Powerline
Adapter
Er zijn door tijd heen regelmatig stukken op het internet gezet over powerline-netwerkadapters. Veel van deze artikelen zijn echter niet meer up to date.
Er zijn door tijd heen regelmatig stukken op het internet gezet over powerline-netwerkadapters. Veel van deze artikelen zijn echter niet meer up to date. Daarom is het tijd voor een update over de techniek van dit segment van de markt. Daarin zijn de laatste tijd een aantal dingen veranderd. Zo kon je in het begin alleen de 200 mbps-modellen aanschaven. Daaraan kunnen tegenwoordig de 500 mbps-modellen aan toegevoegd worden, gevolgd door de 600 mpbs-modellen en ook al weer de 1200 mpbs adapters. Dit betekent dat er genoeg reden is om wederom te kijken naar de technologie waarop deze producten gebaseerd zijn. De apparaten lijken misschien op het eerste oog vrij simpel, maar er gaat toch zeer geavanceerde techniek in schuil.
HomePlug Power Alliance
De powerline-adapter is vrij jong en is pas op de markt gekomen rond het jaar 2000. De techniek van communicatie via stroomleidingen zelf is al een stuk ouder, maar de markt voor powerline-adapters is vers en nieuw. Rond 2000 begon het met de oprichting van de HomePlug Powerline Alliance. Zij introduceerden de eerste adapter, de HomePlug 1.0, in 2001. De HomePlug 1.0 kon theoretisch doorvoersnelheden van 14 mbps bieden, waarbij de latere Turbo al snelheden van 85 mbps bood. In 2005 kwam daar de HomePlug AV bij en in 2012 werd de HomePlug AV2 geintroduceerd. Bij deze nieuwste adapter worden al behoorlijk wat nieuwigheden aangeboden, waarop we verderop in zullen gaan.
Uitgebreidere markt
De HomePlug Alliance is echter niet de enige aanbieder op de markt. Er zijn door de tijd heen veel verschillende soorten adapters geweest, waarvan er al een groot aantal weer verdwenen zijn. Verder is er ook een IEEE-adapter ontwikkeld. Deze adapter, de IEEE 1905, baseerde zich op de HomePlug AV uit 2005 en gold als een vereniging van de meeste destijds bestaande adapters. De concurrentie nam daarna al snel af, maar deze is nooit geheel verdwenen. Hierbij steken vooral Panasonics HD-PLC en International Telecommunication Unions G.hn er met kop en schouders boven uit. De IEEE 1905 zorgde er verder voor dat allerlei verschillende soorten adapters zonder verdere problemen naast elkaar gebruikt konden worden in een netwerk. In Nederland wordt er exclusief gebruikt gemaakt van de adapters van HomePlug. De andere soorten adapters zijn in de essentie gelijkwaardig in het gebruik. Er is echter vaak geen onderlinge communicatie mogelijk.
HomePlug AV standaard
Alle huidige 200 t/m 2000 mbps maken gebruik van deze adapter, de HomePlug AV. Deze maakt gebruik van het al bestaande electriciteitsnetwerk van je huis. Hierop staat normaal gesproken enkel stroomtoevoer met een frequentie van 50 Hertz. De HomePlug AV maakt echter gebruik van significant hogere frequenties. De 200 mbps modellen liggen daarbij tussen de 2 en 28 MegaHertz, terwijl de 500 mbps modellen tussen de 2 en 68 MegaHertz liggen. Dat is daarmee behoorlijk wat hoger dan de frequentie van een gemiddelde stroomtoevoer. Deze frequentieverschillen tussen de adapters zijn verder de enige daadwerkelijke verschillen tussen het gebruik maken van een 200 mbps of een 500 mbps standaard. De meerwaarde van het gebruik van een 500 mbps standaard verdwijnt dan ook bij grotere afstanden. Hogere frequenties leveren namelijk dankzij een kortere golf weliswaar een hogere snelheid op, maar deze snelheid zwakt over een afstand heen steeds verder af.
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Powerline-adapters maken gebruik van Orthogonal Frequency-Division Multiplexing. Deze manier van het versturen van digitale data over een analoog medium lijkt op de manier waarop dit gebeurt bij het draadloos communiceren. Binnen een bepaalde frequentie worden er draaggolven gelokaliseerd die niet met elkaar in conflict zijn. De digitale bits worden dan door middel van modulatie op deze golven geplaatst. De gebruikte techniek heet QAM en zorgt ervoor dat er meerdere bits tegelijkertijd samengevoegd worden om in een bitgroep getransporteerd te worden. Bij 802.11ac wordt gebruik gemaakt van een QAM van 256, terwijl de HomePlug AV een QAM gebruikt van 1024. Dit is significant hoger. Echter hoe meer bits er per symbool gebruikt worden, hoe meer ruis er optreedt. Dit betekent dat een QAM van 1024 weliswaar meer data kan verzenden dan een QAM van 256, maar ook dat de betrouwbaarheid van deze verzending sterk omlaag gaat. Daarom moet de signal-to-noise ratio sterk omhoog. Dat voor zon hoge QAM gekozen is, heeft alles te maken met de zogeheten spectrale efficiëntie. Aangezien er bij het communiceren via een stroomnet een beperkte spectrum aan frequenties beschikbaar is, is het noodzakelijk om meer bits tegelijkertijd te kunnen versturen. Dit zorgt ervoor dat er voldoende snelheid gemaakt kan worden.
