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Multimedia-Daten-Heimnetzwerk via Stromleitung

Heimnetzwerke via Stromleitung erleben einen echten Boom. Das wird sich durch höhere Bandbreiten noch verstärken. Neben der bisherigen Spezifikation HomePlug 1.0 mit 14MBit/s Bandbreite oder 85MBit/s, die für den Internetzugang per DSL oder Audio-Übertragungen ausreichten, steht der neue Standard HomePlug AV zur Verfügung. Dieser ermöglicht Übertragungsraten von bis zu 200MBit/s und ermöglicht eine hohe Qualität bei allen Multimedia-Anwendungen.
Auch Anwendungen wie die TV-Übertragung über Internet-Protokoll (IP-TV) und Video-on-demand in DVD-Qualität sind mit dem neuen Standard HomePlug AV in Zukunft möglich. Das hausinterne Stromnetz wird so zum Backbone – sprich Gerüst – für alle Applikationen im Haus und ermöglicht die Nutzung von Internet-Fernsehen und Video on Demand in der gesamten Wohnung. Einzige Voraussetzung: Steckdosen. So können auch künftige Formen der Heimvernetzung auf einfache Art und Weise Wirklichkeit werden. Geräte der Unterhaltungselektronik wie TV-Geräte, Festplattenrekorder, Settopboxen oder Hifi-Anlagen lassen sich ebenso in das Netz einbinden wie Home-Server, Computer oder sogar Spielekonsolen. Der Wunsch nach ‚Home-Entertainment-Produkten‘ im privaten Umfeld steigt stetig, da sind sich die Marktforscher einig. Da sollte sich der Hausbesitzer oder Mieter rechtzeitig Gedanken machen, wie er ein leistungsfähiges Breitband-Netzwerk möglichst kostengünstig installieren kann. Im Gegensatz zu den Wireless LANs mit ihrer komplizierten Installation und der traditionellen Ethernet-Verkabelung, die unflexibel ist und erheblichen Installationsaufwand erfordert, sind die Stromnetzwerke eine echte ‚Plug&Play‘-Lösung. Denn die Struktur ist bereits in jedem Gebäude vorhanden und die Adapter in Minuten einsatzfähig. Die erwähnten Technologien W-LAN und Ethernet (als Transportmittel) eignen sich auch aus anderen Gründen nicht direkt als Heimnetzwerk und Backbone. Trotz Datenraten im Bereich von Gigabit/s taugt ein Ethernet nicht, um Audio- und Videodaten so präzise über ein Netzwerk zu übertragen, dass der Anwender keinen Unterschied zu einer Direktverbindung mit analogen oder digitalen Kabeln wahrnehmen kann. W-LAN führt je nach Positionierung im Haus und Deckenstärke immer wieder zu Daten-Aussetzern. Alternative Heimvernetzungssysteme wie HomePNA (Datenübertragung über Telefonleitungen) oder Coax (Datenübertragung über Fernseh- und Satelliten-Kabel) können bestenfalls zum gemeinsamen Browsen im Internet oder zum Datenaustausch von PC zu PC genutzt werden. Schon die phasengenaue Ansteuerung zweier Lautsprecher unabdingbar für Stereophonie muss mit all den vorstehend genannten Technologien scheitern – dies gilt erst recht für 5.1- oder 7.1-Dolby-Surround-Systeme.

