HomePlug - HomePlug

Standardy sieci domowych
HomeWtyczka ; HD-PLC	1901
Wi-Fi	802.11a
	802.11b
	802.11g
	802.11n
	802.11ac
Strona głównaPNA 2.0	G.9951–3
HomePNA 3.1/HomeGrid	G.9954
G.hn /HomeGrid	G.9960 (PHY)
G.hn /HomeGrid	G.9961 (DLL/MAC)
G.hn /HomeGrid	G.9962 (płaszczyzna zarządzania)
G.hn-mimo	G.9963
G.hn /HomeGrid	G.9964 (zarządzanie PSD)
G.hnta	G.9970
G.cx	G.9972
	v; T; mi;

HomePlug to nazwa rodziny różnych specyfikacji komunikacyjnych linii energetycznych pod nazwą HomePlug, z których każda oferuje unikalne możliwości wydajności i współistnienie lub kompatybilność z innymi specyfikacjami HomePlug.

Niektóre specyfikacje HomePlug dotyczą aplikacji szerokopasmowych, takich jak dystrybucja w domu telewizji IPTV o niskiej szybkości transmisji danych , gier i treści internetowych, podczas gdy inne koncentrują się na niskim poborze mocy, niskiej przepustowości i rozszerzonych temperaturach pracy dla aplikacji takich jak inteligentne mierniki mocy i komunikacja w domu między systemami elektrycznymi a urządzeniami. Wszystkie specyfikacje HomePlug zostały opracowane przez HomePlug Powerline Alliance , który jest również właścicielem znaku towarowego HomePlug.

18 października 2016 r. HomePlug Alliance ogłosił, że wszystkie jego specyfikacje zostaną udostępnione publicznie, a inne organizacje podejmą przyszłe działania związane z wdrażaniem istniejących technologii. W ogłoszeniu nie było żadnej wzmianki o dalszym rozwoju technologii w społeczności HomePlug.

Historia

HomePlug Powerline Alliance został utworzony w celu opracowania standardów i technologii umożliwiających urządzeniom komunikowanie się ze sobą i Internetem za pośrednictwem istniejącej konstrukcji/okablowania elektrycznego domu.

Jednym z największych wyzwań technicznych było znalezienie sposobu na zmniejszenie wrażliwości na szum elektryczny występujący na liniach energetycznych. HomePlug rozwiązał ten problem, zwiększając częstotliwości nośnej komunikacji, tak aby sygnał był przenoszony przez przewód neutralny, który jest wspólny dla wszystkich faz.

Pierwsza specyfikacja HomePlug, HomePlug 1.0, została opublikowana w czerwcu 2001 r. Specyfikacja HomePlug AV (dla audio-wideo), opublikowana w 2005 r., zwiększyła szczytowe szybkości transmisji danych warstwy fizycznej (PHY) z około 13,0 Mbit/s do 200 Mbit/s. Specyfikacja HomePlug Green PHY została wydana w czerwcu 2010 roku i jest skierowana do aplikacji Smart Energy i Smart Grid jako interoperacyjnego „rodzeństwa” HomePlug AV o niższych kosztach, niższym zużyciu energii i zmniejszonej przepustowości.

W 2010 roku IEEE 1901 został zatwierdzony i HomePlug AV jako technologia podstawowa dla FFT- OFDM PHY w ramach standardu i stał się standardem międzynarodowym. HomePlug Powerline Alliance jest jednostką certyfikującą produkty IEEE 1901. Trzy główne specyfikacje opublikowane przez HomePlug (HomePlug AV, HomePlug Green PHY i HomePlug AV2) są interoperacyjne i zgodne.

W 2011 roku specyfikacja HomePlug Green PHY została przyjęta przez Forda, General Motors, Audi, BMW, Daimler, Porsche i Volkswagen jako standard łączności dla pojazdów elektrycznych typu Plug-In.

Od 2017 r. co najmniej sześciu dostawców chipów dostarcza chipsety HomePlug AV obsługujące specyfikację IEEE 1901: Broadcom , Qualcomm Atheros , Sigma Designs , Intellon , SPiDCOM i MStar .

