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IEEE 1901

IEEE 1901 es un estándar para dispositivos de comunicación de alta velocidad (hasta 500 Mbit/s en la capa física) a través de líneas eléctricas, a menudo denominadas banda ancha por líneas eléctricas (BPL). [1] El estándar utiliza frecuencias de transmisión por debajo de los 100 MHz. Este estándar es utilizable por todas las clases de dispositivos BPL, incluidos los dispositivos BPL utilizados para la conexión (<1500 m a las instalaciones) a servicios de acceso a Internet , así como dispositivos BPL utilizados dentro de edificios para redes de área local , aplicaciones de energía inteligente , plataformas de transporte (vehículos) y otras aplicaciones de distribución de datos (<100 m entre dispositivos). [2]

La norma IEEE 1901, establecida en 2010, estableció el primer punto de referencia mundial para la comunicación por línea eléctrica adaptada a las redes domésticas multimedia, audio y vídeo y la red eléctrica inteligente. Esta norma sufrió una modificación en la IEEE 1901a-2019, introduciendo mejoras en la capa física HD-PLC (wavelet) para aplicaciones de Internet de las cosas (IoT). Se actualizó nuevamente en 2020, conocida como IEEE 1901-2020. [3]

El estándar IEEE 1901 reemplazó una docena de especificaciones de línea eléctrica anteriores. Incluye un Protocolo Intersistema (ISP) de coexistencia obligatoria. El ISP IEEE 1901 evita la interferencia cuando las diferentes implementaciones de BPL se operan muy cerca unas de otras. [4] Para manejar múltiples dispositivos que intentan usar la línea al mismo tiempo, IEEE 1901 admite TDMA , pero CSMA/CA (también utilizado en WiFi ) es el que implementan con mayor frecuencia los dispositivos vendidos. [5] [6]

El estándar IEEE 1901 es obligatorio para iniciar la carga de CC de vehículos eléctricos SAE J1772 (la CA usa PWM ) y es el único protocolo de línea eléctrica para redes heterogéneas IEEE 1905.1 . Fue altamente recomendado en los estándares de redes inteligentes IEEE P1909.1 porque estos son principalmente para el control de dispositivos de CA, que por definición siempre tienen conexiones de alimentación de CA, por lo que no se requieren conexiones adicionales.

Resumen de actualizaciones

La norma IEEE 1901 fue un paso importante en el desarrollo de las tecnologías de comunicación por línea eléctrica (PLC). La PLC permite la comunicación de datos a través de líneas eléctricas existentes, lo que puede resultar particularmente útil en entornos donde es difícil tender cableado nuevo o donde la comunicación inalámbrica puede resultar problemática.

  1. IEEE 1901-2010 : esta fue la norma inicial que sentó las bases para la banda ancha por líneas eléctricas (BPL) y las redes eléctricas domésticas. Definió dos capas físicas incompatibles:
    • OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) basada en FFT (transformada rápida de Fourier) : se utiliza principalmente para acceso BPL.
    • OFDM basado en wavelets : se utiliza para redes domésticas y algunas aplicaciones de acceso BPL.
  2. IEEE 1901a-2019 : esta enmienda se centró en mejorar la capa física HD-PLC (High Definition Power Line Communication) basada en wavelets . El objetivo principal era hacerla más adecuada para aplicaciones de Internet de las cosas (IoT). Los dispositivos de IoT suelen requerir bajo consumo de energía, baja latencia y comunicación confiable, y las mejoras en esta enmienda apuntaban a satisfacer estas necesidades.
  3. IEEE 1901-2020 : Esta fue una revisión de la norma original de 1901. Las revisiones de las normas suelen implicar actualizaciones para abordar los avances tecnológicos, incorporar los comentarios de la industria y garantizar que la norma siga siendo relevante y eficaz. La revisión incorpora la enmienda IEEE 1901a-2019.
  4. IEEE 1901b-2021 : esta enmienda agregó mecanismos de autenticación y autorización de última generación a la capa de control de acceso al medio (MAC) utilizando IEEE Std 802.1X, proporcionando una comunicación segura e interoperable con las redes IEEE 1901 IoT y Smart Grid.
  5. IEEE 1901c-2024 : Esta enmienda especifica cómo aplicar las especificaciones IEEE 1901 en cualquier medio. El objetivo era lograr una comunicación fluida en diferentes medios y entre diferentes canales de comunicación. Se agregaron nuevos canales de comunicación extendidos a bandas de baja frecuencia a la capa física basada en wavelets Nessum (Nuevo nombre de HD-PLC High Definition Power Line Communication) para abordar la comunicación robusta y de largo alcance en estos nuevos medios. La enmienda también especifica cómo utilizar el protocolo de tiempo de precisión (PTP) IEEE Std 1588 en redes IEEE 1901.

