IEEE 1901.2a标准的介绍

概述：
在本文中，我们将详细讨论IEEE 1901.2a标准。虽然大多数受限网络技术都是基于无线技术的，但IEEE 1901.2a-2013则是一种基于有线技术的标准，它是对原始IEEE 1901.2标准的更新。这就是窄带电力线通信标准（NB-PLC）。

NB-PLC应用场景：
NB-PLC在以下场景中经常被使用。

• 智能计量技术
  NB-PLC能够自动读取诸如电力表、燃气表以及水表等公用设施仪表的读数。
• 配电自动化——
  NB-PLC可以用于分布式自动化系统，该系统能够监控并控制电网中的所有组件。
• 公共照明 –
  这是NB-PLC的常见应用场景之一。它适用于城市中的各种照明设施，以及道路、高速公路和公园等公共空间中的照明需求。
• 电动汽车充电站——
  NB-PLC可以被用来为电动汽车的充电站提供电力支持。
• 微电网
  NB-PLC可以被用来构建微型电网。所谓微型电网，就是那些能够独立于主电网运行的小型能源网络。
• 可再生能源
  NB-PLC可以被用于太阳能、风能、水力发电以及地热能源的利用领域。虽然存在多种PLC标准，但由于缺乏适用于低频应用的PLC解决方案，因此才制定了IEEE 1901.2a标准。该标准适用于频率低于500 kHz的情况。

注意：
在IEEE 1901.2a标准中，既规定了连续电流电力线路，也规定了直流电流电力线路。数据传输速率可以提升至500 kbps。在终端设备上，IEEE 1901.2a标准中的物理层与MAC层可以与IEEE 802.15.4g/e标准结合使用，从而在某些情况下实现双物理层的解决方案。

特点/特征：

1. 标准化与联盟关系
   早期版本的NB-PLC系统存在可靠性低、吞吐量有限、管理不善以及兼容性差等问题。 因此，许多组织都制定了属于自己的代际要求。 在当前的NB-PLC规范中，采用了正交频分复用技术。 数字数据是通过在多个载波频率上使用OFDM技术进行编码的。 IEEE 1901.2a是Home Plug Netricity计划的一部分。该计划是推动PLC技术市场化与认证的关键行业组织之一。
    
2. 物理层 –
   NB-PLC适用于3到500 kHz的频率范围。 IEEE 1901.2工作组已经整合了所有世界地区的支持，从而能够制定出全球统一的标准。 IEEE 1901.2a支持最全面的编码方式，同时还能确保系统的鲁棒性和传输效率。该标准包含了所有频段的调制方式，例如鲁棒调制（ROBO）、差分二进制相移键控（DBPSK）、差分正交相移键控（DQPSK）、差分8点相移键控（D8PSK），以及一些频段可选的16正交幅度调制（16QAM）。
    
3. MAC层 –
   IEEE 1901.2a MAC帧格式与IEEE 802.15.4 MAC帧类似，但它包含了最新的IEEE 802.15.4e-2012标准中的修改内容，从而能够实现更多的功能。 信息元素是从IEEE 802.15.4e标准转移到了IEEE 1901.2a标准中的一个重要组成部分。 此外，还提供了一些其他功能，比如对IE的支持、IEEE 802.15.9密钥管理协议，以及SSID功能。 “Segment Control”是IEEE 1901.2标准中的一个领域。 这里讨论的是，那些大于MAC协议数据单元所能承载的数据包被分割或碎片化的问题。

IEEE 1901.2a标准中的拓扑结构：
IEEE 1901.2a中的场景描述和部署拓扑结构都是基于物理电力线路来构建的。 信号传输受到诸如噪声、干扰、失真以及衰减等因素的限制，这一点在无线技术中同样适用。 由于这些变量随着距离的增加而变得更加显著，因此大多数NB-PLC的实现方式都采用网状拓扑结构。 网状网络的优势在于，它能够让设备之间互相传输数据，从而跨越更长的距离来传递信息。 IEEE 1901.2a标准允许使用任何上层协议。 因此，IPv6的6LoWPAN协议以及RPL IPv6变体也得到了支持。 这些协议使得可以通过网络层路由技术，利用PLC来创建网状网络。

IEEE 1901.2a标准的安全性：
IEEE 1901.2a的安全性与IEEE 802.15.4g的安全性相同。加密和认证功能都采用了AES算法。此外，当涉及到支持IEEE 802.15.9密钥管理协议时，IEEE 1901.2a与IEEE 802.15.4g也是兼容的。它们之间的区别如下：

• 在所有携带加密帧段的MAC帧中，帧控制字段中的“Security Enabled”位应该被设置为1。
• 在需要进行数据包分割的情况下，应该先进行数据加密处理。在数据包的加密过程中，不会将“Segment Control”字段包含在加密方法的输入数据中。
• 数据解密在接收方对数据包进行重组之后完成。
• 当启用安全性时，经过加密后的有效载荷，以及用于非分段有效载荷的消息完整性校验码（MIC）认证标签，共同构成了MAC载荷。如果有效载荷被分成了多个部分，那么MIC只会出现在最后一个数据包中。

竞争性的技术：
在NB-PLC领域，有两种技术与IEEE 1901.2a竞争：G3-PLC（以前称为ITU G.9903）和PRIME（现在称为ITU G.9904）。 这两种技术都是为了解决一个特定的应用场景而研发的：即在欧洲范围内使用CENELEC A频段来实现智能计量系统。 IEEE 1901.2与G3-PLC非常相似。 G3-PLC在启动和分配设备地址时，需要选择适合的数据链路层协议。此外，它还与IEEE 802.15.4g/e以及端到端的IPv6协议不兼容。这些只是其中的一些问题而已。 PRIME更像是一种ATM系统，它采用第7层协议（DLMS/COSEM），这些协议直接运行在第2层之上。 为了支持 IP 通信，就需要添加第三层协议。