Nowsze wersje HomePlug obsługują wykorzystanie Ethernetu w topologii magistrali poprzez modulację OFDM , która umożliwia współistnienie kilku różnych nośników danych w tym samym przewodzie. Ponadto technologia HomePlug OFDM może wyłączyć (zamaskować) wszelkie podnośne, które nakładają się na uprzednio przydzielone widmo radiowe w danym regionie geograficznym, zapobiegając w ten sposób zakłóceniom. Na przykład w Ameryce Północnej HomePlug AV używa tylko 917 z 1155 podnośnych.

Stosowanie

Ogólnie rzecz biorąc, sieć Powerline oznacza, że sieć można skonfigurować przy użyciu istniejącego okablowania elektrycznego budynku. W przypadku ładowania pojazdów elektrycznych standardowa ładowarka samochodowa typu plug-in SAE J1772 wymaga również HomePlug Green PHY do nawiązania komunikacji przez linię energetyczną, zanim pojazd zacznie pobierać energię.

Wszystkie komercyjne implementacje HomePlug spełniają standard szyfrowania AES-128 określony dla zaawansowanej infrastruktury pomiarowej przez US FERC . W związku z tym urządzenia te nadają się do wdrożenia jako gotowe mierniki klasy użytkowej z odpowiednim oprogramowaniem.

Od końca 2012 roku najczęściej stosowanymi urządzeniami HomePlug są „adaptery”, które są samodzielnymi modułami podłączanymi do gniazdek ściennych (lub listew zasilających [ale nie ochronników przeciwprzepięciowych] lub przedłużaczy) i zapewniają jeden lub więcej portów Ethernet. W prostej sieci domowej router bramy internetowej łączy się za pomocą kabla Ethernet z adapterem Powerline, który z kolei podłącza się do pobliskiego gniazdka elektrycznego. Drugi adapter, podłączony do dowolnego innego gniazdka w domu, łączy się za pomocą kabla Ethernet z dowolnym urządzeniem Ethernet (np. komputerem, drukarką, telefonem IP , stacją do gier). Komunikacja między routerem a urządzeniami Ethernet jest następnie przekazywana przez istniejące domowe okablowanie elektryczne. Bardziej złożone sieci można wdrożyć, podłączając w razie potrzeby dodatkowe adaptery. Adapter Powerline można również podłączyć do koncentratora lub przełącznika, aby obsługiwać wiele urządzeń Ethernet znajdujących się we wspólnym pokoju.

Coraz częściej funkcje autonomicznych adapterów są wbudowane w urządzenia końcowe, takie jak centra sterowania zasilaniem, cyfrowe adaptery multimediów i internetowe kamery bezpieczeństwa. Przewiduje się, że funkcje sieciowe Powerline zostaną wbudowane w telewizory, dekodery, rejestratory DVR i inne urządzenia elektroniki użytkowej, zwłaszcza w związku z pojawieniem się globalnych standardów sieciowych, takich jak standard IEEE 1901 , ratyfikowany we wrześniu 2010 roku.

Kilku producentów sprzedaje urządzenia, które zawierają 802.11n , HomePlug i cztery porty gigabitowej łączności Ethernet za mniej niż 100 USD. Na początek 2013 r. zapowiedziano kilka z nich, które obejmują również łączność 802.11ac , której połączenie z HomePlug jest sprzedawane przez Qualcomm Atheros jako hybrydowa technologia sieciowa Hy-Fi , implementacja IEEE P1905 . Pozwala to urządzeniu na korzystanie z przewodowej sieci Ethernet, sieci energetycznej lub komunikacji bezprzewodowej, jeśli jest dostępna, w celu zapewnienia nadmiarowego i niezawodnego przełączania awaryjnego – co jest uważane za szczególnie ważne w zastosowaniach konsumenckich, w których nie ma zwykle dostępnej wiedzy na miejscu w zakresie debugowania połączeń.

Wersje

Adapter HomePlug 85 Mbit/s

HomePlug 1.0

Pierwsza specyfikacja HomePlug, HomePlug 1.0, zapewnia szczytową szybkość PHY na poziomie 14 Mbit/s. Został po raz pierwszy wprowadzony w czerwcu 2001 roku i od tego czasu został zastąpiony przez HomePlug AV. 28 maja 2008 Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego (TIA) włączyło technologię Powerline HomePlug 1.0 do nowo opublikowanego międzynarodowego standardu TIA-1113. TIA-1113 definiuje operacje modemu na okablowaniu elektrycznym w pomieszczeniu użytkownika. Nowy standard jest pierwszym na świecie wielomegabitowym standardem komunikacyjnym Powerline zatwierdzonym przez organizację akredytowaną przez American National Standards Institute (ANSI).