El desarrollo y la evolución de la norma IEEE 1901 subrayan la importancia de la comunicación por línea eléctrica en los escenarios de redes modernas. A medida que la IoT continúa creciendo, con miles de millones de dispositivos conectados, tener un medio de comunicación robusto y versátil como el PLC puede resultar invaluable, especialmente en entornos donde los métodos de redes tradicionales pueden resultar un desafío.

Estado

El grupo de trabajo IEEE P1901 se creó en junio de 2005. Más de 90 organizaciones contribuyeron a la elaboración del estándar. La mitad de las organizaciones eran de Estados Unidos, una cuarta parte de Japón y la última cuarta parte de Europa. [4]

IEEE 1901 completó un estándar formal IEEE 1901-2010 publicado en diciembre de 2010. El grupo de trabajo que mantiene y extiende los estándares está patrocinado por el Comité de Estándares de Comunicación por Línea Eléctrica IEEE (PLCSC). [7] IEEE 1901-2020 se publicó en enero de 2021.

Adopciones

UIT-T G.9972

El protocolo de coexistencia ISP IEEE 1901 se amplió para admitir la familia de estándares de redes domésticas de la Unión Internacional de Telecomunicaciones conocida como G.hn , y fue adoptado por la UIT-T como Recomendación UIT-T G.9972 . [8]

SGIP

El Panel de Interoperabilidad de Redes Inteligentes (SGIP, por sus siglas en inglés) iniciado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos exige la implementación del mecanismo de coexistencia de ISP IEEE 1901 (o ITU-T G.9972) en todas las tecnologías que operan sobre líneas eléctricas. NISTIR 7862: Guía para la implementación de la coexistencia de estándares de comunicación de banda ancha por líneas eléctricas [9] El estándar IEEE 1901 está incluido en el Catálogo de estándares SGIP [10]

DLNA

En 2012, la Digital Living Network Alliance (DLNA) anunció que respaldaba los estándares IEEE 1901. [11]

SAE y IEC 62196

Las normas SAE J1772 e IEC 62196 para la carga de vehículos eléctricos incluyen IEEE 1901 como el estándar para la comunicación por línea eléctrica entre el vehículo, la estación de carga de CC externa y la red inteligente , sin requerir un pin adicional; SAE International y la Asociación de Normas IEEE están compartiendo sus borradores de normas relacionados con la red inteligente y la electrificación de vehículos. [12]

IEEE 1905.1

IEEE 1901 es el estándar de comunicación por línea eléctrica respaldado por el estándar IEEE 1905.1 para una red doméstica digital convergente. [13]

Descripción

Las normas de 1901 incluyen dos capas físicas diferentes (PHY), una basada en modulación de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) por transformada rápida de Fourier (FFT) y otra basada en modulación OFDM por ondículas . Cada capa física es opcional y los implementadores de la especificación pueden, pero no están obligados a, incluir ambas. La capa física FFT se deriva de la tecnología HomePlug AV y se implementa en productos basados ​​en HomePlug. La capa física Wavelet se deriva de la tecnología HD-PLC y se implementa en productos basados ​​en HD-PLC. [14] Llega hasta 1024-QAM .

La FFT PHY incluye un esquema de corrección de errores hacia adelante (FEC) basado en código turbo convolucional (CTC). La segunda opción, "Wavelet PHY", incluye un FEC obligatorio basado en código convolucional y Reed–Solomon (RS) concatenado , y una opción para usar código de verificación de paridad de baja densidad (LDPC). [15]

Además de estas dos capas físicas, se definieron dos capas de control de acceso al medio (MAC) diferentes: una para redes domésticas y la otra para el acceso a Internet . [16] Se necesitaban dos MAC porque cada aplicación tiene requisitos diferentes.

