IEEE 1905

IEEE 1905.1は、IEEE 802.11（Wi-Fi商標で販売）、IEEE 1901（HomePlug、HD-PLC）電力線ネットワーク、IEEE 802.3 イーサネットおよびマルチメディアオーバー同軸（MoCA）など、無線と有線の両方の技術をサポートするホームネットワーキング用のネットワークイネーブラを定義するIEEE標準です。^[1]

IEEE P1905.1ワーキンググループは、2010年12月に最初の会議を開催し、コンバージェンスデジタルホームネットワーク仕様の開発を開始しました。^[2]約30の組織がグループに参加し、2013年1月にP1905.1標準のドラフトが承認され、2013年4月にIEEE-SAによって最終承認および発行されました。 ^[3]

IEEE 1905.1 標準ワーキンググループは、IEEE電力線通信標準化委員会 (PLCSC) によって後援されています。^[4] 2013 年から 2015 年頃にかけて、nVoy と呼ばれるプログラムが関連製品を認定しました。これは、同名のPogo Mobile や nVoyデバイス、または Envoy という名前のさまざまなネットワークデバイスと混同しないでください。ベンダー ( Qualcomm ^[5]やBroadcom ^[6]など) が認定制度を承認しました。IEEE 1905 の機能と利点の消費者レベルのリストも nVoy 認定者の責任です。^[7]

説明

この標準には、異種テクノロジを使用したホームネットワーキングデバイスのセットアップ、構成、および操作が含まれます。複数のインターフェイスタイプ (イーサネット、Wi-Fi、電力線、MoCA) を使用すると、モバイルデバイスと固定デバイスの両方のカバレッジが向上します。

複数のネットワークテクノロジの使用を標準化し、透過的に単一のデバイスにデータを送信することで、ホームネットワークでの強力なユースケースが可能になります。

異なるリンクを介して異なるストリームを負荷分散することで容量を増やします。
リンクの劣化時にストリームをあるリンクから別のリンクに切り替えることで、伝送の堅牢性を高めます。^[8]
ネットワーク接続が制限されている（電力線のみ）消費者向け機器とハイエンドネットワークデバイス（通常はイーサネットのみ）を、機器制御やメディアストリーミングの目的で、802.11ac および .11n 経由でアクセス可能な共通ネットワークに統合します。
すべての主要なネットワークプロトコルのデバイス認証を 1 つの体制に統合します (nVoy - 以下を参照)
一般的に、必要なさまざまなデバイスの数を減らし、ストレージ、処理、およびユーザーインターフェイス機能を 2 ～ 5 ギガビットのネットワーク「バス」またはバックボーン上の目的固有の周辺機器に移行できるようにします。

サービスプロバイダーおよび通信事業者向け

サービスプロバイダーは、より多くの部屋に設置されるデバイスの増加や、IPTV、ビデオオンデマンド、マルチルーム DVR、デバイス間のメディアシフトなど、帯域幅の遅延を圧迫する傾向によって生じるネットワークトラフィックの増加に対処しようとしています。1905.1 は、ネットワークをバックボーンにアップグレードして、既存の展開を改善し (たとえば、家庭内デバイスからのストリーミング遅延を解消する)、新しい家庭全体の製品やサービスを可能にします。機能/利点の例を次に示します。

セルフインストール: ネットワークにデバイスを追加するための共通のセットアップ手順により、消費者のネットワークセットアップが簡素化され、通話量とトラックロールが削減されます。
高度な診断: ネットワークは信頼性の高い動作を維持するために自らを監視し、トラブルシューティングを簡素化します。
総スループット: 単一のデバイスで複数のインターフェースからのスループットを集約し、ビデオアプリケーションに十分なパフォーマンスとカバレッジを確保します。
フォールバック/フェイルオーバー: リンクがダウンしたり混雑したりした場合に代替ルートを開くことでハイブリッドネットワークを最適化し、顧客のネットワークの信頼性を高めます。
負荷分散: ハイブリッドネットワークがさまざまなパスにストリームをインテリジェントに分散できるようにすることで、ネットワークの輻輳を制限します。
複数の同時ストリーム: ネットワークは複数のメディアを同時に利用し、複数のストリームが単一のメディアの最大スループットを超えることを可能にします。デュアルリンクアグリゲーションがサポートされている場合 (通常はギガビットイーサネット有線接続間)、同時ストリーミングはさらに高速化されます (例: ルーターまたはネットワーク接続ストレージデバイスと高帯域幅ディスプレイ (超高精細テレビなど) 間)。これにより、家庭内でこれらのデバイスをサポートする際の問題が大幅に軽減されます。

消費者と小売業者向け

有線製品と無線製品の統合により、消費者はネットワーク機器を簡単に自分で設置できるようになり、ホームネットワークの容量とカバレッジを大幅に向上できます。これにより、エンドユーザーの満足度が向上し、製品の返品が減ります。小売業者とエンドユーザーにとっての 1905.1 ネットワークの具体的なメリットは次のとおりです。