Warstwa MAC HomePlug 1.0 wykorzystuje dostęp do kanału oparty na Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) do transportu danych o długości od 46 do 1500 bajtów z enkapsulowanych ramek IEEE 802.3 jako jednostki danych usługi MAC (MSDU) (więc nie obsługuje jumbo ramki).

Adaptery HomePlug 1.0 Turbo są zgodne ze specyfikacją HomePlug 1.0, ale wykorzystują szybszy, zastrzeżony tryb, który zwiększa szczytową szybkość PHY do 85 Mbit/s. Modemy HomePlug 1.0 Turbo były dostępne tylko w firmie Intellon Corporation .

HomePlug AV

Wprowadzona w sierpniu 2005 r. specyfikacja HomePlug AV zapewnia wystarczającą przepustowość dla aplikacji takich jak HDTV i VoIP . HomePlug AV oferuje szczytową prędkość transmisji 200 Mbit/s w warstwie fizycznej i około 80 Mbit/s w warstwie MAC. Urządzenia HomePlug AV muszą współistnieć i opcjonalnie współpracować z urządzeniami HomePlug 1.0. Warstwa fizyczna wykorzystuje nośne OFDM rozmieszczone co 24,414 kHz, z nośnymi od 2 do 30 MHz. W zależności od stosunku sygnału do szumu system automatycznie wybiera spośród BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, 256 QAM i 1024 QAM, w zależności od nośnej.

Wykorzystując adaptacyjną modulację do 1155 podnośnych OFDM, kody turbo splotu do korekcji błędów , dwupoziomowe ramkowanie MAC z ARQ i inne techniki, HomePlug AV może osiągnąć prawie teoretyczną maksymalną przepustowość na danej ścieżce transmisji. Ze względów bezpieczeństwa specyfikacja obejmuje techniki dystrybucji kluczy oraz użycie 128-bitowego szyfrowania AES . Ponadto techniki adaptacyjne specyfikacji stanowią nieodłączne przeszkody w podsłuchiwaniu i cyberatakach.

Niektóre adaptery oparte na Qualcomm Atheros są zgodne ze specyfikacją HomePlug AV, ale wykorzystują własne rozszerzenie, które zwiększa szybkość PHY do 500 Mbit/s, głównie poprzez wykorzystanie szerszego spektrum.

HomeWtyczka AV2

Specyfikacja HomePlug AV2 została wprowadzona w styczniu 2012 roku. Jest kompatybilna z urządzeniami HomePlug AV i HomePlug GreenPHY i jest zgodna ze standardem IEEE 1901 . Oferuje gigabitową szybkość PHY, obsługę MIMO PHY, powtarzalne funkcje i tryby oszczędzania energii. Może dodatkowo korzystać z pasma od 30 do 86 MHz. Pierwsza generacja jest ogólnie uważana za 20% szybszą niż HomePlug AV 500, często jest sprzedawana jako HomePlug 600. Nie obsługują MIMO, a jedynie pojedyncze strumienie ze względu na architekturę chipsetu Atheros (QCA7450/AR1540). Październik 2013 Qualcomm ogłosił QCA7500 z obsługą 2x2 MIMO, która rzekomo podwoi szybkość transferu danych. W 2014 roku Qualcomm rozpoczął produkcję QCA7500. Urządzenie to zapewniało surowe szybkości PHY na poziomie 1300 Mb/s, a wynikowe szybkości transmisji danych to 550 Mb/s UDP i 500 Mb/s TCP, pełne MIMO. Komunikacja odbywa się zarówno na parze linia-neutralna, jak i linia-ziemia. Devolo z Niemiec wprowadziło własne ulepszenia w standardzie i używa przewodu uziemiającego oprócz fazy (znanej również jako gorąca lub pod napięciem) i zerowej (znanej również jako neutralna). Ta technologia jest dostępna na całym świecie, ale może być używana tylko na terytoriach, które używają przewodu uziemiającego w przepisach dotyczących okablowania budynków.

