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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 denominado banda anch...

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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 denominado banda ancha sobre líneas eléctricas (BPL). [ 1 ] El estándar utiliza frecuencias de transmisión inferiores a 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 los 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 ]

El estándar IEEE 1901, establecido en 2010, marcó el primer referente mundial para la comunicación por línea eléctrica, adaptado a redes domésticas multimedia, audio y vídeo, y redes inteligentes. Este estándar fue modificado en la versión IEEE 1901a-2019, introduciendo mejoras en la capa física HD-PLC (ondícula) para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Posteriormente, se actualizó en 2020, bajo la denominación IEEE 1901-2020. [ 3 ]

El estándar IEEE 1901 reemplazó una docena de especificaciones anteriores de Powerline. Incluye un protocolo de coexistencia entre sistemas (ISP) obligatorio. El ISP IEEE 1901 evita interferencias cuando las diferentes implementaciones de BPL 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 Wi-Fi ) es el protocolo más comúnmente implementado por los dispositivos comerciales. [ 5 ] [ 6 ]

El estándar IEEE 1901 es obligatorio para iniciar la carga de vehículos eléctricos en CC según SAE J1772 (en CA se utiliza 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 se centran principalmente en el control de dispositivos de CA, que por definición siempre tienen conexiones de alimentación de CA; por lo tanto, no se requieren conexiones adicionales.

Resumen de actualizaciones

La norma IEEE 1901 supuso un avance significativo en el desarrollo de las tecnologías de comunicación por línea eléctrica (PLC). La PLC permite la comunicación de datos a través de las líneas eléctricas existentes, lo que puede resultar especialmente útil en entornos donde es difícil instalar nuevo cableado o donde la comunicación inalámbrica podría ser problemática.

  1. IEEE 1901-2010 : Este fue el estándar inicial que sentó las bases para la banda ancha a través de 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 el acceso a BPL.
    • OFDM basado en ondículas : Se utiliza para redes domésticas y algunas aplicaciones de acceso BPL.
  2. IEEE 1901a-2019 : Esta enmienda se centró en mejorar la capa física de la comunicación por línea eléctrica de alta definición ( HD-PLC ) basada en ondículas. El objetivo principal era hacerla más adecuada para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Los dispositivos IoT suelen requerir baja potencia, baja latencia y comunicación fiable, y las mejoras de esta enmienda buscaban satisfacer estas necesidades.
  3. IEEE 1901-2020 : Esta fue una revisión de la norma original de 1901. Las revisiones de normas suelen incluir actualizaciones para abordar los avances tecnológicos, incorporar las opiniones 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 añadió mecanismos de autenticación y autorización de última generación a la capa de control de acceso al medio (MAC) utilizando la norma IEEE Std 802.1X, lo que proporciona una comunicación segura e interoperable a las redes de IoT y redes inteligentes IEEE 1901.
  5. IEEE 1901c-2024 : Esta enmienda especificaba cómo aplicar las especificaciones IEEE 1901 en cualquier medio. El objetivo era lograr una comunicación fluida a través de diferentes medios y entre distintos canales de comunicación. Se añadieron nuevos canales de comunicación, extendidos a bandas de baja frecuencia, a la capa física Nessum (nuevo nombre de HD-PLC High Definition Power Line Communication) basada en ondículas para abordar la comunicación robusta y de largo alcance en estos nuevos medios. La enmienda también especificaba cómo utilizar el protocolo de tiempo de precisión (PTP) IEEE Std 1588 en redes IEEE 1901.

El desarrollo y la evolución del estándar IEEE 1901 ponen de relieve la importancia de la comunicación por línea eléctrica en los escenarios de redes modernas. A medida que el IoT sigue creciendo, con miles de millones de dispositivos conectados, contar con un medio de comunicación robusto y versátil como la comunicación por línea eléctrica puede resultar invaluable, especialmente en entornos donde los métodos de red tradicionales podrían presentar dificultades.

Estado

El Grupo de Trabajo IEEE P1901 se creó en junio de 2005. Más de 90 organizaciones contribuyeron al estándar. La mitad de las organizaciones eran de EE. UU., una cuarta parte de Japón y la cuarta parte restante de Europa. [ 4 ]

IEEE 1901 completó la norma formal IEEE 1901-2010, publicada en diciembre de 2010. El grupo de trabajo que mantiene y amplía las normas está patrocinado por el Comité de Normas de Comunicación por Línea Eléctrica (PLCSC) de IEEE. [ 7 ] IEEE 1901-2020 se publicó en enero de 2021.

