PLC组网方案及应用

计算机网PLC组网方案及应用◆王冰玉张秋霞杨富强(河南永城职业学院)【摘要】在分析电力线通信网络(PLC-NET的特点和应用优势的基电力线。受控单元对接收到的信号进行选频、地址判别和解调后础上,提出PC- HLAN, PLC-VN和PLC-AN等3种组网方案;送入智能家电接口的控制寄存器以实现对各种动作的监控。在描述PLC-HAN的家电控制等服务的同时,给出了总线式家庭为了保证该PLC-HLAN总线结构安全可靠,一方面硬件设计网络的硬件组成,分析了网络的MAC子层的CSMA/CD及应用上,每件支持PLC-HLAN的家电需要包含一个可编程电路模块,写层的CAL协议的应用;在多种PLC-VPN的应用中,以自动抄表入该电器的识别信息,电器连接电源线后主控单元检测其识别信系统为例,给出了其组网的具体实现,包括网络的数据节点、集中息确认电器种类及工作模式后,动态地分配地址给该电器并将其和路由器的结构;在PLC-NET与电信网、计算机网的业务融合写人该电器的可编程电路模块。电器与电源线断开连接时主控单中,给出了PLC-AN的结构以及三网融合的接入方式,其中包括传元回收地址资源,实现电器在PLC-HLAN上的即插即用。另一方輸技术质量保证体系和相应的应用协议等。面在整个PLC-HLAN与室外电力线的连接处设立一个防火墙,以【关键词】PLC组网方案确保家庭内部数据的私有性和控制信号的独立性。(二)MAC层协议的选择当家庭网络中多于1组主机与家电之间同时进行通信或当多在当前网络多元化发展的进程中电力线通信(PIC电力线通种模式的通信同时进行时如何分配共享的介质资源对网络的响信网络( LC-NET)作为网络的一支新秀以其覆盖范围广、一线双应时间、吞吐量和效率将起十分重要的影响用、即插即用、少量投资等独有的魅力跻身于群网之中。通观PLC-由于家电控制服务负载较低而且具有可变性和突发性,综合NET自身的性能特点,具体体现在家庭内部管理的局域网PLC-考虑实现费用、性能、属性并结合家庭网络需要竞争式动态分配协HLAN、以家庭某种家电(例如电表)为网络单元所组成的虚拟专网议更适合 PLC-NET。IEEE8023建议的载波检测多址/冲突检测PLC-VPN,以及满足共享 Internet资源、提供多种生活服务的接入( CSMA/CD)网络协议即采用竞争式适用于总线型结构,其载波检网PLC-AN。就其与各家各户的生活息息相关而言势必引起人们的密切关注。本文将对这3种网络的组网结构、功能特点、调用协测多址接入特性使每个站都能在发送数据前,监听信道上的其他站是否在发送数据,如此闲时网络上无数据传送,减少辐射干扰短时议、服务内容等方面进行描述。间内可加大功率发送,延长通信距离但总的指标仍能满足电磁兼PLC-HLAN容性要求。PLC-HLAN是指以个人电脑(主控单元)各类家电及室内电力二、PLC-VPN线(作为通信媒质)组成的家庭内部的局域网可方便地实现对内部PLC-VPN通过公共电力网实现分散的家庭内部共有社会业家电的控制。PLC-HLAN真正体现了“信息家电”的内涵,是一个私有的、专用的、不需重新布线的智能家庭网络。PC-HLAN上的家务的站点之间的互联,形成物业管理网络及安全防范网络,这些站点的集合就是一个ⅤPN。图2为用于自动抄表系统的示意图电控制服务主要是在电力线上发送一些简单的控制命令,因此,对个公共电力网能同时支撑多个这样的VPN,这些ⅤPN之间传输速率要求不高,一般为7.5 kbit/s,即可满足要求。PLC-HLAN对数据的可靠性要求很高,所以针对PLC信道的噪声干扰强、信号高压侧220V低压侧220V低压衰减大等问题,建议使用相应的调制技术加以克服。变压器(一)PLC-HLAN的结构PIC-HLAN的系统结构如图1所示。PC-HLAN包含主控单11电表电表元和受控单元。主控单元以微处理器为核心,发出的控制信号经VPNModem模块加以编码、调制、滤波和放大处理后,由耦合电路送入220V低压线1:烟雾警器合电图}国合电那1VPN警器[耦合电路i LPLC Modem[选频电路[选频电路图2 PLC-VPN示意图地址ii DPEC Modem i: [PLC Modem]1执行不能相互通信的,由此保证其专用性,可以通过设置统一的网关与地址判别微处理器执行电路1她址判别公共电力网相连性和安全性。下面以抄表系统为例分析其性能要求中国煤化工:废控电受控电路自动抄表CNMHG5个主要部分组成:主控单元1L受控单元1受控单元2用户电能表数据节点集中器路由器 Modem,远程PC机。系统以图1 PLC-HLAN的结构供电局的计算机抄表中心为主站,以电力变压器10kV220V供电167计算机网络的每个小区为相对独立的子系统。在这些子系统中集中器又相当在变压器低压侧。路由器外侧接口与电信网和计算机网连接路由于主站,数据节点为从数据节点提供了用户设备与电力线的通道,器根据上行PIC数据包的标识信息辨别目的网络。路由器内侧接而且节点本身还有一定的数据处理功能。