Gigabit Home Networking (G.hn) es una especificación para redes domésticas cableadas que admite velocidades de hasta 2 Gbit/s y funciona con cuatro tipos de cables tradicionales: cableado telefónico , cables coaxiales , líneas eléctricas y fibra óptica plástica . Algunos beneficios de un estándar multicable son menores costos de desarrollo de equipos y menores costos de implementación para los proveedores de servicios (al permitir la instalación por parte del cliente). [1]
G.hn ofrece una inmunidad mejorada a las perturbaciones de la línea eléctrica en comparación con otras tecnologías de conexión. Funciona como un puente que conecta los sistemas más antiguos que prevalecen en entornos industriales con tecnologías modernas que pueden revolucionar las operaciones. Si bien muchas máquinas y dispositivos han hecho la transición a la tecnología inalámbrica, los sistemas cableados heredados siguen siendo fundamentales para la comunicación en contextos industriales. En el ámbito industrial, una conectividad rápida y confiable es crucial para interacciones fluidas entre máquinas. La ausencia de esta conectividad puede provocar interrupciones operativas o una reducción de la calidad del servicio. G.hn se destaca como una infraestructura fundamental para tareas sensibles al tiempo y críticas para la seguridad, con características sólidas que respaldan las comunicaciones vitales y la capacidad de una red para recuperarse automáticamente. [2]
Historia
G.hn fue desarrollado en el marco del sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones ( UIT-T ) y promovido por el HomeGrid Forum y otras organizaciones. La Recomendación UIT-T (el término de la UIT para referirse a la norma) G.9960 , que recibió aprobación el 9 de octubre de 2009, [3] especificó las capas físicas y la arquitectura de G.hn. La capa de enlace de datos (Recomendación G.9961) fue aprobada el 11 de junio de 2010. [4]
Organizaciones importantes, entre ellas CEPca, HomePNA y UPA, que fueron los creadores de algunas de estas interfaces, se unieron para respaldar la última versión del estándar, destacando su potencial y su importancia en el ámbito de las redes domésticas. [5] Además, la UIT-T amplió la tecnología con tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para aumentar las velocidades de datos y la distancia de señalización. [6] Esta nueva característica fue aprobada en marzo de 2012 bajo la Recomendación G.9963 .
El desarrollo y la promoción de G.hn han recibido un importante apoyo del HomeGrid Forum y de varias otras organizaciones. [7] La tecnología no solo fue diseñada para abordar los desafíos de las redes domésticas, sino que también encontró aplicaciones más allá de este alcance inicial, lo que demuestra su versatilidad y potencial en el dominio de las redes. [8]
Los sistemas OFDM dividen la señal transmitida en múltiples subportadoras ortogonales . En G.hn, cada una de las subportadoras se modula utilizando QAM . La constelación QAM máxima admitida por G.hn es 4096-QAM (QAM de 12 bits).
El control de acceso a medios G.hn se basa en una arquitectura de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), en la que un "maestro de dominio" programa oportunidades de transmisión (TXOP) que pueden ser utilizadas por uno o más dispositivos en el "dominio". Existen dos tipos de TXOP:
Oportunidades de transmisión sin contención (CFTXOP), que tienen una duración fija y se asignan a un par específico de transmisor y receptor. Las CFTXOP se utilizan para implementar el acceso al canal TDMA para aplicaciones específicas que requieren garantías de calidad de servicio (QoS).
Oportunidades de transmisión compartidas (STXOP), que se comparten entre varios dispositivos de la red. Las STXOP se dividen en intervalos de tiempo (TS). Existen dos tipos de TS:
Ranuras de tiempo sin contención (CFTS), que se utilizan para implementar el acceso al canal mediante transferencia de tokens "implícita" . En G.hn, se asigna una serie de CFTS consecutivos a varios dispositivos. La asignación la realiza el "maestro de dominio" y se transmite a todos los nodos de la red. Existen reglas predefinidas que especifican qué dispositivo puede transmitir después de que otro dispositivo haya terminado de usar el canal. Como todos los dispositivos saben "quién es el siguiente", no es necesario enviar explícitamente un "token" entre dispositivos. El proceso de "transferencia del token" es implícito y garantiza que no haya colisiones durante el acceso al canal.
