Введение IEEE 1901.2a
Обзор :
В этой статье мы подробно обсудим IEEE 1901.2a. В то время как большинство ограниченных сетевых технологий являются беспроводными, IEEE 1901.2a-2013 — это проводная технология, обновляющая исходный стандарт IEEE 1901.2. Это стандарт узкополосной связи по линиям электропередач (NB-PLC).
Сценарии NB-PLC:
NB-PLC часто используется в следующих сценариях.
- Интеллектуальный учет –
NB-PLC может автоматизировать считывание показаний счетчиков коммунальных услуг, таких как счетчики электроэнергии, газа и воды. - Автоматизация распределения –
NB-PLC можно использовать для автоматизации распределения, что предполагает мониторинг и управление всеми компонентами энергосистемы. - Общественное освещение –
Это частое приложение для NB-PLC, которое включает освещение в городах и вдоль дорог, автомагистралей и общественных мест, таких как парки. - Зарядные станции для электромобилей –
NB-PLC может использоваться для питания зарядных станций для электромобилей. - Микросети –
NB-PLC можно использовать для создания микросетей, представляющих собой небольшие энергетические сети, которые могут работать независимо от основной сети. - Возобновляемая энергия -
NB-PLC может использоваться в солнечной, ветровой, гидроэнергетике и геотермальном тепле. Существует несколько стандартов ПЛК, но отсутствие решения для низкочастотных ПЛК побудило к созданию IEEE 1901.2a. Ниже 500 кГц.
Примечание :
Как непрерывные, так и линии электропередачи постоянного тока указаны в IEEE 1901.2a. Скорость передачи данных может быть увеличена до 500 кбит/с. На терминалах уровни PHY и MAC IEEE 1901.2a можно смешивать с IEEE 802.15.4g/e, что позволяет в некоторых ситуациях использовать решение с двумя уровнями PHY.
Функции :
- Стандартизация и альянсы –
Низкая надежность, ограниченная пропускная способность, отсутствие управления и плохая совместимость повлияли на первые поколения систем NB-PLC. В результате многие организации разработали свои собственные требования к поколениям. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением используется в текущих спецификациях NB-PLC (OFDM). Цифровые данные кодируются с использованием OFDM на нескольких несущих частотах. IEEE 1901.2a был частью инициативы Home Plug Netricity, которая была одной из ключевых отраслевых групп, продвигавших маркетинг и сертификацию технологии ПЛК. - Физический слой -
NB-PLC определен для частотных диапазонов от 3 до 500 кГц. Рабочая группа IEEE 1901.2 объединила поддержку для всех регионов мира, чтобы разработать всемирный стандарт. IEEE 1901.2a поддерживает самый большой набор кодов и обеспечивает как надежность, так и пропускную способность. Карты тонов и модуляции для всех диапазонов, такие как робастная модуляция (ROBO), дифференциальная двоичная фазовая манипуляция (DBPSK), дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK), дифференциальная 8-точечная фазовая манипуляция (D8PSK) и опционально 16 квадратурная амплитудная модуляция (16QAM) для некоторых диапазонов включены в стандарт. - MAC-уровень –
Формат кадра MAC IEEE 1901.2a связан с кадром MAC IEEE 802.15.4, однако он включает в себя самую последнюю поправку IEEE 802.15.4e-2012, позволяющую реализовать основные функции. Информационные элементы являются одним из важных компонентов, перенесенных из IEEE 802.15.4e в IEEE 1901.2a. Доступны дополнительные функции, такие как поддержка IE, протокол управления ключами IEEE 802.15.9 и SSID. Управление сегментом — это поле в IEEE 1901.2. Это связано с сегментацией или фрагментацией пакетов верхнего уровня, которые больше, чем может переносить блок данных протокола MAC (MPDU).
Топология для IEEE 1901.2a:
Сценарии и топологии развертывания IEEE 1901.2a основаны на физических линиях электропередач. Передача сигнала ограничена такими параметрами, как шум, помехи, искажения и затухание, как и в случае с беспроводной технологией. Поскольку эти переменные становятся более заметными по мере увеличения расстояния, большинство реализаций NB-PLC имеют ячеистую топологию. Преимущество ячеистых сетей заключается в том, что они позволяют устройствам ретранслировать трафик с других устройств, позволяя разделять большие расстояния. Стандарт IEEE 1901.2a позволяет использовать любой протокол верхнего уровня. В результате поддерживаются варианты IPv6 6LoWPAN и RPL IPv6. Эти протоколы позволяют создавать ячеистые сети через ПЛК с использованием маршрутизации сетевого уровня.
Безопасность для IEEE 1901.2a:
Безопасность IEEE 1901.2a идентична безопасности IEEE 802.15.4g. AES используется для шифрования и аутентификации. Кроме того, IEEE 1901.2a совместим с IEEE 802.15.4g, когда речь идет о поддержке протокола управления ключами IEEE 802.15.9. Среди отличий следующие.
- Во всех кадрах MAC, содержащих зашифрованные сегменты кадра, должен быть установлен бит Security Enabled A в поле Frame Control.
- Шифрование данных должно выполняться до сегментации пакетов, если это необходимо. Поле «Управление сегментом» не включается во входные данные для метода шифрования во время пакетного шифрования.
- Расшифровка данных происходит после повторной сборки пакета на стороне получателя.
- Зашифрованная полезная нагрузка плюс тег аутентификации кода целостности сообщения (MIC) для несегментированной полезной нагрузки составляют полезную нагрузку MAC, когда включена защита. MIC появляется только в последнем пакете (сегменте), если полезная нагрузка сегментирована.
Конкурентные технологии:
Две технологии конкурируют с IEEE 1901.2a в области NB-PLC: G3-PLC (ранее ITU G.9903) и PRIME (теперь ITU G.9904). Обе эти технологии были созданы с расчетом на одноразовое использование: внедрение интеллектуальных измерений по всей Европе с использованием диапазона CENELEC A. IEEE 1901.2 очень близок к G3-PLC. G3-PLC требует выбора протокола канального уровня для начальной загрузки и выдачи адресов устройств, и он несовместим с IEEE 802.15.4g/e и сквозной парадигмой IPv6, если назвать несколько проблем. PRIME больше похож на систему ATM с протоколом уровня 7 (DLMS/COSEM), работающим непосредственно поверх уровня 2. Поддержка IP требует добавления протоколов уровня 3.