Г.хн

Эта статья содержит контент, написанный как реклама . Пожалуйста, помогите улучшить ее, удалив рекламный контент и неуместные внешние ссылки , а также добавив энциклопедический контент, написанный с нейтральной точки зрения . ( Июнь 2024 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Gigabit Home Networking (G.hn) — это спецификация для проводных домашних сетей , которая поддерживает скорость до 2 Гбит/с и работает по четырем типам устаревших проводов: телефонные провода , коаксиальные кабели , линии электропередач и пластиковое оптоволокно . Некоторые преимущества многопроводного стандарта — более низкие затраты на разработку оборудования и более низкие затраты на развертывание для поставщиков услуг (благодаря возможности самостоятельной установки клиентами). ^[1]

G.hn обеспечивает повышенную устойчивость к помехам в линии электропередач по сравнению с другими технологиями подключения. Он служит мостом, соединяющим старые системы, распространенные в промышленных условиях, с современными технологиями, которые могут произвести революцию в работе. В то время как многие машины и устройства перешли на беспроводную связь, проводные устаревшие системы остаются неотъемлемой частью связи в промышленных условиях. В промышленной сфере быстрое и надежное подключение имеет решающее значение для бесперебойного взаимодействия между машинами. Отсутствие этого может привести к остановке работы или снижению качества обслуживания. G.hn выступает в качестве ключевой инфраструктуры для задач, чувствительных ко времени и критически важных для безопасности, имея мощные функции, которые поддерживают жизненно важные коммуникации и способность сети к автоматическому восстановлению. ^[2]

G.hn был разработан в рамках сектора стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи ( ITU-T ) и продвигался Форумом HomeGrid и несколькими другими организациями. Рекомендация ITU-T (термин ITU для обозначения стандарта) G.9960 , которая была одобрена 9 октября 2009 года, ^[3] определила физические уровни и архитектуру G.hn. Уровень канала передачи данных (Рекомендация G.9961) был одобрен 11 июня 2010 года. ^[4]

Известные организации, включая CEPca, HomePNA и UPA, которые были создателями некоторых из этих интерфейсов, сплотились вокруг последней версии стандарта, подчеркивая его потенциал и значимость в области домашних сетей. ^[5] Более того, ITU-T расширил технологию с помощью технологии множественного входа, множественного выхода (MIMO) для увеличения скорости передачи данных и расстояния сигнализации. ^[6] Эта новая функция была одобрена в марте 2012 года в соответствии с Рекомендацией G.9963 .

Разработка и продвижение G.hn получили значительную поддержку со стороны HomeGrid Forum и ряда других организаций. ^[7] Технология была разработана не только для решения проблем домашних сетей, но и нашла применение за пределами этой первоначальной области, продемонстрировав свою универсальность и потенциал в области сетевых технологий. ^[8]

G.hn определяет один физический уровень на основе модуляции с быстрым преобразованием Фурье (FFT), ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и кодом прямой коррекции ошибок (FEC ) с низкой плотностью проверки на четность (LDPC ). G.hn включает возможность вырезать определенные полосы частот, чтобы избежать помех с любительскими радиодиапазонами и другими лицензированными радиослужбами. G.hn включает механизмы, чтобы избежать помех с устаревшими домашними сетевыми технологиями ^[9] , 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, составляет 4096-QAM (12-бит QAM).

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

• Возможности передачи без конкуренции (CFTXOP), имеющие фиксированную длительность и выделяемые определенной паре передатчика и приемника. CFTXOP используются для реализации доступа к каналу TDMA для определенных приложений, требующих гарантий качества обслуживания (QoS).
• Общие возможности передачи (STXOP), которые совместно используются несколькими устройствами в сети. STXOP делятся на временные интервалы (TS). Существует два типа TS:
  • Свободные от конкуренции временные интервалы (CFTS), которые используются для реализации «неявного» доступа к каналу передачи маркера . В G.hn ряд последовательных CFTS выделяется нескольким устройствам. Выделение выполняется «хозяином домена» и транслируется всем узлам в сети. Существуют предопределенные правила, которые определяют, какое устройство может передавать после того, как другое устройство закончило использовать канал. Поскольку все устройства знают, «кто следующий», нет необходимости явно отправлять «токен» между устройствами. Процесс «передачи маркера» является неявным и гарантирует отсутствие коллизий во время доступа к каналу.
  • Конкурентные временные интервалы (CBTS), которые используются для реализации доступа к каналу CSMA/CARP . В целом, системы CSMA не могут полностью избежать коллизий, поэтому CBTS полезны только для приложений, не имеющих строгих требований к качеству обслуживания.