Para gestionar la coexistencia entre los sistemas físicos y los MAC, se desarrolló el protocolo entre sistemas (ISP). El ISP permite que varios dispositivos y sistemas BPL compartan recursos de comunicación (frecuencia/tiempo) cuando se instalan en una red con cableado eléctrico común. El ISP permite que los dispositivos compatibles con 1901 y los dispositivos compatibles con ITU-T G.hn coexistan. El protocolo proporciona división de frecuencia configurable para el acceso y división de tiempo para el hogar con una granularidad compatible con los requisitos de calidad de servicio (QoS) de las aplicaciones de audio y video más exigentes. [17]

Una enmienda de 2019, IEEE 1901a-2019, define una forma más flexible de separar los canales OFDM wavelet para aplicaciones de Internet de las cosas . [18]

Una segunda enmienda en 2021, IEEE 1901b-2021, agrega mecanismos de autenticación y autorización de última generación a la capa de control de acceso al medio (MAC) utilizando el estándar IEEE 802.1X. [19]

Una tercera enmienda en 2024, IEEE 1901c-2024, extiende la aplicación de IEEE 1901 a cualquier medio y define nuevos canales Nessum (anteriormente HD-PLC) para abordar comunicaciones robustas y de largo alcance en estos nuevos medios. [20]

Normas relacionadas

En 2008 se formó otro grupo comercial llamado HomeGrid Forum para promover los estándares de redes domésticas de la UIT-T conocidos como G.hn. La recomendación UIT-T G.9972, aprobada en junio de 2010, especifica un mecanismo de coexistencia para transceptores de redes domésticas capaces de operar a través de cableado de línea eléctrica. Esta recomendación se basa en la norma IEEE 1901 ISP. [21]

La norma IEEE 1675 se aprobó en 2008. Proporcionó estándares de prueba y verificación para el hardware comúnmente utilizado para instalaciones de banda ancha sobre línea eléctrica (BPL) (principalmente acopladores y gabinetes) y métodos de instalación estándar para garantizar el cumplimiento de los códigos y estándares aplicables. [22]

Otras normas IEEE patrocinadas por el Comité de Normas de Comunicación por Línea Eléctrica: [23]

Normas derivadas

Las dos normas que se describen a continuación y sus modificaciones también han sido redactadas por el mismo comité. A pesar de los diferentes anchos de banda y frecuencias abordados, se basan en tecnologías similares especializadas en sus principales áreas de uso. Las tres incluyen disposiciones sobre seguridad criptográfica y autenticación. [23]

Un borrador de RFC de la IETF aborda las capas superiores del protocolo, es decir, los detalles del paso de paquetes IPv6 a través de las capas PHY y MAC de sistemas PLC como IEEE 1901. 6LoWPAN se utilizó anteriormente para este propósito, pero no coincide exactamente con el caso de uso. [27]

