HomePlug — это семейное название различных спецификаций связи по линиям электропередачи под обозначением HomePlug, каждая из которых обладает уникальными возможностями и совместимостью с другими спецификациями HomePlug.
Некоторые спецификации HomePlug предназначены для широкополосных приложений. Например, распространение IPTV с низкой скоростью передачи данных в домашних условиях , игр и интернет-контента, в то время как другие фокусируются на низком энергопотреблении, низкой пропускной способности и расширенных рабочих температурах для таких приложений, как интеллектуальные счетчики электроэнергии и домашняя связь между электрическими системами и приборами. Все спецификации HomePlug были разработаны HomePlug Powerline Alliance , которому также принадлежит торговая марка HomePlug.
18 октября 2016 года HomePlug Alliance объявил, что все его спецификации будут общедоступны и что другие организации возьмут на себя будущую деятельность, связанную с внедрением существующих технологий. [1] В объявлении не было упоминания о каком-либо дальнейшем развитии технологии в сообществе HomePlug.
Альянс HomePlug Powerline был создан для разработки стандартов и технологий, позволяющих устройствам взаимодействовать друг с другом и с Интернетом через существующую электрическую проводку в здании/доме.
Одной из сложнейших технических задач был поиск способа снизить чувствительность к электрическим помехам, присутствующим в линиях электропередачи. HomePlug решил эту проблему, увеличив несущую частоту связи, чтобы сигнал передавался по нейтральному проводнику, общему 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 на физическом уровне (PHY) примерно с 13,0 Мбит/с [2] до 200 Мбит/с. Спецификация HomePlug Green PHY была выпущена в июне 2010 года и предназначена для приложений Smart Energy и Smart Grid как совместимого «родного брата» HomePlug AV с более низкой стоимостью, меньшим энергопотреблением и пониженной пропускной способностью. [3]
В 2010 году IEEE 1901 был одобрен, а HomePlug AV — в качестве базовой технологии для FFT- OFDM PHY в рамках стандарта и стал международным стандартом. HomePlug Powerline Alliance — орган 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 к сети электромобилей. [5]
По состоянию на 2017 год как минимум шесть поставщиков чипов поставляют наборы микросхем HomePlug AV с поддержкой спецификации IEEE 1901: Broadcom , Qualcomm Atheros , Sigma Designs , Intellon, SPiDCOM и MStar . [6]
Более новые версии HomePlug поддерживают использование Ethernet в топологии шины посредством модуляции OFDM , что позволяет нескольким различным носителям данных сосуществовать в одном проводе. Кроме того, технология OFDM HomePlug может отключать (маскировать) любые поднесущие, которые перекрывают ранее выделенный радиоспектр в данном географическом регионе, тем самым предотвращая помехи. Например, в Северной Америке HomePlug AV использует только 917 из 1155 поднесущих. [7]
Сеть Powerline — это сеть, которую можно настроить с использованием существующей электропроводки здания. Для зарядки электромобиля стандартное зарядное устройство для электромобилей SAE J1772 также требует, чтобы HomePlug Green PHY установил связь по линии электропередачи, прежде чем автомобиль сможет начать потреблять энергию для зарядки.
Все коммерческие реализации HomePlug соответствуют стандарту шифрования AES-128 , установленному FERC США для расширенной инфраструктуры учета . Соответственно, эти устройства подходят для использования в качестве готовых счетчиков коммунального класса с соответствующим программным обеспечением.
По состоянию на конец 2012 года наиболее широко распространенными устройствами HomePlug являются «адаптеры», которые представляют собой автономные модули, которые подключаются к настенным розеткам (или удлинителям [но не сетевым фильтрам] или удлинителям) и предоставляют один или несколько портов Ethernet. В простой домашней сети маршрутизатор интернет-шлюза подключается через кабель Ethernet к адаптеру линии электропередачи, который, в свою очередь, подключается к ближайшей розетке. Второй адаптер, подключаемый к любой другой розетке дома, подключается через кабель Ethernet к любому устройству Ethernet (например, компьютеру, принтеру, IP-телефону , игровой станции). Затем связь между маршрутизатором и устройствами Ethernet передается по существующей домашней электропроводке. Более сложные сети можно реализовать, подключив при необходимости дополнительные адаптеры. Адаптер Powerline также можно подключить к концентратору или коммутатору, чтобы он поддерживал несколько устройств Ethernet, находящихся в общей комнате.