Хотя большинство элементов G.hn являются общими для всех трех сред, поддерживаемых стандартом (линии электропередач, телефонные линии и коаксиальный кабель), G.hn включает в себя оптимизацию, специфичную для каждой среды. Некоторые из этих специфичных для среды параметров включают: ^[10]

• Разнос несущих OFDM: 195,31 кГц в коаксиальных линиях, 48,82 кГц в телефонных линиях, 24,41 кГц в линиях электропередач.
• Скорости FEC: FEC от G.hn может работать с кодовыми скоростями 1/2, 2/3, 5/6, 16/18 и 20/21. Хотя эти скорости не являются специфическими для носителей, ожидается, что более высокие кодовые скорости будут использоваться в более чистых носителях (например, коаксиальных), а более низкие кодовые скорости будут использоваться в шумных средах, таких как линии электропередач.
• Механизмы автоматического запроса на повтор (ARQ): G.hn поддерживает работу как с ARQ (повторная передача), так и без него. Хотя это не зависит от носителя, ожидается, что работа без ARQ иногда подходит для более чистых носителей (например, коаксиального кабеля), в то время как работа с ARQ подходит для шумных сред, таких как линии электропередач.
• Уровни мощности и полосы 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 (фаза, нейтраль, земля), если они физически доступны. ^[6] В июле 2016 года ^[11] G.9963 был обновлен для включения поддержки MIMO по витым парам.

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 осуществляется в соответствии с рекомендацией ITU-T X.1035 . ^[12]

G.hn определяет безопасность точка-точка 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 Боб , узел Ева (в том же домене, что и Алиса и Боб) не сможет легко подслушать их общение. ^[13]

G.hn поддерживает концепцию ретрансляторов, в которой одно устройство может получать сообщение от одного узла и доставлять его на другой узел, расположенный 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 считывать исходные и целевые адреса, он не может считывать содержимое сообщения, поскольку его тело зашифровано сквозным образом.

Архитектура G.hn включает концепцию профилей. Профили предназначены для адресации узлов G.hn с существенно разными уровнями сложности. В G.hn профили более высокой сложности являются надлежащими надмножествами профилей более низкой сложности, так что устройства, основанные на разных профилях, могут взаимодействовать друг с другом. ^[14]

Примерами устройств G.hn, основанных на профилях высокой сложности, являются Residential Gateways или Set-Top Boxes. Примерами устройств G.hn, основанных на профилях низкой сложности, являются устройства домашней автоматизации, домашней безопасности и интеллектуальных сетей.

На диаграмме представлено краткое изложение важнейших технических характеристик стандарта G.hn. Многие из этих технических элементов совпадают на разных физических носителях, с вариациями, наблюдаемыми в таких областях, как интервал между тонами и диапазоны частот. Это единообразие имеет важное значение, поскольку позволяет производителям кремния производить единый чип, способный реализовывать 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 могут подстраиваться под любой тип проводки, просто изменяя конфигурацию программного обеспечения в оборудовании. ^[15]

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

G.hn определяет физический уровень и уровень канала передачи данных в соответствии с моделью OSI . ^[10]

• Уровень канала передачи данных G.hn (Рекомендация G.9961) делится на три подуровня:
  • Уровень конвергенции протоколов приложений (APC), который принимает кадры (обычно в формате Ethernet ) с верхнего уровня (Application Entity) и инкапсулирует их в блоки данных протокола G.hn APC (APDU). Максимальная полезная нагрузка каждого APDU составляет 2 ¹⁴ байт.
  • Логическое управление связью (LLC), которое отвечает за шифрование , агрегацию , сегментацию и автоматический повторный запрос . Этот подуровень также отвечает за «ретрансляцию» APDU между узлами, которые могут не иметь возможности общаться через прямое соединение.
  • Управление доступом к среде (MAC), которое планирует доступ к каналу.
• Физический уровень G.hn (Рекомендация G.9960) делится на три подуровня:
  • Подуровень физического кодирования (PCS), отвечающий за генерацию заголовков PHY .
  • Присоединение физического носителя (PMA), отвечающее за шифрование и кодирование/декодирование с прямой коррекцией ошибок .
  • Зависимость от физической среды (PMD), отвечающая за загрузку битов и модуляцию OFDM .