Véase también

Referencias

  1. ^ Nayagam, Arun; Rajkotia, Purva R.; Krishnam, Manjunath.; Rindchen, Markus. (febrero de 2014). "Capítulo 13: IEEE 1901: Banda ancha sobre redes de líneas eléctricas". En Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (eds.). Comunicaciones por línea eléctrica MIMO: estándares de banda ancha y estrecha, compatibilidad electromagnética y procesamiento avanzado. CRC Press. págs. 391–426. doi :10.1201/b16540-17. ISBN. 978-1-4665-5752-9. Archivado desde el original el 19 de mayo de 2014.
  2. ^ "Ya se publicó la norma final IEEE 1901 de banda ancha sobre líneas eléctricas". Nota de prensa . IEEE Standard Association. 1 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 15 de abril de 2013 . Consultado el 23 de diciembre de 2013 .
  3. ^ Nessum. "IEEE 1901". Nessum .
  4. ^ de Jean-Philippe Faure (mayo de 2011). "Las realidades de la ratificación de la norma IEEE 1901". IEEE Smart Grid . Archivado desde el original el 22 de mayo de 2012.
  5. ^ "Sistema de acceso IEEE 1901: una descripción general de su singularidad y motivación" (PDF) . Morse.colorado.edu . Consultado el 15 de mayo de 2018 .
  6. ^ "Equidad de los protocolos MAC: IEEE 1901 frente a 802.11" (PDF) . Infoscience.epfl.ch . Consultado el 15 de mayo de 2018 .
  7. ^ Jean-Philippe Faure (diciembre de 2011). «Power Line Communication Standard Committee». Sitio web oficial . IEEE Communication Society . Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  8. ^ UIT-T (junio de 2010). «G.9972: Mecanismo de coexistencia para transceptores de redes domésticas por cable». Sitio web oficial .
  9. ^ NIST SGIP (1 de junio de 2012). «NISTIR 7862». Sitio web oficial . Archivado desde el original el 26 de junio de 2013.
  10. ^ NIST SGIP (31 de enero de 2013). «Catálogo de normas SGIP». Sitio web oficial . Archivado desde el original el 19 de febrero de 2013. Consultado el 10 de mayo de 2013 .
  11. ^ DLNA (12 de marzo de 2012). "DLNA® aprueba la conectividad de HomePlug AV y HD-PLC Powerline para aumentar la conectividad digital en el hogar". Nota de prensa . Consultado el 23 de diciembre de 2013 .
  12. ^ Pokrzywa, Jack; Reidy, Mary (12 de agosto de 2011). «El 'conector combinado' J1772 de SAE para carga de CA y CC avanza con la ayuda del IEEE». SAE International . Archivado desde el original el 14 de junio de 2012. Consultado el 12 de agosto de 2011 .
  13. ^ ab Cohen, Etan G.; Ho, Duncan; Mohanty, Bibhu P.; Rajkotia, Purva R. (febrero de 2014). "Capítulo 15: IEEE 1905.1: Redes domésticas digitales convergentes". En Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (eds.). Comunicaciones por línea eléctrica MIMO: estándares de banda ancha y estrecha, compatibilidad electromagnética y procesamiento avanzado. CRC Press. págs. 391–426. doi :10.1201/b16540-19. ISBN. 978-1-4665-5752-9.
  14. ^ "Explorar productos HD-PLC". Sitio web oficial de HD-PLC Alliance . Febrero de 2021.
  15. ^ Stefano Galli; O. Logvinov (julio de 2008). "Desarrollos recientes en la estandarización de las comunicaciones por líneas eléctricas dentro del IEEE". Revista de comunicaciones IEEE . 46 (7): 64–71. doi :10.1109/MCOM.2008.4557044. S2CID  2650873.Una descripción general de la propuesta P1901 PHY/MAC.
  16. ^ S. Goldfisher, S. Tanabe, "Sistema de acceso IEEE 1901: una descripción general de su singularidad y motivación", IEEE Commun. Mag., vol. 48, núm. 10, octubre de 2010, págs. 150-157.
  17. ^ IEEE-SA (18 de junio de 2009). "El grupo de trabajo sobre banda ancha por líneas eléctricas del IEEE aprueba disposiciones para el protocolo MAC/PHY y el protocolo entre sistemas" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 13 de junio de 2010.
  18. ^ "IEEE 1901a-2019 - Proyecto de norma aprobado por el IEEE para banda ancha sobre redes de líneas eléctricas: control de acceso al medio y enmiendas a las especificaciones de la capa física: mejora para aplicaciones de Internet de las cosas". IEEE .
  19. ^ "IEEE 1901b-2021 - Estándar IEEE para banda ancha sobre redes de líneas eléctricas: Control de acceso al medio y especificaciones de la capa física Enmienda 2: Mejoras para la autenticación y autorización". IEEE .
  20. ^ "IEEE 1901c-2024 - Proyecto de norma aprobado por IEEE para redes de banda ancha sobre líneas eléctricas: control de acceso al medio y especificaciones de la capa física Enmienda 3: Capas de control de acceso físico y al medio Wavelet de canal flexible (FCW) mejoradas para su uso en cualquier medio". IEEE .
  21. ^ "G.9972: Mecanismo de coexistencia para transceptores de redes domésticas por cable". UIT-T . Noviembre de 2011.
  22. ^ IEEE STD 1675-2008: Estándar IEEE para hardware de banda ancha sobre línea eléctrica . 7 de enero de 2009. doi :10.1109/IEEESTD.2008.4747595. ISBN 978-0-7381-5810-5.
  23. ^ ab "Grupos de trabajo y proyectos activos". Comité de normas para comunicaciones por líneas eléctricas . Archivado desde el original el 4 de noviembre de 2018.; "Normas publicadas". Comité de normas para comunicaciones por líneas eléctricas .
  24. ^ IEEE 1901.1-2018: Estándar para comunicaciones por línea eléctrica de frecuencia media (menos de 12 MHz) para aplicaciones de redes inteligentes . doi :10.1109/ieeestd.2018.8360785. ISBN 978-1-5044-4820-8.
  25. ^ ab IEEE 1901.2-2013: Estándar para comunicaciones de línea eléctrica de banda estrecha de baja frecuencia (menos de 500 kHz) para aplicaciones de redes inteligentes . doi :10.1109/ieeestd.2013.6679210. ISBN 978-0-7381-8793-8.
  26. ^ LeClare, Jim; Niktash, Afshin; Levi, Victor (22 de mayo de 2013). "NOTA DE APLICACIÓN 5676: Descripción general, historia y formación de IEEE P1901.2 para PLCr OFDM de banda estrecha". Maxim Integrated .
  27. ^ Liu, Bing; Hou, Jianqiang; Perkins, Charles; Tang, Xiaojun; Hong, Yong-Geun. "Transmisión de paquetes IPv6 a través de redes PLC". tools.ietf.org .

Enlaces externos