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IEEE 1901

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목차

1. 개요

IEEE 1901은 전력선 통신(PLC) 기술 개발을 위한 표준으로, 기존 전력선을 통해 데이터 통신을 가능하게 한다. 2010년에 발표된 이 표준은 FFT 기반 OFDM과 웨이블릿 기반 OFDM의 두 가지 물리 계층을 정의했으며, 이후 IoT 애플리케이션에 적합하도록 개선된 IEEE 1901a-2019, 개정판인 IEEE 1901-2020, IEEE 1901b-2021, IEEE 1901c-2024 등이 발표되었다. IEEE 1901은 홈 네트워킹, 스마트 그리드, 전기 자동차 충전 등 다양한 분야에서 활용되며, 관련 표준으로는 ITU-T G.9972, IEEE 1675, IEEE 1905.1 등이 있다. IEEE 1901의 파생 표준으로는 IEEE 1901.1과 IEEE 1901.2가 있다.

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IEEE 1901
일반 정보
IEEE 1901 로고
IEEE 1901 로고
별칭브로드밴드 전력선 통신 (BPL)
발표2010년 9월
최종 승인2011년 1월
표준IEEE
IEEE 표준 협회
기술 정보
설명전력선을 통한 고속 통신을 위한 IEEE 표준
주파수 범위1.8 ~ 30 MHz
물리 계층 (PHY) 기술OFDM (직교 주파수 분할 다중화)
고속 푸리에 변환
MAC 계층 프로토콜TDMA, CSMA
데이터 속도최대 1Gbps (이론적), 일반적으로 500Mbps
응용 분야스마트 그리드
홈 네트워크
산업 자동화
IPTV
기타 정보
관련 표준HomePlug
G.hn

2. 역사 및 발전

IEEE 1901 표준은 전력선 통신(PLC) 기술 발전에 있어 중요한 단계였다. PLC는 기존 전력선을 통해 데이터 통신을 가능하게 하며, 이는 새로운 배선을 설치하기 어렵거나 무선 통신이 문제가 될 수 있는 환경에서 특히 유용하다.

IEEE 1901 표준은 다음과 같이 발전해왔다.


  • IEEE 1901-2010: 광대역 전력선 통신(BPL) 및 가정 내 전력선 네트워크의 기반을 마련한 최초의 표준이었다.
  • IEEE 1901a-2019: 웨이블릿 기반 HD-PLC 물리 계층을 개선하여 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션에 더 적합하게 만들었다.
  • IEEE 1901-2020: 기술 발전 및 업계 피드백을 통합하고, IEEE 1901a-2019 개정판을 통합한 표준이다.
  • IEEE 1901b-2021: IEEE 802.1X를 사용해 매체 접근 제어(MAC) 계층에 인증 및 권한 부여 메커니즘을 추가했다.
  • IEEE 1901c-2024: 모든 매체에 IEEE 1901 사양을 적용하는 방법을 명시하고, 웨이블릿 기반 '''Nessum''' 물리 계층에 저주파 대역을 확장했다. IEEE Std 1588 정밀 시간 프로토콜(PTP)을 IEEE 1901 네트워크에서 사용하는 방법을 명시했다.


IoT가 계속 성장함에 따라 PLC와 같이 강력하고 다재다능한 통신 매체를 갖는 것은 특히 기존 네트워킹 방법이 어려울 수 있는 환경에서 매우 중요할 수 있다.

2. 1. 초기 표준 (IEEE 1901-2010)

IEEE 1901-2010은 광대역 전력선 통신(BPL) 및 가정 내 전력선 네트워크의 기반을 마련한 최초의 표준이었다. 이 표준은 호환되지 않는 두 개의 물리 계층을 정의했다.[1]

  • '''FFT''' (고속 푸리에 변환) '''기반''' '''OFDM''' (직교 주파수 분할 다중화): 주로 액세스 BPL에 사용된다.[1]
  • '''웨이블릿 기반 OFDM''': 가정 내 네트워크 및 일부 액세스 BPL 애플리케이션에 사용된다.[1]

2. 2. IEEE 1901a-2019

이 개정판은 웨이블릿 기반 HD-PLC(고화질 전력선 통신) 물리 계층의 개선에 초점을 맞췄다. 주요 목표는 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션에 더 적합하게 만드는 것이었다. IoT 장치는 종종 저전력, 저지연 및 안정적인 통신을 필요로 하며, 이 개정판의 개선 사항은 이러한 요구 사항을 충족하는 것을 목표로 했다.[2]

2. 3. IEEE 1901-2020

IEEE 1901-2020은 원래 1901 표준의 개정판이다. 표준 개정은 일반적으로 기술 발전을 반영하고, 업계의 피드백을 통합하며, 표준이 관련성을 유지하고 효과적인지 확인하기 위한 업데이트를 포함한다. 이 개정판은 IEEE 1901a-2019 개정판을 통합한다.

