Adaptery TP-Link TL-PA4010 - sieć z prądem

Rozbudowa domowej lub biurowej sieci lokalnej nie zawsze musi być poprzedzona poważnym planowaniem dróg kablowych, kuciem ścian czy układaniem okablowania strukturalnego. Czasami wystarczy chwila zastanowienia i wykorzystanie posiadanej już infrastruktury sieciowej oraz... elektrycznej. Trzy litery PLC i problem rozbudowy sieci LAN staje się problemem błahym.

Power Line Communication to technologie umożliwiające transmisję danych przy użyciu sieci elektrycznej. PLC w dużym skrócie pozwala przesyłać wraz z napięciem dodatkowego sygnału o wyższej częstotliwości a sam przewód jest tylko nośnikiem informacji. W warunkach domowych popularność zdobyła odmiana PLC jaką jest HomePlug zaprezentowana ponad 12 lat temu pozwalała na przesyłanie danych z prędkością do 14 Mbps. Cztery lata później powstała jej szybsza odmiana HomePlug AV, której prędkość transmisji wynosi aż 200 Mbps w warstwie fizycznej i do 80 Mbps w warstwie MAC (protokół komunikacyjny CSMA/CD). W wersji HomePlug AV została także zwiększony wprowadzony lepszy algorytm szyfrowania z 56 do 128 AES. W styczniu ubiegłego roku została zaprezentowana specyfikacja dla wersji HomePlug AV2, która według założeń pozwala na przesyłanie danych z prędkością gigabitową oraz została wzbogacona o MIMO. Pozwoli to przede wszystkim na wielostrumieniową transmisję danych w tym materiałów 1080p oraz zwiększenie zasięgu. Produkowane urządzenia w wersji HomePlug AV2 pozwalają na wykorzystanie gigabitowej przepustowości pomiędzy transmiterami. W chwili obecnej najbardziej popularnym jest w dalszym ciągu standard HomePlug AV, który w nieco ulepszonej wersji umożliwia komunikację z prędkością do 500 Mbps. Bardzo często by odróżnić go od typowego HomePlug AV (200 Mbps) nazywany jest HomePlug AV500.

Ze sprzętowego punktu widzenia do prawidłowego działania sieci PLC niezbędne są dwa urządzenia - jedno z nich jest podłączone do istniejącej infrastruktury sieci LAN oraz do zasilania, drugie będzie urządzeniem odległym i stanowić będzie urządzenie odbiorcze, które następnie podłączamy do urządzenia sieci LAN (np. komputera). Na poniższym schemacie zaprezentowano sposób podłączenia adapterów PLC. Adapter PLC1 został podłączony do sieci LAN a także do sieci elektrycznej. Z kolei adapter PLC2 został podłączony do odległego gniazda elektrycznego komunikuje się z adapterem PLC1 oraz siecią LAN.

Taki zestaw adapterów TP-Link sprawdzimy w praktyce. Są to nano transmitery TP-Link TL-PA4010. Do dyspozycji mieliśmy dwa oddzielne urządzenia jednak producent w swej ofercie posiada komplet 2 adapterów o nazwie TL-PA4010KIT.

Użytkownicy, którzy do tej pory mieli styczność z domowymi modułami PLC z pewnością dostrzegą ich jedną dużą wadę - wielkość urządzenia. Dotychczasowe rozwiązania HomePlug to dość duże prostopadłościenne konstrukcje o wymiarach ponad 100x50 milimetrów. By je zamontować w gniazdu nierzadko należało albo użyć dodatkowego przedłużacza albo podłączyć adapter zasłaniając drugie gniazdo zasilające. Sytuacja zmienia się diametralnie jeśli weźmiemy pod uwagę prezentowane TL-PA4010. W porównaniu z modelem TL-PA511 nasi bohaterowie to krasnale. Mikroskopijne wręcz rozmiary 65x52x28,5 mm pozwalają bez przeszkód podłączyć adapter do dowolnego gniazdka. W odróżnieniu od TL-PA511 TP-Link popracował nieco nad wzornictwem nowych urządzeń. Czarno-białe dość topornie wyglądające tworzywo zostało zastąpione elegancko wyglądającą całkowicie białą obudową z błyszczącym jasnoszarym frontowym panelem. Adaptery wyglądają dokładnie tak samo jak modele TL-PA2010 oferujące połączenia do 200 Mbps. Zamiast zielonych znanych z TL-PA511 TP-Link zastosował 3 niebieskie mikroskopijne diody kontrolne oznaczających status zasilania, status sieci LAN oraz status sparowania adapterów PLC. Dodatkowo TL-PA4010 został wyposażony w sprzętowy przycisk Pair służący błyskawicznemu łączeniu urządzeń bez konieczności używania dodatkowych aplikacji czy też wprowadzania konfiguracji. W spodniej części każdego z odbiorników znajduje się port sieciowy ethernet.