従来の機器との相互運用性を確保しながら、ホームネットワークの一部のコンポーネントをアップグレードする機能。
一貫したパスワード手順とボタンプッシュによるセキュリティ構成により、ネットワークのセットアップとセキュリティ認証が簡素化されます。
ホームネットワークのパフォーマンスとカバレッジが向上し、ネットワーク容量が増大して家庭内のデバイスの総数が増加します。

技術概要

1905.1 デバイスは、メディアアクセス制御テクノロジの多様性を隠す抽象化レイヤー (AL) を実行します。このサブレイヤーは、1905.1 ネイバーと制御メッセージデータユニット (CMDU) を交換します。CMDU は、 IPスタックを必要とせずに、サポートされているさまざまなテクノロジのレイヤー 2 を介して直接通信されます。この標準では、基盤となるテクノロジの仕様を変更する必要はありません。

この抽象化レイヤーは、1905.1 デバイスを識別するための一意のEUI-48アドレスを提供します。この一意のアドレスは、複数のインターフェイスが使用可能な場合に永続的なアドレスを維持し、インターフェイス間のトラフィックのシームレスな切り替えを容易にするのに役立ちます。この標準では、ループ防止および転送プロトコルは定義されていません。1905.1 デバイスは、既存のIEEE 802.1ブリッジプロトコルと互換性があります。

1905.1デバイスの管理は、統合された抽象化レイヤー管理エンティティ（ALME）の使用と、CWMP（ブロードバンドフォーラムTR-069）でアクセス可能なデータモデルの使用によって簡素化されます。

建築

抽象化レイヤー用に設計されたアーキテクチャは、上位レイヤーにアクセス可能な 2 つの 1905.1 サービスアクセスポイント (1905.1 MAC SAP と 1905.1 ALME SAP) に基づいています。

ALME は、さまざまなメディア依存の管理エンティティとフローベースの転送テーブルをサポートする独自の管理エンティティです。 ALME 間では、トポロジやリンクメトリックなどのさまざまなタイプの管理情報を配布するために 1905.1 プロトコルが使用されます。

1905.1 制御メッセージデータユニットフレームは、8 オクテットのヘッダーと、将来の使用のために簡単に拡張できる可変長の TLV ( タイプ、長さ、値) データ要素のリストで構成されています。

汎用 CMDU フレーム形式の構造は次のとおりです。

ベンダー固有の CMDU は、メッセージタイプ 0x0004 を介してサポートされます。

各 TLV の基本構造は次のとおりです。

ベンダー固有の TLV は TLV タイプ 11 を介してサポートされます。

1905.1 CMDU に割り当てられた EtherType 値は 0x893a です。

特徴

IEEE 1905.1 の機能の一部を以下に示します。

トポロジー

1905.1 は、家庭やオフィスのネットワークで実行されているテクノロジに関係なく、ネットワークトポロジのグローバルビューを取得するためのツールを提供します。

抽象化レイヤーは、このプロトコルのトポロジを構築するためにさまざまなトポロジメッセージを生成します。

直接1905.1ネイバーを検出するための検出（メッセージタイプ0x0000）
トポロジの変更についてネットワークデバイスに通知する通知（メッセージタイプ0x0001）
別の 1905.1 デバイスのトポロジデータベースを取得するためのクエリ/応答 (メッセージタイプ 0x0002 および 0x0003)

検出および通知メッセージに使用されるグループアドレスは01:80:c2:00:00:13です。^[9]

2 つの 1905.1 デバイス間に接続された非 1905.1 ブリッジを検出するために、抽象化レイヤーは、802.1Dブリッジによって伝播されない最も近いブリッジアドレス (01:80:c2:00:00:0e) を持つ LLDP メッセージも生成します。

1905.1 デバイスによって収集されたトポロジ情報は、TR-069 プロトコルを介してリモートでアクセス可能なデータモデルに保存されます。

リンクメトリクス

1905.1 ALME は、2 つの 1905.1 デバイスを接続するリンクのメトリックのリストを取得するためのメカニズムを提供します。

パケットエラー
送信パケット
MAC スループット容量 (Mbit/s で表記)
リンクの可用性（リンクがアイドル状態にある時間の割合として表されます）
PHYレート

1905.1 デバイスは、リンクメトリッククエリメッセージ (メッセージタイプ 0x0005) を生成することにより、別の 1905.1 デバイスからリンクメトリックを要求することもできます。要求されたデバイスは、リンクメトリック応答メッセージ (メッセージタイプ 0x0006) で応答します。

転送ルール

1905 ALME は、フローごとに転送ルールを管理するためのプリミティブのリスト (取得、設定、変更、削除) を提供します。この機能は、さまざまなテクノロジにわたってさまざまなフローを動的に分散するために使用できます。フローを分類するには、次の要素のセットまたはサブセットを使用できます。