Installation und Sicherheit

Zwei Fragen müssen dabei beantwortet werden: Wie einfach ist das Einrichten und wie sicher ist das Heimnetzwerk? Zu Recht dürfen Heimanwender von der Industrie Produkte erwarten, die kein Expertenwissen voraussetzen, um sie zu einem funktionsfähigen Netzwerk zusammenzuschließen. Und nicht zuletzt sollte eine neue Heimvernetzungstechnologie in der Lage sein, Fernsehen im HDTV-Format (High Definition TV) ebenso gut zu beherrschen, wie es Direktverbindungen zwischen Quelle (Receiver, Festplattenrecorder, HDDVD-/BlueRay-Player) und Wiedergabegerät können. Und das zugeschnitten auf die typischen Bedürfnisse von Haushalten, in denen deutlich mehr als nur ein einziges Audio-Video-Gerät läuft. Selbstverständlich muss ein neues Heimvernetzungssystem auch die klassische, asynchrone Vernetzung von PCs und Druckern per Ethernet-Protokollen ‚en passant‘ ebenfalls bedienen können. Und selbst der Hausautomation – also dem Messen, Steuern und Regeln von Heizung, Rollläden oder Leuchten sowie der Hausüberwachung – sollte ein neues, umfassendes Heimvernetzungssystem nicht im Wege stehen. Die Nachfrage nach Heimvernetzungssystemen steigt stetig. Bereits ein Fünftel der europäischen Haushalte sind mit einem Heimnetzwerk ausgestattet. Daten- und Entertainment-Netzwerke sorgen für die größten Zuwachsraten in Heimvernetzungssystemen. Weniger stark entwickeln sich dagegen Hausautomationssysteme.

Schlüssel zum Multimedia-Heimnetz

Der HomePlug Powerline Alliance ist es gelungen, all diesen Forderungen mit einer einzigen Netzwerk-Technologie gerecht zu werden – HomePlug AV. Aufgrund von Chip-Herstellern wie Intellon und Komponentenherstellern wie devolo kann die komplexe Technologie, die zur Erfüllung der genannten Anforderungen unumgänglich ist, preislich in einem Rahmen bleiben, der weder die Budgets von Heimanwendern noch von Herstellern von Computer- und Unterhaltungselektronik-Komponenten übersteigt. Nicht ohne Grund sitzen Vertreter namhafter Chip-, Computer-, Netzwerk- und Unterhaltungselektronik-Firmen aus beiden Marktsegmenten inzwischen im Vorstand der HomePlug Powerline Alliance, darunter Intel, Samsung, Motorola, Sharp, Sony. Linksys, Cisco und GE Security (General Electric). HomePlug AV bietet einen ganzheitlichen Ansatz für einen echten und lückenlosen Homenetworking-Backbone und ist ein überall verfügbares Multi-HDTV-Stream-taugliches Netzwerksystem. Darüber hinaus ist es durch Plug&Play-Technologien und Autokonfiguration in Betrieb zu nehmen und auch einbruch- und abhörsicher.

Sicher verschlüsselt und einfach installiert

Bei der Datenübertragung über das Stromnetz sind physikalische Begrenzungen, wie sie bei einem Ethernet schon alleine durch die Kabel gegeben sind, schlichtweg nicht vorhanden. Deshalb muss die (Abhör-) Sicherheit mit anderen, logischen Mitteln sichergestellt werden. So müssen Maßnahmen zur Zugangskontrolle dafür Sorge tragen, dass sich ausschließlich zugelassene Geräte in ein HomePlug AV-Netzwerk (AVLN) einbuchen können. Die Fähigkeit, mehrere Sicherheitsschlüssel zu verwalten, befähigen HomePlug AV-Stationen, sich mehreren AVLNs anzuschließen. Was ist darunter zu verstehen? AVLN Nummer 1 kann beispielsweise einen LCD-Fernseher mit dem Sat-Receiver verbinden, während ein AVLN Nummer 2 die Verbindung zu den sechs (aktiven) Lautsprechern der 5.1-Dolby-Surround-Anlage herstellt, die via AVLN 3 gleichfalls von einem (AV-) Netzwerk-Player oder einer IPTV-SetTopBox angesteuert werden. Der PC im Arbeitszimmer nutzt ein AVLN Nummer 4 zur Kommunikation mit dem möglicherweise via W-LAN angebundenen Notebook im Wohnzimmer und dem Storage-Server im Keller, der über AVLN 3 gleichfalls als Datenquelle für den LCD-Fernseher dient. Der gesamte Datentransport und nahezu sämtlicher Steuerungsverkehr in einem AVLN sind durch eine starke Verschlüsselung gemäß 128-Bit-AES abgesichert. Ausgenommen sind lediglich einige wenige Steuerkommandos, die unverschlüsselbar sind. Als Schlüssel dient der Network Encryption Key (NEK), der erst dann auf individuelle Netzwerksegmente angewendet wird, wenn MPDUs (MAC Protocol Data Unit) generiert werden. Die Schlüsselzuweisung kann auf folgende Arten erfolgen: Der voreingestellte Schlüssel wird verwendet, der werkseitig in alle Stationen programmiert wurde, um den Anwendern bei der Erstinstallation ein echtes Plug&Play-Erlebnis zu verschaffen. Sicherheit ist damit aber nicht gegeben, weil diesen Schlüssel alle HomePlug AV-Adapter haben. Der Anwender definiert ein Netzwerk-Passwort (NPW) und gibt es direkt in eine neue Station ein. Ein Hash-Algorithmus generiert daraus den NEK – einen 128-Bit-AES-Schlüssel. Wie erwähnt, können HomePlug AV-Stationen Mitglied mehrerer logischer Netzwerke in einem physikalischen Netzwerk sein. HomePlug AV kann darüber hinaus mehrere benachbarte Netzwerke (engl.: Neighbouring Networks (NN)) koordinieren. Sobald der Zentralkoordinator (CCo) ein benachbartes Netzwerk entdeckt, handelt er mit dessen CCo einen Zeitplan für die Übertragung von Daten in dessen Netzwerk aus, sodass es zu keinen Überschneidungen (Interferenzen) kommt.

