Стандарт IEEE для широкополосной связи по линиям электропередачи
IEEE 1901 — это стандарт для высокоскоростных (до 500 Мбит/с на физическом уровне) устройств связи по линиям электропередачи, часто называемый широкополосной связью по линиям электропередачи (BPL). [1] В стандарте используются частоты передачи ниже 100 МГц. Этот стандарт может использоваться всеми классами устройств BPL, включая устройства BPL, используемые для подключения (<1500 м до помещения) к услугам доступа в Интернет , а также устройства BPL, используемые внутри зданий для локальных сетей , интеллектуальных энергетических приложений , транспортных платформ (транспортных средств). ) и другие приложения для распределения данных (<100 м между устройствами). [2]
Стандарт IEEE 1901, установленный в 2010 году, установил первый в мире эталон для связи по линиям электропередачи, адаптированный для домашних мультимедийных сетей, аудио-видео и интеллектуальных сетей. В этот стандарт были внесены поправки в IEEE 1901a-2019, вносящие улучшения в физический уровень (вейвлет) HD-PLC для приложений Интернета вещей (IoT). В 2020 году он был обновлен и получил название IEEE 1901-2020. [3]
Стандарт IEEE 1901 заменил дюжину предыдущих спецификаций линий электропередачи. Он включает обязательный межсистемный протокол сосуществования (ISP). Интернет-провайдер IEEE 1901 предотвращает помехи, когда различные реализации BPL работают в непосредственной близости друг от друга. [4] Для обработки нескольких устройств, пытающихся использовать линию одновременно, IEEE 1901 поддерживает TDMA , но CSMA/CA (также используемый в WiFi ) чаще всего реализуется продаваемыми устройствами. [5] [6]
Стандарт IEEE 1901 является обязательным для запуска зарядки электромобиля SAE J1772 постоянным током (переменный ток использует ШИМ ) и является единственным протоколом линии электропередачи для гетерогенных сетей IEEE 1905.1 . Это настоятельно рекомендуется в стандартах интеллектуальных сетей IEEE P1909.1 , поскольку они предназначены в первую очередь для управления устройствами переменного тока, которые по определению всегда имеют подключения к сети переменного тока, поэтому никаких дополнительных подключений не требуется.
Обзор обновлений
Стандарт IEEE 1901 стал важным шагом в развитии технологий связи по линиям электропередачи (ПЛК). ПЛК позволяет передавать данные по существующим линиям электропередачи, что может быть особенно полезно в условиях, когда сложно проложить новую проводку или где беспроводная связь может быть проблематичной.
- IEEE 1901-2010 : это был первоначальный стандарт, заложивший основу для широкополосной связи по линиям электропередачи (BPL) и домашних сетей электропередачи. Он определил два несовместимых физических уровня:
- OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) на основе БПФ ( быстрое преобразование Фурье ): в основном используется для доступа к BPL.
- OFDM на основе вейвлета : используется для домашних сетей и некоторых приложений доступа BPL.
- IEEE 1901a-2019 : Эта поправка направлена на улучшение физического уровня HD-PLC (связь по линии электропередачи высокой четкости) на основе вейвлетов . Основная цель заключалась в том, чтобы сделать его более подходящим для приложений Интернета вещей (IoT). Устройствам Интернета вещей часто требуется малое энергопотребление, низкая задержка и надежная связь, и усовершенствования в этой поправке направлены на удовлетворение этих потребностей.
- IEEE 1901-2020 : это была пересмотренная версия исходного стандарта 1901 года. Пересмотр стандартов обычно включает в себя обновления, учитывающие технологические достижения, учитывающие отзывы отрасли и гарантирующие, что стандарт остается актуальным и эффективным.
Развитие и развитие стандарта IEEE 1901 подчеркивают важность связи по линиям электропередачи в современных сетевых сценариях. Поскольку Интернет вещей продолжает расти, когда к сети подключаются миллиарды устройств, наличие надежной и универсальной среды связи, такой как ПЛК, может иметь неоценимое значение, особенно в средах, где традиционные сетевые методы могут быть проблематичными.
Положение дел
Рабочая группа IEEE P1901 начала работу в июне 2005 года. В разработку стандарта внесли свой вклад более 90 организаций. Половина организаций была из США, четверть из Японии и последняя четверть из Европы. [4]
IEEE 1901 завершил формальный стандарт IEEE 1901-2010, опубликованный в декабре 2010 года. Рабочая группа, которая поддерживает и расширяет стандарты, спонсируется Комитетом по стандартизации связи по линиям электропередач IEEE (PLCSC). [7] IEEE 1901-2020 был опубликован в январе 2021 года.