De HomePlug AV2
De HomePlug AV2 is een uitbreiding van en grote verbetering ten opzichte van de eerdere modellen. Er is bijvoorbeeld een toegenomen frequentiebereik beschikbaar. Waar bij de 200 mbps dit tussen de 2 en 28 MegaHertz lag en voor de 500 mbps tussen de 2 en de 68 MegaHertz, biedt de AV2 een frequentie tussen de 2 en de 86 MegaHertz. Dit verbeterde frequentieverbruik alleen brengt de AV2 echter nog nergens. Er is een verdere verbetering aangebracht, namelijk de gebruikmaking van MIMO (Multiple Input Multiple Output) met daarbij beamforming. Dit betekent dat er tegelijkertijd meerdere signalen opgevangen kunnen worden, die zowel inkomend als uitgaand zijn.
Verdere vernieuwing
Deze vernieuwing hangt samen met de MIMO en bestaat uit de mogelijkheid om de aardedraad te gebruiken voor het ontvangen en versturen van data. Voorheen deden enkel de nul- en de fasedraad dit. Voor de verzending betekent dit dat er eender welke twee kabels gebruikt kunnen worden, terwijl er bij het ontvangen nu vier receive-poorten beschikbaar zijn. Dit bewerkstelligt daarmee een 2Tx4R configuratie. Het is van belang om te onthouden dat MIMO alleen werkt als je ook daadwerkelijk de aardedraad gebruikt. Mocht deze niet aanwezig zijn, dan grijpt de adapter automatisch terug naar een SISO. Het is ons verder niet bekend of het gebruik van de aardedraad toegestaan of zelfs verstandig is. Verder kan er gemeld worden dat de adapter nu ook functioneert als repeater, in plaats van alleen als zender en ontvanger. Dit zorgt vooral in de wat uitgebreidere netwerken voor een verbeterd bereik. Daarnaast is de bit dichtheid van de modulatie toegenomen. Er is een QAM van 4096.
Ruis op de lijn
Je normale apparatuur ondervindt vaak geen storingen van de powerline-adapters. De adapters zelf kunnen echter wel gevoelig zijn voor storing die door je eigen apparatuur veroorzaakt wordt. Zodra een apparaat aangezet wordt, veroorzaakt het een kleine stroomstoot in je netwerk. Dit kan leiden tot storingen. Bij apparaten die zelden aan en uit gezet worden is dit niet zon probleem, maar veel huishoudelijke apparaten zorgen voor een grote hoeveelheid ruis. Het loont daarom altijd om uit te zoeken welk stopcontact hier het minst gevoelig voor is.
Het leggen van verbindingen
Je kunt verder prima een verbinding leggen tussen allerlei groepen zonder een internetkabel. Data kan zonder veel problemen overspringen van de ene naar de andere groep, aangezien het stroomnet in je huis geen frequentiefilters gebruikt. Er zal hoogstens wat signaalverlies plaats vinden. Het maken van verbindingen tussen verschillende fases door middel van powerline-adapters kan echter wel problemen opleveren. Het is zonder bepaalde kunstgrepen zelfs zo goed als onmogelijk. Maar aangezien de meeste huizen bijna alles op dezelfde fase hebben, levert dit in het algemeen weinig problemen op. Mochten er wel meerdere fases zijn om te overbruggen, dan bespaar je jezelf veel moeite door naar andere opties voor de aanleg van een netwerk te kijken.
Op de doos en in het echte leven
De snelheden die op de doos vermeld worden zijn in de praktijk vaak onhaalbaar. Dit heeft vooral te maken met de laag van het netwerkmodel waarnaar gekeken wordt. De vermelde snelheden gelden als een soort truc van de fabrikant, maar kunnen niet geclassificeerd worden als een leugen. De truc zit hem in welke laag van de protocol stack gebruikt wordt. Er zijn er 7, maar daarvan zijn in dit verhaal alleen de eerste twee van belang. De eerste laag wordt ook wel de Physical Layer (PHY) genoemd. Deze basale laag zegt verder weinig over het soort medium dat gebruikt wordt om een verbinding aan te leggen. Het is op deze laag dat de snelheden gelden zoals ze op de doos vermeldt worden.
In de praktijk
In de praktijk komen de hogere lagen echter in het spel, zoals de 2e laag (de datalink laag) en de 4e laag (de transport laag). In de 2e laag wordt bepaald welke standaard de data van hot naar her stuurt, terwijl in de 4e laag protocollen hiervoor te vinden zijn. Dus in laag 2 wordt besloten dat de data als ethernetframes verstuurt, terwijl in laag 4 besloten wordt dat dit via TCP of UDP gaat gebeuren. Hierbij is er bij beide lagen een bepaalde overhead nodig om ervoor te zorgen dat de data ook daadwerkelijk goed aankomt. Dit betekent dat een 200 mbps adapter maximaal 70 mbps aan throughput heeft en 500 mpbs zon 250 mbps. We hebben de Zyxel PLA5205 (een HomePlug AV2) getest en deze heeft ongeveer dezelfde throughput als een 500 mbps, maar presteert bij zware omstandigheden een stuk beter.
Zendamateurs en powerline-adapters
Zendamateurs geven regelmatig aan dat powerline-adapters hun hobby danig in de weg zitten. Dit heeft zeker een kern van waarheid, want zodra de frequenties gebruikt worden waarop ook de adapters functioneren, maak je in principe van je stroomleiding een antenne. Hier wordt echter wel rekening mee gehouden bij de productie van de adapters. Ze maken bijvoorbeeld van bepaalde gedeeltes van de frequenties geen gebruik. Dit heet notching en wordt door fabrikanten en belanghebbenden, waaronder verenigingen voor zendamateurs, onderling afgesproken. Of dit in de praktijk ook altijd goed werkt is niet duidelijk, maar er wordt in ieder geval aan gewerkt.