基于电力线组网策略

基于电力线组网策略（共4篇）

基于电力线组网策略 篇1

0 引言

低压配电网由于其具有分布广、用户数量多等特点,使其在节约资源、方便用户、减少安装费、实现多媒体通信等方面被广泛关注。但由于低压配电网电气负载环境的复杂性和介质环境的共享性、开放性和多样性的影响,造成通信可靠性低,使目前电力线载波通信的广泛应用受到限制和普遍质疑。针对建立网络中继提高电力线通信可靠性的方法,国内外的研究人员进行了一定的研究。其中,文献[1-2]提出基于蚁群算法的电力线载波通信组网方法在一定程度上解决了电力线载波通信网络的通信可靠性问题。笔者对蜘蛛织网的行为、圆形蛛网的结构特性、猎物在蛛网上信息传递机理等方面进行大量的研究[3],同时借鉴前人的相关研究成果[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18],提出了基于人工蛛网通信模型,并将低压配电网的主要负责通信协议部分(Media Access Control,MAC)层网络转化成由多个人工蛛网组成的逻辑拓扑,制定了一种新的自动路由协议,建立了人工蛛网仿真模型,验证了该种新型网络结构及路由协议的优越性,试图为研究适合电力线载波通信网络的路由模式,提高电力线通信的可靠性,提供一条新的思路。

1 新型网络模型

1.1 人工蛛网拓扑

蜘蛛经过了约18亿年的进化,现在的蜘蛛网不仅具有优雅、超轻的结构,而且具有超级弹性和抗张强度,可以抵抗各种大风、昆虫等的冲击。即使有几个网格单元遭到破坏,它仍能作为网来捕获猎物,具有极强的抗毁能力。针对蜘蛛网的结构特点、蜘蛛的捕食机理以及人工蜘蛛网通信拓扑的构建等方面问题,文献[3]中已进行了详尽的阐述,并建立了双层六边形人工蛛网逻辑拓扑模型。本文以单层六边形人工蛛网为通信子网模型进行组网,并进行了相应的分析与仿真。

1.1.1 人工蛛网逻辑拓扑模型

电力线载波通信的时变性、频率选择性和强干扰性等特点,使电力线通信的组网方式具有其独特的特点,如,网络物理拓扑和逻辑拓扑具有时变性,没有专用的交换机和中继器,通信媒质共享信道,弱数据处理能力,一对多通信等。为保证一定的通信距离/组网规模,电力线通信组网通常需要通过路由器/中继器将同一个物理子网划分成多个逻辑子网。低压电力线通信网络是由星形网络和树形网络组成的混合网络。从物理层看,图1所示的单层人工蛛网除具有多个星形网络(如v1,v2,vh,v4,v5)和树形网络(如v1,vh,v3,v2,v4)外,还具有自己独特的环形网络(如v1,v2,v3,v4,,vm);从数据链路层角度,人工蛛网的结构是一对多、多对一的这种通信方式,与低压配电网的总线型逻辑拓扑相吻合,所以,不论从物理层还是数据链路层,人工蛛网结构都能作为低压配电网的组网结构。

1.1.2 人工蛛网数学模型

为了能更清楚地阐释人工蛛网的结构特征和建立新型路由模型,且为进一步研究蛛网提供理论基础,本文定义了人工蛛网的主要特征参数如下。

(1)Nr为围绕中心节点vh的蛛网层数,即同心圆层数。该参数反映人工蛛网的复杂度,同时也决定人工通信蛛网所覆盖的通信范围,本文中取值为1。

(2)Ns为中心节点vh与周边节点iv(i=,1,m)相连的蛛网轮辐数,即中心节点与相邻周边节点通信路径数量。

(3)Nn为人工蛛网总节点数,与Nr,Ns的关系如式(1)所示。

(4)Dw为蛛网直径,直接反映蛛网所覆盖的物理范围。

(5)Hm为网眼高度,是同一径向上相邻两层节点之间的距离。该参数反映网络的密度,与wD,Nr的关系如式(2)所示。

(6)Δθ为蛛网扇区角,即相邻两径向路径的夹角。

这样,蛛网中任一节点的位置可由式(4)所示的极坐标方程来表示。

其中:ri=i×Hm,i=0,1,,Nr,为径向方向上的路径长度;θk=k⋅Δθ,k=0,1,,Ns-1,为径向路径与水平线的夹角。这些只是网络的逻辑关系,因此式(2),式(3)可以标准化为式(5)、式(6)。