Усыновление
МСЭ-Т G.9972
Протокол сосуществования IEEE 1901 ISP был расширен для поддержки семейства стандартов домашних сетей Международного союза электросвязи , известных как G.hn , и принят ITU-T как Рекомендация ITU-T G.9972 . [8]
СГИП
Группа по совместимости интеллектуальных сетей (SGIP), инициированная Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST), требует внедрения механизма сосуществования IEEE 1901 ISP (или ITU-T G.9972) во всех технологиях, работающих по линиям электропередачи. NISTIR 7862: Руководство по внедрению сосуществования стандартов широкополосной связи по линиям электропередачи [9] Стандарт IEEE 1901 включен в Каталог стандартов SGIP [10]
DLNA
В 2012 году Альянс цифровых жилых сетей (DLNA) объявил о поддержке стандартов IEEE 1901. [11]
SAE и МЭК 62196
Стандарты SAE J1772 и IEC 62196 для зарядки электромобилей включают IEEE 1901 в качестве стандарта для связи по линии электропередачи между транспортным средством, внешней зарядной станцией постоянного тока и интеллектуальной сетью без необходимости использования дополнительного контакта; SAE International и Ассоциация стандартов IEEE делятся своими проектами стандартов, касающихся интеллектуальных сетей и электрификации транспортных средств. [12]
ИЭЭЭ 1905.1
IEEE 1901 — это стандарт связи по линии электропередачи, поддерживаемый стандартом IEEE 1905.1 для конвергентной цифровой домашней сети. [13]
Описание
Стандарты 1901 года включают два разных физических уровня (PHY): один основан на модуляции с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением ( OFDM) быстрого преобразования Фурье (FFT), а другой - на вейвлет -модуляции OFDM. Каждый PHY является необязательным, и разработчики спецификации могут, но не обязаны включать оба. FFT PHY основан на технологии HomePlug AV и используется в продуктах на базе HomePlug. Wavelet PHY основан на технологии HD-PLC и используется в продуктах на базе HD-PLC. [14] Доходит до 1024-QAM .
FFT PHY включает в себя схему прямого исправления ошибок (FEC), основанную на сверточном турбокоде (CTC). Второй вариант «Wavelet PHY» включает обязательную FEC на основе составного кода Рида-Соломона (RS) и сверточного кода , а также возможность использования кода проверки четности низкой плотности (LDPC). [15]
Поверх этих двух физических уровней были определены два разных уровня управления доступом к среде передачи (MAC); один для домашней сети , а другой для доступа в Интернет . [16] Потребовались два MAC-адреса, поскольку каждое приложение предъявляет разные требования.
Для управления сосуществованием между PHY и MAC был разработан Межсистемный протокол (ISP). ISP позволяет различным устройствам и системам BPL совместно использовать ресурсы связи (частоту/время) при установке в сети с общей электрической проводкой. Интернет-провайдер позволяет сосуществовать устройствам, совместимым со стандартом 1901, и устройствам, совместимым с ITU-T G.hn. Протокол обеспечивает настраиваемое частотное разделение для доступа и временное разделение для домашнего использования с степенью детализации, совместимой с требованиями качества обслуживания (QoS) самых требовательных аудио- и видеоприложений. [17]
Поправка IEEE 1901a-2019, внесенная в 2019 году, определяет более гибкий способ разделения вейвлет-каналов OFDM для приложений Интернета вещей . [18]
Сопутствующие стандарты
Другая торговая группа под названием HomeGrid Forum была создана в 2008 году для продвижения стандартов домашних сетей ITU-T , известных как G.hn. Рекомендация ITU-T G.9972, утвержденная в июне 2010 года, определяет механизм сосуществования для приемопередатчиков домашних сетей, способных работать по линиям электропередачи. Эта рекомендация основана на стандарте IEEE 1901 ISP. [19]
IEEE 1675 был утвержден в 2008 году. Он предусматривал стандарты тестирования и проверки оборудования, обычно используемого для установок широкополосной связи по линиям электропередачи (BPL) (в первую очередь соединители и корпуса), а также стандартные методы установки для обеспечения соответствия применимым нормам и стандартам. [20]
Другие стандарты IEEE, спонсируемые Комитетом по стандартам связи по линиям электропередачи: [21]
- «IEEE P1909.1».: Рекомендуемая практика для оборудования связи интеллектуальных сетей. Методы испытаний и требования к установке.
