G.hn

ITU-Tホームネットワーク勧告
通称推奨事項
ホームPNA 2.0G.9951、G.9952、G.9953
ホームPNA 3.0G.9954 (02/05)
ホームPNA 3.1G.9954 (01/07)
G.hnG.9960、G.9961
G.hn-マネジメントG.9962
G.hn-mimoG.9963
G.hn-psdG.9964
G.vlcG.9991
G.cxG.9972
G.hntaG.9970
G.dpmG.9977
G.saG.9978
G.cwmp (TR-069)G.9980

ギガビット・ホーム・ネットワーキング（G.hn ）は、最大2Gbit/sの速度をサポートし、電話線、同軸ケーブル、電力線、プラスチック光ファイバーの4種類の従来の配線で動作する有線ホーム・ネットワーキングの仕様です。マルチワイヤ規格の利点としては、機器開発コストの削減と、サービスプロバイダーの導入コストの削減（顧客によるセルフインストールを可能にすることによる）が挙げられます。[ 1 ]

歴史

G.hnは、国際電気通信連合（ITU）の電気通信標準化部門（ITU-T ）の下で開発され、ホームグリッドフォーラムをはじめとする複数の組織によって推進されました。 2009年10月9日に承認されたITU-T勧告（ITUにおける標準の用語）G.9960 [ 2 ]は、G.hnの物理層とアーキテクチャを規定しました。データリンク層（勧告G.9961）は、2010年6月11日に承認されました[ 3 ]。

これらのインターフェースの一部を作成したCEPca、HomePNA、UPAなどの著名な組織が最新バージョンの標準を支持し、ホームネットワーキング分野でのその可能性と重要性を強調しました。[ 4 ]さらに、ITU-Tはデータレートと信号距離を向上させるために、MIMO（ Multiple Input, Multiple Output）技術でこの技術を拡張しました。[ 5 ]この新しい機能は、2012年3月にG.9963勧告として承認されました。

G.hnの開発と推進は、ホームグリッドフォーラムをはじめとする様々な組織から多大な支援を受けてきました。[ 6 ]この技術は、ホームネットワークの課題に対処するために設計されただけでなく、当初の目的を超えた応用も見出され、ネットワーク分野におけるその汎用性と可能性を示しました。[ 7 ]

技術仕様

技術概要

G.hnは、高速フーリエ変換（FFT）直交周波数分割多重（OFDM）変調と低密度パリティ検査符号（LDPC）前方誤り訂正（FEC）符号に基づく単一の物理層を規定しています。G.hnには、アマチュア無線帯域や他の認可無線サービスとの干渉を回避するために、特定の周波数帯域をノッチする機能が含まれています。G.hnには、従来のホームネットワーク技術[ 8 ]や、VDSL2などの他の有線システム、または家庭へのアクセスに使用される 他のタイプのDSLとの干渉を回避するメカニズムも含まれています。

OFDMシステムは、送信信号を複数の直交サブキャリアに分割します。G.hnでは、各サブキャリアはQAM変調されます。G.hnがサポートする最大のQAMコンステレーションは4096QAM（12ビットQAM）です。

G.hnメディアアクセス制御は、時分割多重アクセス（TDMA）アーキテクチャに基づいており、「ドメインマスター」が「ドメイン」内の1つ以上のデバイスが使用できる送信機会（TXOP）をスケジュールします。TXOPには2つの種類があります。

  • CFTXOP（Contention-Free Transmission Opportunities）は、固定期間を持ち、特定の送信機と受信機のペアに割り当てられます。CFTXOPは、サービス品質（QoS）保証を必要とする特定のアプリケーション向けにTDMAチャネルアクセスを実装するために使用されます。
  • 共有送信機会（STXOP）は、ネットワーク内の複数のデバイス間で共有されます。STXOPはタイムスロット（TS）に分割されます。TSには2つの種類があります。
    • 非競合タイムスロット（CFTS）は、「暗黙的」なトークンパッシング方式のチャネルアクセスを実装するために使用されます。G.hnでは、連続するCFTSが複数のデバイスに割り当てられます。この割り当ては「ドメインマスター」によって実行され、ネットワーク内のすべてのノードにブロードキャストされます。あるデバイスがチャネルの使用を終えた後、どのデバイスが送信できるかを指定するための事前定義されたルールがあります。すべてのデバイスが「次のデバイス」を認識しているため、デバイス間で「トークン」を明示的に送信する必要はありません。「トークンの受け渡し」プロセスは暗黙的に行われ、チャネルアクセス中に衝突が発生しないことを保証します。
    • 競合ベース・タイムスロット（CBTS）は、CSMA/CARPチャネルアクセスの実装に使用されます。一般的に、CSMAシステムは衝突を完全に回避することはできないため、CBTSは厳格なサービス品質（QoS）要件を持たないアプリケーションにのみ有効です。