2. 4. IEEE 1901b-2021

IEEE 1901b-2021 개정판은 IEEE 802.1X를 사용하여 매체 접근 제어(MAC) 계층에 최첨단 인증 및 권한 부여 메커니즘을 추가하여, IEEE 1901 IoT 및 스마트 그리드 네트워크에 안전하고 상호 운용 가능한 통신을 제공한다.[1]

2. 5. IEEE 1901c-2024

이 개정판은 모든 매체에 IEEE 1901 사양을 적용하는 방법을 명시했다. 목표는 다양한 매체와 다양한 통신 채널 간의 원활한 통신을 달성하는 것이었다. 새로운 통신 채널은 웨이블릿 기반 '''Nessum''' (HD-PLC, High Definition Power Line Communication의 새 이름) 물리 계층에 저주파 대역으로 확장되어 이러한 새로운 매체에서 장거리 및 견고한 통신을 처리했다. 또한 이 개정판은 IEEE Std 1588 정밀 시간 프로토콜(PTP)을 IEEE 1901 네트워크에서 사용하는 방법을 명시했다.

3. 기술적 특징

IEEE 1901 표준은 고속 푸리에 변환(FFT) 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조 기반 PHY와 웨이블릿 OFDM 변조 기반 PHY, 두 가지 물리 계층(PHY)을 포함한다. 각 PHY는 선택 사항이며, 사양 구현자는 두 가지 모두를 포함할 수 있지만, 그럴 필요는 없다.[14]

2019년 수정안인 IEEE 1901a-2019는 사물 인터넷 애플리케이션을 위해 웨이블릿 OFDM 채널을 분리하는 보다 유연한 방법을 정의한다.[18]

2024년 수정안인 IEEE 1901c-2024는 IEEE 1901의 적용 범위를 모든 미디어로 확장하고, 새로운 미디어에서 장거리 및 강력한 통신을 처리하기 위해 새로운 Nessum(이전 HD-PLC) 채널을 정의한다.[20]

3. 1. FFT OFDM PHY

FFT PHY는 HomePlug AV 기술에서 파생되었으며, 컨볼루션 터보 코드(CTC)를 기반으로 하는 순방향 오류 정정(FEC) 방식을 포함한다.[14] 최대 1024-QAM까지 지원한다.

3. 2. 웨이블릿 OFDM PHY

HD-PLC 기술에서 파생되었으며, 연결된 리드-솔로몬 (RS) 및 컨볼루션 코드 기반의 필수 FEC와 저밀도 패리티 검사 (LDPC) 코드를 사용할 수 있는 옵션을 포함한다.[15] 최대 1024-QAM까지 지원한다.

3. 3. 매체 접근 제어 (MAC)

IEEE 1901 표준에는 홈 네트워킹용과 인터넷 접속용, 두 가지 매체 접근 제어(MAC) 계층이 정의되어 있다.[16] 각 애플리케이션마다 요구 사항이 달랐기 때문에 두 개의 MAC이 필요했다.

PHY와 MAC 간의 공존을 관리하기 위해 인터 시스템 프로토콜(ISP)이 개발되었다. ISP는 다양한 BPL 장치 및 시스템이 공통 전선으로 연결된 네트워크에 설치될 때 통신 리소스(주파수/시간)를 공유할 수 있도록 하며, 1901 규격 장치와 ITU-T G.hn 규격 장치가 공존할 수 있도록 한다. 이 프로토콜은 가장 까다로운 오디오 및 비디오 애플리케이션의 서비스 품질(QoS) 요구 사항과 호환되는 세분성으로 가정 내 액세스를 위한 주파수 분할과 시간 분할을 구성할 수 있도록 한다.[17]

2021년의 두 번째 수정안인 IEEE 1901b-2021은 IEEE Std 802.1X를 사용하여 매체 접근 제어(MAC) 계층에 최첨단 인증 및 권한 부여 메커니즘을 추가한다.[19]

3. 4. 인터 시스템 프로토콜 (ISP)