则式(4)可以简化为式(7)。

1.2 PLC网络的人工蛛网结构

在PLC系统中,下行方向定义为信息由基站传输到所有的用户终端,每个终端可以直接或通过中继间接收到下行信息;上行方向定义为用户终端传送信息给基站。上行方向的信息不仅可以被基站接收,也可以被其他用户终端接收。所以,从MAC层角度,PLC网络是一个树形物理拓扑下的总线型逻辑结构[19],如图2所示。其中BS(Base Station)为基站,负责网络内所有节点的数据采集及组网等。近、中、远的定义是根据收到BS广播信息的节点与BS的距离定义的,如BS一次广播后,收到该广播的节点定义为“近”,收不到该广播,且需要以“近”节点为中继与BS通信的节点定义为“中”、“远”节点是以“中”、“近”的节点为中继与BS通信的节点。基于网络的此种结构特点,本文建立这种基于蛛网结构的PLC组网模型。

低压配电网三相之间的衰减较大,在没有相间耦合器的情况下,低压配电网三相之间可以看作并列且相对独立的逻辑关系,因此可将其中某一相的逻辑拓扑作为重点研究对象。由于电力线通信数据传输距离有限,在实际应用中,某一相内可能只有离基站物理距离近的用户终端能与该相基站可靠通信。假设某相网络内用户节点总数为n,基站一次广播后有m(1≤m≤n)个节点能与之可靠通信,剩下n-m个用户节点虽然物理链路是连通的,但由于信号随传输距离的衰减等原因,不能与基站通信。为了解决这个问题,本文提出了基于单层蛛网的组网模型。

在m个能与基站可靠通信的节点中,假设相邻两节点间是可靠通信的,m个节点组成图1所示的m-1边蛛网结构,相邻节点之间能可靠通信,不相邻节点可通过节点h为中继进行通信。节点v1,v2,,vm代表用户终端节点。假定节点vh位于逻辑子网的中心(vh为v1~vm中的一个,1≤h≤m),其与所有周边节点均能可靠通信,功能与基站类似,负责收集其所在蛛网周边各节点的数据,维护子网内的路由以及与其他子网的中心节点通信。同时,由此节点发起对剩下的n-m个用户节点的组网广播。由于节点vh较基站与其余n-m个节点物理上的相近性,所以当vh继续发起组网广播后,有新的节点收到vh的组网广播,这些新的节点构成新的人工蛛网子网。然后,新的子网选取中心节点vm+1,确定子网节点数目,由vm+1与上一子网的中心节点vm+1保持数据通信,同时,进行新一次的组网广播,会有新的节点收到该广播。依次类推,最终该网络内的所有节点组成了多个类似的人工蛛网。如图3所示,离基站节点“近”的蛛网的中心节点(例如h),可以直接与基站通信,处在“中间”位置的蛛网的中心节点需要以“近”的中心节点为中继与基站通信,同样,处在“较远”位置的蛛网的中心节点,是以“中间”、“近”的中心节点为中继与基站通信。基站只要确保每个子网的中心节点能与之可靠通信即可,这样在一定程度上提高单相基站采集数据的效率,降低了网络节点的数量,降低了数据冲突率。

2 电力线通信人工蛛网路由

2.1 人工蛛网组网算法

2.1.1 子网中心点选取算法

研究电力线通信组网可以将低压配电网抽象为图G(V,E),记为G(V(G),E(G))。如图1所示,其中,V(G)为图G的节点集,元素v∈V称为图G的一个顶点或节点,E(G)是V中节点组成的无序对的集合,称为边集。图G每条边的权值vivj,代表任意两个终端节点间的通信距离。这里“通信距离”是指网络内可以直接通信的两个节点所跨过的节点个数,相邻两个节点的通信距离为1。通过Dijkstra算法[20]求出图G中所有顶点间的最短通信距离,并组成距离矩阵D,其元素vivj是图G中顶点vi与顶点vj间的距离,i,j=1,2,,m。

