas se voltassem para dentro das residências, além das redes de transmissão, e em 1978 a X10 Ltda lançou no mercado seus primeiros produtos na área residencial e outras empresas como a Echelon Corp. e consórcios internacionais já desenvolveram padrões e arquiteturas específicas para automação predial e residencial.

O maior mercado das redes residenciais de dados atualmente é o que envolve controle: aquecimento, ventilação, sistemas de ar-condicionado, iluminação, motobombas, regadores de jardim e segurança [ 2 ], estas aplicações estão associadas ao conceito de “casa inteligente”, e alguns fabricantes de eletrodomésticos de alto valor já utilizam o recurso para que estes avisem o fabricante e emitam relatórios em caso de falha.

De acordo com Navin Sabharwal, um analista da Allied Business Intelligence em Nova Iorque, o total de investimentos na área atingiu U$2.75 bi. em 2000.

No Brasil este mercado está começando a ser explorado apenas recentemente, por empresas estrangeiras principalmente, mas algumas pesquisas buscando desenvolver tecnologia nacional estão sendo conduzidas em universidades e empresas de tecnologia.

A consolidação da automação residencial e acesso rápido à Internet como mercados muito lucrativos movem hoje uma miríade de pesquisas nestas áreas, e empresas apostam na comunicação via telefone, via rede elétrica e via rádio como as soluções mais promissoras.

Conectores de telefone provavelmente não estarão disponíveis em todas as peças de uma casa, e comunicações sem fio ainda apresentam problemas de interferência com vizinhos, problemas de privacidade e regulamentação de
transmissões. Tais fatores animaram ainda mais as pesquisas na área de comunicação via rede elétrica.

2.2.1: Os competidores

O principal nome em soluções para automação residencial e predial via rede elétrica atualmente é a Echelon Corporation, com seu padrão “aberto” LonWorks®, que pode ser utilizado por indústrias que desejem produzir dispositivos nesta área.

A proposta desta empresa é que qualquer empreendedor que deseje iniciar uma produção voltada à automação residencial pode utilizar a arquitetura LonWorks®, que realiza apenas a comunicação propriamente dita, como quiser, para implementar livremente soluções para automação residencial e predial, ficando livres de ter que desenvolver tudo do zero.

Mas os únicos circuitos integrados que implementam tal protocolo são os Neuron® Chips, da própria Echelon, e alguns analistas de mercado apontam a adoção de tal arquitetura como uma armadilha, uma vez que as empresas que seguirem este caminho, a grande maioria, serão totalmente dependentes do fornecimento e preços da Echelon.

Outro padrão que teve seu desenvolvimento iniciado em 1987 por um consórcio de empresas é o BACnet®, que diferentemente de padrões como o ModBus, visa atender às necessidades específicas da automação predial e
residencial.

Este padrão é realmente aberto, porém desatualizado em muitos pontos, inclusive por ter surgido quando a Internet não tinha importância, e cobre também a camada de aplicação [ 2 ], não deixando espaços para novas aplicações ou inovações. Isto levou a formação de várias associações que visam regulamentar este campo como:

•  Power Line Communications Association

•  United Power Line Council

•  PLC Forum

•  HomePlug Alliance

Aqui no Brasil, apesar de não haver nada tão específico, existem associações que discutem automação predial e residencial em geral, como a Aureside (Associação Brasileira de Automação Residencial).

O fato de que a transmissão via rede elétrica é um campo aberto, tanto em termos de mercado quanto em termos legais e normativos, fez com que os principais nomes da indústria mundial desenvolvessem seus próprios padrões e produtos, entre eles: Intel, Cisco, Phillips, Microsoft, Mistsubishi, Motorola, Samsung, Texas Instruments e Shell. Cada um com uma arquitetura, produto e soluções diferentes, o que serve também para questionar os que argumentam que o mercado de comunicação via rede elétrica não será competitivo com aplicações “wireless”.

2.3: Legislação e regulamentações

Quando se explora uma tecnologia nova é necessário considerar conseqüências da aplicação, e a transmissão de dados via rede elétrica pode, entre outras coisas, interferir com as mídias de telecomunicação já existentes de rádio e com eletrodomésticos.

Além disso, questões de segurança como radiação eletromagnética, robustez elétrica e contra incêndio, privacidade e direitos do consumidor precisam ser definidas. A regulamentação de transmissões via rede elétrica tem como principal requisito evitar conflitos com a comunidade de radiotransmissão e suas normas, e para isso as freqüências que produtos PLC podem utilizar são restritas a certas faixas, assim como a amplitude de sinal e tipo de modulação.

Duas normas são usadas como padrão internacional para o desenvolvimento de aplicações PLC [ 4 ]. A norma americana da FCC (Federal Communications Commission), que permite qualquer comunicação via rede elétrica desde que a portadora mais elevada esteja abaixo de 525kHz e a européia CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique), que define faixas de freqüências para cada tipo de transmissão como listado abaixo:

•  Banda A – de 9 a 95kHz – Para empresas de fornecimento de energia

•  Banda B – 95 a 125kHz – Para uso público sem protocolos

•  Banda C – 125 a 140kHz – Para uso público com protocolos

•  Banda D – 140 a 148,5kHz – Para uso público sem protocolos

•  Acima de 148,5kHz as comunicações via rede elétrica são proibidas

O conjunto de normas EN50065 da CENELEC regulamenta ainda os níveis de sinal, tipo de modulação (banda base ou espectro amplo), interferência com eletrodomésticos, segurança dos desacopladores de isolamento e acopladores de fase (explicados no decorrer do trabalho) e impedância de eletrodomésticos.

Adicionalmente a norma R205-006:1996, também da CENELEC, define protocolos de comunicação e integridade de dados e a interface para aplicações.
Qualquer aplicação que atenda às normas da CENELEC estará automaticamente cumprindo as normas americanas (FCC), japonesas (MTP) e canadenses, que são menos rígidas.

2.3.1: Legislação brasileira para PLC

O Brasil começou a discutir oficialmente a possibilidade de utilizar a rede elétrica como meio de transmissão apenas quando companhias estrangeiras da área passaram a prestar seus serviços no país.

O primeiro encontro visando regulamentar esse tipo de transmissão de dados [ 5 ] foi realizado pela ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) com o apoio da Comissão Brasileira de Telecomunicações 7 (CBC-7), em 4 de novembro de 2003.

Os resultados atuais deste encontro e outras reuniões não estão disponíveis ao público em geral, e foi necessário realizar uma pesquisa mais aprofundada.
Mensagens enviadas a participantes do encontro não foram respondidas, e então se solicitou à ANATEL a abertura de um processo de requisição de informações sobre o assunto “Regulamentação da Transmissão de Dados via Rede Elétrica”.

A resposta fornecida pela agencia sobre a requisição 303159.2004 realizada foi: “A tecnologia de Transmissão de Dados Via Rede Elétrica é considerada apenas uma tecnologia suporte de outros meios de comunicação, e sendo assim não existe regulamentação específica a respeito” (sic). Nenhuma informação sobre planos de
regulamentação futura foi citada.