G.hn

ITU-T по созданию домашних сетей Рекомендации
Общее имя	Рекомендации
ГлавнаяPNA 2.0	G.9951, G.9952, G.9953
ГлавнаяPNA 3.0	G.9954 (05.02)
ГлавнаяPNA 3.1	G.9954 (01/07)
G.hn	G.9960, G.9961
G.hn-менеджмент	Г.9962
G.hn-мимо	Г.9963
G.hn-psd	Г.9964
Г.vlc	Г.9991
G.cx	Г.9972
Г. хнта	Г.9970
Г.дпм	Г.9977
G.sa	Г.9978
Кубок G (TR-069)	Г.9980

Gigabit Home Networking (G.hn) — это спецификация проводной домашней сети , которая поддерживает скорость до 2 Гбит/с и работает по четырем типам устаревших проводов: телефонная проводка , коаксиальные кабели , линии электропередачи и пластиковое оптоволокно . Некоторыми преимуществами многопроводного стандарта являются более низкие затраты на разработку оборудования и более низкие затраты на развертывание для поставщиков услуг (за счет возможности самостоятельной установки клиента).

G.hn обеспечивает повышенную устойчивость к помехам в линии электропередачи по сравнению с другими технологиями подключения. Он служит мостом, соединяющим старые системы, распространенные в промышленных условиях, с современными технологиями, которые могут революционизировать операции. Хотя многие машины и устройства перешли на беспроводную связь, устаревшие проводные системы остаются неотъемлемой частью связи в промышленном контексте. В промышленной сфере быстрое и надежное соединение имеет решающее значение для бесперебойного взаимодействия между машинами. Отсутствие этого может привести к остановке работы или снижению качества обслуживания. G.hn представляет собой ключевую инфраструктуру для срочных и критически важных с точки зрения безопасности задач, обладающую мощными функциями, которые поддерживают жизненно важные коммуникации и способность сети к автоматическому восстановлению.

История

G.hn был разработан в рамках Международного союза электросвязи сектора стандартизации электросвязи ( ITU-T ) и продвигался HomeGrid Forum и рядом других организаций. Рекомендация ITU-T (термин ITU для стандарта) G.9960 , получившая одобрение 9 октября 2009 г., указал физические уровни и архитектуру G.hn. Уровень канала передачи данных (рекомендация G.9961) был утвержден 11 июня 2010 г.

Известные организации, в том числе CEPca, HomePNA и UPA, которые были создателями некоторых из этих интерфейсов, сплотились вокруг последней версии стандарта, подчеркивая его потенциал и значение в области домашних сетей. Более того, ITU-T расширил эту технологию технологией множественных входов и множественных выходов (MIMO) для увеличения скорости передачи данных и дальности передачи сигналов. Эта новая функция была одобрена в марте 2012 года в соответствии с Рекомендацией G.9963 .

Развитие и продвижение G.hn получили значительную поддержку со стороны HomeGrid Forum и ряда других организаций. Эта технология была не только разработана для решения проблем домашних сетей, но и нашла применение за пределами первоначальной области применения, продемонстрировав свою универсальность и потенциал в сетевой области.

Технические характеристики

Технический обзор

G.hn определяет один физический уровень, основанный на быстром преобразовании Фурье (FFT), модуляции с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и (FEC) с кодом проверки четности низкой плотности (LDPC) коде прямой коррекции ошибок . G.hn включает в себя возможность отсекать определенные диапазоны частот, чтобы избежать помех любительским радиодиапазонам и другим лицензированным радиослужбам. G.hn включает механизмы, позволяющие избежать помех устаревшим технологиям домашних сетей. а также с другими проводными системами, такими как VDSL2 или другие типы DSL, используемые для доступа к дому.

Системы OFDM разделяют передаваемый сигнал на несколько ортогональных поднесущих. В G.hn каждая из поднесущих модулируется с использованием QAM . Максимальное созвездие QAM, поддерживаемое G.hn, — 4096-QAM (12-битная QAM).