Adopciones

UIT-T G.9972

El protocolo de coexistencia de ISP IEEE 1901 se extendió 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 la Recomendación UIT-T G.9972 . [ 8 ]

SGIP

El Panel de Interoperabilidad de Redes Inteligentes (SGIP), impulsado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU., exige la implementación del mecanismo de coexistencia de proveedores de servicios de Internet (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 para estándares de comunicación de banda ancha por línea eléctrica [ 9 ]. El estándar IEEE 1901 está incluido en el Catálogo de Estándares del SGIP [ 10 ].

DLNA

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

SAE e IEC 62196

Las normas SAE J1772 e IEC 62196 para la carga de vehículos eléctricos incluyen la norma IEEE 1901 como 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 IEEE Standards Association 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 compatible con el estándar IEEE 1905.1 para una red doméstica digital convergente. [ 13 ]

Descripción

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

La capa física FFT incluye un esquema de corrección de errores hacia adelante (FEC) basado en código turbo convolucional (CTC). La segunda opción, "capa física Wavelet", 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 ]

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

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

Una enmienda de 2019, IEEE 1901a-2019, define una forma más flexible de separar los canales OFDM de ondículas 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 IEEE Std 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 la comunicación robusta y de largo alcance en estos nuevos medios. [ 20 ]

Otro grupo comercial, denominado HomeGrid Forum, se formó en 2008 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 del cableado eléctrico. Esta recomendación se basa en la norma IEEE 1901 ISP. [ 21 ]

La norma IEEE 1675 fue aprobada en 2008. Estableció estándares de prueba y verificación para el hardware comúnmente utilizado en instalaciones de banda ancha por 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 ]

  • "IEEE P1909.1" . Archivado del original el 21 de julio de 2012.Práctica recomendada para equipos de comunicación de redes inteligentes: métodos de prueba y requisitos de instalación.
  • "IEEE 1905.1" . Archivado del original el 15 de octubre de 2016. Consultado el 22 de julio de 2011 .: Estándar para una red doméstica digital convergente para tecnologías heterogéneas. [ 13 ]
  • "IEEE 1775" .: Grupo de trabajo sobre compatibilidad electromagnética en comunicaciones por línea eléctrica.

Estándares derivados

Las dos normas que se detallan a continuación y sus enmiendas también fueron redactadas por el mismo comité. A pesar de los diferentes anchos de banda y frecuencias que abordan, se basan en tecnologías similares especializadas para sus principales áreas de uso. Las tres incluyen disposiciones para la seguridad criptográfica y la autenticación. [ 23 ]

  • IEEE 1901.1: Comunicaciones por línea eléctrica de frecuencia media (menos de 12  MHz) para aplicaciones de redes inteligentes. Utiliza OFDM de cualquier tipo, puede usar TDMA o CSMA y modula hasta 16-QAM. Incluye disposiciones para ISP. [ 24 ]
  • IEEE 1901.2: Comunicaciones de línea eléctrica de banda estrecha de baja frecuencia (menos de 500  kHz) para aplicaciones de redes inteligentes. Fue autorizado en 2010 y aprobado como estándar en octubre de 2012. Admite velocidades de datos de hasta 500  kbit/s. [ 25 ] Solo utiliza FFT OFDM. Admite CSMA o una prevención de colisiones por muesca de frecuencia (similar a FDMA), aunque los análisis tienden a creer que el mecanismo CSMA se utilizará con menos frecuencia ya que requiere que se envíe un preámbulo, mientras que FDMA es naturalmente compatible como parte de la selección adaptativa de tono (frecuencia). [ 26 ] En comparación con los otros dos estándares, tiene la mayoría de las partes simplificadas o minimizadas debido a la menor velocidad y el alcance de uso más limitado. Modula hasta 16-QAM, admite redes de hasta 72  kV y tiene disposiciones para enviar datos a través de un transformador. También describe la posibilidad de interoperabilidad con G3-PLC/PRIME CENELEC A. [ 25 ]

