ホームプラグAV
HomePlug AVは、現在市場に出回っている多くの電力線通信製品で使用されている規格です。2～28MHzの周波数範囲で動作し、理論上の最大速度は200Mbpsです。
データの送受信を効率的に処理するために、制御メカニズムとデータ処理メカニズムは論理的に分離されています。エンタープライズネットワークでは、これらはそれぞれ「コントロールプレーン」と「データプレーン」と呼ばれることがよくあります。制御メカニズムの最高責任者は、セントラルコーディネーターと呼ばれるプロセスです。このプロセスには、コネクションマネージャーと呼ばれる制御プロセスが付随しています。これら2つは、意思決定を担当する最高経営責任者と、その決定を実行する最高執行責任者（COO）のようなものと考えてください。ただし、情報の流れは一方通行ではありません。コネクションマネージャーはセントラルコーディネーターにデータをフィードバックし、必要に応じて将来の意思決定を調整します。
接続マネージャには、MAC と PHY という 2 つのスタッフがいます。まず物理層があります。これは、OSI モデルではレイヤー 1、電力線用語では PHY と呼ばれます。PHY は、チャネルと情報レートの管理を処理します。HomePlug AV 仕様では、それぞれ 200 Mb/s と 150 Mb/s と報告されています。50 Mb/s の差が何を表しているか疑問に思うかもしれません。シャノン・ハートレーの定理 (数学…あくび) によると、エラーを修正せずに情報を転送できる最大チャネル容量の速度が設定されています。HomePlug AV 仕様でのこの速度は、200 Mb/s の速度です。50 Mb/s の損失は、送信エラーを補正する必要があることによるものです。PHY でのパフォーマンスは、ウィンドウ化された直交周波数分割多重 (OFDM) とターボ畳み込み符号 (TCC) によって実現されます。
OFDMは、利用可能なスペクトルをデータ伝送用にサブスペクトルサイズに分割できるチャネル管理メカニズムです。OFDMの主な利点は、マルチパス伝送です。複数のレーンからデータ送信を選択できるため、特定のレーンが空くのを待つ必要がありません。OFDMの効率性こそが、Wi-Fi規格802.11g/n/acにおいて、802.11bで使用されている直接拡散スペクトル拡散（DSSS）ではなく、チャネル管理メカニズムとしてOFDMが採用されている理由です。
DSSSとOFDMの違いを視覚的に理解するために、スイミングプールで泳ぐ人々が列をなしている様子を想像してみてください。DSSSでは、プール全体が1人のスイマー専用となり、他のスイマーはプールが空くまで待ってから入室する必要があります。一方、OFDMではプールを複数のレーンに分割し、複数のスイマーが同時にプールに入ることができます。しかし、レーンの数が増えるほど、隣のスイマーからの干渉が大きくなります。そこで、「スプラッシュオーバー」の影響を考慮するため、各レーンの両側にデッドゾーンを設け、他のレーンの信号に干渉されることなく信号を送信できる余裕を持たせています。TCCはエラー処理アルゴリズムであり、伝送媒体に内在するノイズを考慮しながら、最大限の伝送性能を実現します。
PHYに続くのは、OSI参照モデルでは第2層と呼ばれるメディアアクセス制御（MAC）層です。この層では、時分割多重アクセス（TDMA）と衝突検知多重アクセス/衝突回避（CSMA/CA）を介してサービス品質（QoS）機能が処理されます。また、この層では、中央コーディネータがビーコン、CSMA、コンテンションフリーの3つの制御領域を用いて電力線ネットワーク全体に秩序を付与します。
まず、中央コーディネーターはビーコン期間を設定し、すべての電力線アダプタにスケジュールをブロードキャストします。このビーコン期間では、各ノードにトラフィックの送信が許可される時間枠（コンテンションフリー方式かCSMA方式かを問わず）を指示します。ビーコン期間を確立する際、中央コーディネーターはそれをACラインサイクル（AC電流の「波」が線路にパルス状に送られる期間）に同期させます。次に、各ノードはトラフィック需要を満たすために、コンテンションフリー領域を通じてQoS要件を指定します。中央コーディネーターが要求を処理できる場合、電力線アダプタに送信周波数を選択するよう指示します。この「トーンマップ」は、チャネル使用率の推定値とともに中央コーディネーターに送信され、接続の寿命を判断できます。永続的な帯域幅が必要ない場合、例えば対話型トラフィック（TelnetやSSHなど）などの場合、電力線アダプタはビーコン期間に割り当てられた時間を使用してCSMA方式でトラフィックを送信できます。 QoS メカニズムはタイミングに依存しているため、中央コーディネータがビーコン パケットをブロードキャストすると、MAC は関連するタイムスタンプを検査してスウォッチを同期します。
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パフォーマンス処理の手法についてはここまで説明しましたが、次は同期設定と、これらのPowerlineアダプタが互いにどのように認識し合うのかについてお話ししましょう。この仕組みは（ええと）中央で調整されているはずだとお考えの方もいらっしゃるかもしれません。
Powerlineアダプタを初めて接続すると、アダプタは論理ネットワークをリッスンします。論理ネットワークが存在する場合は、参加を試みます。存在しない場合は、中央コーディネーターとして確立し、ビーコンのブロードキャストを開始します。他のPowerlineアダプタが論理ネットワークに追加されると、ビーコンを受信する各ノードは、それぞれの情報を「検出済みステーションリスト」に追加します。Powerlineノードが別の論理HomePlug AVネットワークに関する情報を受信すると、その情報を「検出済みネットワークリスト」に追加します。優れた管理者が行うように、中央コーディネーターは各Powerlineアダプタに定期的にチェックインしてこれらのリストを取得し、ネットワークトポロジを構築および更新します。
各セントラルコーディネータは、パフォーマンスの追跡に加え、ネットワークメンバーシップキーを用いてセキュリティの観点からHomePlug AV論理ネットワークを制御します。アドミッションコントロールを用いて、どのPowerlineアダプタがそれぞれの論理ネットワークに参加できるかを決定したい場合は、複数のネットワークメンバーシップキーを異なるPowerlineアダプタに設定できます。理論的には、これはスイッチでVLANネットワークセグメントを作成し、パケットパスを論理的に分離するのと似ています。
トポロジーが時間の経過とともに更新されるにつれて、中央コーディネーターは、能力、検出されたステーションの数、検出されたネットワークの数、そして最も影響力のあるユーザーの選択に応じて、別の電力線アダプターが中央コーディネーターの役割を引き継ぐのに適しているかどうかを判断します。詳細は不明ですが、そのプロセスはおおよそ次のようになります。
接続されたデバイスの電源がオフになっているなど、アクティビティが観察されない場合、中央コーディネータはノードに省電力モードに入るように指示します。
それでは、HomePlug AV2 がどんな素晴らしい機能を備えているか見ていきましょう。