G.hn Управление доступом к среде передачи основано на архитектуре множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), в которой «главный домен» планирует возможности передачи (TXOP), которые могут использоваться одним или несколькими устройствами в «домене». Существует два типа TXOP:

• Возможности передачи без конфликтов (CFTXOP), которые имеют фиксированную продолжительность и выделяются определенной паре передатчика и приемника. CFTXOP используются для реализации доступа к каналу TDMA для конкретных приложений, требующих гарантий качества обслуживания (QoS).
• Общие возможности передачи (STXOP), которые используются несколькими устройствами в сети. STXOP разделены на временные интервалы (TS). Существует два типа ТС:
  • Бесконфликтные временные интервалы (CFTS), которые используются для реализации «неявной» передачи токенов доступа к каналу. В G.hn ряду устройств назначается серия последовательных CFTS. Распределение выполняется «мастером домена» и транслируется всем узлам сети. Существуют предопределенные правила, определяющие, какое устройство может передавать данные после того, как другое устройство завершило использование канала. Поскольку все устройства знают, «кто следующий», нет необходимости явно отправлять «токен» между устройствами. Процесс «передачи токена» является неявным и гарантирует отсутствие конфликтов при доступе к каналу.
  • Временные интервалы на основе конфликтов (CBTS), которые используются для реализации доступа к каналу CSMA/CARP . В общем, системы CSMA не могут полностью избежать коллизий, поэтому CBTS полезны только для приложений, которые не имеют строгих требований к качеству обслуживания.

Оптимизация для каждого носителя

Хотя большинство элементов G.hn являются общими для всех трех сред, поддерживаемых стандартом (линии электропередачи, телефонные линии и коаксиальный кабель), G.hn включает в себя оптимизацию для каждого носителя, специфичную для каждого носителя. Некоторые из этих параметров, специфичных для СМИ, включают в себя:

• Разнос несущих OFDM: 195,31 кГц в коаксиальных линиях, 48,82 кГц в телефонных линиях, 24,41 кГц в линиях электропередачи.
• Скорости FEC: FEC G.hn может работать со скоростями кодирования 1/2, 2/3, 5/6, 16/18 и 20/21. Хотя эти скорости не зависят от среды передачи, ожидается, что более высокие скорости кодирования будут использоваться в более чистых средах (например, коаксиальных), тогда как более низкие скорости кодирования будут использоваться в шумных средах, таких как линии электропередачи.
• Механизмы автоматического запроса повторения (ARQ): G.hn поддерживает работу как с ARQ (повторной передачей), так и без нее. Хотя это не зависит от среды передачи, ожидается, что работа без ARQ иногда подходит для более чистых сред (например, коаксиальных), тогда как операция ARQ подходит для шумных сред, таких как линии электропередачи.
• Уровни мощности и диапазоны частот: G.hn определяет различные маски мощности для каждой среды.
• Поддержка MIMO: Рекомендация G.9963 включает положения для передачи сигналов G.hn по нескольким проводам переменного тока (фазе, нейтрали, земле), если они физически доступны. В июле 2016 года G.9963 был обновлен и теперь включает поддержку MIMO по витым парам.

Безопасность

G.hn использует алгоритм шифрования Advanced Encryption Standard (AES) (с длиной ключа 128 бит) с использованием протокола CCMP для обеспечения конфиденциальности и целостности сообщений. Аутентификация и обмен ключами выполняются в соответствии с ITU-T Рекомендацией X.1035 .

G.hn определяет двухточечную безопасность внутри домена, что означает, что каждая пара передатчика и приемника использует уникальный ключ шифрования, который не используется другими устройствами в том же домене. Например, если узел Алиса отправляет данные узлу Бобу , узел Ева (в том же домене, что и Алиса и Боб) не сможет легко подслушать их общение.

G.hn поддерживает концепцию ретрансляции, при которой одно устройство может получать сообщение от одного узла и доставлять его на другой узел, находящийся дальше в том же домене. Ретрансляция становится критически важной для приложений со сложной сетевой топологией, которым необходимо покрывать большие расстояния, например, в промышленных или коммунальных приложениях. Хотя ретранслятор может читать исходный и целевой адреса, он не может прочитать содержимое сообщения, поскольку его тело зашифровано сквозным шифрованием.

Профили

Архитектура G.hn включает концепцию профилей. Профили предназначены для обращения к узлам G.hn с существенно разными уровнями сложности. В G.hn профили более высокой сложности являются надмножествами профилей более низкой сложности, так что устройства, основанные на разных профилях, могут взаимодействовать друг с другом.

Примерами устройств G.hn, основанных на профилях высокой сложности, являются резидентные шлюзы или телевизионные приставки. Примерами устройств G.hn, основанных на профилях низкой сложности, являются устройства домашней автоматизации, домашней безопасности и интеллектуальные сети.

