HomePlug - HomePlug
| Nome comum | Padrão IEEE |
|---|---|
|
HomePlug HD-PLC |
1901 |
| Wi-fi | 802.11a |
| 802.11b | |
| 802.11g | |
| 802.11n | |
| 802.11ac | |
| Nome comum | Recomendação ITU-T |
| HomePNA 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 (Plano de Gerenciamento) |
| G.hn-mimo | G.9963 |
| G.hn / HomeGrid | G.9964 (Gerenciamento PSD) |
| G.hnta | G.9970 |
| G.cx | G.9972 |
HomePlug é o nome da família para várias especificações de comunicação de linha de energia sob a designação HomePlug, com cada uma oferecendo recursos de desempenho exclusivos e coexistência ou compatibilidade com outras especificações HomePlug.
Algumas especificações HomePlug têm como alvo aplicativos de banda larga, como distribuição doméstica de IPTV de baixa taxa de dados , jogos e conteúdo da Internet, enquanto outras se concentram em baixa potência, baixo rendimento e temperaturas operacionais estendidas para aplicativos como medidores de energia inteligentes e comunicações em casa entre sistemas elétricos e aparelhos. Todas as especificações HomePlug foram desenvolvidas pela HomePlug Powerline Alliance , que também possui a marca comercial HomePlug.
Em 18 de outubro de 2016, a HomePlug Alliance anunciou que todas as suas especificações seriam colocadas em domínio público e que outras organizações assumiriam atividades futuras relacionadas à implantação das tecnologias existentes. Não houve menção no anúncio de qualquer desenvolvimento de tecnologia adicional dentro da comunidade HomePlug.
História
A HomePlug Powerline Alliance foi formada para desenvolver padrões e tecnologia para permitir que dispositivos se comuniquem entre si, e com a Internet, por meio da estrutura / cabeamento elétrico existente.
Um dos maiores desafios técnicos foi encontrar uma maneira de reduzir a sensibilidade ao ruído elétrico presente nas linhas de transmissão. O HomePlug resolveu esse problema aumentando as frequências da portadora de comunicação de modo que o sinal fosse transmitido pelo condutor neutro, comum a todas as fases.
A primeira especificação HomePlug, HomePlug 1.0, foi lançada em junho de 2001. A especificação HomePlug AV (para áudio-vídeo), lançada em 2005, aumentou as taxas de pico de dados da camada física (PHY) de aproximadamente 13,0 Mbit / s para 200 Mbit / s. A especificação HomePlug Green PHY foi lançada em junho de 2010 e visa os aplicativos Smart Energy e Smart Grid como um "irmão" interoperável do HomePlug AV com menor custo, menor consumo de energia e menor rendimento.
Em 2010, foi aprovado o IEEE 1901 e o HomePlug AV, como tecnologia de base para o FFT- OFDM PHY dentro do padrão, e se tornou um padrão internacional. A HomePlug Powerline Alliance é uma entidade certificadora para produtos IEEE 1901. As três principais especificações publicadas pela HomePlug (HomePlug AV, HomePlug Green PHY e HomePlug AV2) são interoperáveis e compatíveis.
Em 2011, a especificação HomePlug Green PHY foi adotada pela Ford, General Motors, Audi, BMW, Daimler, Porsche e Volkswagen como um padrão de conectividade para veículos elétricos plug-in.
Em 2017, havia pelo menos seis fornecedores de chips enviando chipsets HomePlug AV com suporte à especificação IEEE 1901: Broadcom , Qualcomm Atheros , Sigma Designs , Intellon , SPiDCOM e MStar .
As versões mais recentes do HomePlug suportam o uso de Ethernet na topologia de barramento via modulação OFDM , o que permite que vários suportes de dados distintos coexistam no mesmo fio. Além disso, a tecnologia OFDM do HomePlug pode desligar (mascarar) quaisquer subportadoras que se sobreponham ao espectro de rádio previamente alocado em uma determinada região geográfica, evitando assim a interferência. Na América do Norte , por exemplo, o HomePlug AV usa apenas 917 de 1155 subportadoras.
Uso
A rede Powerline em geral significa que uma rede pode ser configurada usando a fiação elétrica existente em um prédio. Para carregamento de veículos elétricos, o carregador de veículos elétricos plug-in padrão SAE J1772 também requer o HomePlug Green PHY para estabelecer comunicações através de uma linha de força antes que o veículo possa começar a consumir qualquer energia de carga.
Todas as implementações comerciais de HomePlug atendem ao padrão de criptografia AES-128 especificado para infraestrutura de medição avançada pela FERC dos EUA . Consequentemente, esses dispositivos são adequados para implantar como medidores de grau de utilidade da prateleira com software apropriado.