各メディアへの最適化

G.hnのほとんどの要素は、この規格でサポートされている3つのメディア（電力線、電話線、同軸ケーブル）すべてに共通ですが、G.hnには各メディア固有の最適化が含まれています。これらのメディア固有のパラメータには、以下が含まれます。[ 9 ]

  • OFDM キャリア間隔: 同軸では 195.31 kHz、電話回線では 48.82 kHz、電力線では 24.41 kHz。
  • FECレート：G.hnのFECは、1/2、2/3、5/6、16/18、20/21のコードレートで動作します。これらのレートはメディアに依存するものではありませんが、高コードレートはクリーンなメディア（同軸ケーブルなど）で使用され、低コードレートは電力線などのノイズの多い環境で使用されることが想定されます。
  • 自動再送要求（ARQ）メカニズム：G.hnは、ARQ（再送）の有無にかかわらず動作をサポートします。これはメディア固有のものではありませんが、同軸ケーブルなどのノイズの少ないメディアではARQなしの動作が適している場合もありますが、電力線などのノイズの多い環境ではARQ動作が適している場合もあります。
  • 電力レベルと周波数帯域: G.hn は、メディアごとに異なる電力マスクを定義します。
  • MIMOサポート：勧告G.9963には、物理​​的に利用可能な場合、複数のAC線（相、中性線、接地線）を介してG.hn信号を送信するための規定が含まれています。[ 5 ] 2016年7月、[ 10 ] G.9963はツイストペア経由のMIMOサポートを含むように更新されました。

安全

G.hnは、機密性とメッセージの完全性を確保するために、 CCMPプロトコルを用いたAdvanced Encryption Standard（AES）暗号化アルゴリズム（鍵長128ビット）を使用しています。認証と鍵交換はITU-T勧告X.1035に従って行われます。[ 11 ]

G.hnはドメイン内のポイントツーポイントセキュリティを規定しており、これは送信機と受信機の各ペアが、同じドメイン内の他のデバイスと共有されない固有の暗号鍵を使用することを意味します。例えば、ノードAliceがノードBobにデータを送信した場合、ノードEve（AliceとBobと同じドメイン内）は、彼らの通信を容易に盗聴することはできません。[ 12 ]

G.hnはリレーの概念をサポートしています。リレーとは、あるデバイスが1つのノードからメッセージを受信し、同じドメイン内のより遠く離れた別のノードに配信する機能です。産業用アプリケーションや公共事業用アプリケーションなど、長距離をカバーする必要がある複雑なネットワークトポロジを持つアプリケーションでは、リレーが不可欠となります。リレーは送信元アドレスと宛先アドレスを読み取ることができますが、メッセージ本体はエンドツーエンドで暗号化されているため、メッセージの内容を読み取ることはできません。

プロフィール

G.hnアーキテクチャにはプロファイルの概念が含まれています。プロファイルは、複雑度が大きく異なるG.hnノードに対応することを目的としています。G.hnでは、高複雑度プロファイルは低複雑度プロファイルの適切なスーパーセットであるため、異なるプロファイルに基づくデバイス間で相互運用が可能です。[ 13 ]

高複雑度プロファイルに基づくG.hnデバイスの例としては、住宅用ゲートウェイやセットトップボックスが挙げられます。低複雑度プロファイルに基づくG.hnデバイスの例としては、ホームオートメーション、ホームセキュリティ、スマートグリッドデバイスなどが挙げられます。

技術的パラメータ

この図は、G.hn規格の重要な技術仕様の概要を示しています。これらの技術要素の多くは、トーン間隔や周波数範囲などの点で差異はあるものの、様々な物理媒体間で一貫性があります。この統一性は、シリコンメーカーが3種類の媒体すべてを実装できる単一のチップを製造できるようにするために不可欠であり、コスト削減につながります。現在、G.hnチップセットは3種類の媒体すべてと互換性があります。この互換性により、システムメーカーは機器のソフトウェア設定を変更するだけで、あらゆる配線タイプに対応できるデバイスを開発できます。[ 14 ]

スペクトラム

G.hn スペクトルは、下の図に示すように媒体によって異なります。

G.hnスペクトルの使用

プロトコルスタック

G.hn プロトコルスタック

G.hnはOSI参照モデルに従って物理層とデータリンク層を規定する。[ 9 ]

アプリケーションエンティティとデータリンク層の間のインターフェースはAインターフェースと呼ばれます。データリンク層と物理層の間のインターフェースは、媒体独立インターフェース（MII）と呼ばれます。物理層と実際の伝送媒体の間のインターフェースは、媒体依存インターフェース（MDI）と呼ばれます。