Un borrador de RFC de la IETF aborda las capas superiores del protocolo, concretamente las particularidades del paso de paquetes IPv6 a través de las capas PHY y MAC de sistemas PLC como IEEE 1901. Anteriormente se utilizaba 6LoWPAN para este propósito, pero no se ajusta exactamente al 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 MIMO por línea eléctrica: estándares de banda estrecha y ancha, EMC y procesamiento avanzado . CRC Press. págs. 391–426 . doi : 10.1201/b16540-17 . ISBN  978-1-4665-5752-9.{{cite book}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  2. ↑ "Se publica la norma final IEEE 1901 de banda ancha sobre línea eléctrica" . Comunicado de prensa . IEEE Standard Association. 1 de febrero de 2011. Consultado el 23 de diciembre de 2013 .{{cite news}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  3. ↑ Nessum. "IEEE 1901" . Nessum .
  4. 1 2 Jean-Philippe Faure (mayo de 2011). "Las realidades de la ratificación de la IEEE 1901" . IEEE Smart Grid . Archivado del 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 . Archivado del original (PDF) el 10 de agosto de 2017. 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 alámbricas" . Sitio web oficial .
  9. ↑ NIST SGIP (1 de junio de 2012). "NISTIR 7862" . Sitio web oficial .{{cite news}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  10. ↑ NIST SGIP (31 de enero de 2013). "Catálogo de estándares SGIP" . Sitio web oficial . Archivado del 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 red eléctrica HomePlug AV y HD-PLC para una mayor conectividad digital en el hogar" . Comunicado 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 del original el 14 de junio de 2012. Recuperado el 12 de agosto de 2011 .
  13. 1 2 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 estrecha y ancha, EMC y procesamiento avanzado . CRC Press. págs. 391–426 . doi : 10.1201/b16540-19 . ISBN  978-1-4665-5752-9.
  14. ↑ "Explora los 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 línea eléctrica dentro del IEEE". IEEE Communications Magazine . 46 (7): 64– 71. doi : 10.1109/MCOM.2008.4557044 . S2CID 2650873 . Descripción general de la propuesta P1901 PHY/MAC.
  16. ↑ S. Goldfisher, S. Tanabe, "Sistema de acceso IEEE 1901: Una visión general de su singularidad y motivación", IEEE Commun. Mag., vol. 48, n.º 10, octubre de 2010, págs. 150–157.
  17. ↑ IEEE-SA (18 de junio de 2009). "El Grupo de Trabajo de Banda Ancha sobre Líneas Eléctricas de la IEEE aprueba disposiciones para MAC/PHY y protocolo entre sistemas" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 13 de junio de 2010.
  18. ↑ "IEEE 1901a-2019 - Borrador de norma aprobado por IEEE para banda ancha sobre redes de líneas eléctricas: Enmienda de las especificaciones de la capa física y control de acceso al medio: Mejora para aplicaciones de Internet de las cosas" . IEEE .
  19. ↑ "IEEE 1901b-2021 - Norma IEEE para banda ancha sobre redes de línea eléctrica: Control de acceso al medio y especificaciones de la capa física Enmienda 2: Mejoras para la autenticación y autorización" . IEEE .
  20. ↑ "IEEE 1901c-2024 - Borrador de norma aprobado por IEEE para banda ancha sobre redes de línea eléctrica: Control de acceso al medio y especificaciones de la capa física Enmienda 3: Capas de control de acceso al medio y de la capa física de la ondícula de canal flexible mejorada (FCW) para su uso en cualquier medio" . IEEE .
  21. ↑ "G.9972: Mecanismo de coexistencia para transceptores de redes domésticas alámbricas" . UIT-T . Noviembre de 2011.
  22. ↑ IEEE STD 1675-2008: Norma IEEE para hardware de banda ancha a través de la red eléctrica . 7 de enero de 2009. doi : 10.1109/IEEESTD.2008.4747595 . ISBN 978-0-7381-5810-5.
  23. 1 2 "Grupos de trabajo y proyectos activos" . Comité de normas de comunicaciones por línea eléctrica . Archivado del original el 4 de noviembre de 2018.; "Normas publicadas" . Comité de Normas de Comunicaciones por Línea Eléctrica .
  24. ↑ IEEE 1901.1-2018: Norma 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.
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  26. ↑ LeClare, Jim; Niktash, Afshin; Levi, Victor (22 de mayo de 2013). "NOTA DE APLICACIÓN 5676: Una descripción general, historia y formación de IEEE P1901.2 para OFDM PLCr de banda estrecha" . Maxim Integrated .
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  • Ray Willington (20 de abril de 2010). "HomePlug Powerline Alliances obtiene el respaldo del IEEE: pronto habrá un estándar - HotHardware" . HotHardware - sitio web . Consultado el 23 de julio de 2011 .
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