No final de 2012, os dispositivos HomePlug mais amplamente implantados são "adaptadores", que são módulos autônomos que se conectam a tomadas de parede (ou filtros de linha [mas não estabilizadores] ou cabos de extensão) e fornecem uma ou mais portas Ethernet. Em uma rede doméstica simples, o roteador de gateway de Internet se conecta via cabo Ethernet a um adaptador de linha de força, que por sua vez se conecta a uma tomada elétrica próxima. Um segundo adaptador, conectado a qualquer outra tomada da casa, se conecta via cabo Ethernet a qualquer dispositivo Ethernet (por exemplo, computador, impressora, telefone IP , estação de jogos). As comunicações entre o roteador e os dispositivos Ethernet são então transmitidas pela fiação elétrica residencial existente. Redes mais complexas podem ser implementadas conectando adaptadores adicionais conforme necessário. Um adaptador de linha de energia também pode ser conectado a um hub ou switch para que ofereça suporte a vários dispositivos Ethernet residentes em uma sala comum.
Cada vez mais, a funcionalidade encontrada em adaptadores autônomos está sendo incorporada em dispositivos finais, como centros de controle de energia, adaptadores de mídia digital e câmeras de segurança da Internet. Prevê-se que a funcionalidade de rede powerline será incorporada em TVs, decodificadores, DVRs e outros produtos eletrônicos de consumo, especialmente com o surgimento de padrões globais de rede powerline, como o padrão IEEE 1901 , ratificado em setembro de 2010.
Vários fabricantes vendem dispositivos que incluem 802.11n , HomePlug e quatro portas de conectividade Gigabit Ethernet por menos de US $ 100. Vários são anunciados para o início de 2013 que também incluem conectividade 802.11ac , cuja combinação com o HomePlug é vendida pela Qualcomm Atheros como sua tecnologia de rede híbrida Hy-Fi , uma implementação do IEEE P1905 . Isso permite que um dispositivo use ethernet com fio, linha de energia ou comunicação sem fio conforme disponível para fornecer um failover redundante e confiável - considerado particularmente importante em aplicativos de consumidor onde não há experiência no local normalmente disponível para depurar conexões.
Versões
HomePlug 1.0
A primeira especificação HomePlug, HomePlug 1.0, fornece uma taxa PHY de pico de 14 Mbit / s. Foi introduzido pela primeira vez em junho de 2001 e, desde então, foi substituído pelo HomePlug AV. Em 28 de maio de 2008, a Telecommunications Industry Association (TIA) incorporou a tecnologia HomePlug 1.0 powerline ao padrão internacional TIA-1113 recém-publicado. O TIA-1113 define as operações do modem na fiação elétrica das instalações do usuário. O novo padrão é o primeiro padrão de comunicação powerline de vários megabits do mundo aprovado por uma organização credenciada pelo American National Standards Institute (ANSI).
O HomePlug 1.0 MAC Layer usa acesso de canal baseado em Carrier Sense Multiple Access com Collision Avoidance (CSMA / CA) para transportar dados de 46 a 1500 bytes de quadros IEEE 802.3 encapsulados como unidades de dados de serviço MAC (MSDUs) (portanto, não suporta quadros jumbo).
Os adaptadores HomePlug 1.0 Turbo estão em conformidade com a especificação HomePlug 1.0, mas empregam um modo proprietário mais rápido que aumenta a taxa de pico PHY para 85 Mbit / s. Os modems HomePlug 1.0 Turbo estavam disponíveis apenas na Intellon Corporation .
HomePlug AV
A especificação HomePlug AV, introduzida em agosto de 2005, fornece largura de banda suficiente para aplicativos como HDTV e VoIP . O HomePlug AV oferece uma taxa de dados de pico de 200 Mbit / s na camada física e cerca de 80 Mbit / s na camada MAC. Os dispositivos HomePlug AV devem coexistir e, opcionalmente, interoperar com os dispositivos HomePlug 1.0. A camada física usa portadoras OFDM espaçadas em 24,414 kHz, com portadoras de 2 a 30 MHz. Dependendo da relação sinal-ruído, o sistema seleciona automaticamente entre BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, 256 QAM e 1024 QAM, em uma base de portadora por portadora.
Utilizando modulação adaptativa em até 1155 subportadoras OFDM, códigos de convolução turbo para correção de erros , enquadramento MAC de dois níveis com ARQ e outras técnicas, o HomePlug AV pode atingir quase a largura de banda máxima teórica em um determinado caminho de transmissão. Por razões de segurança, a especificação inclui técnicas de distribuição de chaves e o uso de criptografia AES de 128 bits . Além disso, as técnicas adaptativas da especificação apresentam obstáculos inerentes à escuta e ataques cibernéticos.
Alguns adaptadores baseados em Qualcomm Atheros estão em conformidade com a especificação HomePlug AV, mas empregam uma extensão proprietária que aumenta a taxa PHY para 500 Mbit / s principalmente usando um espectro mais amplo.
HomePlug AV2
A especificação HomePlug AV2 foi introduzida em janeiro de 2012. É interoperável com os dispositivos HomePlug AV e HomePlug GreenPHY e é compatível com o padrão IEEE 1901 . Possui taxa PHY de classe gigabit, suporte para MIMO PHY, funcionalidades de repetição e modos de economia de energia. Além disso, ele pode usar a banda de 30 a 86 MHz. A primeira geração é geralmente considerada 20% mais rápida do que o HomePlug AV 500, geralmente é vendido como HomePlug 600. Eles não suportam MIMO, mas apenas fluxos únicos devido à arquitetura do chipset Atheros (QCA7450 / AR1540). Outubro de 2013, a Qualcomm anunciou o QCA7500 com suporte para 2x2 MIMO, que supostamente dobrará as taxas de transferência de dados. Em 2014, a Qualcomm iniciou a produção do QCA7500. Este dispositivo forneceu taxas de PHY brutas de 1300 Mbps, com taxas de dados resultantes de 550 Mbps UDP e 500 Mbps TCP, MIMO completo. A comunicação ocorre nos pares linha-neutro e linha-terra. A Devolo, da Alemanha, fez melhorias proprietárias no padrão e está usando o fio terra além da fase (também conhecido como quente ou vivo) e nulo (também conhecido como neutro). Esta tecnologia está disponível em todo o mundo, embora só possa ser usada em territórios que usam o fio terra em seus regulamentos de fiação de edifícios.
HomePlug Green PHY
A especificação HomePlug Green PHY é um subconjunto do HomePlug AV que se destina ao uso na rede inteligente . Ele tem taxas de pico de 10 Mbit / se é projetado para ir em medidores inteligentes e aparelhos menores, como termostatos HVAC, eletrodomésticos e veículos elétricos plug-in para que os dados possam ser compartilhados em uma rede doméstica e com a concessionária de energia. Banda larga de alta capacidade não é necessária para tais aplicações; os requisitos mais importantes são baixo consumo de energia e custo, comunicação confiável e tamanho compacto. GreenPHY usa até 75% menos energia do que AV.
A HomePlug Powerline Alliance trabalhou com fabricantes de utilitários e medidores para desenvolver essa especificação de 690 páginas. Os dispositivos HomePlug Green PHY devem ser totalmente interoperáveis com dispositivos baseados nas especificações HomePlug AV, HomePlug AV2 e IEEE 1901, que dificultam o consumo de energia e a redução de custos. O fornecedor de silício HomePlug QualComm anunciou o silício Green PHY disponível comercialmente em dezembro de 2011.
HomePlug GreenPHY é o protocolo de comunicação usado no padrão internacional de carregamento de veículos elétricos CCS
HomePlug Access BPL
A linha de energia de banda larga de acesso (BPL) refere-se a uma tecnologia de acesso de banda larga para casa. A HomePlug Alliance formou o HomePlug Access BPL Working Group, cujo primeiro estatuto foi desenvolver o Documento de Requisitos de Mercado (MRD) para uma especificação HomePlug Access BPL. A Aliança fez um convite aberto à indústria de BPL para participar do desenvolvimento ou fornecer informações para consideração no MRD. Após vários meses de colaboração entre concessionárias, ISPs e outros grupos da indústria de BPL, o MRD foi concluído em junho de 2005. O trabalho da HomePlug no BPL de Acesso foi posteriormente contribuído e incorporado ao padrão IEEE 1901 .
Segurança
Como os sinais podem viajar para fora da residência ou empresa do usuário e serem interceptados, o HomePlug inclui a capacidade de definir uma senha criptografada. A especificação HomePlug requer que todos os dispositivos sejam configurados com uma senha padrão pronta para uso - embora seja uma senha comum. Os usuários devem alterar essa senha. Se a senha não for alterada, um invasor pode usar seu próprio dispositivo homeplug para detectar os sinais do usuário e, em seguida, usar a senha padrão para acessar e alterar configurações, como a chave de criptografia usada.
Em muitos adaptadores powerline novos que vêm como um par em caixa, uma chave de segurança exclusiva já foi estabelecida e o usuário não precisa alterar a senha, exceto ao usá-los com adaptadores powerline existentes ou adicionar novos adaptadores a uma rede existente. Alguns sistemas suportam um botão de autenticação, permitindo que adaptadores sejam adicionados à rede com apenas dois pressionamentos de botão (um de cada um dos dispositivos).
Para simplificar o processo de configuração de senhas em uma rede HomePlug, cada dispositivo possui uma senha mestre embutida, escolhida aleatoriamente pelo fabricante e conectada ao dispositivo, que é usada apenas para definir as senhas de criptografia. Uma etiqueta impressa no dispositivo lista sua senha mestra.
O padrão HomePlug AV usa AES de 128 bits , enquanto as versões anteriores usam os protocolos DES menos seguros . Essa criptografia não tem efeito sobre os dados que o usuário envia ou recebe e, portanto, protocolos e sistemas de nível superior como o TLS ainda devem ser usados.
Como os dispositivos HomePlug normalmente funcionam como pontes de rede transparentes , os computadores que executam qualquer sistema operacional podem usá-los para acesso à rede. No entanto, alguns fabricantes fornecem apenas o software de configuração de senha em uma versão do Microsoft Windows; em outras palavras, habilitar a criptografia requer um computador executando o Windows [1] . Depois que a senha de criptografia for configurada, qualquer dispositivo que suporte a especificação Ethernet funcionará no adaptador.
Interoperabilidade
HomePlug AV, GP e AV2 são totalmente interoperáveis e também interoperarão com dispositivos IEEE 1901. Os dispositivos HomePlug 1.0 não interoperam com os dispositivos HomePlug AV. Embora seja tecnicamente possível alcançar tal compatibilidade com versões anteriores, fazer isso não é economicamente viável devido ao alto custo dos circuitos que teriam que suportar diferentes técnicas de correção de erro antecipada (FEC) e conjuntos de recursos.
Dispositivos HomePlug não irá interoperar com dispositivos que utilizam outras tecnologias powerline, como a Universal Powerline Association (UPA), HD-PLC , ou G.hn . No caso de G.hn, foi considerado proibitivamente caro implementar a correção de erro direta da codificação turbo do HomePlug e a verificação de paridade de baixa densidade (LDPC) de G.hn. No entanto, o IEEE 1901 permite a coexistência na mesma implantação de HomePlug AV e HD-PLC por meio de seu protocolo entre sistemas (ISP). G.hn também oferece suporte ao ISP.
Os dispositivos HomePlug não são compatíveis com determinados filtros de linha, estabilizadores de energia e fontes de alimentação ininterruptas que incorporam filtros, que bloqueiam o sinal de alta frequência. Nesses casos, o instalador deve conectar os dispositivos diretamente nas tomadas elétricas do prédio. Se um ponto de energia sobressalente não estiver disponível, um adaptador duplo pode ser usado em muitos casos com o dispositivo incompatível de um lado e o dispositivo HomePlug do outro.
EMI preocupações
Uma das preocupações com todos os sistemas de linha de força, quando comparados à fiação de dados dedicada, é que a rota da fiação não é conhecida com antecedência e geralmente já está otimizada para transmissão de energia. Isso significa que haverá situações em que o sistema irradiará uma fração significativa da energia, na forma de interferência de radiofrequência, ou ficará vulnerável à entrada de sinais externos. Dado que a banda de ondas curtas é usada tanto por telemetria de longo alcance de baixa potência quanto por sinais de transmissão de alta potência, esta é uma desvantagem potencialmente séria. Para tentar minimizar os efeitos da interferência de entrada e perdas de caminho dependentes de frequência, o padrão HomePlug exige que cada nó mantenha atualizações de 'mapas de tons' durante a operação, para que o equipamento 'aprenda' a evitar certas frequências problemáticas e a colocar mais dados nelas frequências que apresentam uma baixa perda. No entanto, embora isso reduza a entrada, se houver um equipamento de recepção sensível próximo, então não há uma maneira fácil de dizer ao aparelho HomePlug para 'diminuir' a interferência irradiada. Em comparação com os sinais recebidos em um equipamento de comunicação de rádio, os níveis de sinal em um sistema powerline são bastante elevados. Normalmente, a densidade de potência é -50dBm por Hz, como cada portadora ocupa um canal de 24 kHz, cada portadora é injetada a um nível de -6,6dBm (220 microwatts), tornando a potência total do canal 24dBm (250 miliwatts). As sensibilidades típicas de receptores de rádio de ondas curtas estão no nível de −100dBm (décimos de um picowatt).
No Reino Unido, tem havido sugestões de que os usuários de equipamentos powerline devem ser processados de acordo com a Lei de Telegrafia Sem Fio , se eles causarem interferência nos sistemas de rádio oficiais. Além disso, o GCHQ publicou preocupações de que tal interferência afeta sua capacidade de monitorar a atividade de rádio no Reino Unido.
Veja também
- G.hn
- IEEE 1901
- Multimedia over Coax Alliance
- Comunicação de linha de energia
- Power over Ethernet
- HD-PLC