HomePlug - HomePlug

Домашняя сеть стандарты
Распространенное имяIEEE стандарт
HomePlug
HD-PLC		1901
Вай фай802.11a
802.11b
802,11 г
802.11n
802.11ac
Распространенное имяITU-T рекомендация
HomePNA 2.0G.9951–3
HomePNA 3.1 / HomeGridG.9954
G.hn / HomeGridG.9960 (PHY)
G.hn / HomeGridG.9961 (DLL / MAC)
G.hn / HomeGridG.9962 (плоскость управления)
Г.н-мимоG.9963
G.hn / HomeGridG.9964 (Управление PSD)
G.hntaG.9970
G.cxG.9972

HomePlug это фамилия для различных линии электропередач спецификации под обозначением HomePlug, каждая из которых предлагает уникальные возможности производительности и сосуществование или совместимость с другими спецификациями HomePlug.

Некоторые спецификации HomePlug нацелены на широкополосные приложения, такие как домашнее распределение с низкой скоростью передачи данных. IPTV, игры и Интернет-контент, в то время как другие сосредоточены на низком энергопотреблении, низкой пропускной способности и повышенных рабочих температурах для таких приложений, как интеллектуальные счетчики мощности и домашняя связь между электрическими системами и приборами. Все спецификации HomePlug были разработаны Альянс HomePlug Powerline, которому также принадлежит товарный знак HomePlug.

18 октября 2016 года HomePlug Alliance объявил, что все его спецификации будут переданы в общественное достояние и что другие организации будут предпринимать будущие действия, связанные с развертыванием существующих технологий.[1] В объявлении не было упоминания о дальнейшем развитии технологий в сообществе HomePlug.

История

Альянс HomePlug Powerline Alliance был создан для разработки стандартов и технологий, позволяющих устройствам обмениваться данными друг с другом и через Интернет по существующей структуре / домашней электропроводке.

Одной из самых больших технических проблем было найти способ снизить чувствительность к электрическим шумам, присутствующим в линиях электропередач. HomePlug решил эту проблему, увеличив несущие частоты связи, чтобы сигнал передавался по нейтральному проводнику, который является общим для всех фаз.

Первая спецификация HomePlug, HomePlug 1.0, была выпущена в июне 2001 года. Спецификация HomePlug AV (для аудио-видео), выпущенная в 2005 году, увеличила пиковую скорость передачи данных физического уровня (PHY) примерно с 13,0 Мбит / с.[2] до 200 Мбит / с. Спецификация HomePlug Green PHY была выпущена в июне 2010 года и нацелена на приложения Smart Energy и Smart Grid в качестве взаимодействующего «брата» HomePlug AV с более низкой стоимостью, меньшим энергопотреблением и уменьшенной пропускной способностью.[3]

В 2010 г. IEEE 1901 была одобрена и HomePlug AV, как базовая технология для FFT-OFDM PHY в рамках стандарта и стал международным стандартом. HomePlug Powerline Alliance является органом по сертификации продуктов IEEE 1901. Три основные спецификации, опубликованные HomePlug (HomePlug AV, HomePlug Green PHY и HomePlug AV2), совместимы и совместимы.[4]

В 2011 году спецификация HomePlug Green PHY была принята Ford, General Motors, Audi, BMW, Daimler, Porsche и Volkswagen в качестве стандарта подключения для подключаемых электромобилей.[5]

По состоянию на 2017 год как минимум шесть поставщиков микросхем поставляют HomePlug AV. чипсеты с поддержкой спецификации IEEE 1901: Broadcom, Qualcomm Atheros, Sigma Designs, Интеллон, СПиДКОМ, и MStar.[6]

Новые версии HomePlug поддерживают использование Ethernet в топологии шины через OFDM модуляция, которая позволяет нескольким различным носителям данных сосуществовать в одном проводе. Кроме того, технология OFDM HomePlug может отключать (маскировать) любые поднесущие, которые перекрывают ранее выделенные радиоспектр в данном географическом регионе, предотвращая таким образом помехи. В Северная Америка, например, HomePlug AV использует только 917 из 1155 поднесущих.[7]

использование

Сеть Powerline в целом означает, что сеть может быть создана с использованием существующей электропроводки в здании. За электромобиль зарядка, SAE J1772 стандарт подключаемый электромобиль Зарядное устройство также требует HomePlug Green PHY для установления связи по линии электропередачи до того, как автомобиль сможет потреблять зарядную мощность.