サポート

ホームグリッドフォーラム

ホームグリッドフォーラムは、G.hnを推進する非営利の業界団体です。[ 15 ]フォーラムには50人以上の会員がおり、非営利（主に学術）貢献者、参加サービスプロバイダー、プロモーター、採用者、リエゾン（他の同様のフォーラムや協会）に分類されています。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

ベンダー

G.hnを推進しているベンダーとしては、MaxLinear、ReadyLinks Inc、Lantiq、devolo AG、マイクロチップメーカーのIntel、[ 21 ]、システムオンチップベンダーのSigma Designs、[ 22 ]、そして2013年1月に製品を発表したXingteraなどがある。[ 23 ]

G.hn相互運用性の最初のライブ公開デモンストレーションは、2012年1月10日から13日までCESでLantiq、Marvell Technology Group、Metanoia、Sigma Designsによって行われました。[ 24 ]

サービスプロバイダー

2009年2月26日、 HomePNAのプレスリリースの中で、 AT&T （ U-Verse IPTVサービスの一環として有線ホームネットワークを利用）は、ITU-TによるG.hnを含むホームネットワークの標準策定作業への支持を表明した。[ 25 ]

AT&TのようなサービスプロバイダーはG.hnを次のように宣伝しました。[ 26 ]

  • 配線タイプに関係なく、どの部屋にも接続できます。
  • 顧客によるセルフインストールの実現
  • 診断情報とリモート管理機能を内蔵
  • 複数のシリコンおよび機器サプライヤー

ITU-T研究グループに貢献している他のサービスプロバイダーとしては、ブリティッシュテレコム、[ 27 ]テレフォニカ、AT&Tなどがある。

機器ベンダー

2008年4月、ホームグリッドフォーラムの最初の発表で、サービスプロバイダー市場向けのセットトップボックスメーカーであるEchostarが、統一規格への支持を表明した。[ 28 ]

家電

2009年3月、ベストバイ（米国最大の家電小売業者）がホームグリッドフォーラムの取締役会に加わり、G.hnへの支持を表明した。[ 29 ]

最大手の民生用電子機器メーカーの 1 つであるパナソニックも、HomeGrid フォーラムの貢献メンバーです。

アナリスト

2008年にはいくつかのマーケティング会社がG.hnを宣伝し、楽観的な予測を立てた。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

その他の組織

2009年7月、ホームグリッドフォーラムとDLNAは連絡協定を締結し、「両組織間の協力体制の基盤を築き、G.hnをDLNA認定の物理層技術として承認する」こととなった。[ 33 ]

2010年6月、ブロードバンドフォーラムとホームグリッドフォーラムは、G.hn技術を採用した製品のコンプライアンスおよび相互運用性試験プログラムを提供する契約を締結しました。ブロードバンドフォーラムは、ホームグリッドフォーラムによるG.hn製品の検証、製品の適合性と相互運用性の促進、そしてホームグリッドフォーラム認定製品の市場投入までの期間短縮を支援します。[ 34 ] 2011年5月、両組織は共同で初のオープンG.hnプラグフェストを開催することを発表しました。[ 35 ]

G.hntaとG.hnの関係

ITU G.9970 (G.hnta とも呼ばれる) は、ITU-T によって開発された勧告であり、ホーム ネットワークの一般的なアーキテクチャと、オペレータのブロードバンド アクセス ネットワークへのインターフェイスについて説明しています。

ITU G.9972（G.cxとも呼ばれる）は、ITU-Tによって策定された勧告であり、電力線配線上で動作するホームネットワークトランシーバーの共存メカニズムを規定しています。この共存メカニズムにより、G.9972を実装したG.hnデバイスは、同じ電力線配線上で動作するG.9972を実装した他のデバイスと共存できるようになります。

ITU G.9991（G.vlcとも呼ばれる）は、ITU-Tによって策定された勧告であり、Li-Fiなどのアプリケーションで使用される高速屋内可視光通信トランシーバーのPHYとDLLを規定しています。G.vlcはG.hnのPHYとDLLを再利用し、両方のアプリケーションで同じチップを使用できるようにします。

住宅用途

有線ホームネットワーク技術の主な動機はIPTVであり、特にAT&TのU-Verseのようなトリプルプレイサービス、音声およびデータサービスの一部としてサービスプロバイダーによって提供される場合でした。[ 36 ]ホームオートメーションや需要側管理などのスマートグリッドアプリケーションも、低複雑性プロファイルを実装するG.hn準拠デバイスの対象となります。[ 37 ]

