Periferiche di Rete

HomePlug AV

Pagina 2: HomePlug AV

HomePlug AV

HomePlug AV è lo standard di molti prodotti powerline sul mercato ancora oggi. Fornisce una velocità teorica di 200 Mb/s mentre opera nell'intervallo di frequenza tra 2 e 28 MHz.

Per gestire efficientemente la trasmissione e ricezione dei dati c'è una separazione logica tra i meccanismi di gestione dei dati e di controllo. Nel networking enterprise spesso avrete sentito parlare di ciò rispettivamente come "control plane" e "data plane". A capo dei meccanismi di controllo c'è un processo chiamato Central Coordinator. È accompagnato da un processo di controllo chiamato Connection Manager.

Pensate a questi due come un amministratore delegato, responsabile di prendere le decisioni e un direttore operativo, responsabile per l'esecuzione di quelle decisioni. Il flusso informativo non è pero solo a una via, in quanto Connection Manager restituisce dati al Central Coordinator in modo che se necessario si possa intervenire su decisioni future.

Homeplug AV Architecture1

Il Connection Manager ha due membri dello staff a sua disposizione: MAC e PHY. Per prima cosa abbiamo il Physical Layer, che nell'OSI Model è chiamato Layer 1 e nel gergo Powerline è definito PHY.

PHY si occupa della gestione del canale e della velocità dell'informazione, indicate nella specifica HomePlug AV come 200 Mb/s e 150 Mb/s, rispettivamente. Potreste chiedervi cosa rappresenti quel gap di 50 Mb/s. Secondo il teorema di Shannon-Hartley, esiste una velocità massima per la capacità massima del canale tramite il quale l'informazione può essere trasmessa senza dover correggere gli errori. Questa velocità nelle specifiche HomePlug AV è pari a 200 Mb/s. La perdita di 50 Mb/s è il risultato della necessità di compensare gli errori di trasmissione. Le prestazioni al PHY sono ottenute tramite Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) e Turbo Convolutional Code (TCC).

OFDM è un meccanismo gestito dal canale che può suddividere lo spettro disponibile in sotto spettri per la trasmissione dati. Il beneficio chiave di OFDM è la trasmissione multi-path. Non dobbiamo aspettare che si cancelli una particolare linea perché abbiamo più linee dalle quali possiamo scegliere di inviare il dato. L'efficienza di OFDM è il motivo per cui è usato come meccanismo di gestione del canale nelle specifiche Wi-Fi 802.11g/n/ac anziché il Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS), usato nella versione 802.11b.

Per visualizzare la differenza tra DSSS e OFDM pensate a una piscina e ai nuotatori il fila per fare le vasche. In DSSS, l'intera piscina è dedicata a un nuotatore e gli altri devono aspettare che la piscina si liberi prima di entrare, laddove OFDM divide la piscina in corsie affinché più nuotatori possano entrare in piscina nello stesso momento. Più linee si creano però, più disturbo potrebbe sentire un nuotatore dagli altri nuotatori vicini. Perciò, tenendo conto del "tuffo iniziale" ogni linea ha zone morte su entrambi i lati per dare al segnale spazio per essere trasmesso senza interferenza dai segnali nelle altre linee. TCC è un algoritmo di gestione degli errori, responsabile per raggiungere la trasmissione massima mentre tiene conto del rumore inerente nel mezzo trasmissivo.

Fig 6 ofdm vs dsss1

Successivamente al PHY c'è il layer Media Access Control (MAC), chiamato nell'OSI Model come Layer 2. È a questo livello che le caratteristiche Quality of Service (QoS) sono gestite tramite Time Division Multiple Access (TDMA) e Collision Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA). Questo layer è inoltre dove il Central Coordinator stabilisce ordine lungo la rete powerline attraverso l'uso di tre regioni di controllo: Beacon, CSMA e Contention-Free.

Per prima cosa il Central Coordinator impone un Beacon Period nel quale trasmette un programma a tutti gli adattatori powerline, istruendo ogni nodo sul periodo di tempo in cui può inviare traffico, che il traffico sia Contention-Free o CSMA. Quando è stabilito il Beacon Period, il Central Coordinator lo sincronizza all'AC Line Cycle, che è quando l'onda della corrente AC è pulsata lungo il filo. Ogni nodo poi indica attraverso la regione Contention-Free i suoi requisiti QoS per rispondere alla domanda di traffico. Se il Central Coordinator può gestire la richiesta, istruisce gli adattatori powerline a scegliere la frequenza di trasmissione. Questa "Tone Map", insieme a una stima sull'uso del canale, è inviata al Central Coordinator in modo che possa determinare la durata di vita delle connessioni. Quando non è richiesto un bandwidth persistente, forse per i tipi interattivi di traffico – pensate a telnet o ssh – il tempo allocato nel Beacon Period potrebbe essere usato da un adattatore powerline per inviare traffico usando CSMA. Dato che i meccanismi QoS si affidano al timing, quando il Central Coordinator trasmette il pacchetto Beacon, il MAC sincronizza il suo orologio previo controllo del timbro orario.

Ora che abbiamo parlato delle tecniche di gestione delle prestazioni, concentriamoci sulle impostazioni di sincronia e come questi adattatori diventano consapevoli l'uno dell'altro. Sarebbe giusto se ipotizzaste che questo meccanismo debba essere coordinato centralmente.

Quando collegate per la prima volta un adattatore powerline, si mette in ascolto di una rete logicale. Se ne trova una, cerca di unirsi. Altrimenti, stabilisce sé stesso come Central Coordinator e inizia a trasmettere un Beacon. Con l'aggiunta di altri powerline alla rete logica, ogni nodo che sente il Beacon lo aggiunge all'informazione rispettiva in una Discovered Station List. Se un nodo powerline sente l'informazione di un'altra rete logica HomePlug AV, questo aggiunge quell'informazione a una Discovered Networks List. Come fa ogni buon manager il Central Coordinator verifica periodicamente ogni adattatore powerline per riottenere queste liste in modo che possa costruire e aggiornare la topologia della rete.

Ogni Central Coordinator, oltre a tracciare le prestazioni, mantiene potere sulla rete logica HomePlug AV da una posizione di sicurezza attraverso l'uso di una Network Membership Key. Potete impostare più Network Membership Keys su differenti adattatori powerline nel caso vogliate usare il controllo di ammissione per determinare quali adattatori powerline sono in grado di partecipare alle rispettive reti logiche. In teoria, è simile a quando avete segmenti di rete VLAN in uno switch, che separano i packet path in modo logico.

Con l'aggiornamento della topologia nel corso del tempo il Central Coordinator determina se un altro adattatore powerline sarebbe più adatto a prendere il ruolo del Central Coordinator a seconda delle capacità, numero di stazioni scoperte, numero di rete scoperte e cosa più importante, selezione dell'utente.

Nel caso non sia osservata alcuna attività, ad esempio quando i dispositivi collegati sono spenti, il Central Coordinator istruisce i nodi a entrare in modalità di risparmio energetico. Ora proviamo a capire quali incredibili cose HomePlug AV2 ha in serbo per noi!