Технические параметры

На диаграмме представлено краткое изложение важнейших технических характеристик стандарта G.hn. Многие из этих технических элементов одинаковы для разных физических носителей, при этом наблюдаются различия в таких областях, как расстояние между тонами и диапазоны частот. Такое единообразие имеет важное значение, поскольку оно позволяет производителям кремния производить единый чип, способный использовать все три типа носителей, что приводит к экономии средств. В настоящее время чипсеты G.hn совместимы со всеми тремя типами носителей. Эта совместимость позволяет производителям систем создавать устройства, которые можно адаптировать к любому типу проводки, просто изменив конфигурацию программного обеспечения оборудования.

Спектр

Спектр G.hn зависит от среды, как показано на диаграмме ниже:

Стек протоколов

Стек протоколов G.hn

G.hn определяет физический уровень и уровень канала передачи данных в соответствии с моделью OSI .

• Уровень канала передачи данных G.hn (рекомендация G.9961) разделен на три подуровня:
  • Уровень конвергенции протоколов приложений (APC), который принимает кадры (обычно в формате Ethernet ) от верхнего уровня (объекта приложения) и инкапсулирует их в блоки данных протокола G.hn APC (APDU). Максимальная полезная нагрузка каждого APDU составляет 2 ¹⁴ байты.
  • Управление логическим каналом (LLC), отвечающее за шифрование , агрегацию , сегментацию и автоматический повторный запрос . Этот подуровень также отвечает за «ретрансляцию» APDU между узлами, которые могут не иметь возможности обмениваться данными через прямое соединение.
  • Управление доступом к среде (MAC), которое планирует доступ к каналу.
• Физический уровень G.hn (Рекомендация G.9960) разделен на три подуровня:
  • Подуровень физического кодирования (PCS), отвечающий за генерацию PHY заголовков .
  • Приложение физической среды (PMA), отвечающее за скремблирование и прямое кодирование/декодирование с коррекцией ошибок .
  • Зависимый от физической среды (PMD), отвечающий за побитовую загрузку и OFDM модуляцию .

Интерфейс между объектом приложения и уровнем канала передачи данных называется A-интерфейсом. Интерфейс между уровнем канала передачи данных и физическим уровнем называется независимым от среды интерфейсом (MII). Интерфейс между физическим уровнем и фактической средой передачи называется интерфейсом, зависящим от среды (MDI).

Поддерживать

ГлавнаяГрид Форум

HomeGrid Forum — это некоммерческая торговая группа, продвигающая G.hn.

Среди участников форума HomeGrid:

Промоутеры	Авторы	Усыновители
АТ&Т	3 Риверс Коммуникейшнс	Экшнтек Электроникс, Инк.
Бавария	Технологический институт Британской Колумбии	АРРИС Солюшнс, Инк.
СенчуриЛинк	Красивый Альянт	Аллион Лабс, Инк.
Китай Телеком	Белл Канада	Компания CIG Шанхай. ООО.
Чайна Юником	КАИКТ	Корпорация КОМТРЕНД
ИХ	Коннексион Технологии	ЭНПРОТЕК
КТ Корпорация	Консолидированные коммуникации	АО «ХОМА Технологии»
Чунгхва Телеком	Спутниковые службы DBS	Метод электроника
Либерти Глобал	посвятить АГ	Нокиа
Макслинейный	ЭАТЕЛКОРП, Инк.	СэндТек Корпорация
Телус	ГВТ	Техниколор США, Инк.
Веризон	Гавайский телеком	Телеконнект ГмбХ
	ГВТ	ТРИАКС А/С
	Гавайский телеком	UVAX Concepts, SL
	Хайлендские коммуникационные службы	Синтера Инк.
	Логические коммуникации
	Люцернский университет (HSLU)
	Телефон долины Моава
	МТСС
	Телефонный кооператив «Новая надежда»
	Телефонная компания Северо-восточной Луизианы, Inc.
	фоноскоп
	Телефонная членская корпорация Рэндольфа
	Компания Сельской телефонной связи
	Коммуникации Сэндвичевых островов
	Смитвилл Телеком, ООО
	ООО "Тата Скай"
	TBayTel
	Телеком Италия СПА
	Треугольник Коммуникации
	Университет Британской Колумбии
	Университет Малаги
	Йоханнесбургский университет
	Научный университет Рур-Запад
	ZHAW – Цюрихский университет прикладных наук

Продавцы

В число поставщиков, продвигающих G.hn, входят MaxLinear , ReadyLinks Inc, Lantiq , devolo AG , производитель микропроцессоров Intel , систем на кристалле поставщик Sigma Designs , и Xingtera, анонсировавшая продукт в январе 2013 года.

Первая публичная демонстрация совместимости G.hn была показана на выставке CES 10–13 января 2012 года компаниями Lantiq, Marvell Technology Group , Metanoia и Sigma Designs.