- «ИИЭР 1905.1». Архивировано из оригинала 15 октября 2016 года . Проверено 22 июля 2011 г.: Стандарт конвергентной цифровой домашней сети для гетерогенных технологий. [13]
- «ИИЭР 1775».: Рабочая группа по ЭМС для связи по линиям электропередач.
Производные стандарты
Два приведенных ниже стандарта и поправки к ним также разработаны одним и тем же комитетом. Несмотря на разные полосы пропускания и частоты, они основаны на схожих технологиях, специализированных для их основных областей использования. Все три включают положения о криптографической безопасности и аутентификации. [21]
- IEEE 1901.1: Среднечастотная (менее 12 МГц) связь по линиям электропередачи для приложений интеллектуальных сетей. Он использует любой тип OFDM, может использовать TDMA или CSMA и модулирует до 16-QAM. Там есть условия для интернет-провайдера. [22]
- IEEE 1901.2: Низкочастотная (менее 500 кГц) узкополосная связь по линиям электропередачи для приложений интеллектуальных сетей. Он был авторизован в 2010 году и утвержден в качестве стандарта в октябре 2012 года. Он поддерживает скорость передачи данных до 500 кбит/с. [23] Здесь используется только FFT OFDM. Он поддерживает CSMA или предотвращение конфликтов с вырезанием частоты (подобно FDMA), хотя анализы склонны полагать, что механизм CSMA будет использоваться реже, поскольку он требует отправки преамбулы, в то время как FDMA естественным образом поддерживается как часть адаптивного тона. (частотный) подбор. [24] По сравнению с двумя другими стандартами, большинство его частей упрощено или минимизировано из-за более низкой скорости и более ограниченной сферы использования. Он модулирует до 16-QAM, поддерживает сети напряжением до 72 кВ и имеет возможности для отправки данных через трансформатор. Здесь также описана возможность взаимодействия с G3-PLC/PRIME CENELEC A. [23]
Проект IETF RFC рассматривает более высокие уровни протокола, а именно особенности передачи пакетов IPv6 через уровни PHY и MAC систем ПЛК, таких как IEEE 1901. Ранее для этой цели использовался 6LoWPAN , но он не совсем соответствует варианту использования. [25]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Наягам, Арун; Раджкотия, Пурва Р.; Кришнам, Манджунатх; Риндхен, Маркус. (Февраль 2014 года). «Глава 13: IEEE 1901: Широкополосная связь по сетям линий электропередачи». В Бергере, Ларс Т.; Швагер, Андреас; Пагани, Паскаль; Шнайдер, Дэниел М. (ред.). Связь по линиям электропередач MIMO: стандарты узкополосной и широкополосной связи, электромагнитная совместимость и расширенная обработка. ЦРК Пресс. стр. 391–426. дои : 10.1201/b16540-17. ISBN 978-1-4665-5752-9. Архивировано из оригинала 19 мая 2014 года.
- ^ «Окончательная версия стандарта широкополосной связи по линиям электропередачи IEEE 1901 года опубликована» . Пресс-релиз . Ассоциация стандартов IEEE. 1 февраля 2011 года . Проверено 23 декабря 2013 г.
- ^ Нессум. «ИИЭР 1901». Нессум .
- ^ аб Жан-Филипп Фор (май 2011 г.). «Реалии ратификации IEEE 1901 года». Интеллектуальная сеть IEEE .
- ^ «Система доступа IEEE 1901: обзор ее уникальности и мотивации» (PDF) . Морс.colorado.edu . Проверено 15 мая 2018 г.
- ^ «Справедливость протоколов MAC: IEEE 1901 против 802.11» (PDF) . Infoscience.epfl.ch . Проверено 15 мая 2018 г.
- ^ Жан-Филипп Фор (декабрь 2011 г.). «Комитет по стандартам связи по линиям электропередачи». Официальный веб-сайт . Коммуникационное общество IEEE . Проверено 6 ноября 2013 г.
- ^ МСЭ-Т (июнь 2010 г.). «G.9972: Механизм сосуществования трансиверов проводной домашней сети». Официальный веб-сайт .
- ^ NIST SGIP (1 июня 2012 г.). «НИСТИР 7862». Официальный веб-сайт .
- ^ NIST SGIP (31 января 2013 г.). «Каталог стандартов SGIP». Официальный веб-сайт .
- ^ DLNA (12 марта 2012 г.). «DLNA® одобряет использование сетей Powerline HomePlug AV и HD-PLC для расширения возможностей подключения к цифровому дому». Пресс-релиз . Проверено 23 декабря 2013 г.