Intervalos de tiempo basados en contención (CBTS), que se utilizan para implementar el acceso al canal CSMA/CARP . En general, los sistemas CSMA no pueden evitar por completo las colisiones, por lo que los CBTS solo son útiles para aplicaciones que no tienen requisitos estrictos de calidad de servicio.
Optimización para cada medio
Aunque la mayoría de los elementos de G.hn son comunes para los tres medios admitidos por el estándar (líneas eléctricas, líneas telefónicas y cable coaxial), G.hn incluye optimizaciones específicas para cada medio. Algunos de estos parámetros específicos para cada medio incluyen: [10]
Espaciamiento de portadora OFDM: 195,31 kHz en coaxial, 48,82 kHz en líneas telefónicas, 24,41 kHz en líneas eléctricas.
Tasas de FEC: El FEC de G.hn puede funcionar con tasas de código 1/2, 2/3, 5/6, 16/18 y 20/21. Aunque estas tasas no son específicas de un medio, se espera que las tasas de código más altas se utilicen en medios más limpios (como el coaxial), mientras que las tasas de código más bajas se utilicen en entornos ruidosos, como líneas eléctricas.
Mecanismos de solicitud de repetición automática (ARQ): G.hn admite el funcionamiento con y sin ARQ (retransmisión). Aunque esto no es específico del medio, se espera que el funcionamiento sin ARQ sea apropiado en ocasiones para medios más limpios (como el coaxial), mientras que el funcionamiento con ARQ es apropiado para entornos ruidosos como las líneas eléctricas.
Niveles de potencia y bandas de frecuencia: G.hn define diferentes máscaras de potencia para cada medio.
Compatibilidad con MIMO: la recomendación G.9963 incluye disposiciones para transmitir señales G.hn a través de múltiples cables de CA (fase, neutro, tierra), si están físicamente disponibles. [6] En julio de 2016, [11] se actualizó G.9963 para incluir compatibilidad con MIMO a través de pares trenzados.
G.hn especifica la seguridad punto a punto dentro de un dominio, lo que significa que cada par de transmisor y receptor utiliza una clave de cifrado única que no es compartida por otros dispositivos en el mismo dominio. Por ejemplo, si el nodo Alice envía datos al nodo Bob , el nodo Eve (en el mismo dominio que Alice y Bob) no podrá espiar fácilmente su comunicación. [13]
G.hn admite el concepto de retransmisiones, en el que un dispositivo puede recibir un mensaje de un nodo y enviarlo a otro nodo más alejado en el mismo dominio. La retransmisión se vuelve fundamental para aplicaciones con topologías de red complejas que necesitan cubrir grandes distancias, como las que se encuentran en aplicaciones industriales o de servicios públicos. Si bien un relé puede leer las direcciones de origen y destino, no puede leer el contenido del mensaje debido a que su cuerpo está cifrado de extremo a extremo.
Perfiles
La arquitectura G.hn incluye el concepto de perfiles. Los perfiles están pensados para abordar nodos G.hn con niveles de complejidad significativamente diferentes. En G.hn, los perfiles de mayor complejidad son superconjuntos adecuados de perfiles de menor complejidad, de modo que los dispositivos basados en diferentes perfiles puedan interoperar entre sí. [14]
Entre los dispositivos G.hn basados en perfiles de alta complejidad se encuentran los gateways residenciales o los decodificadores. Entre los dispositivos G.hn basados en perfiles de baja complejidad se encuentran la automatización del hogar, la seguridad del hogar y los dispositivos de red inteligente.