Поставщики услуг

26 февраля 2009 г. в HomePNA пресс-релизе компания AT&T (которая использует проводные домашние сети как часть своей U-Verse услуги IPTV ) выразила поддержку работе, разработанной ITU-T по созданию стандартов для домашних сетей, включая Г.хн.

Поставщики услуг, такие как AT&T, продвигали G.hn за:

• Подключайтесь к любой комнате независимо от типа проводки.
• Включить самостоятельную установку клиента
• Встроенная диагностическая информация и удаленное управление.
• Несколько поставщиков кремния и оборудования

В число других поставщиков услуг, вносящих вклад в работу Исследовательской группы МСЭ-Т, входят British Telecom , Telefonica и AT&T.

Поставщики оборудования

В апреле 2008 года во время первого анонса HomeGrid Forum компания Echostar , производитель ТВ -приставок для рынка операторов связи, выразила поддержку единому стандарту:

Бытовая электроника

В марте 2009 года компания Best Buy (крупнейший ритейлер бытовой электроники в США ) вошла в совет директоров HomeGrid Forum и выразила поддержку G.hn.

Panasonic , один из крупнейших производителей бытовой электроники, также является участником форума HomeGrid.

Аналитики

В 2008 году несколько маркетинговых фирм продвигали G.hn и делали оптимистичные прогнозы.

Другие организации

В июле 2009 года HomeGrid Forum и DLNA подписали соглашение о взаимодействии, «создающее основу для сотрудничества между двумя организациями и утверждения G.hn в качестве технологии физического уровня, признанной DLNA».

В июне 2010 года Broadband Forum и HomeGrid Forum подписали соглашение о реализации программы тестирования соответствия и совместимости продуктов, использующих технологию G.hn. Форум Broadband Forum будет поддерживать проверку HomeGrid Forum продуктов G.hn, продвигать их соответствие продуктам и их совместимость, а также поможет ускорить общий вывод на рынок продуктов, сертифицированных HomeGrid Forum. В мае 2011 года обе организации совместно объявили о первом открытом фестивале G.hn plugfest.

Сопутствующие стандарты

Отношения между G.hnta и G.hn

ITU G.9970 (также известный как G.hnta) — это рекомендация, разработанная ITU-T, которая описывает общую архитектуру домашних сетей и их интерфейсов с сетями широкополосного доступа операторов.

ITU G.9972 (также известный как G.cx) — это рекомендация, разработанная ITU-T, которая определяет механизм сосуществования для приемопередатчиков домашних сетей, способных работать через проводку линии электропередачи. Механизм сосуществования позволит устройствам G.hn, реализующим G.9972, сосуществовать с другими устройствами, реализующими G.9972 и работающими по одной и той же линии электропередачи.

ITU G.9991 (также известный как G.vlc) — это рекомендация, разработанная ITU-T, которая определяет PHY и DLL для высокоскоростных внутренних приемопередатчиков связи в видимом свете, используемых в таких приложениях, как Li-Fi . G.vlc повторно использует PHY и DLL G.hn, позволяя использовать одни и те же чипы для обоих приложений.

Жилые приложения

Основным стимулом для использования технологий проводных домашних сетей было IPTV , особенно когда оно предлагалось поставщиком услуг в рамках услуги Triple Play , а также услуг передачи голоса и данных, таких как AT&T от U-Verse . интеллектуальных сетей Приложения , такие как домашняя автоматизация или управление спросом, также могут быть нацелены на устройства, совместимые с G.hn, которые реализуют профили низкой сложности.