- ^ Покжива, Джек; Рейди, Мэри (12 августа 2011 г.). «Комбинированный разъем SAE J1772 для зарядки переменного и постоянного тока усовершенствован с помощью IEEE» . САЭ Интернешнл . Архивировано из оригинала 14 июня 2012 года . Проверено 12 августа 2011 г.
- ^ Аб Коэн, Итан Г.; Эй, Дункан; Моханти, Бибху П.; Раджкотия, Пурва Р. (февраль 2014 г.). «Глава 15: IEEE 1905.1: Конвергентная цифровая домашняя сеть». В Бергере, Ларс Т.; Швагер, Андреас; Пагани, Паскаль; Шнайдер, Дэниел М. (ред.). Связь по линиям электропередач MIMO: стандарты узкополосной и широкополосной связи, электромагнитная совместимость и расширенная обработка. ЦРК Пресс. стр. 391–426. дои : 10.1201/b16540-19. ISBN 978-1-4665-5752-9.
- ^ «Изучите продукты HD-PLC» . Официальный веб-сайт HD-PLC Alliance . Февраль 2021.
- ^ Стефано Галли; О. Логвинов (июль 2008 г.). «Последние события в стандартизации связи по линиям электропередачи в рамках IEEE». Журнал коммуникаций IEEE . 46 (7): 64–71. дои : 10.1109/MCOM.2008.4557044. S2CID 2650873.Обзор предложения P1901 PHY/MAC.
- ^ С. Голдфишер, С. Танабе, «Система доступа IEEE 1901: обзор ее уникальности и мотивации», IEEE Commun. Маг., вып. 48, нет. 10 октября 2010 г., стр. 150–157.
- ^ IEEE-SA (18 июня 2009 г.). «Рабочая группа IEEE по широкополосной связи по линиям электропередачи утверждает положения для MAC/PHY и межсистемного протокола» (PDF) .
- Викискладе есть медиафайлы по теме Интернета вещей . Standards.ieee.org .
- ^ «G.9972: Механизм сосуществования для трансиверов проводной домашней сети» . МСЭ-Т . Ноябрь 2011 г.
- ^ IEEE STD 1675-2008: Стандарт IEEE для широкополосного оборудования по линиям электропередачи . 7 января 2009 г. doi :10.1109/IEESTD.2008.4747595. ISBN 978-0-7381-5810-5.
- ^ ab «Активные рабочие группы и проекты». Комитет по стандартам связи по линиям электропередач .; «Опубликованные стандарты». Комитет по стандартам связи по линиям электропередач .
- ^ IEEE 1901.1-2018: Стандарт для среднечастотной (менее 12 МГц) связи по линиям электропередачи для приложений интеллектуальных сетей . doi : 10.1109/ieeestd.2018.8360785. ISBN 978-1-5044-4820-8.
- ^ ab IEEE 1901.2-2013: Стандарт для низкочастотной (менее 500 кГц) узкополосной связи по линиям электропередачи для приложений Smart Grid . doi : 10.1109/ieestd.2013.6679210. ISBN 978-0-7381-8793-8.
- ^ Леклер, Джим; Никташ, Афшин; Леви, Виктор (22 мая 2013 г.). «ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 5676: Обзор, история и формирование IEEE P1901.2 для узкополосного OFDM PLCR». Максим Интегрированный .
- ^ Лю, Бинг; Хоу, Цзяньцян; Перкинс, Чарльз; Тан, Сяоцзюнь; Хон, Ён Гын. «Передача пакетов IPv6 по сетям ПЛК». www.tools.ietf.org .
Внешние ссылки
- ИИЭР 1901-2020
- Рэй Уиллингтон (20 апреля 2010 г.). «Альянсы HomePlug Powerline получают поддержку IEEE: скоро появится стандарт - HotHardware» . HotHardware — наш сайт . Проверено 23 июля 2011 г.
- «HD-PLC (связь по линии электропередачи высокой четкости)». Официальный веб-сайт . Альянс HD-PLC . Проверено 10 февраля 2021 г.
- «Основные функции, одобренные для широкополосной связи по линиям электропередачи». Монтаж и обслуживание кабелей . 16 июля 2010 г. Проверено 23 июля 2011 г.
- Фредерик Онадо (июнь 2010 г.). «Интервью Hometoys с Фредериком Онадо, операционным директором SPiDCOM, об IEEE 1901». Электронный журнал HomeToys Home Technology . Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года . Проверено 23 июля 2011 г.