Parámetros técnicos
El gráfico muestra un resumen de las especificaciones técnicas fundamentales del estándar G.hn. Muchos de estos elementos técnicos son consistentes en diferentes medios físicos, con variaciones observadas en áreas como el espaciado de tonos y los rangos de frecuencia. Esta uniformidad es esencial ya que permite a los fabricantes de silicio producir un chip único capaz de implementar los tres tipos de medios, lo que genera ahorros de costos. Actualmente, los chipsets G.hn son compatibles con los tres tipos de medios. Esta compatibilidad permite a los fabricantes de sistemas crear dispositivos que se pueden ajustar a cualquier tipo de cableado simplemente modificando una configuración de software en el equipo. [15]
Espectro
El espectro de G.hn depende del medio como se muestra en el diagrama siguiente:
La capa de enlace de datos G.hn (Recomendación G.9961) se divide en tres subcapas:
Capa de convergencia de protocolo de aplicación (APC), que acepta tramas (normalmente en formato Ethernet ) de la capa superior (entidad de aplicación) y las encapsula en unidades de datos de protocolo APC (APDU) G.hn. La carga útil máxima de cada APDU es de 2 14 bytes.
El dependiente del medio físico (PMD), responsable de la carga de bits y la modulación OFDM .
La interfaz entre la entidad de aplicación y la capa de enlace de datos se denomina interfaz A. La interfaz entre la capa de enlace de datos y la capa física se denomina interfaz independiente del medio (MII). La interfaz entre la capa física y el medio de transmisión real se denomina interfaz dependiente del medio (MDI).
Apoyo
Foro de HomeGrid
El HomeGrid Forum es un grupo comercial sin fines de lucro que promueve G.hn. [16]
Los miembros del foro HomeGrid incluyen: [17]
Vendedores
Los proveedores que promocionan G.hn incluyen MaxLinear , ReadyLinks Inc, Lantiq , devolo AG , el fabricante de microprocesadores Intel , [22] el proveedor de sistemas en chip Sigma Designs , [23] y Xingtera, que anunció un producto en enero de 2013. [24]
La primera demostración pública en vivo de la interoperabilidad de G.hn se mostró en el CES, del 10 al 13 de enero de 2012, por Lantiq, Marvell Technology Group , Metanoia y Sigma Designs. [25]
Proveedores de servicios
El 26 de febrero de 2009, como parte de un comunicado de prensa de HomePNA , AT&T (que utiliza redes domésticas por cable como parte de su servicio IPTV U-Verse ) expresó su apoyo al trabajo desarrollado por la UIT-T para crear estándares para redes domésticas, incluido G.hn. [26]
Los proveedores de servicios como AT&T promocionaron G.hn por: [27]
Conéctese a cualquier habitación sin importar el tipo de cableado.
Habilitar la autoinstalación por parte del cliente
Información de diagnóstico incorporada y gestión remota
Múltiples proveedores de silicio y equipos
Otros proveedores de servicios que contribuyen al trabajo del Grupo de Estudio UIT-T incluyen a British Telecom , [28] Telefónica y AT&T.
Proveedores de equipos
En abril de 2008, durante el primer anuncio del HomeGrid Forum, Echostar , un fabricante de decodificadores para el mercado de proveedores de servicios, expresó su apoyo al estándar unificado: [29]
Panasonic , uno de los mayores fabricantes de productos electrónicos de consumo, también es miembro colaborador del HomeGrid Forum.