Все коммерческие реализации HomePlug соответствуют требованиям AES-128 стандарт шифрования, указанный для развитая инфраструктура учета США FERC. Соответственно, эти устройства подходят для использования в качестве готовых счетчиков коммунального уровня с соответствующим программным обеспечением.

По состоянию на конец 2012 года наиболее широко применяемыми устройствами HomePlug являются «адаптеры», которые представляют собой автономные модули, которые подключаются к розеткам (или сетевым фильтрам [но не сетевым фильтрам] или удлинителям) и предоставляют один или несколько портов Ethernet. В простой домашней сети интернет-шлюз-маршрутизатор подключается через кабель Ethernet к адаптеру Powerline, который, в свою очередь, подключается к ближайшей розетке. Второй адаптер, подключенный к любой другой розетке в доме, через кабель Ethernet подключается к любому устройству Ethernet (например, компьютеру, принтеру, IP телефон, игровая станция). Затем связь между маршрутизатором и устройствами Ethernet осуществляется по существующей домашней электропроводке. Более сложные сети могут быть реализованы путем подключения дополнительных адаптеров по мере необходимости. Адаптер Powerline также можно подключить к концентратору или коммутатору, чтобы он поддерживал несколько устройств Ethernet, находящихся в общей комнате.

Все чаще функции автономных адаптеров встраиваются в конечные устройства, такие как центры управления питанием, цифровые медиа-адаптеры и камеры Интернет-безопасности. Ожидается, что сетевые функции Powerline будут встроены в телевизоры, телеприставки, цифровые видеорегистраторы и другую бытовую электронику, особенно с появлением глобальных сетевых стандартов Powerline, таких как IEEE 1901 стандарт, ратифицирован в сентябре 2010 г.[8]

Несколько производителей продают устройства, которые включают 802.11n, HomePlug и четыре порта для подключения к сети Gigabit Ethernet по цене менее 100 долларов США. Некоторые из них будут объявлены на начало 2013 года, в том числе 802.11ac возможность подключения, комбинация которой с HomePlug продается Qualcomm Atheros как его Hy-Fi гибридная сетевая технология, реализация IEEE P1905. Это позволяет устройству использовать проводную сеть Ethernet, Powerline или беспроводную связь, если они доступны, чтобы обеспечить резервирование и надежность. аварийное переключение - считается особенно важным в потребительских приложениях, где обычно нет специалистов по отладке соединений на месте.

Версии

Адаптер HomePlug 85 Мбит / с

HomePlug 1.0

Первая спецификация HomePlug, HomePlug 1.0, обеспечивает пиковую PHY-скорость 14 Мбит / с. Впервые он был представлен в июне 2001 года и с тех пор был заменен на HomePlug AV. 28 мая 2008 г. Ассоциация телекоммуникационной индустрии (TIA) включила технологию Powerline HomePlug 1.0 в недавно опубликованный международный стандарт TIA-1113. TIA-1113 определяет работу модема с электропроводкой в ​​помещении пользователя. Новый стандарт - это первый в мире стандарт связи по линиям электропередач с несколькими мегабитами, утвержденный организацией, аккредитованной Американским национальным институтом стандартов (ANSI).[нужна цитата ]

MAC-уровень HomePlug 1.0 использует доступ к каналу на основе множественного доступа с контролем несущей и предотвращением конфликтов (CSMA / CA) для передачи данных длиной от 46 до 1500 байтов из инкапсулированных кадров IEEE 802.3 в качестве служебных блоков данных MAC (MSDU) (поэтому не поддерживает jumbo-кадры).

Адаптеры HomePlug 1.0 Turbo соответствуют спецификации HomePlug 1.0, но используют более быстрый проприетарный режим, который увеличивает пиковую физическую скорость до 85 Мбит / с. Турбо-модемы HomePlug 1.0 были доступны только в Корпорация Intellon.

HomePlug AV

Спецификация HomePlug AV, представленная в августе 2005 г., обеспечивает достаточную пропускную способность для таких приложений, как HDTV и VoIP. HomePlug AV предлагает максимальную скорость передачи данных 200 Мбит / с на физическом уровне и около 80 Мбит / с на уровне MAC. Устройства HomePlug AV должны сосуществовать и, при необходимости, взаимодействовать с устройствами HomePlug 1.0. На физическом уровне используются несущие OFDM, разнесенные на 24,414 кГц, с несущими от 2 до 30 МГц. В зависимости от отношения сигнал / шум система автоматически выбирает из BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, 256 QAM и 1024 QAM для каждой несущей.