Интерфейс между прикладной сущностью и канальным уровнем называется A-интерфейсом. Интерфейс между канальным уровнем и физическим уровнем называется интерфейсом, независимым от среды (MII). Интерфейс между физическим уровнем и фактической средой передачи называется интерфейсом, зависящим от среды (MDI).

Форум HomeGrid — это некоммерческая торговая группа, продвигающая G.hn. ^[16]

Членами форума HomeGrid являются: ^[17]

Поставщики, продвигающие G.hn, включают MaxLinear , ReadyLinks Inc, Lantiq , devolo AG , производителя микропроцессоров Intel , ^[22] поставщика систем на кристалле Sigma Designs , ^[23] и Xingtera, которая анонсировала продукт в январе 2013 года. ^[24]

Первая живая публичная демонстрация взаимодействия G.hn была представлена ​​на выставке CES 10–13 января 2012 года компаниями Lantiq, Marvell Technology Group , Metanoia и Sigma Designs. ^[25]

26 февраля 2009 года в рамках пресс-релиза HomePNA компания AT&T (которая использует проводные домашние сети в качестве части своей услуги IPTV U-Verse ) выразила поддержку работе, проводимой ITU-T по созданию стандартов для домашних сетей, включая G.hn. ^[26]

Поставщики услуг, такие как AT&T, продвигали G.hn для: ^[27]

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

Другие поставщики услуг, которые вносят вклад в работу Исследовательской группы МСЭ-Т, включают British Telecom , ^[28] Telefónica и AT&T.

В апреле 2008 года во время первого анонса HomeGrid Forum компания Echostar , производитель телевизионных приставок для рынка провайдеров услуг, выразила свою поддержку единому стандарту: ^[29]

В марте 2009 года Best Buy (крупнейший розничный продавец бытовой электроники в США ) вошла в совет директоров HomeGrid Forum и выразила свою поддержку G.hn. ^[30]

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

В 2008 году несколько маркетинговых фирм продвигали G.hn и делали оптимистичные прогнозы. ^{[31] [32] [33]}

В июле 2009 года HomeGrid Forum и DLNA подписали соглашение о взаимодействии, «закладывающее основу для сотрудничества между двумя организациями и одобрения G.hn в качестве технологии физического уровня, признанной DLNA». ^[34]

В июне 2010 года Broadband Forum и HomeGrid Forum подписали соглашение о предоставлении программы тестирования соответствия и совместимости для продуктов, использующих технологию G.hn. Broadband Forum будет поддерживать HomeGrid Forum в проверке продуктов G.hn, их продвижении соответствия и совместимости продуктов, а также поможет ускорить общее время вывода на рынок сертифицированных HomeGrid Forum продуктов. ^[35] В мае 2011 года обе организации совместно анонсировали первый открытый G.hn plugfest. ^[36]

ITU G.9970 (также известная как G.hnta) — это рекомендация, разработанная МСЭ-Т, 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 домашних сетевых трансиверов, способных работать по электропроводке. Механизм сосуществования позволит устройствам G.hn, реализующим G.9972, сосуществовать с другими устройствами, реализующими G.9972 и работающими по той же электропроводке.

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

Основной мотивацией для технологий проводных домашних сетей было IPTV , особенно когда оно предлагалось поставщиком услуг как часть услуги Triple Play , голосовой и цифровой связи, такой как U-Verse от AT&T . ^[37] Приложения для интеллектуальных сетей , такие как домашняя автоматизация или управление спросом, также могут быть нацелены на устройства, совместимые с G.hn, которые реализуют профили низкой сложности. ^[38]