Analistas
En 2008, varias empresas de marketing promocionaron G.hn e hicieron predicciones optimistas. [31] [32] [33]
Otras organizaciones
En julio de 2009, HomeGrid Forum y DLNA firmaron un acuerdo de enlace "que establece las bases para la colaboración entre las dos organizaciones y la aprobación de G.hn como una tecnología de capa física reconocida por DLNA". [34]
En junio de 2010, Broadband Forum y HomeGrid Forum firmaron un acuerdo para ofrecer un programa de pruebas de interoperabilidad y cumplimiento de la normativa para productos que utilizan la tecnología G.hn. Broadband Forum apoyará la validación de los productos G.hn por parte de HomeGrid Forum, su promoción de la conformidad y la interoperabilidad de los productos y ayudará a acelerar el tiempo total de comercialización de los productos certificados por HomeGrid Forum. [35] En mayo de 2011, ambas organizaciones anunciaron conjuntamente el primer plugfest abierto de G.hn. [36]
Normas relacionadas
Relación entre G.hnta y G.hn
ITU G.9970 (también conocida como G.hnta) es una Recomendación desarrollada por la UIT-T que describe la arquitectura genérica para redes domésticas y sus interfaces con las redes de acceso de banda ancha de los operadores.
La Recomendación G.9972 de la ITU (también conocida como G.cx) es una Recomendación desarrollada por la ITU-T que especifica un mecanismo de coexistencia para transceptores de redes domésticas capaces de funcionar a través de cableado de línea eléctrica. El mecanismo de coexistencia permitiría que los dispositivos G.hn que implementan G.9972 coexistan con otros dispositivos que implementan G.9972 y funcionan a través del mismo cableado de línea eléctrica.
ITU G.9991 (también conocida como G.vlc) es una Recomendación desarrollada por ITU-T que especifica la PHY y la DLL para transceptores de comunicación de luz visible en interiores de alta velocidad, utilizados en aplicaciones como Li-Fi . G.vlc reutiliza la PHY y la DLL de G.hn, lo que permite utilizar los mismos chips para ambas aplicaciones.
Aplicaciones residenciales
La principal motivación para las tecnologías de redes domésticas cableadas fue IPTV , especialmente cuando la ofrecía un proveedor de servicios como parte de un servicio triple play , una oferta de servicios de voz y datos como U-Verse de AT&T . [37] Las aplicaciones de redes inteligentes como la automatización del hogar o la gestión del lado de la demanda también pueden ser el objetivo de dispositivos compatibles con G.hn que implementan perfiles de baja complejidad. [38]
IPTV : En muchos hogares de clientes, el gateway residencial que proporciona acceso a Internet no se encuentra cerca del decodificador de IPTV . Esta situación se vuelve muy común a medida que los proveedores de servicios comienzan a ofrecer paquetes de servicios con múltiples decodificadores por suscriptor. G.hn puede conectar el gateway residencial a uno o más decodificadores, utilizando el cableado doméstico existente. Con G.hn, los proveedores de servicios de IPTV no necesitan instalar nuevos cables Ethernet o redes inalámbricas 802.11 . Debido a que G.hn admite cualquier tipo de cableado doméstico, los usuarios finales pueden instalar la red doméstica de IPTV por sí mismos, reduciendo así el costo para el proveedor de servicios. [39]
Redes domésticas : Aunque la tecnología Wi-Fi es popular para las redes domésticas de los consumidores, G.hn también está pensado para su uso en esta aplicación. G.hn es una solución adecuada para los consumidores en situaciones en las que no es necesario utilizar la tecnología inalámbrica (por ejemplo, para conectar un dispositivo fijo como un televisor o un dispositivo de almacenamiento conectado a la red ), o no se desea (debido a cuestiones de seguridad ) o no es factible (por ejemplo, debido al alcance limitado de las señales inalámbricas).
Electrónica de consumo : Los productos de electrónica de consumo (CE) pueden admitir la conectividad a Internet mediante tecnologías como Wi-Fi, Bluetooth o Ethernet . Muchos productos que tradicionalmente no se asocian con el uso de computadoras (como televisores o equipos de alta fidelidad ) brindan opciones para conectarse a Internet o a una computadora mediante una red doméstica para brindar acceso a contenido digital. G.hn está destinado a proporcionar conectividad de alta velocidad a productos CE capaces de mostrar televisión de alta definición . La integración de la conexión de alimentación y la conexión de datos proporciona un potencial ahorro de energía en los dispositivos CE. Dado que los dispositivos CE (como los receptores de cine en casa ) muy a menudo funcionan en modo de espera o " energía vampiro ", representan un gran ahorro para los propietarios de viviendas si su conexión de alimentación es también su conexión de datos: el dispositivo podría apagarse de manera confiable cuando no esté mostrando ninguna fuente.
