Сегмент домашних сетей является весьма перспективным, но в нем представлено огромное количество разнообразных устройств для различных задач. Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) пытается с помощью стандарта G.hn (hn — Home Networking) совладать с хаотичным нагромождением всевозможных методов и ограничить их неупорядоченное развитие. При этом ITU — далеко не единственная организация по стандартизации, активно занимающаяся этим вопросом.

Понятие «домашние сети» охватывает широкую область, простирающуюся от сбора результатов измерений и управления зданиями до доступа к Интернету и услугам IPTV (Internet Protocol Television). В зависимости от используемых приложений, требования к пропускной способности сети могут варьироваться в диапазоне от нескольких Кбит/с до 1 бит/с. ITU намеревается интегрировать все эти возможности с сетями следующего поколения (Next Generation Network, NGN), чтобы улучшить взаимодействие между различными сегментами и системами, а также консолидировать рынок путем внедрения одночипового (Single Chip) решения.

Однако этой темой занимаются не только эксперты ITU. В контексте решения, предлагаемого ITU, следует рассмотреть и другие нормы, в частности DIN 50173-4 для структурированных кабельных систем в домашних сетях. Возрастание роли последних подтверждается и тем обстоятельством, что в Internet Engineering Task Force (IETF) создана отдельная рабочая группа для домашних сетей (Homenet). Поэтому решающим фактором для понимания отдельных стандартов является упорядочение организаций, занимающихся этим вопросом, в рамках общей иерархии.

Проблемами домашних сетей, именуемых также Home Area Networking (HAN), в настоящее время занимаются несколько различных комитетов.

В Таблице приводится далеко не полный перечень международных организаций. Стандарты распределены в ней по уровням модели OSI. В стандарт для структурированных кабельных систем в зданиях (ISO, EN) теперь включена четвертая часть «квартиры». DIN EN 50173-4, в котором содержатся различные дополнения для кабельных соединений, систематизирует требования, предъявляемые к кабельным системам в жилых зданиях. Систематизация затрагивает три области:

  • информационные и коммуникационные технологии (ИКТ),
  • радиовещательные и коммуникационные технологии (РКТ),
  • системы управления, контроля и коммуникации в зданиях (УККЗ).

Таблица 1. Комитеты, занимающиеся стандартизацией домашних сетей, и распределение их стандартов по уровням модели OSI.
3–7 IETF
ITU		 Рабочая группа по домашним сетям (Homenet)
Архитектура (draft-ietf-homenet-arch-01)
ITU g.hn (G.9970 ff)
1–2 ITU
IEEE		 ITU g.hn (G.9960 ff)
IEEE 802.15-4 (Bluetooth)
IEEE P1901 (Powerline)
1 ISO
EN		 DIN EN 50173-1 (Структурированные кабельные системы в зданиях)
DIN EN 50173-4 (Квартиры)

 

Кабельная система в жилом здании должна охватить все три области. Помимо традиционных сред передачи данных, таких как неэкранированные кабели (UTP) и оптическое волокно (Fiber Optic, FO), стандарт EN 50173 описывает еще и дополнительные физические среды, например, коаксиальный кабель, используемый для телевизионного оборудования. А вот силовая проводка для передачи данных по электросети (Powerline) в нем не упоминается. ITU, в свою очередь, рассматривает в своем проекте G.hn архитектуру и соединение здания с внешним миром.

Проект G.hn, стартовавший в 2006 году, интегрируется в существующую архитектуру «сетей следующего поколения» (Next Generation Networks, NGN, Y.2012). В отличие от EN 50173, стандарт G.hn поддерживает как проводные, так и беспроводные технологии. Особое внимание уделяется интеграции технологии Powerline для передачи данных по электрическим проводам. В этих рамках организация Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) и разработала свой стандарт IEEE 1901-2010 (Broadband over Power Line Networks).

В июле 2011 года тенденцию к стандартизации домашних сетей поддержала и IETF: рабочая группа Home Networking уже опубликовала черновой вариант стандарта (Home Networking Architecture for IPv6), где описывается архитектура с точки зрения уровня 3. При этом роль IPv4 сведена на нет, поскольку этот протокол больше не развивается. Рабочая группа исходит из того, что домашняя сеть реализуется либо как двойной стек (Dual Stack), либо полностью на основе IPv6. В своей дальнейшей работе IETF планирует уделить особое внимание конфигурации префиксов для маршрутизаторов, администрированию процесса маршрутизации, разрешению имен, обнаружению сервисов и сетевой безопасности.

Одна из задач заключается в устранении функции преобразования сетевых адресов (Network Address Translation, NAT), до сих пор присущей частным сетям, но это потребует соответствующего повышения уровня сетевой безопасности.