인터 시스템 프로토콜(ISP)은 다양한 BPL 장치 및 시스템이 통신 리소스(주파수/시간)를 공유할 수 있도록 한다. ISP는 1901 규격 장치와 ITU-T G.hn 규격 장치가 공존할 수 있도록 한다. 이 프로토콜은 가장 까다로운 오디오 및 비디오 애플리케이션의 서비스 품질(QoS) 요구 사항과 호환되는 세분성으로 가정 내 액세스를 위한 주파수 분할과 시간 분할을 구성할 수 있도록 한다.[17]

4. 관련 표준 및 채택

홈그리드 포럼은 G.hn을 홍보하기 위해 2008년에 결성된 단체이다. G.hn은 ITU-T의 홈 네트워킹 표준이다. 2010년 6월 승인된 ITU-T G.9972는 IEEE 1901 ISP를 기반으로 한다.[21]

IEEE 1675는 2008년에 승인되었으며, 광대역 전력선(BPL) 설치에 사용되는 하드웨어에 대한 테스트 및 검증 표준과 관련 규정 및 표준을 준수하기 위한 표준 설치 방법을 제공한다.[22]

전력선 통신 표준 위원회가 후원하는 다른 IEEE 표준은 다음과 같다.[23]


  • IEEE P1909.1: 스마트 그리드 통신 장비 권장 실무 - 테스트 방법 및 설치 요구 사항
  • IEEE 1905.1: 이종 기술을 위한 융합 디지털 홈 네트워크 표준.[13]
  • IEEE 1775: 전력선 통신 EMC 실무 그룹.

4. 1. ITU-T G.9972

IEEE 1901 ISP 공존 프로토콜은 국제 전기 통신 연합의 G.hn으로 알려진 홈 네트워킹 표준군을 지원하도록 확장되었으며, ITU-T에 의해 권고안 ITU-T G.9972로 채택되었다.[8] 2010년 6월에 승인된 G.9972는 전력선 배선을 통해 작동할 수 있는 홈 네트워킹 송수신기를 위한 공존 메커니즘을 명시하고 있으며, IEEE 1901 ISP를 기반으로 한다.[21]

4. 2. SGIP (Smart Grid Interoperability Panel)

미국 국립 표준 기술 연구소(NIST)가 시작한 스마트 그리드 상호 운용성 패널(SGIP)은 전력선을 통해 작동하는 모든 기술에 IEEE 1901 ISP 공존 메커니즘(또는 ITU-T G.9972)의 구현을 의무화한다.[9][10]

4. 3. DLNA (Digital Living Network Alliance)

디지털 리빙 네트워크 연합(DLNA)은 2012년에 IEEE 1901 표준을 지원한다고 발표했다.[11]

4. 4. SAE 및 IEC 62196

SAE J1772 및 IEC 62196 전기차 충전 표준은 IEEE 1901을 차량, 외부 DC 충전소, 스마트 그리드 간의 전력선 통신 표준으로 포함하며, 추가 핀이 필요없다.[12] SAE 인터내셔널과 IEEE 표준 협회는 스마트 그리드 및 차량 전동화 관련 초안 표준을 공유하고 있다.[12]

4. 5. IEEE 1905.1

IEEE 1901은 컨버전트 디지털 홈 네트워크를 위한 IEEE 1905.1 표준에서 지원하는 전력선 통신 표준이다.[13]

5. 파생 표준

IEEE 1901 위원회에서는 두 가지 파생 표준과 수정안을 작성하였다. 이 표준들은 다루는 대역폭과 주파수가 다르지만, 주요 사용 분야에 특화된 유사한 기술을 기반으로 하며, 암호화 보안 및 인증에 대한 조항을 포함하고 있다.[23]

IETF RFC 초안은 IEEE 1901과 같은 PLC 시스템의 PHY 및 MAC 계층을 통해 IPv6 패킷을 전달하는 세부 사항, 즉 프로토콜의 상위 계층을 다룬다. 6LoWPAN이 이전에 이 목적을 위해 사용되었지만, 사용 사례와 정확히 일치하지는 않는다.[27]

5. 1. IEEE 1901.1

IEEE 1901.1은 스마트 그리드 애플리케이션을 위한 중주파수(12MHz 미만) 전력선 통신 표준이다.[24] OFDM 유형을 사용하며, TDMA 또는 CSMA를 사용할 수 있고, 최대 16-QAM 변조를 지원한다. ISP를 위한 조항을 가지고 있다.[24]