Fazit

Homeplug AV ist eine mächtige Technologie, die wie kaum eine andere Netzwerk-Technologie in der Lage ist, sowohl Audio und Video als auch Ethernet-Pakete über die Stromleitungen eines Hauhaltes zu verteilen. Die Bruttobandbreite reicht mit 200MBit/s aus, um gleichzeitig beispielsweise zwei HDTV-Signale (66 bis 84MBit/s), Home-Theater-Audio oder CD-Audio in zwei Räumen (9 bis 11MBit/s) und sechs VoIP-Telefonate (1MBit/s) im Heimnetz zu verteilen und hat selbst dann immer noch genügend Reserven um IP-Daten mit 10MBit/s zu übermitteln. Verglichen mit den Kosten einer strukturierten LAN-Verkabelung (vier verdrillte Leitungspaare) sowie zusätzlichen Kabeln für ein Fernsehverteilnetzwerk (Koaxial) und Telefonleitungen (zwei verdrillte Leitungspaare) zuzüglich der Kosten für einen Handwerker nehmen sich die Kosten für ein HomePlug AV-Netzwerk relativ gering aus. Wenn es um Veränderungen in der Wohnlandschaft geht, ist HomePlug AV flexibel. Denn im Gegensatz zu fest installierten Kabeln, die an andere Orte verlegt werden müssten, sind per HomePlug AV angesteuerte Geräte grundsätzlich über jede Steckdose im Haus zu erreichen – seien es Wiedergabegeräte wie IP-Fernsehseher, Beamer oder Lautsprecher, Zuspielgeräte wie Sat-Receiver, CD/DVD-Player, Media-Server, oder Computer oder gar andere Verteilnetzwerke wie W-LAN-Access-Points oder Ethernet-LANs.

Kasten: Die wichtigsten Eigenschaften von HomePlug AV

– Übertragungsmedium: 50/60Hz Wechselstromleitungen oder Coax-Kabel
– Link- respektive Datenrate: 200MBit/s
– TCP Datenrate: 60MBit/s
– UDP Datenrate: 85MBit/s
– Flächendeckung: bis 300m -> kompletter Haushalt
– Übertragungsverfahren: Ja (TDMA)
– Ethernet-Kompatibilität: Ja (CSMA)
– Sicherheit: 128Bit AES Kryptisierung
– Koexistenz mit HomePlug 1.0 / HomePlug 1.0 Highspeed: Ja
– Koexistenz mit Hausautomation: Ja (X10, LonWorks, CEBus)
– Frequenzbereich PHY: 2 – 28MHz
– Anzahl Trägerfrequenzen: 1.155
– Modulationsverfahren: OFDM und Turbo Convolutional Code (TCC)

light+building 2010: Halle 9.0, Gang C, Stand 56

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