Использование адаптивная модуляция на 1155 поднесущих OFDM, коды турбо-свертки за исправление ошибки, двухуровневая MAC обрамление с ARQ,[9] и другие методы, HomePlug AV может обеспечить почти теоретическую максимальную полосу пропускания на заданном пути передачи.[7] В целях безопасности в спецификацию включены: распределение ключей методы и использование 128 бит AES шифрование. Более того, адаптивные методы спецификации создают препятствия для подслушивания и кибератак.[10][11]

Немного Qualcomm Atheros адаптеры соответствуют спецификации HomePlug AV, но используют проприетарное расширение, которое увеличивает физическую скорость до 500 Мбит / с, главным образом за счет использования более широкого спектра.[12]

HomePlug AV2

Спецификация HomePlug AV2 была представлена ​​в январе 2012 года. Она совместима с устройствами HomePlug AV и HomePlug GreenPHY и является IEEE 1901 стандартное соответствие. Он имеет PHY-скорость гигабитного класса, поддерживает MIMO PHY, повторяющиеся функции и режимы энергосбережения.[4][13] Можно использовать полосу частот 30–86 МГц в качестве дополнительной полосы пропускания. Первое поколение обычно считается на 20% быстрее, чем HomePlug AV 500, оно часто продается как HomePlug 600. Они не поддерживают MIMO, а поддерживают только отдельные потоки из-за архитектуры набора микросхем Atheros (QCA7450 / AR1540). Октябрь 2013 г. Qualcomm анонсировала QCA7500 с поддержкой 2x2 MIMO, что предположительно удвоит скорость передачи данных. В 2014 году Qualcomm начала производство QCA7500. Это устройство обеспечивало необработанные скорости PHY 1300 Мбит / с с результирующей скоростью передачи данных 550 Мбит / с UDP и 500 Мбит / с TCP, полный MIMO. Связь осуществляется как по парам «линия – нейтраль», так и «линия – земля». Компания Devolo из Германии внесла собственные улучшения в стандарт и использует провод заземления в дополнение к фазе (также известной как горячий или активный) и нулевой (также известной как нейтраль). Эта технология доступна во всем мире, но может использоваться только на территориях, где заземляющий провод используется в правилах электропроводки в зданиях.

HomePlug Зеленый PHY

Спецификация HomePlug Green PHY - это подмножество HomePlug AV, предназначенное для использования в умная сеть электроснабжения. Он имеет пиковую скорость 10 Мбит / с и предназначен для работы с интеллектуальными счетчиками и небольшими приборами, такими как термостаты HVAC, бытовая техника и подключаемые электромобили.[14] так что данные могут быть переданы по домашней сети и с энергосистемой. Для таких приложений не требуется широкополосная связь с высокой пропускной способностью; самые важные требования - низкая мощность и стоимость, надежная связь и компактный размер. GreenPHY потребляет до 75% меньше энергии, чем AV.[14]

Альянс HomePlug Powerline Alliance работал с производителями коммунальных услуг и счетчиков над разработкой этой 690-страничной спецификации.[15] Устройства HomePlug Green PHY должны быть полностью совместимы с устройствами, основанными на спецификации HomePlug AV, HomePlug AV2 и IEEE 1901, которая считается[кем? ] чтобы препятствовать их энергопотреблению и снижению затрат. Производитель микросхем HomePlug QualComm анонсировал коммерчески доступный кремний Green PHY в декабре 2011 года.[16]

HomePlug GreenPHY - это протокол связи, используемый в международном стандарт зарядки электромобиля CCS

HomePlug Access BPL

Доступ к широкополосной линии электропередачи (BPL) относится к технологии широкополосного доступа в домашних условиях. Альянс HomePlug сформировал рабочую группу HomePlug Access BPL, первым уставом которой была разработка документа рыночных требований (MRD) для спецификации HomePlug Access BPL. Альянс сделал открытое приглашение индустрии BPL принять участие в разработке MRD или внести свой вклад в его рассмотрение. После нескольких месяцев сотрудничества между коммунальными предприятиями, интернет-провайдерами и другими отраслевыми группами BPL, MRD был завершен в июне 2005 года. Работа HomePlug над Access BPL впоследствии была внесена и объединена в Стандарт IEEE 1901.[3]

Безопасность

Поскольку сигналы могут выходить за пределы дома или офиса пользователя и быть перехваченными, HomePlug включает возможность установки пароля шифрования. Спецификация HomePlug требует, чтобы для всех устройств был установлен стандартный пароль по умолчанию, хотя и общий. Пользователи должны изменить этот пароль. Если пароль не изменен, злоумышленник может использовать свое собственное устройство Homeplug для обнаружения сигналов пользователей, а затем использовать пароль по умолчанию для доступа и изменения настроек, таких как используемый ключ шифрования.