АРХИТЕКТУРА G.HN И ЕЕ ЗАДАЧИ

Стимулом, побудившим комитет ITU приступить к разработке стандарта G.hn, стало (как и в случае с микросхемами ISDN) стремление улучшить совместимость оборудования, используемого

в этой области, и сформировать ценовую политику, способствующую распространению этой технологии. Для G.hn сформулированы следующие цели:

  • улучшение совместимости устройств («один трансивер для всего»);
  • консолидация рынка (уменьшение его фрагментации);
  • оптимизация затрат (одночиповое решение, большой оборот);
  • удобство (одна технология по всему миру);
  • высокая пропускная способность (скорости до 1 Гбит/с).

В качестве целевой группы рассматриваются потребители, производители потребительской электроники (Consumer Electronics, CE) и сервис-провайдеры. Основное требование: возможность использовать G.hn без кабельных систем UTP. Область применения охватывает, с одной стороны, жилые дома, конференц-залы и малые офисы, а с другой — распространяется в целом на сегмент жилищного строительства, в том числе на отели. G.hn предусматривает такие сервисы, как потоковая передача видео высокой четкости (HD Video Streaming), высокоскоростные домашние сети (Highspeed Home Networking), а также поддержка качества сервиса (Quality of Service, QoS) для технологий VoIP и IPTV.

Эта архитектура включает в себя два основных стандарта: G.9960 для первого и второго уровней, а также G.9970, ориентированный на функционал третьего уровня. Кроме того, в этих стандартах описываются требования, предъявляемые к более высоким уровням, и рассматривается такой чрезвычайно важный аспект, как взаимодействие между сетью доступа (подключение DSL) и домашней сетью.

Если говорить подробнее, то стандарт G.9960 описывает системную архитектуру и первый (физический) уровень приемопередатчика для проводной передачи данных по телефонному, коаксиальному или электрическому кабелю. Трансиверы могут иметь разное исполнение — для одной физической среды (Single Media) или для нескольких (Multiple Media). Эти физические параметры — аналогично xDSL и другие технологии доступа — должны соответствовать требованиям к скорости передачи данных и к качеству сервиса со стороны. Чтобы избежать наложения высоких частот, принят четкий план их распределения между отдельными сервисами. Другие физические интерфейсы, такие как Ethernet, здесь оставлены без внимания, зато они рассматриваются в G.9970. Дополнительно заданы два профиля: Low и Standard. Профиль Low с более низкой скоростью передачи данных и минимальным администрированием используется для автоматизации в жилых помещениях (Home Automation).

Стандарт G.9970 определяет всю архитектуру с учетом физических условий. Максимальный размер домашней сети составляет 250 сетевых узлов, скорость передачи данных до 1 Гбит/с. Физические интерфейсы, обеспечивающие ее прозрачное использование, охватывают как проводные (UTP, Powerline, коаксиальный или телефонный кабель), так и беспроводные (WLAN, Bluetooth или Zigbee) технологии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОМАШНИХ СЕТЕЙ

Два и более узла соединяются друг с другом через так называемый узел-ретранслятор (Relay Knot) или посредством «междоменного моста» (Inter-Domain Bridge) на втором уровне. В пределах одной домашней сети могут существовать один домен или несколько. Если внутри этой области встречается сеть, не соответствующая стандарту G.9960, она обозначается как «чужая домашняя сеть» (Alien Home Network). «Чужие» и соответствующие стандарту G.9960 домены и сети могут соединяться с помощью мостов.

Стандарт G.9970, в свою очередь, может только различать на третьем уровне сети IP и отличные от IP и соединять их с помощью маршрутизаторов. В домашней сети IP могут использоваться протоколы IPv4 и IPv6. Подключение к сети доступа реализуется через частный шлюз (Residential Gateway).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Усилия организаций, занимающихся разработкой стандартов, ввиду их многочисленности оставляют большой простор для проприетарных решений отдельных производителей. Подход ITU с концепцией одночипного решения является в этом отношении наиболее перспективным, поскольку в нем тесно интегрированы технологические приемы и механизмы, требуемые ITU. Следует также отметить то обстоятельство, что в этой концепции учитываются потребности технологии IPTV, а кроме того, частично затрагиваются системы управления и контроля.

Через некоторое время мы сможем увидеть, удастся ли этой концепции пробиться на рынке, а пока главным препятствием на пути проектов по созданию «умных» домов является наличие большого количества несовместимых интерфейсов. В первую очередь от этого страдают те, кто должен воплощать подобные проекты в жизнь, — планировщики сетей и электрики. В отличие от производственной среды, где автоматизация зданий и сети для обмена данными отделены друг от друга, при создании домашних сетей был бы оправдан интегрированный подход, когда самые разнообразные данные, связанные с IPTV, автоматизацией зданий и интернет-приложениями, можно передавать через одну-единственную общую сеть.

Клаус Беккер — глава компании Becker Training & Consulting.