Redes inteligentes : debido a que G.hn puede operar sobre cables, incluidas las líneas eléctricas de CA y CC , puede proporcionar la infraestructura de comunicación necesaria para las aplicaciones de redes inteligentes . Un sistema integral de redes inteligentes requiere llegar a cada toma de CA de una casa o edificio para que todos los dispositivos puedan participar en las estrategias de ahorro de energía. En septiembre de 2009, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos incluyó a G.hn como uno de sus estándares para la red inteligente "para el cual creía que había un fuerte consenso de las partes interesadas", como parte de un borrador preliminar del "Marco y hoja de ruta del NIST para los estándares de interoperabilidad de redes inteligentes". [40] En enero de 2010, G.hn fue eliminado de la versión final de los "Estándares identificados para la implementación". [41]
Aplicaciones industriales
La tecnología G.hn facilita la conexión de dispositivos a través de varios tipos de redes mediante diferentes opciones de cableado, como cables coaxiales, líneas telefónicas, líneas eléctricas y fibra óptica. Inicialmente diseñada para redes domésticas, sus aplicaciones se expandieron para abarcar un amplio espectro de escenarios industriales. [15]
Ascensores inteligentes: los ascensores modernos están equipados con numerosos sensores y actuadores que se comunican idealmente a través de IP. El uso de G.hn para la comunicación entre estos nodos IP dispersos puede generar reducciones significativas en el cableado durante la instalación.
Sistemas de iluminación inteligentes: En el ámbito de las ciudades inteligentes, los sistemas de iluminación están evolucionando hacia plataformas interactivas que interactúan con su entorno. Esto podría abarcar nodos vinculados a la señalización vial, la modulación de la luz, el control del agua, sensores atmosféricos, sistemas de comunicación para peatones, estaciones de carga de vehículos, unidades de imágenes y sistemas de audio.
Luces de navegación del aeropuerto: el uso del acoplador de señal adecuado permite reutilizar la infraestructura existente con el perfil PLC G.hn, simplificando la configuración del sistema de comunicación.
Estaciones de carga: las redes de estaciones de carga, que incluyen pagos rápidos, consultas fáciles de usar, operaciones, supervisión de estaciones y control basado en la nube, pueden reutilizar de manera eficiente la infraestructura de líneas eléctricas existente para la transferencia de datos.
Instalaciones industriales: Los componentes G.hn pueden integrarse para funcionar junto con los sistemas de control industrial a través del bus de alimentación. El uso de cables coaxiales se considera beneficioso debido a su durabilidad en condiciones difíciles, lo que reduce la necesidad de conductos de protección.
Soluciones de fibra para condiciones difíciles: los sistemas de acceso G.hn vienen con un perfil industrial, lo que les permite funcionar en condiciones difíciles como inundaciones o fluctuaciones extremas de temperatura.
La tecnología G.hn, aprobada por la UIT-T, se destaca como la red de retorno más adaptable y confiable de la actualidad para conectividad multigigabit, que abarca desde aplicaciones residenciales y comerciales hasta escenarios industriales y de redes inteligentes. G.hn avanza constantemente en varios medios, incluidos cables coaxiales, pares de cobre, líneas eléctricas y fibras ópticas de plástico, así como sistemas de comunicación LiFi que utilizan espectros de luz visible, ultravioleta e infrarrojo. Esto respalda la transformación digital de la industria. Los miembros del HomeGrid Forum defienden la adopción mundial de G.hn, una tecnología de red unificada con múltiples fuentes.
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