1. IPTV : Во многих домах клиентов домашний шлюз , обеспечивающий доступ в Интернет , не расположен рядом с приставкой IPTV . Этот сценарий становится очень распространенным, поскольку поставщики услуг начинают предлагать пакеты услуг с несколькими приставками на одного абонента. G.hn может подключить жилой шлюз к одной или нескольким приставкам, используя существующую домашнюю проводку. Используя G.hn, поставщикам услуг IPTV не нужно прокладывать новые провода Ethernet или 802.11 беспроводные сети . Поскольку G.hn поддерживает любой тип домашней проводки, конечные пользователи могут самостоятельно установить домашнюю сеть IPTV, что снижает затраты поставщика услуг.
2. Домашние сети : хотя технология Wi-Fi популярна в домашних сетях потребителей, G.hn также предназначен для использования в этом приложении. G.hn является адекватным решением для потребителей в ситуациях, когда использование беспроводной связи не требуется (например, для подключения стационарного устройства, такого как телевизор или сетевое запоминающее устройство), или нежелательно (из соображений безопасности ) или неосуществимо (например, из-за ограниченного диапазона беспроводных сигналов).
3. Бытовая электроника : продукты бытовой электроники (CE) могут поддерживать подключение к Интернету с использованием таких технологий, как Wi-Fi, Bluetooth или Ethernet . Многие продукты, традиционно не связанные с использованием компьютера (например, телевизоры или Hi-Fi -аппаратура), предоставляют возможность подключения к Интернету или компьютеру через домашнюю сеть для обеспечения доступа к цифровому контенту. G.hn предназначен для обеспечения высокоскоростного подключения к продуктам CE, способным отображать телевидение высокой четкости . Объединение подключения питания и подключения для передачи данных обеспечивает потенциальную экономию энергии в устройствах CE. Учитывая, что устройства CE (такие как ресиверы домашнего кинотеатра ) очень часто работают в режиме ожидания или в режиме « вампирского питания », они представляют собой значительную экономию для домовладельцев, если их подключение к электропитанию одновременно является подключением для передачи данных — устройство можно надежно отключить, когда оно не отображает изображение. любой источник.
4. Интеллектуальная сеть : поскольку G.hn может работать по проводам, включая линии электропередачи переменного и постоянного тока , он может обеспечить коммуникационную инфраструктуру, необходимую для интеллектуальных сетей приложений . Комплексная система интеллектуальной сети требует подключения к каждой розетке переменного тока в доме или здании, чтобы все устройства могли участвовать в стратегиях энергосбережения. США В сентябре 2009 года Национальный институт стандартов и технологий включил G.hn в качестве одного из своих стандартов для интеллектуальных сетей, «по которым, по его мнению, существует сильный консенсус заинтересованных сторон» в рамках раннего проекта «Структуры и дорожной карты NIST». для стандартов совместимости интеллектуальных сетей». В январе 2010 года G.hn был исключен из окончательной версии «Стандартов, определенных для внедрения».

Промышленное применение

Технология G.hn облегчает подключение устройств к различным типам сетей с использованием различных вариантов проводки, включая коаксиальные, телефонные линии, линии электропередачи и оптоволокно. Первоначально разработанный для домашних сетей, его приложения расширились и стали охватывать широкий спектр промышленных сценариев.

1. Умные лифты. Современные лифты оснащены многочисленными датчиками и исполнительными механизмами, которые в идеале обмениваются данными через IP. Использование G.hn для связи между этими рассредоточенными IP-узлами может привести к значительному сокращению количества проводов во время установки.
2. Интеллектуальные системы освещения. В сфере умных городов системы освещения превращаются в интерактивные платформы, которые взаимодействуют с окружающей средой. Сюда могут входить узлы, связанные с уличными указателями, модуляцией света, мониторингом воды, атмосферными датчиками, системами пешеходной связи, зарядными станциями для транспортных средств, устройствами визуализации и аудиосистемами.
3. Навигационные огни аэропорта: использование правильного соединителя сигналов позволяет перепрофилировать существующую инфраструктуру с помощью профиля ПЛК G.hn, упрощая настройку системы связи.
4. Зарядные станции. Сети зарядных станций, включающие в себя быструю оплату, удобные запросы, операции, надзор за станцией и облачное управление, могут эффективно перепрофилировать существующую инфраструктуру линий электропередачи для передачи данных.
5. Промышленные объекты: компоненты G.hn могут быть интегрированы для работы вместе с промышленными системами управления через шину питания. Использование коаксиальных кабелей считается выгодным из-за их долговечности в сложных условиях, что снижает потребность в защитных кабелепроводах.
6. Оптоволоконные решения для суровых условий: системы доступа G.hn имеют промышленный профиль, что позволяет им работать в сложных условиях, таких как наводнение или экстремальные колебания температуры.

Одобренная ITU-T технология G.hn выделяется как наиболее адаптируемая и надежная на сегодняшний день транспортная сеть для мультигигабитных подключений, охватывающая как жилые и деловые приложения, так и сценарии промышленных и интеллектуальных сетей. G.hn последовательно продвигается в различных средах, включая коаксиальные кабели, медные пары, линии электропередачи и пластиковые оптические волокна, а также системы связи LiFi, использующие видимый свет, ультрафиолетовый и инфракрасный спектры. Это поддерживает цифровую трансформацию отрасли. Участники форума HomeGrid выступают за всемирное внедрение G.hn, унифицированной сетевой технологии с несколькими источниками.

См. также

• ИЭЭЭ 1901 г.
• HD-ПЛК