2.HomePlug AV网络架构

1 名词

2 协议层

在抽象的最高层次，HomePlug AV 系统由图 2.1 所示的协议层组成。发射机上的功能在接收机上也以相反的顺序实现。PHY 层执行前向纠错(FEC)，将数据映射到OFDM 符号上，并生成必要的时域波形。MAC 层确定传输的正确位置，将数据帧格式化为固定长度的实体，以便在信道上传输通过自动重复请求确保及时无误的交付(ARQ)。MAC 层和 PHY 层由逻辑 PHY 接口分隔。汇聚层执行桥接、将流量分类为连接以及数据传输平滑功能。汇聚层和 MAC 层由逻辑 M1 (MAC)接口分隔。逻辑 H1(主机)接口将 HomePlug AV 提供的服务暴露给更高层的实体(HLE)。

相对于国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)模型，HomePlug AV 规范覆盖了较低的两层，即 PHY 层和数据链路层。

下图显示了 HomePlug 规范中定义的协议实体。直接参与用户有效载荷传输的协议实体构成协议栈的数据平面，而参与创建、管理和终止数据流的协议实体在控制平面中定义。HomePlug AV 规范进一步将控制平面划分为中央协调器组件和连接管理器(CM)组件。在每个 AV 逻辑网络(AVLN)中，一个站(STA)被指定为 CCo。CCo 负责建立和维护逻辑网络，管理线路上的通信资源，并与邻居网络(NNs)协调。与 CCo 相关联的控制功能被视为控制平面的CCo 组件的一部分，而与每个本地站相关联的功能属于控制平面的 CM 组件。

3 网络体系结构

HomePlug AV 电力线网络由一组连接到交流电力线的 HomePlug 站组成。从物理层的角度来看，一个住宅中的站可能能够与另一个住宅中的站通信。然而，HomePlug AV 使工作站能够通过基于与唯一网络加密密钥(NEK)相关联的128 位 AES 加密方案的隐私机制进行逻辑分离。AV 逻辑网络是通常在家庭环境中使用的一组 STA，它们拥有相同的网络标识符(NID)和网络成员密钥(NMK)。在某些情况下，CCo 可能部署多个 NEK(可能使用多个 NMK)，从而形成 AVLN 的几个逻辑子网。这些被称为亚房室。协调、时钟参考和调度是在AVLN 的基础上执行的。密码隔离是在子 AVLN 级别提供的。

每个 AVLN 由前面介绍的 CCo(图 2.3)控制站管理。CCo 执行网络管理功能，例如加入 AVLN 的新站的认证和关联、传输间隔的 AC 线路周期同步、以及用于时分多址(TDMA)和载波侦听多址(CSMA)会话和分配的许可控制和调度。

新站的认证基于对共享秘密(即 NMK)的了解。用户可以向新站提供 NMK，或者使用按钮方式使其能够加入 AVLN。成功的身份验证将使工作站能够与 AVLN 关联。在关联过程中，CCo 向新站提供一个终端设备标识符(TEI)。TEI用于在 AVLN内唯一地标识一个站。HomePlug 中的所有传输AV 携带用于寻址的源和目的地 tei。应该注意的是，尽管如前所述 CCo 用于管理 AVLN，但是 HomePlug AV 站通常直接相互通信，而不必通过 CCo。只有在管理 TDMA 分配和某些其他不常用的控制功能时，才需要与 CCo 通信。这与Wi-Fi 等流行技术形成对比，在 Wi-Fi 中，所有传输都要通过基础设施模式下的接入点。

图显示了 HomePlug AV 设备在不同网络类别中的组织结构。CCo 和逻辑网络中可以与其直接通信的设备构成了中央网络(CN)。电力线信道上的衰减和噪声特性可能导致属于同一家庭网络的某些设备不能与 CCo 通信的情况。在这种情况下，代理网络(PN)被例示为允许通过代理协调器(PCo)和 CCo 之间的通信中继来控制“隐藏设备”。PN 中的设备和与 PN 相关联的 CN 中的设备之间仍然能够进行直接的对等通信。PN 概念通过实现隐藏设备的通信来提高覆盖范围。由于HomePlug AV 使用健壮的物理层，代理网络非常少见。

4 Station站

每个 HomePlug AV 工作站都能够作为 AVLN 的 CCo 运行。根据台站能力和网络拓扑，通常以自动方式选择 AVLN 的台站来承担 CCo 的角色。用户也可以指定一个特定的站作为 CCo。例如，将具有 HPAV 功能的家庭网关/路由器指定为默认 CCo 可能是谨慎的。

HomePlug AV 定义了三种不同级别的 CCo 功能:
●0 级 CCo:只能支持基于 CSMA 的信道接入的基本 CCo(即支持仅 CSMA 模式)。
●1 级 CCo:当没有邻居网络时，可以支持基于 TDMA 的信道接入的CCo(即，支持非协调模式)。
●2 级 CCo:即使在存在邻居网络的情况下也能支持基于 TDMA 的信道接入的 CCo(即支持协调模式)。

要求所有 HomePlug AV 工作站至少支持 0 级 CCo 功能。此外，要求所有HomePlug AV 站能够在 0 级、1 级和 2 级 CCO 下运行。HomePlug AV 站还可以承担代理协调者的角色，以使隐藏站能够加入 AVLN。代理协调人由 AVLN 首席合规官选择。AVLN 的所有其他 HomePlug AV 台站都作为正常台站运行，并依靠承担 CCo和 PCo 角色的台站来管理 AVLN。

5 桥接

AVLN 中的一个或多个站也可以充当到其他网络的桥。网桥根据它要桥接的设备的 MAC 地址列表，负责在 AVLN 和其它网络之间路由流量。网桥还将该列表提供给 AVLN 中的其他站，以便其他站可以使用单播传输在 AVLN 内高效地传递流量。