5. 2. IEEE 1901.2

IEEE 1901.2는 스마트 그리드 애플리케이션을 위한 저주파수(500kHz 미만) 협대역 전력선 통신 표준이다.[25] 2010년에 승인되었으며 2012년 10월에 표준으로 승인되었다. 최대 500kbit/s의 데이터 속도를 지원한다.[25] FFT OFDM만을 사용한다. CSMA 또는 주파수 노칭 충돌 회피(FDMA와 유사)를 지원하지만, FDMA가 적응형 톤(주파수) 선택의 일부로 자연스럽게 지원되는 반면, CSMA는 프리앰블 전송이 필요하므로 CSMA 메커니즘이 덜 사용될 것으로 분석된다.[26] 다른 두 표준에 비해 속도가 느리고 사용 범위가 제한적이어서 대부분의 부분이 단순화되거나 축소되었다. 최대 16-QAM 변조를 지원하고, 최대 72kV 그리드를 지원하며, 변압기를 통해 데이터를 전송하기 위한 조항을 가지고 있다. 또한 G3-PLC/PRIME CENELEC A와의 상호 운용 가능성을 설명한다.[25]

참조

[1] 서적 MIMO Power Line Communications: Narrow and Broadband Standards, EMC, and Advanced Processing http://www.crcnetbas[...] CRC Press 2014-02
[2] 뉴스 Final IEEE 1901 Broadband Over Power Line Standard Now Published http://standards.iee[...] IEEE Standard Association 2013-12-23
[3] 웹사이트 IEEE 1901 https://nessum.org/s[...]
[4] 웹사이트 IEEE 1901 Access System: An Overview of Its Uniqueness and Motivation http://morse.colorad[...] 2018-05-15
[5] 웹사이트 Fairness of MAC Protocols: IEEE 1901 vs. 802.11 https://infoscience.[...] 2018-05-15
[6] 뉴스 The Realities of IEEE 1901's Ratification http://smartgrid.iee[...] 2011-05
[7] 뉴스 Power Line Communication Standard Committee https://grouper.ieee[...] IEEE Communication Society 2013-11-06
[8] 뉴스 G.9972: Coexistence mechanism for wireline home networking transceivers http://www.itu.int/r[...] 2010-06
[9] 뉴스 NISTIR 7862 http://collaborate.n[...] 2012-06-01
[10] 뉴스 SGIP Catalog of Standards http://collaborate.n[...] 2013-05-10
[11] 뉴스 DLNA® Approves HomePlug AV and HD-PLC Powerline Networking for Increased Digital Home Connectivity http://www.businessw[...] 2013-12-23
[12] 웹사이트 SAE's J1772 'combo connector' for ac and dc charging advances with IEEE's help http://www.sae.org/m[...] SAE International 2011-08-12
[13] 서적 MIMO Power Line Communications: Narrow and Broadband Standards, EMC, and Advanced Processing http://www.crcnetbas[...] CRC Press 2014-02
[14] 뉴스 Explore HD-PLC Products https://hd-plc.org/p[...] 2021-02
[15] 간행물 Recent Developments in the Standardization of Power Line Communications within the IEEE 2008-07
[16] 문서 IEEE 1901 access system: An overview of its uniqueness and motivation 2010-10
[17] 뉴스 IEEE Broadband Over Power Lines Working Group Approves Provisions for MAC/PHY and Inter-System Protocol http://grouper.ieee.[...] 2009-06-18
[18] 웹사이트 IEEE 1901a-2019 - IEEE Approved Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications Amendment: Enhancement for Internet of Things applications https://standards.ie[...]
[19] 웹사이트 IEEE 1901b-2021 - IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications Amendment 2: Enhancements for Authentication and Authorization https://standards.ie[...]
[20] 웹사이트 IEEE 1901c-2024 - IEEE Approved Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications Amendment 3: Enhanced Flexible Channel Wavelet (FCW) physical and media access control layers for use on any media https://standards.ie[...]
[21] 뉴스 G.9972: Coexistence mechanism for wireline home networking transceivers http://www.itu.int/r[...] 2011-11
[22] 서적 IEEE STD 1675-2008: IEEE standard for broadband over power line hardware 2009-01-07
[23] 웹사이트 Active Working Groups and Projects http://sites.ieee.or[...]
[24] 서적 IEEE 1901.1-2018: Standard for Medium Frequency (less than 12 MHz) Power Line Communications for Smart Grid Applications.
[25] 서적 IEEE 1901.2-2013: Standard for Low-Frequency (less than 500 kHz) Narrowband Power Line Communications for Smart Grid Applications
[26] 간행물 APPLICATION NOTE 5676: An Overview, History, and Formation of IEEE P1901.2 for Narrowband OFDM PLCr https://www.maximint[...] 2013-05-22
[27] 웹사이트 Transmission of IPv6 Packets over PLC Networks https://tools.ietf.o[...]


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