На многих новых адаптерах Powerline, которые поставляются в виде пары в штучной упаковке, уже установлен уникальный ключ безопасности, и пользователю не нужно менять пароль, за исключением случаев их использования с существующими адаптерами Powerline или добавления новых адаптеров в существующую сеть. Некоторые системы поддерживают кнопку аутентификации, позволяющую добавлять адаптеры в сеть всего двумя нажатиями кнопки (по одной на каждом из устройств).

Чтобы упростить процесс настройки пароли в сети HomePlug каждое устройство имеет встроенный мастер-пароль, произвольно выбираемый производителем и зашитый в устройство, который используется только для установки паролей шифрования. На распечатанной этикетке устройства указан его главный пароль.

Стандарт HomePlug AV использует 128-битный AES, в то время как более старые версии используют менее безопасный DES протоколы. Это шифрование не влияет на данные, которые пользователь отправляет или получает, и поэтому протоколы и системы более высокого уровня, такие как TLS все еще следует использовать.

Поскольку устройства HomePlug обычно работают как прозрачные сетевые мосты, компьютеры под управлением любых Операционная система можно использовать их для доступа к сети. Однако некоторые производители поставляют программное обеспечение для установки пароля только в версии Microsoft Windows; другими словами, для включения шифрования требуется компьютер под управлением Windows. [1]. После настройки пароля шифрования любое устройство, поддерживающее спецификацию Ethernet, будет работать с адаптером.

Совместимость

HomePlug AV, GP и AV2 полностью совместимы, а также будут взаимодействовать с устройствами IEEE 1901. Устройства HomePlug 1.0 не взаимодействуют с устройствами HomePlug AV. Хотя технически возможно достичь такой обратной совместимости, это нецелесообразно с экономической точки зрения из-за высокой стоимости схем, которые должны поддерживать различные упреждающее исправление ошибок (FEC) методы и наборы функций.[17]

Устройства HomePlug не будут взаимодействовать с устройствами, использующими другие технологии Powerline, такие как Универсальная ассоциация Powerline (УПА), HD-PLC, или же G.hn. В случае с G.hn было сочтено слишком дорого внедрять оба HomePlug. турбо кодирование упреждающее исправление ошибок и Г.Н. проверка четности с низкой плотностью (LDPC).[18] Однако IEEE 1901 допускает сосуществование в рамках одного развертывания HomePlug AV и HD-PLC через свой межсистемный протокол (ISP). G.hn также поддерживает ISP.

Устройства HomePlug несовместимы с некоторыми удлинителями, сетевые фильтры, и источники бесперебойного питания со встроенными фильтрами, блокирующими высокочастотный сигнал. В таких случаях установщик должен включать устройства непосредственно в электрические розетки.[19] Если запасной розетки нет, во многих случаях можно использовать двойной адаптер с несовместимым устройством с одной стороны и устройством HomePlug с другой.

Проблемы EMI

Дальнейшая информация: Электромагнитная интерференция

Одна из проблем со всеми системами Powerline по сравнению с выделенной проводкой данных заключается в том, что маршрут проводки не известен заранее и, как правило, уже оптимизирован для передачи энергии. Это означает, что будут ситуации, когда система будет излучать значительную часть энергии в виде радиочастотных помех или будет уязвима для проникновения внешних сигналов. Учитывая, что коротковолновый диапазон используется как маломощной телеметрией дальнего действия, так и мощными вещательными сигналами, это потенциально серьезный недостаток. Чтобы попытаться свести к минимуму влияние входящих помех и частотно-зависимых потерь в тракте, стандарт HomePlug требует, чтобы каждый узел поддерживал обновления тональных карт во время работы, чтобы оборудование «училось» избегать определенных проблемных частот и передавать на них больше данных. частоты с низкими потерями. Однако, несмотря на то, что это снижает проникновение, если поблизости находится чувствительное принимающее оборудование, нет простого способа указать устройству HomePlug «уменьшить» излучаемые помехи. По сравнению с принимаемыми сигналами в оборудовании радиосвязи уровни сигналов в системе Powerline довольно высоки. Обычно плотность мощности составляет -50 дБм на Гц, поскольку каждая несущая занимает канал 24 кГц, каждая несущая вводится на уровне -6,6 дБм (220 микроватт), что делает общую полную мощность канала 24 дБм (250 милливатт). Типичная чувствительность коротковолнового радиоприемника составляет -100 дБм (десятые доли пиковатта).