1. IPTV : во многих домах клиентов домашний шлюз , который обеспечивает доступ в Интернет , не расположен близко к приставке IPTV . Этот сценарий становится очень распространенным, поскольку поставщики услуг начинают предлагать пакеты услуг с несколькими приставками на одного абонента. G.hn может подключить домашний шлюз к одной или нескольким приставкам, используя существующую домашнюю проводку. Используя G.hn, поставщикам услуг IPTV не нужно устанавливать новые провода Ethernet или беспроводные сети 802.11 . Поскольку G.hn поддерживает любой вид домашней проводки, конечные пользователи могут установить домашнюю сеть IPTV самостоятельно, тем самым снижая расходы для поставщика услуг. ^[39]
2. Домашние сети : Хотя технология Wi-Fi популярна для домашних сетей потребителей, G.hn также предназначена для использования в этом приложении. G.hn является подходящим решением для потребителей в ситуациях, когда использование беспроводной связи не требуется (например, для подключения стационарного устройства, такого как телевизор или сетевое устройство хранения данных), нежелательно (из-за проблем безопасности ) или нецелесообразно (например, из-за ограниченного диапазона беспроводных сигналов).
3. Бытовая электроника : Бытовая электроника (CE) может 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 оборудование), предоставляют возможности подключения к Интернету или к компьютеру с использованием домашней сети для предоставления доступа к цифровому контенту. G.hn предназначен для обеспечения высокоскоростного подключения к CE продуктам, способным отображать телевидение высокой четкости . Интеграция подключения питания и подключения к данным обеспечивает потенциальную экономию энергии в CE устройствах. Учитывая, что CE устройства (например, ресиверы домашних кинотеатров ) очень часто работают в режиме ожидания или « вампирского питания », они представляют собой значительную экономию для домовладельцев, если их подключение к питанию также является подключением к данным — устройство может быть надежно отключено, когда оно не отображает какой-либо источник.
4. Интеллектуальная сеть : поскольку G.hn может работать по проводам, включая линии электропередач переменного и постоянного тока , он может обеспечить инфраструктуру связи, необходимую для приложений интеллектуальной сети . Комплексная система интеллектуальной сети требует доступа к каждой розетке переменного тока в доме или здании, чтобы все устройства могли участвовать в стратегиях энергосбережения. В сентябре 2009 года Национальный институт стандартов и технологий США включил G.hn в качестве одного из своих стандартов для интеллектуальной сети, «в отношении которого, по его мнению, существует прочный консенсус заинтересованных сторон», как часть раннего проекта «Структуры и дорожной карты NIST для стандартов взаимодействия интеллектуальной сети». ^[40] В январе 2010 года G.hn был удален из окончательной версии «Стандартов, определенных для внедрения». ^[41]

Технология G.hn облегчает подключение устройств через различные типы сетей с использованием различных вариантов проводки, включая коаксиальный кабель, телефонные линии, линии электропередач и оптоволокно. Первоначально разработанная для домашних сетей, ее применение расширилось, чтобы охватить широкий спектр промышленных сценариев. ^[15]

1. Умные лифты: Современные лифты оснащены многочисленными датчиками и приводами, которые идеально взаимодействуют через IP. Использование G.hn для связи между этими рассредоточенными IP-узлами может привести к значительному сокращению проводки во время установки.
2. Интеллектуальные системы освещения: В сфере умных городов системы освещения развиваются в интерактивные платформы, взаимодействующие с окружающей средой. Это может включать узлы, связанные с уличными знаками, модуляцией света, мониторингом воды, атмосферными датчиками, системами пешеходной коммуникации, станциями зарядки транспортных средств, устройствами обработки изображений и аудиосистемами.
3. Навигационные огни аэропорта: использование правильного соединителя сигналов позволяет перепрофилировать существующую инфраструктуру с помощью профиля G.hn PLC, упрощая настройку системы связи.
4. Зарядные станции: сети зарядных станций, включающие быструю оплату, удобные для пользователя запросы, операции, надзор за станциями и облачное управление, могут эффективно перепрофилировать существующую инфраструктуру линий электропередач 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 необходимость в защитных каналах.
6. Оптоволоконные решения для суровых условий: системы доступа G.hn имеют промышленный профиль, что позволяет им функционировать в сложных условиях, таких как наводнения или экстремальные колебания температуры.

Технология G.hn, одобренная ITU-T, выделяется как самая адаптируемая и надежная на сегодняшний день сетевая транспортная сеть для многогигабитного подключения, охватывающая как жилые и деловые приложения, так и промышленные и интеллектуальные сценарии сетей. G.hn последовательно продвигается в различных средах, включая коаксиальные кабели, медные пары, линии электропередач и пластиковые оптоволоконные кабели, а также системы связи LiFi, использующие видимый свет, ультрафиолетовый и инфракрасный спектры. Это поддерживает цифровую трансформацию отрасли. Члены HomeGrid Forum выступают за всемирное принятие G.hn, унифицированной сетевой технологии с несколькими источниками.

• IEEE 1901
• HD-ПЛК