集中器用于处理变压器口经耦合适配器与低压电力网相连。路由器与小区内各家庭构成侧的所有的电能表数据,其结构如图4所示。它与数据节点的不树状结构的小区局域网,以路由器作为根节点。将每个PLC-HLAN同之处在于要增加信号放大器以弥补功率损失。此外集中器还可视为子网,对下行的PLC数据流目的地址进行子网判别,以确定路以充当数据缓冲区,以克服数据不能实时传输的缺点。由方向。同时路由器具有数据缓存的功能。路由器与子网主控单元由于PLC的通信环境相当复杂,负载的电子开关器件会产生协调检测子网空闲带宽由滑动窗口控制进入子网的数据流大小。频域很广的噪声,电力线间的耦合电容会造成信号的衰减线路上PLC-AN结构凭借子网主控单元与小区路由器紧密结合实现不同的频变元件会造成信号的失真,所以有可能在某一段时间内通信家庭网络技术间的无缝连接依靠小区路由器实现对外部网络的灵双方都收不到对方的信息或者收到不能辨别的信息包这样就形活选择。成了电力线通信的非实时性特点,为此可以令集中器周期性地启(二)协议的选择动数据采集任务,通过增加采集次数来减少单位时间内通信的失1PLC-AN与计算机网的融合败概率。这种作法只适合于数据实时性要求不高的领域,例如抄电在低压配电网中,用户到前端的距离常常有几公里,用户终到前端的信号传输延迟增大从而决定了用户计算机与前端的网络路由器跨接在2个独立的VPN之间,实现电网间的信号互通,通信不能采用普通的局域网协议,必须采用专用的网络协议例如以扩展通信范围,其结构如图4所示。在网络中,子网以路由器为IEE802.14协议。而现有计算机上的网络适配卡一般只能用在局分隔点,路由器根据相线上信号包的始端地址,判断是否进行子网域网环境下,不能直接用在低压配电网的数据通信中,因而需要通间的传送这样既避免了在子网上存在冗余信号,也保证了数据的过主控单元实现普通局域网协议与专用网络协议的转换。其方法专有性。电力线 Modem的功能是对采集器送来的数据进行调制解是将从低压配电网传来的数据经层层解包后提交网络层,再按以调,增强对低压电网的抗干扰能力和减低信道传输的误码率。计算太网协议层层封装处理后转发到计算机网络接口;将从计算机发机抄表中心通过通信网对集中器送来的电量数据进行分类和存来的数据按以太网协议层层解包后提交网络层,随后按IEEE储校对抄录时间、设置用户编号和抄表时间发布抄表命令以及统80214协议层层封装后转发到低压配电网。由于IEEE80214协议计和计价,为收取电费线损计算、负荷控制提供服务并提供可供与ATM相兼容因此上述结构很容易移植到ATM网络中用户查询的数据库等服务2PLC-AN与电信网的融合在PLC-AN上传输的语音、图像信号实际上是基于IP技术的立B彐三变电机组彐耦放大收发路由收发耦合C本变电机组语音数据包。例如通话者发出的声音经数字化处理和压缩分割成标准的TCPP包格式,通过 Internet或企业网,发送到目的地所图4路由器结构在的另一主控单元,由其内部的 PLC Modem对网络传来的数据包三、 PLC-AN进行逆操作将其转换为语音送到电话线上,实现全双工通信,涉及在信息时代各种物理网络若仅限于内部而不在公共网络平的协议主要有H323协议、资源预留协议(RSⅤP)、G,723.1协议和台上,不能共享网络资源,则将黯然失色。作为家庭接入网的PC-G729协议等。其中H323协议以实吋通信协议( RTP/RTCP)为基AN连接了PSTN,sSDN和HFC等传输网络通过路由器(或网关)进础包含音频编解码和多媒体通信等一组技术标准。资源预留协议人 Internet,实现对包括语音、图像及其他数据在内的高速综合接用于向网络所经的节点预约必要的流量冗余,以提供保证通话流畅人,从而在基于柔性连接技术的宽带P平台上,实现网络资源的共等服务质量。G.723.1协议是双速率语音编码器,速率分别为享63kbis和53 kbit/s G.729协议可以将64 kbit/s的语音信号压缩(一)PLC-AN的结构为& kbit/s,以保证数据包的有效传送。PLC-AN的系统结构如图5所示。四、结语配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,使得电力载波信号PLC-NET无论是用做家庭网、专用网还是接人网都有美好的只能在一个配电变压器区域范围内传送,因而将小区路由器设置应用前景。其中PLC-HLAN可实现对电冰箱、电视机等家电的控制服务使智能家庭的实现成为可能。PLC-VPN已开始试用于抄表系统还将在能源控制、故障维修、自动巡访、事件记录、辅助报警、计算机电信网物业管理等方面发挥更大的作用。PLC-AN则更充分发挥了PLC的特点开拓了广泛的增值信息业务空间包括基于IP的语音业务高压侧「变压器低压侧vOP)、电视会议、视频广播、视频点播(VOD)、网上购物、电子商务、电子白板、远程教育,以及远程医疗等多种服务,有望成为今后接人网的主控 PLC-HLANPLC-HLAN中国煤化工子网2子网3PLC-HLAN子网1HHCNMHG图5 PLC-AN系统结构