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Vergleichstest von IEEE1901-PLC-Adaptern vom IRT

High-Speed-Powerline für High Definition

TCP-Performance-Test

Das Interesse des Performance-Tests der neuen Powerline-500-Adapter galt:

  • der Ermittlung der maximalen Nettodatenrate im Nah- und Fernbereich bei der Daten-Übertragung über ungestörte Stromleitungen,
  • der Ermittlung der maximalen Nettodatenrate im Nah- und Fernbereich in Anwesenheit von elektromagnetischen Störern,
  • der Ermittlung der maximalen Nettodatenrate im Nah- und Fernbereich bei der Daten-Übertragung auf Stromleitungen über verschiedene Phasen hinweg.
  • Auf der Basis des TC-Netzwerk-Protokolls wird auf der IxChariot-Steuerkonsole eine Datei generiert, die drei Minuten lang zyklisch ausgelesen und als Datenstrom von PLC-1 nach PLC-2 ("Server zu Client") übermittelt wird. Nach jeweils drei Minuten wird die momentane Nettodatenrate gemessen und als durchschnittliche Übertragungs-Geschwindigkeit (gemittelter maximaler TCP-Durchsatz in MBit/s) in grafischer und tabellarischer Form ausgegeben. Im Anschluss sendet umgekehrt der Client in gleicher Weise an den Server.

    Bei zwei gleichzeitig aufgebauten TCP-Verbindungen von Laptop-1 nach Laptop-2 (Up) und zwei gleichzeitig vom Laptop-2 nach Laptop-1 (Down) aufgebauten TCP-Verbindungen wird der maximal mögliche Datendurchsatz erzielt. Aus diesem Grund wurden alle Messungen mit vier TCP-Verbindungen (jeweils zwei pro Richtung) durchgeführt. Gemessen wurde sowohl im "ungestörten Fall" (Abbildung 2: Keine weiteren elektrischen Geräte sind am gleichen Stromkreis angeschlossen.) als auch nach dem Anschließen und Einschalten von zusätzlichen Elektrogeräten (siehe Abbildung 3). Als Beispiel eines ungestörten Falles wurden hier zwei Powerline-Adapter der Firma AVM (AVM Powerline 520E Set) getestet. Der gemittelte maximale TCP-Durchsatz (Throughput, Nettodatenrate) lag hier bei 267 MBit/s.

    Abbildung 2: Maximaler TCP-Durchsatz eines AVM Powerline Adapters bei vier TCP-Verbindungen (je zwei pro Richtung) ohne andere elektrische Geräte am gleichen Stromnetz. (Grafik: IRT)

    Im "gestörten Fall", wenn andere Geräte (beispielsweise PC-Netzteile) das Stromnetz mit Störsignalen belasten, sinkt der TCP-Durchsatz zwischen zwei Powerline-Adaptern leicht ab. Dieses stellt aber eine praxisnahe Messung unter typischen Bedingungen einer Wohnumgebung dar. Beispielhaft wurde hier ebenfalls mit dem "AVM Powerline 520E Adapter Set" getestet, wobei verschiedene elektrische, potentiell störende Geräte (Laptops, Drucker, Ladegeräte, usw.) an das gleiche Stromnetz wie der AVM-Powerline-Adapter angeschlossen waren. Im Vergleich zum ungestörten Fall zeigen sich kleine Schwankungen des TCP-Durchsatzes (Abbildung 3).

    Abbildung 3: Maximaler TCP-Durchsatz eines AVM Powerline Adapters bei vier TCP-Verbindungen (je zwei pro Richtung) sowie zusätzliche, eingeschaltete elektrische Geräte am gleichen Stromnetz. (Grafik: IRT)

    Wurde jedoch eine Bohrmaschine direkt neben einem Powerline-Adapter an das Stromnetz angeschlossen und eingeschaltet, zeigten die von ihr verursachten elektromagnetischen Störungen auf der Stromleitung deutliche Auswirkungen auf die Übertragungs-Geschwindigkeit (Abbildung 4). So sank die Übertragungs-Geschwindigkeit der vier TCP-Ströme von 4 x 63 MBit/s auf ca. 4 x 39 MBit/s ab. Trotzdem zeigen die vier TCP-Verbindungen einen zwar gesunkenen, jedoch stabilen Verlauf. Damit ließen sich, trotz laufender Bohrmaschine, vier HD-Signale á 20 MBit/s weiterhin ungestört übertragen!

