La soluzione è rappresentata da un livello fisico (PHY) robusto e un protocollo di Media Access Control (MAC) efficiente:

• Il PHY definisce l’interfaccia tra il traffico dati e il mezzo fisico.

• Il protocollo MAC controlla la condivisione del mezzo tra più clients.

Fa uso del CSMA/CA, ciò significa che il livello PHY deve supportare la trasmissione e la ricezione in burst:

• Ogni client attiva il suo trasmettitore solo quando deve inviare dati.

• Una volta terminato il client disattiva il suo trasmettitore e ritorna in modalità di ricezione.

LIVELLO PHY

Il livello PHY dell’HomePlug usa il sistema OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

La tecnologia OFDM divide il flusso di dati ad alta velocità in molti flussi paralleli di bit, ognuno dei quali ha un bit rate relativamente basso. Ciascuna sequenza di bit viene modulata da una serie di portanti vicine tra loro:

• Le portanti sono scelte in modo da essere ortogonali l’una all’altra.

• I dati trasportati (modulati) su una portante non sono disturbati dai dati trasportati dalle altre portanti.

• Le diverse portanti (frequenze) non vengono disturbate, né dagli echi dei segnali delle altre portanti, nè dalla propagazione dei segnali che può avvenire nel mezzo.

Un altro vantaggio dell’OFDM è la capacità di eseguire l’allocazione del segnale, come ad esempio, attivare e disattivare le sottoportanti.

I dati sono trasmessi solo attraverso lo spettro di trasferimento che può sostenere un bit error rate (BER) appropriato per l’applicazione.

Quando viene stabilito il collegamento vengono trasmesse tutte le portanti, per pre-adattare il sistema, così che il trasmettitore ed il ricevitore possano stabilire una mappa di allocazione dei segnali per il collegamento. In questa fase di pre-adattamanto, nessun dato viene modulato sulle sottoportanti con una qualità del segnale che non soddisfi la soglia dell’SNR.

L’allocazione dei segnali è eseguita per combaciare con la curva dello spettro della funzione trasferimento; Questo principio è ugualmente utile per evitare continue interferenze all’interno della banda utile.

Lo standard HomePlug può utilizzare i sistemi:

• DQPSK – differential quadrature phase shift keying modulation

• DBPSK – differential binary phase shift keying modulation

• ROBO – (Robust Mode) modulation

ROBO è una modulazione di default utilizzata in due casi:

• All’inizio di una data sessione di rete, quando gli adattatori sulla rete negoziano l’un l’altro per determinare che tipo di modulazione (DQPSK o DBPSK) verrà utilizzata per una particolare portante, e quali portanti verranno usate per comunicare con quello specifico adattatore.

• Nel caso in cui le portanti siano talmente disturbate, da non poter utilizzare un altro tipo di modulazione, o quando siano presenti troppi adattatori sullo stesso tratto di rete, quando la bridging table è completa.

E’ importante far notare che la modulazione di tipo ROBO usa tutte le portanti disponibili e viene utilizzata solo nelle situazioni in cui non sia possibile usare un altro metodo di comunicazione.

Lo spettro con la tecnologia HomePlug viene usato nel seguente modo:

• Il livello fisico dell’HomePlug occupa la banda da 4.5 a 21 MHz.

• Ha una bassa densità di potenza trasmessa nella bande di frequenza delle radio amatoriali d’epoca grazie all’inserimento di tagli di – 30 dB nel range di frequenza utilizzato da HomePlug in modo da minimizzare il rischio di energia irradiata dall’impianto elettrico che causeebbe interferenze con questi sistemi.

Il Throughput dei sistemi HomePlug ottiene il bit rate “grezzo” usando la modulazione DQPSK con tutte le portanti attive è di 20 Mbps. Il bit rate inviato al MAC dal livello fisico è di circa 14Mbps. Al calare delle portanti disponibili, il bit rate sarà minore, fino a raggiungere la modalità ROBO 0.909 Mbps, od eventualmente la totale mancanza di connessione.

LIVELLO MAC

Il protocollo MAC con la tecnologia Powerline è una variante del protocollo ben conosciuto: carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA).

Il pacchetto contenente i dati è composto da un delimitatore di inizio frame, il dato effettivo, e un delimitatore di fine frame.

Per le trasmissioni unicast, la stazione di destinazione risponde trasmettendo un delimitatore di risposta che indica lo stato di ricezione (ACK, NACK,o FAIL).

Il carico di dati viene inviato solo sulle portanti che sono state precedentemente accordate tra il trasmettitore e il ricevitore durante la fase di adattamento del canale di comunicazione. Non è necessario usare pesanti codifiche di correzione degli errori perché vengono usate solo le portanti nella parte “buona” della funzione del canale di trasferimento dati.

La progettazione è così robusta che le collisioni dovute alla non riuscita del riconoscimento preliminare hanno solo un impatto minore.

La segmentazione e il riassemblamento sono progettate in modo da migliorare l’imparzialità e l’affidabilità, e per ridurre la latenza.

La percentuale dei pacchetti scartati usando il sistema Powerline è sufficientemente basso da essere compreso entro il rate tollerato di pacchetti persi per applicazioni a bassa latenza come VoIP o streaming multimediale.

La combinazione di questa caratteristica con le classi di priorità fa sì che l’HomePlug sia adatto alle applicazioni richiedenti QoS.