Schnelle Lösungen für die Heimvernetzung verschiedenster Medien

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Ende-zu-Ende-Verschlüsselung zwischen zwei Knoten

G.hn unterstützt Ende-zu-Ende-Verschlüsselung zwischen zwei Knoten. So wird sichergestellt, dass Knoten, die über das gleiche Medium kommunizieren, nicht in der Lage sind, fremden Datenverkehr abzuhören. Die Verschlüsselung basiert auf dem Verfahren AES-128. Außerdem werden Funktionen zur Authentifizierung innerhalb der Domain gemäß ITU-T X.1035 und Schlüsselmanagement unterstützt.

Eines der Ziele von G.hn ist es, eine energieeffiziente Kommunikationslösung zu bieten. Deswegen wird der Code of Conduct (CoC) der Europäischen Union unterstützt. Dazu existieren unterschiedliche Betriebsmodi mit unterschiedlich hohen Leistungsaufnahmen. Die Betriebsmodi sind in Tabelle 1 dargestellt.

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Aufbau der Protokollebenen orientiert sich am OSI-Modell

Die unterschiedlichen Protokollebenen von G.hn sind im Bild 3 dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich der Aufbau am OSI-Modell orientiert. Es sind Physical Layer und Data Link Layer (DLL) mit den jeweiligen Protokollen abgebildet. Das MDI realisiert die physikalische Verbindung zum Medium und gewährleistet das Senden und Empfangen von Signalen und Daten.

Durch das PMI werden PHY und DLL verbunden. Dieses Protokoll ist unabhängig von Medium und genutzter Anwendung. Das Application Interface (A-Interface) ist die applikationsspezifische Anbindung zur Anwendung und wird gebildet zwischen APC und AE. Die Funktionen der einzelnen Protokolle sind in Tabelle 2 kurz dargestellt.

G.hn nutzt als Modulation eine Multi-Carrier-Modulation

G.hn nutzt als Modulation eine Multi-Carrier-Modulation, genauer die Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM). Die Besonderheit von OFDM besteht in der Aufteilung eines Datensignals auf eine bestimmte Anzahl orthogonal zueinander stehender Subcarrier. Durch dieses Verfahren können Störeinflüsse, etwa durch Inter-Carrier-Interferenz oder schmalbandige Störungen im Spektrum einzelner Träger so kompensiert werden, dass eine Datenübertragung auch auf einem verrauschten oder gestörten Medium möglich ist. Diese Kompensation kann durch die datenverarbeitende Instanz ständig an die ermittelten Parameter angepasst werden.

Zur Verringerung von Inter-Symbol-Interferenzen haben OFDM-Modulationen zusätzlich ein Guard-Intervall, durch das das Sendesignal künstlich verlängert wird, so das Überschneidungen aufeinanderfolgender Symbole in Bereiche redundanter Information fallen. Dadurch können Einflüsse durch Mehrwegeausbreitung und unterschiedliche Gruppenlaufzeiten minimiert werden.

Prinzipieller Aufbau eines OFDM-Systems

Der prinzipielle Aufbau eines OFDM-Systems ist in Bild 4 dargestellt. Das in digitaler, serieller Form vorliegende Datensignal wird durch einen Seriell-Parallel-Wandler (S/P) in ein paralleles Signale gewandelt, dessen Komponenten im Logikbaustein auf die jeweiligen Subträger gemappt werden. Danach erfolgt eine Rückwandlung in ein serielles Signal, das durch den Digital-Analog-Wandler (digital analogue converter, DAC) gewandelt auf das Medium gegeben wird.

Ergänzendes zum Thema

Kommunikationsportfolio von Avnet Memec

Avnet-Memec ist seit 2001 erfolgreich mit den Produkten der Firma Marvell unterwegs. Neben den bekannten Ethernet-Produkten im Bereich Switches, PHY, WiFi, Application- und Communication-Prozessoren, Embedded SOC und Enterprise-Produkten übernahm Marvell im Jahr 2010 die spanische Firma DS2, um auch Powerline-Produkte anbieten zu können. Dies war auch eine optimale Ergänzung für die Avnet-Memec, die Vertical-Market-Strategie vor allem in der Gebäude- und Heimvernetzung, Metering und industrieller Kommunikation mit dem neu entwickelten G.hn-Chipsatz zu erweitern. Nun konnten auch neben den Wireless-Produkten von Silicon Laboratories und Semtech (Sub-GHz) sowie den Marvell-WiFi-Produkten auch Wired-Communication-Bausteine mit Übertragungsraten von bis zu 1 Gbit/s in diesen Märkten angeboten werden. Hinzu kommt, dass mit dem neuen G.hn-Chipsatz, bestehend aus dem 88LX3142 (Digital Baseband Processor) und dem 88LX2718 (Analog Front-End), Ethernet nicht nur über die im Haus vorhandenen 230V-Leitungen, sondern auch über vorhandenen Koaxialkabel und Twisted-Pair-Leitungen übertragen werden kann. (Eine Ergänzung der Wired Communication-Produkte ergab sich darüber hinaus noch durch die TP-basierten LON-Produkte der Firma Echelon.)

Zur optimalen Anpassung an das jeweilige Übertragungsmedium sieht die Empfehlung G.9960 unterschiedliche OFDM-Parameter für jedes Medium vor. Die Werte für Bandbreite, Trägerbreite und Trägeranzahl werden variiert. Eine Gegenüberstellung ausgewählter Parameter findet sich in Tabelle 3.

EMV-Vorgaben bei ungedämpfter Übertragung beachten

Für koaxialgeführte Leitungen definiert die Empfehlung zusätzlich Bandpläne von 50 bis 200 MHz Breite im Bereich von 350 bis 2850 MHz. Dabei ist zu beachten, dass es insbesondere bei ungedämpfter Übertragung über Powerline EMV-Vorgaben gibt, sogenannte Notches, also Einschnitte im Spektrum, die eine Formung des Spektrums nötig machen. Dies verringert gegebenenfalls die Zahl der verfügbaren Träger. Ein Beispiel für eine solche PSD-Maske zeigt Bild 5.

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