    Abbildung 4: Gestörtes Signal eines PLC-Adapters durch Zuschalten einer Bohrmaschine. (Grafik: IRT)

    Eine Vielzahl deutscher Haushalte wird elektrisch mit dreiphasigem, so genanntem Drehstrom, versorgt damit Geräten hohen Leistungsbedarfs (Boiler, Kochfelder, Elektroheizung) genügend Leitungsquerschnitt zur Verfügung steht. Die Bezeichnung ?Drehstrom" leitet sich davon ab, dass die Phase der 50 Schwingungen pro Sekunde des Wechselstroms auf den drei Leitungen jeweils um 120 Grad gegeneinander verschoben sind. Der einphasige Wechselstrom erreicht eine maximale Spannung von 230 Volt, schwankt aber periodisch zwischen 0 Volt und 230 Volt. Die Spannung des Drehstroms erreicht dagegen zwischen jeweils zwei Phasen gemessen 380 Volt, weshalb Drehstrom auch gerne als Kraftstrom bezeichnet wird und, zumindest in Dreiecksschaltung, nie Null wird.

    Drehstrom stellt eine Herausforderung für die Powerline-Technik dar, weil sie zum einen der Nulldurchgang des Wechselstroms als eine Art Zeitnormal nutzt, zum anderen, weil die drei Phasenleitungen elektrisch (galvanisch) voneinander getrennt sind. Eine Datenübertragung vom Stromleiter einer Phase auf den Stromleiter einer anderen Phase kann also nur durch elektromagnetische Induktion erfolgen, so, als ob der eine Stromleiter als Sende- und der andere als Empfangsantenne arbeitet. Da die IEEE1901-Powerline-Technik Funkfrequenzen von 2 bis 68 MHz nutzt, liegen die Wellenlängen im Bereich zwischen 150 und 4,4 Metern. Powerline-Signale werden üblicherweise symmetrisch in ein Elektroleitungs- Paar eingekoppelt, nutzen sie also als so genannten Halbwellendipol. Optimal angepasste Antennen müssen daher Längen zwischen 75 und 2,2 Metern aufweisen, was den Gegebenheiten in hiesigen Haushalten sehr gut entspricht.

    Daher hat das IRT bei den Messabständen von 2,5 respektive 22 Metern zusätzliche TCP-Performance-Messungen über verschiedene Stromphasen hinweg durchgeführt. Dadurch konnte untersucht werden, ob die unterschiedlichen Powerline-Adapter in der Lage sind über unterschiedliche Phasen hinweg stabile Verbindungen herzustellen. Alle ermittelten Mess-Ergebnisse (Angabe der TCP-Durchsätze in MBit/s) sind in Abbildung 5 und Abbildung 6 zusammengefasst.

    Leserkommentar

    Hans Meiers, Sat, 3. May. 2014 - 22:19:
    Hallo,
    eines wurde vergessen, PLC gibt Sendeleistung in ein unabgeschirmtes Kabelnetz, ohne jeglichen Endwiderstand.
    Dadurch werden oft Stöoerungen auf Kurzwelle verursacht.
    Heisst, bei einer Funkstoerung wird entsweder die Leistung gedrosselt oder Inbestriebnahme durch die Bundesnetzagentur untersagt.
    Walter Muth, Mon, 15. Oct. 2012 - 12:44:
    Und alle halten die EN55022:2006 nicht ein und deshalb eigentlich illegal. Im Störungsfall sofort ausser Betrieb zu nehmen.
    Kai-Uwe , Wed, 22. Feb. 2012 - 09:50:
    Ich kann diesen "Test" nicht wirklich nachvollziehen. Insbesondere deshalb, weil die FRITZ!Powerline 520E Adapter auf anderen Seiten für ziemlich schlecht befunden wurden - da war die Rede von weniger als normale Ethernet Geschwindigkeit in einem handelsüblichen Stromnetz.

    Bei aller Liebe, aber bevor ich für diese "Experimente" auch nur einen Cent vergeude, bohre ich lieber Löcher in die Wände und verlege gutes CAT 5e Kabel.
    Frank Lippke, Wed, 1. Feb. 2012 - 12:37:
    Warum wurde das Produkt von
    ALLNET AL168555K nicht getestet ?

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