Функциональность автономных адаптеров все чаще встраивается в конечные устройства, такие как центры управления питанием, цифровые медиа-адаптеры и интернет-камеры безопасности. Ожидается, что функции сетей Powerline будут встроены в телевизоры, телевизионные приставки, видеорегистраторы и другую бытовую электронику, особенно с появлением глобальных стандартов сетей Powerline, таких как стандарт IEEE 1901 , ратифицированный в сентябре 2010 года. [8]
Некоторые производители продают устройства с поддержкой 802.11n , HomePlug и четырьмя портами Gigabit Ethernet по цене менее 100 долларов США. В начале 2013 года анонсировано несколько устройств, которые также поддерживают подключение 802.11ac , комбинация которого с HomePlug продается Qualcomm Atheros как гибридная сетевая технология Hy-Fi , реализация IEEE P1905 . Это позволяет устройству использовать проводную связь Ethernet, линию электропередачи или беспроводную связь, если это возможно, для обеспечения резервного и надежного переключения при сбое , что считается особенно важным в потребительских приложениях, где обычно нет специалистов на месте для отладки соединений.
Первая спецификация HomePlug, HomePlug 1.0, обеспечивает пиковую скорость PHY 14 Мбит/с. Впервые он был представлен в июне 2001 года и с тех пор был заменен HomePlug AV. 28 мая 2008 года Ассоциация телекоммуникационной отрасли (TIA) включила технологию Powerline HomePlug 1.0 в недавно опубликованный международный стандарт TIA-1113. TIA-1113 определяет операции модема на электропроводке в помещении пользователя. Новый стандарт является первым в мире стандартом связи по линиям электропередачи с поддержкой мультимегабитной скорости, одобренным организацией, аккредитованной Американским национальным институтом стандартов (ANSI). [ нужна цитата ]
Уровень MAC 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 байт из инкапсулированных кадров IEEE 802.3 в виде единиц служебных данных MAC (MSDU) (поэтому не поддерживает большие кадры).
Адаптеры HomePlug 1.0 Turbo соответствуют спецификации HomePlug 1.0, но используют более быстрый запатентованный режим, который увеличивает пиковую скорость PHY до 85 Мбит/с. Модемы HomePlug 1.0 Turbo были доступны только от Intellon Corporation.
Спецификация HomePlug AV, представленная в августе 2005 года, обеспечивает достаточную пропускную способность для таких приложений, как HDTV и VoIP . HomePlug AV обеспечивает пиковую скорость передачи данных 200 Мбит/с на физическом уровне и около 80 Мбит/с на уровне MAC. AV-устройства HomePlug должны сосуществовать и, при необходимости, взаимодействовать с устройствами HomePlug 1.0. Физический уровень использует несущие OFDM, расположенные на частоте 24,414 кГц, с несущими от 2 до 30 МГц. В зависимости от соотношения сигнал/шум система автоматически выбирает BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, 256 QAM и 1024 QAM для каждой несущей.
Используя адаптивную модуляцию на 1155 поднесущих OFDM, коды турбосвертки для исправления ошибок , двухуровневое кадрирование MAC с ARQ и другие методы, HomePlug AV может достичь почти теоретической максимальной пропускной способности на заданном пути передачи. [7] Из соображений безопасности спецификация включает методы распределения ключей и использование 128-битного шифрования AES . Более того, адаптивные методы спецификации создают препятствия для подслушивания и кибератак. [10] [11]
Некоторые адаптеры на базе Qualcomm Atheros соответствуют спецификации HomePlug AV, но используют собственное расширение, которое увеличивает скорость PHY до 500 Мбит/с, главным образом за счет использования более широкого спектра. [12]
Спецификация HomePlug AV2 была представлена в январе 2012 года. Она совместима с устройствами HomePlug AV и HomePlug GreenPHY и соответствует стандарту IEEE 1901 . Он имеет PHY-скорость гигабитного класса, поддержку MIMO PHY, функции повторения и режимы энергосбережения. [4] [13] Дополнительно может использоваться диапазон от 30 до 86 МГц. Обычно считается, что первое поколение на 20% быстрее, чем HomePlug AV 500, его часто продают как HomePlug 600. Они не поддерживают MIMO, а поддерживают только одиночные потоки благодаря архитектуре чипсета Atheros (QCA7450/AR1540). Октябрь 2013 года Qualcomm анонсировала QCA7500 с поддержкой 2x2 MIMO, что предположительно удвоит скорость передачи данных. В 2014 году Qualcomm начала производство QCA7500. Это устройство обеспечивало чистую скорость 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 по парам линия-земля. Devolo из Германии внесла собственные улучшения в стандарт и использует заземляющий провод в дополнение к фазному (также известному как «горячий» или «под напряжением») и нулевому (также известному как нейтральный). Эта технология доступна во всем мире, но ее можно использовать только на территориях, где согласно правилам проводки зданий используется заземляющий провод. [ нужна цитата ]
Спецификация HomePlug Green PHY — это подмножество HomePlug AV, предназначенное для использования в интеллектуальных сетях . Он имеет пиковую скорость 10 Мбит/с и предназначен для использования в интеллектуальных счетчиках и небольших приборах, таких как термостаты HVAC, бытовая техника и подключаемые к сети электромобили [14] , чтобы данные можно было передавать по домашней сети и через источник питания. полезность. Для таких приложений не требуется широкополосная связь с высокой пропускной способностью; наиболее важными требованиями являются низкая мощность и стоимость, надежная связь и компактный размер. GreenPHY потребляет до 75 % меньше энергии, чем AV. [14]
Альянс HomePlug Powerline работал с коммунальными предприятиями и производителями счетчиков над разработкой этой 690-страничной спецификации. [15] Устройства HomePlug Green PHY должны быть полностью совместимы с устройствами на основе спецификаций HomePlug AV, HomePlug AV2 и IEEE 1901, которые [ кем? ] , чтобы препятствовать их энергопотреблению и снижению затрат. Поставщик чипов HomePlug QualComm анонсировал коммерчески доступный кремний Green PHY в декабре 2011 года .