HomePlug Zielony PHY

Specyfikacja HomePlug Green PHY jest podzbiorem HomePlug AV, który jest przeznaczony do użytku w inteligentnej sieci . Ma szczytowe prędkości 10 Mbit/s i jest przeznaczony do inteligentnych liczników i mniejszych urządzeń, takich jak termostaty HVAC, urządzenia domowe i pojazdy elektryczne typu plug-in, dzięki czemu dane mogą być udostępniane w sieci domowej i za pośrednictwem zakładu energetycznego. Do takich zastosowań nie jest potrzebne łącze szerokopasmowe o dużej przepustowości; najważniejsze wymagania to niski pobór mocy i koszt, niezawodna komunikacja i kompaktowy rozmiar. GreenPHY zużywa do 75% mniej energii niż AV.

HomePlug Powerline Alliance współpracował z producentami mediów i liczników, aby opracować tę 690-stronicową specyfikację. Urządzenia HomePlug Green PHY muszą być w pełni interoperacyjne z urządzeniami opartymi na specyfikacji HomePlug AV, HomePlug AV2 i IEEE 1901, co uważa się, że ogranicza ich zużycie energii i redukcję kosztów. Producent krzemu HomePlug QualComm ogłosił komercyjnie dostępny krzem Green PHY w grudniu 2011 roku.

HomePlug GreenPHY to protokół komunikacyjny używany w międzynarodowym standardzie ładowania pojazdów elektrycznych CCS

HomeWtyczka Dostęp BPL

Access Broadband Power Line (BPL) odnosi się do technologii dostępu szerokopasmowego do domu. HomePlug Alliance utworzyło grupę roboczą HomePlug Access BPL, której pierwszym statutem było opracowanie dokumentu wymagań rynkowych (MRD) dla specyfikacji HomePlug Access BPL. Sojusz wystosował otwarte zaproszenie do branży BPL do udziału w opracowywaniu lub wniesienia wkładu do rozważenia w MRD. Po kilku miesiącach współpracy pomiędzy przedsiębiorstwami użyteczności publicznej, dostawcami usług internetowych i innymi grupami branżowymi BPL, MRD został ukończony w czerwcu 2005 roku. Prace HomePlug nad Access BPL zostały następnie wniesione i włączone do standardu IEEE 1901 .

Bezpieczeństwo

Ponieważ sygnały mogą przemieszczać się poza miejsce zamieszkania lub firmę użytkownika i być podsłuchiwane, HomePlug umożliwia ustawienie hasła szyfrowania. Specyfikacja HomePlug wymaga, aby wszystkie urządzenia były ustawione na domyślne hasło gotowe do użycia — chociaż jest to powszechne. Użytkownicy powinni zmienić to hasło. Jeśli hasło nie zostanie zmienione, atakujący może użyć własnego urządzenia typu homeplug do wykrycia sygnałów użytkownika, a następnie użyć hasła domyślnego, aby uzyskać dostęp i zmienić ustawienia, takie jak używany klucz szyfrowania.

W wielu nowych adapterach Powerline, które są dostarczane jako para pudełkowa, unikalny klucz bezpieczeństwa został już ustanowiony i użytkownik nie musi zmieniać hasła, z wyjątkiem sytuacji, gdy używa ich z istniejącymi adapterami Powerline lub dodaje nowe adaptery do istniejącej sieci. Niektóre systemy obsługują przycisk uwierzytelniania, co pozwala na dodanie adapterów do sieci za pomocą zaledwie dwóch naciśnięć przycisku (po jednym z każdego urządzenia).

Aby uprościć proces konfigurowania haseł w sieci HomePlug, każde urządzenie ma wbudowane hasło główne, wybierane losowo przez producenta i wbudowane w urządzenie, które służy tylko do ustawiania haseł szyfrowania. Drukowana etykieta na urządzeniu zawiera jego hasło główne.

Standard HomePlug AV wykorzystuje 128-bitowy AES , podczas gdy starsze wersje używają mniej bezpiecznych protokołów DES . Szyfrowanie nie ma wpływu na dane wysyłane lub odbierane przez użytkownika, dlatego nadal należy używać protokołów i systemów wyższego poziomu, takich jak TLS .

Ponieważ urządzenia HomePlug zazwyczaj działają jako przezroczyste mosty sieciowe , komputery z dowolnym systemem operacyjnym mogą używać ich do uzyskiwania dostępu do sieci. Jednak niektórzy producenci dostarczają oprogramowanie do ustawiania hasła tylko w wersji Microsoft Windows; innymi słowy, włączenie szyfrowania wymaga komputera z systemem Windows [1] . Po skonfigurowaniu hasła szyfrowania każde urządzenie obsługujące specyfikację Ethernet będzie działać na adapterze.