MAC宛先アドレス
MAC送信元アドレス
イーサタイプ
VLAN ID。
優先コードポイント

ユニキャスト宛先の転送ルールを設定する場合、指定できる送信インターフェイスは 1 つだけです。

セキュリティ設定

1905.1 セキュリティセットアップの目標は、デバイスに複数のインターフェイスがあり、それぞれ異なる暗号化方式が使用されている場合でも、新しい 1905.1 デバイスが統合セキュリティプロシージャを使用してネットワークに参加できるようにすることです。統合セキュリティセットアッププロシージャは 3 つ定義されています。

1905.1 プッシュボタン
1905.1 ユーザー設定のパスフレーズ/キー (オプション)
1905.1 近距離無線通信ネットワークキー (オプション)

プッシュボタン方式では、ユーザーは新しい (つまり、ネットワーク内にない) 1905.1 デバイスのボタンを 1 つ押し、ネットワーク内にすでに存在する 1905.1 デバイスのボタンを 1 つ押す必要があります。ユーザーは、新しいデバイスがネットワークに参加するためにどのテクノロジを使用するか、またどのデバイスがこの新しいデバイスのペアリングとネットワークへの参加を処理するかを知る必要はありません。プッシュボタン方式では、次の 2 つの 1905.1 メッセージが使用されます。

プッシュボタンイベント通知（メッセージタイプ 0x000B）
プッシュボタン参加通知（メッセージタイプ 0x000C）

これらのメッセージは、ネットワーク内のすべての 1905.1 デバイスに送信されます。

ユーザーが設定したパスフレーズ/キーを使用する場合、ユーザーは US-ASCII 文字のシーケンス (8 ～ 63 文字) を 1 つだけ入力/記憶するだけで、ALME はSHA-256機能を使用して、さまざまなテクノロジーに対して異なるセキュリティパスワードを導出します。

NFC ネットワークキーを使用する場合、ユーザーは、すでに 1905.1 ネットワークのメンバーである NFC 搭載スマートフォンで新しい 1905.1 デバイスをタッチする必要があります。

AP自動設定

この機能は、認証された 1905.1 リンクを介して Wi-Fi シンプル構成メッセージを交換するために使用されます。このプロトコルを使用すると、1905.1 AP 登録者は 1905.1 AP レジストラから構成パラメータ (SSID など) を取得できます。このように、AP 自動構成は、複数の AP で構成されるホームネットワークのセットアップを簡素化するために使用されます。これにより、ユーザーが各 AP を手動で構成する必要がなくなります (AP レジストラの単一の構成のみが必要です)。

WPSメッセージの転送には、特定の 1905.1 CMDU フレーム (メッセージタイプ 0x0009) が使用されます。AP 登録者がデュアルバンド (2.4 GHz と 5 GHz) に対応している場合、自動構成手順が 2 回実行されることがあります。

実装

1905.1を実装したQualcomm Atheros製品はHy-Fiと呼ばれ、Wayback Machineでは2001-12-03にアーカイブされています（Hybrid Fidelity用）。^[10]^[11]

2012年1月、HomePlug Powerline AllianceはIEEE 1905.1認証のサポートを発表しました。^[12]

nVoyという消費者認証プログラムは2013年6月に発表され、その時に「IEEE 1905.1準拠のための新しいnVoy HomePlug認証をサポートする」最初の認証チップが発表されました。^[13]消費者レベルの製品は2013年末までに発表される予定でした。 ^[14]しかし、2014年の消費者ショーまで延期されました。2013年12月時点で、nVoy認証を受けた消費者向け製品はなく、小規模ネットワークに特化したレビューサイトにはレビューする製品がありませんでした。^[15]

チップセット

Broadcom BCM60500およびBCM60333 SoC ^[6]は、（ベンダーによると）nVoy/1905準拠であると主張しています。互換性のあるラインドライバは、Microsemiなどから入手可能です。^[16] Qualcomm Atherosは、Qualcomm VIVE™ 11acおよびQualcomm XSPAN™ 11nワイヤレスLAN、Qualcomm AMP™電力線およびイーサネット技術のさまざまな組み合わせに基づくさまざまなHy-Fiリファレンスデザインを提供しています。^[17] MStar Semiconductorは、Homeplug AV電力線通信ソリューションでnVoy/1905をサポートしていることを示しました。^[18]

参考文献

^ Cohen, Etan G.; Ho, Duncan; Mohanty, Bibhu P.; Rajkotia, Purva R. (2014 年 2 月)。「IEEE 1905.1: 統合デジタルホームネットワーキング」。Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (編)。MIMO電力線通信: 狭帯域および広帯域標準、EMC、および高度な処理。CRCプレス。pp. 391–426。doi :10.1201/b16540-19。ISBN 9781466557529。
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