  1. IPTV：多くの顧客の家庭では、インターネットアクセスを提供するレジデンシャルゲートウェイがIPTVセットトップボックスの近くに設置されていません。サービスプロバイダーが加入者ごとに複数のセットトップボックスを提供するサービスパッケージを提供するようになったため、このシナリオは非常に一般的になっています。G.hnは、既存の家庭内配線を利用して、レジデンシャルゲートウェイを1つまたは複数のセットトップボックスに接続できます。G.hnを使用することで、IPTVサービスプロバイダーは新しいイーサネット配線や802.11無線ネットワークを設置する必要がありません。G.hnはあらゆる種類の家庭内配線をサポートしているため、エンドユーザーはIPTVホームネットワークを自分で設置することができ、サービスプロバイダーのコストを削減できます。[ 38 ]
  2. ホームネットワーク：Wi-Fiテクノロジーは一般家庭のホームネットワークで広く普及していますが、G.hnもこの用途での使用を想定しています。G.hnは、ワイヤレス接続が不要な場合（例えば、テレビなどの固定デバイスやネットワーク接続ストレージデバイスを接続する場合）、ワイヤレス接続が望ましくない場合（セキュリティ上の懸念から）、ワイヤレス接続が不可能な場合（例えば、ワイヤレス信号の範囲が限られている場合）など、様々な状況において、消費者にとって最適なソリューションです。
  3. 民生用電子機器:民生用電子機器(CE) 製品は、Wi-Fi、Bluetooth、Ethernetなどの技術を使用してインターネット接続をサポートできます。従来はコンピューターの使用とは関連付けられていなかった多くの製品 (テレビやHi-Fi機器など) でも、インターネットに接続したり、ホーム ネットワークを使用してコンピューターに接続したりして、デジタル コンテンツにアクセスできるオプションが用意されています。G.hn は、高精細テレビを表示できる CE 製品に高速接続を提供することを目的としています。電源接続とデータ接続を統合すると、CE デバイスのエネルギーを節約できる可能性があります。ホーム シアターレシーバーなどの CE デバイスはスタンバイ状態または「ヴァンパイア パワー」で動作することが非常に多いため、電源接続がデータ接続でもある場合、つまりソースを表示していないときにデバイスを確実にオフにできれば、住宅所有者にとって大きな節約になります。
  4. スマートグリッド：G.hnは交流電力線や直流電力線を含む有線で動作するため、スマートグリッド・アプリケーションに必要な通信インフラを提供できます。包括的なスマートグリッド・システムでは、家庭や建物内のすべてのACコンセントにアクセスし、すべての機器が省エネ戦略に参加できるようにする必要があります。2009年9月、米国国立標準技術研究所（NIST）は、「NISTスマートグリッド相互運用性標準のためのフレームワークとロードマップ」の初期草案の一部として、G.hnを「関係者の強いコンセンサスがあると考えられる」スマートグリッドの標準規格の一つとして採用しました。[ 39 ] 2010年1月、G.hnは「実装のために特定された標準」の最終版から削除されました。[ 40 ]

産業用途

G.hnテクノロジーは、同軸ケーブル、電話線、電力線、光ファイバーなど、様々な配線オプションを用いて、様々なネットワークタイプにわたるデバイスの接続を容易にします。当初は家庭用ネットワーク向けに設計されましたが、その用途は産業用途の幅広い分野にまで拡大しました。[ 14 ]

  1. スマートエレベーター：現代のエレベーターには、IP通信が理想的に機能する多数のセンサーとアクチュエータが搭載されています。分散したIPノード間の通信にG.hnを活用することで、設置時の配線を大幅に削減できます。
  2. インテリジェント照明システム：スマートシティの分野では、照明システムは周囲の環境と相互作用するインタラクティブなプラットフォームへと進化しています。これには、街路標識、調光、水質監視、気象センサー、歩行者通信システム、車両充電ステーション、イメージングユニット、オーディオシステムなどと連携したノードが含まれる可能性があります。
  3. 空港航行灯:適切な信号カプラを使用することで、既存のインフラストラクチャを G.hn PLC プロファイルで再利用でき、通信システムのセットアップが簡素化されます。
  4. 充電ステーション:迅速な支払い、ユーザーフレンドリーなクエリ、操作、ステーションの監視、クラウドベースの制御を網羅した充電ステーション ネットワークは、既存の電力線インフラストラクチャをデータ転送用に効率的に再利用できます。
  5. 産業施設： G.hnコンポーネントは、電源バスを介して産業用制御システムと連携して動作するように統合できます。同軸ケーブルは過酷な環境でも耐久性に優れているため、保護管の必要性が低減し、メリットが期待できます。
  6. 過酷な条件に対応するファイバー ソリューション: G.hn アクセス システムは産業用プロファイルを備えているため、洪水や極端な温度変動などの厳しい条件でも機能します。

参照

参考文献

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