Tak samo jak prosta jest konstrukcja adapterów TP-Linka tak łatwa jest ich instalacja i konfiguracja - a właściwie jej brak. Do uruchomienia potrzebujemy jedynie dwóch kabli sieciowych, które dołączone są do każdego z urządzeń. Jeden z TP-Linków podłączamy w pobliżu istniejącej infrastruktury sieciowej, np. w pobliżu przełącznika sieciowego, gniazdka LAN lub routera. Kablem ethernet łączymy adapter z siecią LAN. Drugi z adapterów we wstępnej konfiguracji warto podłączyć również blisko poprzedniego adaptera. Następnie na podłączonym wcześniej do sieci LAN adapterze naciskamy przycisk Pair, w ciągu minuty tę samą czynność wykonujemy na drugim adapterze. Prawidłowo zestawione szyfrowane połączenie będzie sygnalizowane zapaleniem się niebieskiej diody Powerline. To koniec konfiguracji. Rozszerzenie sieci LAN o dwa adaptery PLC to nie koniec możliwości. W podobny sposób można podłączać następne kompatybilne adaptery PLC do utworzonej sieci. Po sparowaniu drugi adapter możemy przenieść w dowolne miejsce w domu lub biurze podłączyć go do sieci energetycznej i skontrolować czy zostanie zestawione połączenie i podłączyć dowolne urządzenie posiadające port LAN. By adaptery poprawnie komunikowały się między sobą oraz by skorzystać z maksymalnie szybkiego połączenia warto zwrócić uwagę na kilka zaleceń producenta. Adaptery powinny być podłączone do tego samego obwodu elektrycznego. Transmitery mogą nie móc komunikować się ze sobą, jeżeli są podłączone na różnych fazach trójfazowazowego czteroprzewodowego obwodu. Urządzenie powinny być także podłączone bezpośrednio do gniazda zasilania z pominięciem wszelkiego rodzaju listew zasilających czy zasilaczy awaryjnych UPS. W testach sprawdziliśmy nie tylko podłączenie do tego samego obwodu ale na przekór zaleceniom producenta testowaliśmy adaptery w różnych obwodach oraz podłączając je poprzez listwy z filtrem przepięciowym. Dodatkowo zamontowaliśmy jednen z adapterów do zasilacza awaryjnego UPS. Podłączony adapter nie był widoczny w sieci PLC.

Deklarowany przez producenta zasięg skonfigurowanej sieci może dochodzić nawet do 300 metrów - czyli 3-krotnie dalej niż sieć ethernet.

Warto pamiętać, że prosty proces konfiguracji to nie ostatnia możliwość pozwalająca na ustawienie parametrów adapterów HomePlug. Producent dołącza do urządzeń oprogramowanie Powerline Utility. Niewielka aplikacja umożliwia kontrolowanie podłączonych transmiterów i tworzenie sieci PLC z kolejnymi adapterami. Dużym plusem jest fakt, że Powerline Ulility dostępne jest nie tylko dla użytkowników systemów Windows ale także Mac OS.

W zakładce Network możemy sprawdzić status szybkości połączenia poszczególnych adapterów a także ustawić ich nazwę oraz hasło. Hasło możemy ustawić jeśli chcemy utworzyć sieć prywatną i zarządzać wszystkimi adapterami (np. by zmienić nazwę adaptera). Domyślne hasło dla każdego z urządzeń dostępne jest na tabliczce znamionowej. Stan połączenia oraz jego szybkość będziemy sprawdzać podczas testów weryfikując deklaracje producenta. Przy zakupie TL-PA4010 warto pamiętać o jednej bardzo ważnej rzeczy - wspominane 500 Mbps to prędkość transmisji pomiędzy samymi adapterami. Jeśli uważnie przyjrzymy się specyfikacji to okazuje się, że gniazda sieciowe LAN to jedynie interfejsy fast-ethernet czyli pracujące z prędkością 10/100 Mbps. Wiąże się to z dużo niższą prędkością transmisji niż zestawiony link pomiędzy adapterami PLC.

Odpowiednie kształtowanie ruchu sieciowego oraz wykorzystania dostępnego połączenia ratuje trochę trzecia zakładka Advanced w oprogramowaniu Powerline Utility. Choć podłączenie adapterów i konstrukcja adapterów jest banalnie proste to TP-Link wbudował w transmitery mechanizm QoS. Pozwala on w sieci LAN na priorytetowanie ruchu w zależności od rodzaju usług czy portów. W przypadku adapterów mamy do dyspozycji dwie możliwości: predefiniowane ustawienia na podstawie usług: internet, gry online, audio i wideo oraz VoIP. Dzięki temu w prosty sposób określimy, który rodzaj transmisji ma najwyższy priorytet. Można także włączyć bardziej zaawansowane funkcje QoS - Advanced Priority Mapping oparte o standard 802.1p nadający każdemu pakietowi określony priorytet oraz 4 poziomy Channel Access Priority dla VLAN oraz ToS (według ważności pakietu nagłówka IPv4).

W ostatniej zakładce System możemy zresetować wszystkie urządzanie HomePlug lub zaktualizować ich oprogramowanie układowe. Jeśli tworzymy sieć PLC złożoną z większej liczby adapterów to warto nadać im nazwę - co też możemy wykonać w zakładce System.