Interoperacyjność

HomePlug AV, GP i AV2 są w pełni interoperacyjne, a także współpracują z urządzeniami IEEE 1901. Urządzenia HomePlug 1.0 nie współpracują z urządzeniami HomePlug AV. Chociaż jest technicznie możliwe osiągnięcie takiej kompatybilności wstecznej, nie jest to ekonomicznie wykonalne ze względu na wysoki koszt obwodów, które musiałyby obsługiwać różne techniki korekcji błędów do przodu (FEC) i zestawy funkcji.

Urządzenia HomePlug nie będą współpracować z urządzeniami, które wykorzystują inne technologie Powerline, takie jak Universal Powerline Association (UPA), HD-PLC lub G.hn . W przypadku G.hn uznano, że wdrożenie zarówno korekcji błędów do przodu z kodowaniem turbo HomePlug, jak i kontroli parzystości niskiej gęstości (LDPC) G.hn jest zbyt kosztowne . Jednak IEEE 1901 umożliwia współistnienie w ramach tego samego wdrożenia zarówno HomePlug AV, jak i HD-PLC za pośrednictwem protokołu Inter-System (ISP). G.hn obsługuje również dostawcę usług internetowych.

Urządzenia HomePlug nie są kompatybilne z niektórymi listwami zasilającymi, zabezpieczeniami przeciwprzepięciowymi i zasilaczami awaryjnymi zawierającymi filtry, które blokują sygnał o wysokiej częstotliwości. W takich przypadkach instalator musi podłączyć urządzenia bezpośrednio do gniazdek elektrycznych w budynku. Jeśli zapasowe gniazdo zasilania nie jest dostępne, w wielu przypadkach można użyć podwójnego adaptera z niekompatybilnym urządzeniem po jednej stronie i urządzeniem HomePlug po drugiej.

Obawy dotyczące zakłóceń elektromagnetycznych

Jednym z problemów związanych ze wszystkimi systemami Powerline, w porównaniu z dedykowanym okablowaniem danych, jest to, że trasa okablowania nie jest z góry znana i ogólnie jest już zoptymalizowana pod kątem przesyłu energii. Oznacza to, że zaistnieją sytuacje, w których system będzie emitował znaczną część energii w postaci zakłóceń o częstotliwości radiowej lub będzie podatny na wnikanie sygnałów zewnętrznych. Biorąc pod uwagę, że pasmo krótkofalowe jest wykorzystywane zarówno przez telemetrię dalekiego zasięgu małej mocy, jak i sygnały nadawcze o dużej mocy, jest to potencjalnie poważna wada. Aby spróbować zminimalizować skutki przychodzących zakłóceń i strat ścieżek zależnych od częstotliwości, standard HomePlug wymaga, aby każdy węzeł utrzymywał aktualizacje „map tonów” podczas pracy, dzięki czemu sprzęt „uczy się”, jak unikać pewnych kłopotliwych częstotliwości i umieszczać na nich więcej danych. częstotliwości, które wykazują niskie straty. Jednakże, chociaż łagodzi to przed wnikaniem, jeśli w pobliżu znajduje się czuły sprzęt odbiorczy, nie ma łatwego sposobu, aby powiedzieć urządzeniu HomePlug, aby „wyłączyło” wypromieniowane zakłócenia. W porównaniu z sygnałami odbieranymi w sprzęcie radiokomunikacyjnym, poziomy sygnałów w systemie elektroenergetycznym są dość wysokie. Zazwyczaj gęstość mocy wynosi -50 dBm na Hz, ponieważ każda nośna zajmuje kanał o częstotliwości 24 kHz, każda nośna jest wprowadzana na poziomie -6,6 dBm (220 mikrowatów), co daje całkowitą moc kanału 24 dBm (250 miliwatów). Typowa czułość odbiornika radiowego na fale krótkie wynosi -100 dBm (dziesiąte części pikowata).

W Wielkiej Brytanii pojawiły się sugestie, że użytkownicy urządzeń elektroenergetycznych powinni być ścigani na podstawie ustawy o telegrafii bezprzewodowej , jeśli powodują zakłócenia w oficjalnych systemach radiowych. Również GCHQ opublikowała obawy, że takie zakłócenia wpływają na jego zdolność do monitorowania aktywności radiowej w Wielkiej Brytanii.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

HomeWtyczka

Languages

In other projects