Rumore e interferenze Alla rete elettrica possono essere collegati apparecchi con motori a spazzole, lampade fluorescenti, lampade alogene, riduttori di potenza, alimentatori switching (come quelli dei computer), che generano disturbi elettrici. Ai dis …
Rumore e interferenze
Alla rete elettrica possono essere collegati apparecchi con motori a spazzole,
lampade fluorescenti, lampade alogene, riduttori di potenza, alimentatori switching
(come quelli dei computer), che generano disturbi elettrici. Ai disturbi generati
sulla rete elettrica domestica si aggiungono quelli provenienti dalla rete esterna,
e le interferenze causate dalle trasmissioni radio. Tutto questo si traduce
in un numero significativo di bit errati in ricezione, che devono essere corretti.
Lo standard HomePlug prevede un arsenale di tecniche sofisticate per correggere
gli errori di trasmissione. FEC (Forward Error Correction) è un insieme
di tecniche preventive basate sull’aggiunta di dati ridondanti al segnale da
trasmettere, così da poter rilevare gli errori e correggerli nella maggior
parte dei casi.
L’interleaving consiste nel distribuire su un più lungo periodo temporale
gli errori che si presentano a raffica, superando le capacità di correzione;
a tale scopo, si usa un buffer bidimensionale (righe e colonne) dove i dati
sono scritti per riga e letti per colonna. In questo modo si diluiscono le concentrazioni
degli errori, che diventano correggibili. L’ARQ (Automatic Repeat Request) è
un meccanismo automatico di ripetizione dei pacchetti corrotti. Altre tecniche
complesse sono illustrate nella documentazione tecnica della HomePlug
Powerline Alliance.
Formato dei frame
I frame (come sono chiamati i pacchetti allo strato Data link
– collegamento – della rete, subito sopra lo strato fisico) della
tecnologia HomePlug hanno due formati di base.
I frame lunghi sono composti di un delimitatore, del payload (carico utile,
ovvero i dati da trasmettere) e di un delimitatore finale (EOF, End Of Frame).
I frame corti consistono di un Response Delimiter (delimitatore di risposta)
che è usato come parte del processo ARQ citato, che comprende una fase
di attesa (Stop and Wait) prima di ritrasmettere.
A loro volta, i delimitatori sono composti da un preambolo e da informazioni
di controllo. Tra l’altro, i delimitatori contengono informazioni che permettono
al MAC (Media Access Control, il sottostrato dello strato Data link che interfaccia
con lo strato fisico) di determinare se il mezzo trasmissivo è libero.
Meccanismo di accesso
HomePlug utilizza un meccanismo di accesso al canale trasmissivo che è
una variante del CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance), che consiste nell’accesso multiplo (condiviso) al segmento di rete
e nell’ascolto, prima di trasmettere, per verificare che il canale sia libero
ed evitare collisioni con altri nodi.
Se il mezzo è occupato, il nodo che vuole trasmettere attende. Appena
il mezzo è libero, il nodo, dopo un periodo di attesa di durata casuale,
inizia a trasmettere se il mezzo è ancora libero. Per dare la precedenza
alle trasmissioni con requisiti di qualità (come audio e video) e ottimizzare
l’efficienza, a ogni trasmissione viene assegnato un livello di priorità
da 0 a 3.
La fase carrier sense nell’HomePlug avviene a due livelli: quello fisico,
basato sul riconoscimento di un preambolo (l’inizio di un pacchetto) trasmesso
in rete, e quello virtuale, basato sul contenuto del delimitatore, che contiene
le informazioni sulla durata della trasmissione e sulla priorità del
pacchetto. Ciò permette di regolare il traffico nel modo più efficiente,
tenendo conto delle esigenze di qualità delle comunicazioni in corso.
Il traffico di priorità 2 e 3 riceve la precedenza; il traffico a bassa
priorità viene tenuto in attesa per un certo tempo massimo, dopo di che
viene scartato. Naturalmente, le esigenze di banda delle connessioni di rete
devono essere commisurate alle reali prestazioni della rete.
Prestazioni
Le specifiche di HomePlug 1.0 prevedono una velocità massima
di trasferimento (throughput) di 13,78 Mbps allo strato fisico per
la modulazione DQPSK 3/4, che è la più efficiente. Tale velocità
scende a 9,19 Mbps per DQPSK 1/2, 4,59 Mbps per DBPSK 1/2 e 1,02 Mbps per la
modulazione ROBO.
Ma, come ci ha insegnato il Wi-Fi, la velocità dello strato fisico
è più che doppia di quella reale, a causa della ridondanza, delle
pause e dei dati di controllo. Ai 13,78 massimi teorici dello strato fisico
dell’HomePlug corrispondono 8,2 Mbps allo strato MAC e 6,2 Mbps allo strato
4 (trasporto), dove opera il protocollo TCP. Questo è il valore delle
prestazioni massime di HomePlug 1.0.
Nella realtà, le prestazioni sono inferiori: i test eseguiti dal consorzio
hanno rilevato che nel 77% dei casi (in abitazioni del Nord America) la velocità
era di almeno 5,5 Mbps, e nel 98% dei casi era di almeno 1,5 Mbps. Ciò
significa che il 2% dei casi rilevati presentava una configurazione così
sfavorevole da ridurre il throughput a meno di 1,5 Mbps. Queste prestazioni
sono adeguate per collegarsi a Internet, ma possono essere insufficienti per
uno streaming audio/video senza interruzioni; la soluzione per lo streaming
(anche multiplo) ad alta a velocità è HomePlug AV, che ha dimostrato
il suo potenziale al CeBIT 2005.
Sicurezza
Tutte le abitazioni che dipendono dalla stessa cabina di trasformazione, in
teoria, potrebbero avere accesso a trasmissioni altrui.
La privacy in HomePlug viene realizzata creando reti logiche attraverso la crittografia.
Ogni nodo mantiene una tabella di chiavi di cifratura, che associa valori di
EKS (Encryption Key Select, un numero binario) alle chiavi di cifratura per
ogni rete logica.
Tutte le trasmissioni su una rete logica utilizzano la stessa chiave di cifratura.
Per facilità d’uso, lo standard definisce il modo di trasformare una
password ASCII (caratteri alfanumerici) nella chiave binaria di rete. Tutti
i pacchetti trasmessi contengono l’EKS che permette al ricevente di selezionare
la chiave da usare per la decifratura.
Un ulteriore elemento di sicurezza intrinseca delle trasmissioni HomePlug
è il fatto che i canali da usare per la trasmissione, il tipo di modulazione
e le codifiche FEC di correzione degli errori vengono scelti momento per momento,
secondo le condizioni della linea.
Costi e uso
I bridge HomePlug, che permettono di collegare un dispositivo Ethernet o USB
alla rete elettrica, costano una cinquantina di euro (anche meno). Il prezzo
è un po’ più alto per switch e access point. I prodotti in commercio
sono decine anche in Italia.
I bridge, che spesso hanno l’aspetto di un piccolo alimentatore da infilare
nella presa elettrica, sono facilissimi da installare; lo stesso vale per gli
switch, che anziché una, hanno più prese Ethernet. I dispositivi
con access point vanno configurati come qualsiasi access point Wi-Fi.
L’uso di Powerline per il collegamento al provider Internet, sempre più
diffuso in varie zone del mondo, trova resistenze in Italia, ma è stato
sperimentato con successo in varie località da Enel ed è fornito
da alcune aziende elettriche municipalizzate (parecchi articoli di stampa sono
disponibili su Internet).