Przy typowym wykorzystaniu adapterów do rozbudowy sieci LAN o dodatkowe interfejsy sieciowe aplikacja Powerline Utility będzie raczej zbędna. Możemy ją wykorzystać co najwyżej do kontrolowania i monitorowania zestawionego łącza pomiędzy adapterami lub aktualizowania oprogramowania.

Jak już wcześniej wspomnieliśmy podana przez producenta wartość 500 Mbps to szybkość połączenia pomiędzy adapterami. Port ethernet komunikuje się z prędkością 10/100 Mbps. Szkoda, że producent nie zastosował gigabitowej interfejsu tak jak w modelu TL-PA511.

By przekonać się o właściwościach miniaturowych adapterów PLC wykonaliśmy kilka testów pozwalających na określenie ich maksymalnej wydajności w różnych warunkach. Wybieraliśmy zarówno te najbardziej optymalne jak i te, które nie powinny być stosowane - czyli podłączanie adapterów poprzez listwy zasilające. Testy przeprowadziliśmy w 3-letniej energetycznej sieci 230 V wykonanej z okablowania miedzianego. Dodatkowe testy wykonaliśmy w ponad 35-letniej sieci wykonanej z aluminium.

Testowa infrastruktura sieciowa obejmowała dodatkowo następujące urządzenia:

Przełącznik sieciowy TP-Link TL-SG3210

Wszystkie porty z ustawionym trybem autonegocjacji szybkości połączenia, do którego podłączaliśmy jeden z adapterów oraz serwer HP.

HP ProLiant MicroServer N36L ze skonfigurowaną macierzą RAID0 posłużył jako serwer iperf mierząc wydajność połączenia.

• System operacyjny: Windows Server 2008 R2
• Procesor AMD Athlon DualCore 1,3 GHz
• Pamięć RAM: 8 GB
• Dysk twardy: macierz RAID 0
• Sieć ethernet: 1 Gbps (połączenie 1000 Mbps, full duplex)

MacBook Pro służył jako komputer odległy podłączany do drugiego adaptera TL-PA4010

• System operacyjny: Mac OS 10.8
• Procesor: Intel Core 2 Duo 2,26 GHz
• Pamięć RAM: 6 GB
• Dysk twardy: SSD OCZ Vertex Plus
• Sieć ethernet: 1 Gbps (połączenie 100 Mbps, full duplex)

Wykonaliśmy następujące testy dla obydwu sieci (aluminiowej i elektrycznej):

• adaptery podłączone do tego samego gniazdka
• adaptery podłączone do tego samego gniazdka, jeden z nich podłączony do listwy zasilającej z filtrem przepięciowym
• adaptery podłączone do tego samego obwodu w odległości od siebie 5 metrów
• adaptery podłączone do tego samego obwodu w odległości od siebie 5 metrów, jeden z adapterów podłączony do listwy zasilającej z filtrem przepięciowym
• adaptery podłączone do dwóch różnych obwodów - odległość 12 metrów
• adaptery podłączone do dwóch różnych obwodów - odległość 30 metrów (poprzez przedłużacz bez filtra przepięciowego).

Jak łatwo zauważyć jakość połączenia jest zależna zarówno od odległości jak i stanu sieci elektrycznej oraz podłączenia adapterów do sieci. Pomimo wielu prób nie udało nam się zestawić połączenia pomiędzy adapterami szybszego niż 340 Mbps. Najlepsze wartości prędkości transmisji danych w sieci LAN osiągnęliśmy w sytuacji podłączenia adapterów do tego samego gniazdka w miedzianej sieci elektrycznej. W przypadku sieci aluminiowej zestawione linki miały podobną wartość jednak sama prędkość transmisji w sieci LAN była niższa. Adaptery nieźle sobie radziły w odległości 5 jak i 12 metrów. Znaczny spadek połączenia obserwujemy w momencie gdy w aluminiowej sieci elektrycznej wydłużymy odległość poprzez przedłużacz. Realna transmisja w sieci LAN spadła do 28 Mbps.

Adaptery HomePlug i sieci PLC to bardzo ciekawe rozwiązanie pozwalające na rozbudowę sieci LAN bez konieczności układania okablowania sieciowego. Do niedawna tego typu konstrukcje były dość drogie, a za komplet dwóch urządzeń przychodziło nierzadko zapłacić ponad 400 złotych. TP-Link wraz ze swoimi urządzeniami TL-PA4010 udowadnia, że sieci PLC nie muszą być drogie. Komplet dwóch adapterów to wydatek ok 200 złotych. Jest to nadal drożej niż kilka czy kilkadziesiąt metrów okablowania sieciowego i gniazdek. Jednak w dalszym ciągu sieci PLC stanowią prosty sposób na rozszerzenie sieci w miejscu gdzie nie ma możliwości ułożenia kabli sieciowych. Plusem jest prostota instalacji oraz konfiguracji. Szkoda tylko, że w przypadku testowanych urządzeń nie możemy w pełni wykorzystać możliwości szybkiego połączenia a jedynie transferów na poziomie sieci fast-ethernet.