HomePlug GreenPHY — это протокол связи, используемый в международном стандарте зарядки электромобилей CCS.
Access Broadband Power Line (BPL) относится к технологии широкополосного доступа к дому. 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 или внести свой вклад для рассмотрения в MRD. 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 дополнена и объединена со стандартом IEEE 1901 . [3]
Поскольку сигналы могут распространяться за пределы места жительства или работы пользователя и быть прослушаны, HomePlug включает возможность установки пароля шифрования. Спецификация HomePlug требует, чтобы на всех устройствах был установлен стандартный пароль по умолчанию, хотя и общий. Пользователи должны изменить этот пароль. Если пароль не изменен, злоумышленник может использовать собственное домашнее устройство для обнаружения сигналов пользователя, а затем использовать пароль по умолчанию для доступа и изменения настроек, таких как используемый ключ шифрования.
На многих новых адаптерах Powerline, которые поставляются 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 кнопок (по одному на каждое устройство).
Чтобы упростить процесс настройки паролей в сети HomePlug, каждое устройство имеет встроенный мастер-пароль, случайно выбранный производителем и встроенный в устройство, который используется только для установки паролей шифрования. На напечатанной этикетке устройства указан его главный пароль.
Стандарт HomePlug AV использует 128-битный AES , тогда как более старые версии используют менее безопасные протоколы DES . Это шифрование не влияет на данные, которые пользователь отправляет или получает, поэтому по-прежнему следует использовать протоколы и системы более высокого уровня, такие как TLS .
Поскольку устройства HomePlug обычно функционируют как прозрачные сетевые мосты , компьютеры под управлением любой операционной системы могут 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]. Архивировано 20 июля 2006 г. на Wayback Machine . После настройки пароля шифрования любое устройство, поддерживающее спецификацию Ethernet, будет работать с адаптером.
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 экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости схем, которые должны были бы поддерживать различные методы и наборы функций прямого исправления ошибок (FEC). [17]
Устройства HomePlug не будут взаимодействовать с устройствами , использующими другие технологии Powerline, такие как Universal Powerline Association (UPA), HD-PLC или G.hn. В случае с G.hn было сочтено непомерно дорогим реализовать как прямое исправление ошибок турбокодирования HomePlug , так и код G.hn с низкой плотностью проверки четности . [18] Однако IEEE 1901 позволяет сосуществовать в рамках одного и того же развертывания как HomePlug AV, так и HD-PLC через межсистемный протокол (ISP). G.hn также поддерживает интернет-провайдера.
Устройства HomePlug несовместимы с некоторыми удлинителями, сетевыми фильтрами и источниками бесперебойного питания с фильтрами, которые блокируют высокочастотный сигнал. В таких случаях установщик должен подключать устройства непосредственно к электрическим розеткам здания. [19] Если запасная розетка недоступна, во многих случаях можно использовать двойной адаптер с несовместимым устройством с одной стороны и устройством HomePlug с другой.
Одна из проблем всех систем линий электропередачи по сравнению с выделенной проводкой данных заключается в том, что маршрут проводки неизвестен заранее и, как правило, уже оптимизирован для передачи энергии. Это означает, что возникнут 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 маломощными сигналами дальней телеметрии, так и мощными радиовещательными сигналами, это потенциально серьезный недостаток. Чтобы минимизировать влияние входящих помех и частотно-зависимых потерь на трассе, стандарт HomePlug требует, чтобы каждый узел поддерживал обновления «карт тонов» во время работы, поэтому оборудование «обучается» избегать определенных проблемных частот и помещать на них больше данных. частоты с низкими потерями. Однако, хотя это снижает вероятность проникновения, если поблизости находится чувствительное приемное оборудование, то нет простого способа заставить устройство HomePlug «выключить» излучаемые помехи. По сравнению с сигналами, принимаемыми оборудованием радиосвязи, уровни сигналов в системе электропередачи довольно высоки. Обычно плотность мощности составляет 10 нВт/Гц, поскольку каждая несущая занимает канал 24 кГц, каждая несущая вводится на уровне -6,6 дБм (220 микроватт), в результате чего общая полная мощность канала составляет 24 дБм (250 милливатт). [ нужна цитата ]
В Великобритании высказывались предложения о том, что пользователи оборудования линий электропередачи должны привлекаться к ответственности в соответствии с Законом 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]
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )