IEEE 1901: Электр желілері арқылы кеңжолақты байланыс стандарты

Кіріспе

Электр желілері арқылы кең жолақты қолдану үшін IEEE стандарты

IEEE 1901 – электр желілері арқылы кең жолақты қолдану (BPL) үшін жоғары жылдамдықты (физикалық қабатта 500 Мбит/с дейін) байланыс құрылғыларына арналған стандарт. Стандарт 100 МГц-тен төмен жиілікті пайдаланады. Бұл стандартты BPL құрылғыларының барлық кластары қолдана алады, соның ішінде Интернетке қол жеткізу қызметтеріне қосылу үшін қолданылатын (жайға дейін 1500 м-ден кем қашықтықта) BPL құрылғылары, сондай-ақ ғимараттар ішіндегі жергілікті желілер, смарт энергия қолданбалары, көлік платформалары (көлік құралдары) және басқа да деректерді тарату қолданбалары үшін (құрылғылар арасында 100 м-ден кем қашықтықта) қолданылатын BPL құрылғылары. 2010 жылы құрылған IEEE 1901 стандарты мультимедиалық үй желілері, аудио-бейне және смарт желілерге арналған электр желісі байланысының алғашқы әлемдік деңгейін белгіледі. Бұл стандарт 2019 жылы IEEE 1901a түзетуіне ие болды, ол заттардың интернеті (IoT) қолданбалары үшін HD PLC физикалық қабатына (wavelet) жақсартулар енгізді. Ол 2020 жылы IEEE 1901 2020 ретінде жаңартылды. IEEE 1901 стандарты бұрынғы ондаған электр желісінің техникалық талаптарын алмастырды. Ол міндетті түрде жүйеаралық өзара әрекеттесу протоколын (ISP) қамтиды. IEEE 1901 ISP әртүрлі BPL жүзеге асырылымдары бір-біріне жақын орналасқанда кедергілердің пайда болуын болдырмайды. IEEE 1901 стандарты SAE J1772 электрлік көліктің DC зарядтауын бастау үшін міндетті (AC PWM қолданылады) және IEEE 1905.1 гетерогенді желілер үшін жалғыз электр желісі протоколы болып табылады. IEEE P1909.1 смарт желі стандарттарында кеңінен ұсынылды, себебі олар негізінен AC құрылғыларын басқаруға арналған, олардың анықтамасы бойынша әрқашан AC қуат қосылыстары бар, сондықтан қосымша қосылыстар қажет емес.

Жаңартулар шолуы

IEEE 1901 стандарты электр желісі арқылы байланыс (PLC) технологияларының дамуындағы маңызды қадам болды. PLC қолданыстағы электр желілері арқылы деректерді жіберуге мүмкіндік береді, бұл жаңа сымдар тарту қиын немесе сымсыз байланыс мәселелі болатын жағдайларда өте пайдалы. IEEE 1901 2010: Бұл стандарт кең жолақты электр желісі (BPL) және үй ішіндегі электр желісі үшін негіз салды. Ол екі үйлесімсіз физикалық қабатты анықтады: FFT (Жылдам Фурье түрлендіруі) негізіндегі OFDM (Ортогоналды жиілік бөлісімен мультиплекстеу): Көбінесе BPL-ге қолданылады. Wavelet негізіндегі OFDM: Үй ішіндегі желілерде және кейбір BPL қолданбаларында қолданылады. IEEE 1901a 2019: Бұл түзету вовлет негізіндегі HD PLC (Жоғары ажыратымдылықтағы электр желісі арқылы байланыс) физикалық қабатын жақсартуға бағытталған. Басты мақсат – оны Заттар Интернеті (IoT) қолданбалары үшін ыңғайлы ету. IoT құрылғылары көбінесе төмен қуатты, төмен задержілі және сенімді байланысты қажет етеді, ал осы түзетудегі жақсартулар осы қажеттіліктерді қанағаттандыруға бағытталған. IEEE 1901 2020: Бұл 1901 стандартының бастапқы нұсқасының жаңартылуы болды. Стандарттарды жаңарту әдетте технологиялық жетістіктерге жауап беру, өнеркәсіптен алынған пікірлерді ескеру және стандарттың өзектілігі мен тиімділігін сақтау үшін жасалады. Жаңартуға IEEE 1901a 2019 түзетуі енгізілді. IEEE 1901b 2021: Бұл түзету IEEE Std 802.1X стандартын пайдаланып, IEEE 1901 IoT және Smart Grid желілері үшін қауіпсіз, өзара сәйкес келетін байланысты қамтамасыз ететін ортаға қол жеткізуді басқару (MAC) қабатына аутентификация және авторизациялау механизмдерін қосты. IEEE 1901c 2024: Бұл түзету кез келген ортада IEEE 1901 спецификацияларын қалай қолдану керектігін көрсетеді. Мақсаты – әртүрлі орталар мен байланыс арналары арқылы үздіксіз байланыс орнату. Жаңа байланыс арналары, төмен жиілікті жолақтар вовлет негізіндегі Nessum (HD PLC Жоғары ажыратымдылықтағы электр желісі арқылы байланысының жаңа аты) физикалық қабатына қосылды, бұл жаңа орталарда ұзақ қашықтыққа және сенімді байланыс үшін жасалды. Түзетуде IEEE Std 1588 дәлдік уақыт протоколын (PTP) IEEE 1901 желілерінде қалай пайдалану керектігі де көрсетілген. IEEE 1901 стандартының дамуы мен эволюциясы қазіргі заманғы желілік сценарийлерде электр желісі арқылы байланыстың маңыздылығын көрсетеді. Заттар Интернеті (IoT) өсіп, миллиардтаған құрылғылар қосылған кезде, PLC сияқты сенімді және әмбебап байланыс құралының болуы аса құнды, әсіресе дәстүрлі желілік әдістер қиынға соғатын жағдайларда.

The IEEE 1901 Standard was a significant step in the development of powerline communication (PLC) technologies. PLC allows for data communication over existing power lines, which can be particularly useful in environments where it's difficult to lay new wiring or where wireless communication might be problematic. IEEE 1901 2010: This was the initial standard that set the groundwork for broadband over power lines (BPL) and in home powerline networks. It defined two incompatible physical layers:
FFT (Fast Fourier Transform) based OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Primarily used for access BPL. Wavelet based OFDM: Used for in home networks and some access BPL applications. IEEE 1901a 2019: This amendment focused on enhancing the wavelet based HD PLC (High Definition Power Line Communication) physical layer. The main goal was to make it more suitable for Internet of Things (IoT) applications. IoT devices often require low power, low latency, and reliable communication, and the enhancements in this amendment aimed to cater to these needs. IEEE 1901 2020: This was a revision of the original 1901 standard. Revisions in standards typically involve updates to address technological advancements, incorporate feedback from the industry, and ensure that the standard remains relevant and effective. The revision incorporates amendment IEEE 1901a 2019. IEEE 1901b 2021: This amendment added state of the art authentication and authorization mechanisms to the Medium Access Control (MAC) layer using IEEE Std 802.1X, providing secure, interoperable communication to IEEE 1901 IoT and Smart Grid networks. IEEE 1901c 2024: This amendment specified how to apply IEEE 1901 specifications on any media. The goal was to achieve seamless communication over different media and between different communication channels. New communication channels extended to low frequency bands were added to the wavelet based Nessum (New name of HD PLC High Definition Power Line Communication) physical layer to address long range and robust communication on these new media. The amendment also specified how to use IEEE Std 1588 precision time protocol (PTP) in IEEE 1901 netwoks. The development and evolution of the IEEE 1901 standard underscores the importance of powerline communication in modern networking scenarios. As the IoT continues to grow, with billions of devices getting connected, having a robust and versatile communication medium like PLC can be invaluable, especially in environments where traditional networking methods might be challenging.

Мәртебе

IEEE P1901 жұмыс тобы 2005 жылдың маусым айында құрылды. 90-нан астам ұйым стандартты әзірлеуге үлес қосты. Ұйымдардың жартысы АҚШ-тан, төрттен бірі Жапониядан, ал қалған төрттен бірі Еуропадан келді. IEEE 1901 2010 жылдың желтоқсан айында ресми IEEE 1901:2010 стандартын аяқтады. Стандарттарды қолдау және кеңейтумен айналысатын жұмыс тобы IEEE Power Line Communication Standard Committee (PLCSC) тарапынан қаржыландырылады. IEEE 1901:2020 2021 жылдың қаңтар айында жарияланды.

ITU-T G.9972

IEEE 1901 ISP үйлесімділік протоколы Халықаралық телекоммуникация одағының G.hn деп аталатын үй желілері стандарттары отбасын қолдау үшін кеңейтілді және ITU-T тарапынан ITU-T G.9972 ұсынысы ретінде қабылданып алынды.

DLNA

2012 жылы Digital Living Network Alliance (DLNA) IEEE 1901 стандарттарын қолдайтынын мәлімдеді.

SAE және IEC 62196

Электрлік көліктерді зарядтауға арналған SAE J1772 және IEC 62196 стандарттары көлік, бортынан тыс DC зарядтау станциясы және ақылды желі арасындағы электр желісі арқылы байланыс үшін IEEE 1901 стандартын қосымша қондырғыны қажет етпей қамтиды; SAE International және IEEE Standards Association ақылды желі және көліктерді электрлендіруге қатысты жоба стандарттарымен бөліседі.

IEEE 1905.1

IEEE 1901 – IEEE 1905.1 конвергентті цифрлық үй желісі стандартымен қолданылатын электр желісі арқылы байланыс стандарты.

Сипаттама

1901 стандарттары екі түрлі физикалық қабатты (PHY) қамтиды, біреуі жылдам Фурье түрлендірілісіне (FFT) негізделген ортогоналды жиілік бөлісінің көптеуірленуі (OFDM) модуляциясы, ал екіншісі толқындық OFDM модуляциясына негізделген. Әрбір PHY міндетті емес, ал спецификацияны жүзеге асырушылар екеуін де қоса алады, бірақ оларға міндетті емес. FFT PHY HomePlug AV технологиясынан алынған және HomePlug негізіндегі өнімдерде қолданылады. Wavelet PHY HD PLC технологиясынан алынған және HD PLC негізіндегі өнімдерде қолданылады. Ол 1024 QAM-ға дейін жетеді. FFT PHY конволюциялық турбо кодқа (CTC) негізделген алдын ала қателерді түзету (FEC) схемасын қамтиды. Екінші нұсқа, «Wavelet PHY», біріктірілген Reed–Solomon (RS) және конволюциялық кодқа негізделген міндетті FEC және төмен тығыздық тексеру (LDPC) кодын пайдалану мүмкіндігін қамтиды. Осы екі физикалық қабаттың үстінде екі түрлі медиаға қол жеткізуді басқару (MAC) қабаттары анықталды: біреуі үй ішіндегі желі үшін, екіншісі – интернетке қол жеткізу үшін. Әрбір қолданбаның әртүрлі талаптары болғандықтан екі MAC қажет болды. PHY және MAC арасындағы үйлесімділікті басқару үшін жүйеаралық протокол (ISP) әзірленді. ISP әртүрлі BPL құрылғылары мен жүйелеріне ортақ электр сымдары бар желіге орнатылған кезде байланыс ресурстарын (жиілік/уақыт) бөлісуге мүмкіндік береді. ISP 1901 стандартына сәйкес келетін құрылғылар мен ITU-T G.hn стандартына сәйкес келетін құрылғылардың бірге жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Протокол қол жеткізу үшін конфигурацияланатын жиілік бөлінісін және ең жоғары сапалы аудио және бейне қолданбаларының қызмет сапасы (QoS) талаптарына сәйкес келетін уақыт бөлінісін қамтамасыз етеді. 2019 жылғы түзету, IEEE 1901a 2019, заттар интернеті (IoT) қолданбалары үшін толқындық OFDM арналарын бөлудің икемдірек әдісін анықтайды. 2021 жылғы екінші түзету, IEEE 1901b 2021, IEEE Std 802.1X стандартын пайдаланып, медиаға қол жеткізуді басқару (MAC) қабатына заманауи аутентификация және авторизация механизмдерін қосады. 2024 жылғы үшінші түзету, IEEE 1901c 2024, IEEE 1901 стандартын кез келген ортаға қолдануды кеңейтеді және осы жаңа орталарда ұзақ қашықтықтағы және сенімді байланысты қамтамасыз ету үшін жаңа Nessum (бұрын HD PLC) арналарын анықтайды.

The 1901 standards include two different physical layers (PHY), one based on fast Fourier transform (FFT) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation and another based on wavelet OFDM modulation. Each PHY is optional, and implementers of the specification may, but are not required to, include both. The FFT PHY is derived from HomePlug AV technology and is deployed in HomePlug based products. The Wavelet PHY is derived from HD PLC technology and is deployed in HD PLC based products. It goes up to 1024 QAM. The FFT PHY includes a forward error correction (FEC) scheme based on convolutional turbo code (CTC). The second option "Wavelet PHY" includes a mandatory FEC based on concatenated Reed–Solomon (RS) and convolutional code, and an option to use low density parity check (LDPC) code. On top of these two physical layers, two different media access control (MAC) layers were defined; one for in home networking and the other for Internet access. Two MACs were needed because each application has different requirements. To manage coexistence between PHYs and MACs the Inter System Protocol (ISP) was developed. ISP enables various BPL devices and systems to share communication resources (frequency/time) when installed in a network with common electrical wiring. ISP allows 1901 compliant devices and ITU T G. hn compliant devices to co exist. The protocol provides configurable frequency division for access and time division for in home with a granularity compatible with the quality of service (QoS) requirements of the most demanding audio and video applications. An amendment in 2019, IEEE 1901a 2019, defines a more flexible way of separating wavelet OFDM channels for Internet of Things applications. A second amendment in 2021, IEEE 1901b 2021, adds state of the art authentication and authorization mechanisms to the Medium Access Control (MAC) layer using IEEE Std 802.1X. A third amendment in 2024, IEEE 1901c 2024, extends the application of IEEE 1901 to any media and defines new Nessum (Previously HD PLC) channels to address long range and robust communication on these new media.