В Великобритании высказывались предложения о привлечении к ответственности пользователей оборудования Powerline в соответствии с законом Закон о беспроводной телеграфии, если они создают помехи официальным радиосистемам.[20] Также GCHQ опубликовал опасения, что такие помехи влияют на его способность контролировать радиоактивность в Великобритании.[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2017-01-07. Получено 2017-01-06.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  2. ^ М. К. Ли, Р. Э. Ньюман, Х. А. Лачман, С. Катар и Л. Йонг. «Коммуникационные сети HomePlug 1.0 Powerline - описание протокола и результаты производительности» (PDF). МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ а б «Часто задаваемые вопросы», HomePlug Powerline Alliance, http://www.homeplug.org/about/faqs/ В архиве 2014-03-31 на Wayback Machine (проверено 22 июня 2010 г.).
  4. ^ а б Йондж; Ларри; Абад, Хосе; Афхамие, Кайван; Герриери, Лоренцо; Катар, Шринивас; Лиоэ, Хидаят; Пагани, Паскаль; Рива, Рафаэле; Schneider, Daniel M .; Швагер, Андреас. (Февраль 2014). «Глава 14». В Berger, Lars T .; Швагер, Андреас; Пагани, Паскаль; Шнайдер, Дэниел М. (ред.). HomePlug AV2: широкополосная связь нового поколения по линии электропередачи. CRC Press. С. 391–426. ISBN  9781466557529. Архивировано из оригинал в 2014-05-19.
  5. ^ Семь производителей автомобилей совместно работают над согласованным решением для быстрой зарядки электромобилей, «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-03-08. Получено 2012-03-08.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Альянс, HomePlug Powerline. "HomePlug | Продукты HomePlug". Homeplug.org. Получено 2017-01-01.
  7. ^ а б Катар, С .; Кришнам, М .; Newman, R .; Latchman, H. (август 2006 г.). «Использование потенциала связи по линиям электропередач с использованием стандарта HomePlug AV» (PDF). RF дизайн: 16–26. Архивировано из оригинал (PDF) 19 февраля 2009 г.. Получено 2008-01-06.
  8. ^ «Рабочая группа IEEE P1901». Grouper.ieee.org. Получено 15 мая 2018.
  9. ^ Катар, Шринивас; Йондж, Ларри; Ньюман, Ричард; Ханиф Лачман. «Эффективное формирование кадров и ARQ для высокоскоростных систем PLC» (PDF). Получено 2008-01-07. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ Ньюман, Ричард; Йондж, Ларри; Гаветт, Шерман; Андерсон, Росс. «Механизмы безопасности HomePlug AV» (PDF). Получено 2008-01-06. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  11. ^ Ньюман, Ричард; Гаветт, Шерман; Йондж, Ларри; Андерсон, Росс. «Защита внутренних линий электропередач» (PDF). Получено 2008-01-06. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  12. ^ Хиггинс, Тим. "Обзор адаптера HomePlug AV 500 - SmallNetBuilder". Smallnetbuilder.com. Получено 15 мая 2018.
  13. ^ Технология HomePlug AV2 В архиве 2012-11-03 в Wayback Machine, Homeplug.org
  14. ^ а б HomePlug GreenPHY Обзор В архиве 2015-10-25 на Wayback Machine Groups.homeplug.com
  15. ^ HomePlug GreenPHY Технические характеристики Homeplug.org
  16. ^ «Qualcomm Atheros запускает первое в мире решение HomePlug Green PHY». Qualcomm.com. Получено 15 мая 2018.
  17. ^ EDN В архиве 2007-02-02 в Wayback Machine, Голоса: Марк Хазен из Intellon об альтернативе Powerline-сети HomePlug AV
  18. ^ Рик Мерритт (25 марта 2009 г.). «Споры разгораются по поводу стандартов домашней сети». EE Times. Получено 23 декабря, 2013.
  19. ^ Белкин (2008). «Сетевые адаптеры Powerline: руководство пользователя» (PDF). п. 4. Получено 16 сентября 2012.[постоянная мертвая ссылка ]
  20. ^ Уильямс, Кристофер (15 мая 2018 г.). "Вас могут привлечь к ответственности, если ваш широкополосный доступ мешает передаче радиосигналов". Telegraph.co.uk. Получено 15 мая 2018.
  21. ^ Уильямс, Кристофер (17 мая 2011 г.). "'Угроза шпионажу GCHQ со стороны широкополосных сетей ». Telegraph.co.uk. Получено 15 мая 2018.

внешняя ссылка