给图G的所有顶点赋权值T(v),代表各终端节点在一定时间段内产生的数据量。对j=1,2,,m,给矩阵D的第j行乘以T(v j),并求所得矩阵的行和。

比较所有行和f(g(v i)),根据Dijkstra算法,其中最大者所在的行对应的顶点即为子网的中心点,故对于某个子网选取中心节点的优化目标函数可表示为式(11)。

2.1.2 组网算法

人工蛛网组网算法如下:

(1)组网开始,由基站节点发送组网广播,在收到该广播的m(1≤m≤n)个节点中,通过中心节点选择算法选择其中一个用户终端节点为第一个蛛网的中心节点h,由节点h对剩下的m-1个节点分配逻辑ID,直到所有m个节点均获得逻辑ID为止。

(2)第一个人工蛛网组网完成后,基站向节点h发送指令,由节点h再次发送组网广播,设有k(m≤k≤n)节点收到节点h的广播,剔除掉已经获得逻辑ID的m个节点,在剩下的k-m个节点中选择一个与节点h可靠通信的终端节点为第二个人工蛛网的中心节点l,重复步骤(1),直到所有k-m个节点均获得逻辑ID。

(3)基站以节点h为中继给节点l发送指令,由节点l发送组网广播,重复步骤(1),假设第二个蛛网已经将剩下的所有n-m个节点连通,此时节点l会得到空响应,并把该响应通过节点h传回基站,至此,组网结束。形成了以节点h为中继节点的m-1边蛛网逻辑通信拓扑和以节点l为中心的n-m-1边蛛网逻辑通信拓扑,这样就建立了基站到该单相网络内所有节点的通信路由。

2.2 自动路由协议

假设某单相网络组网完成后由三个蛛网子网组成,路由协议利用这三个子网进行数据包的发送、接收。数据包格式如图4(a)所示,包括帧头、数据源地址、目的地址、子网中心节点地址、节点层数,分层标志位、节点数据及帧尾。其中,帧头、帧尾用于区分数据帧的起始和结束;数据源地址为源节点的地址标识,为基站,各子网中心节点地址;目的地址为目的节点的地址标识,本文均设置为基站地址;子网中心节点地址为各个子网的中心节点地址标识,是各周边节点发送数据的目的地址;节点层数为网络内组成的子网个数,与分层标志位作比较;分层标志位用于判定节点所在子网及数据包来源,同时,防止发送到基站的数据包被反复广播,提高数据处理效率。数据传输流程图如图4(b)所示。数据传输开始,设置所有节点的初始化节点层数为3,分层标志位为0,基站地址为0。数据传输开始,基站广播分层标志位为0的数据包,只有子网1内的节点收到数据包,判断数据源地址是否等于基站地址,如果是基站地址,则创建新的数据包,包括选取中心节点地址,数据源地址设置为该子网的中心节点地址,目的地址设为基站地址,分层标志位设置为1,节点层数与分层标志位相等,添加节点数据。子网1的周边节点将数据包发给中心节点,中心节点处理完所有数据包后,将其发送至基站节点。基站收到来自子网1的数据包后,进行记录。然后,子网1的中心节点广播请求数据包,这个数据包会被子网1内的周边节点、子网2的所有节点收到。子网1内的节点收到数据包后,判断数据包节点层数与分层标志位是否相等,相等则结束传输。子网2的节点收到子网1的中心节点广播数据包后,首先判断数据源地址是否为基站地址,如果不是,再判断节点层数大于分层标志位,子网2内的所有节点创建新的数据包,与子网1创建数据包过程一致,数据包的节点层数与分层标志位相等,设置为2。子网2的中心节点处理完周边节点数据后将其发送至子网1的中心节点,子网1的中心节点比较本节点数据包的节点层数小于收到数据包的分层标志位,则将该数据包发送至基站,至此完成子网2的数据与基站之间的通信。然后,子网2的中心节点广播请求数据包,被子网1,子网3的节点收到,子网1的周边节点收到该广播数据包,结束程序,中心节点收到该数据包将其发送至基站。子网3的节点判断收到数据包的节点层数大于分层标志位,创建数据包。节点层数与分层标志位相等,设置为3。子网3的中心节点处理来自周边节点的数据后,以子网2,子网1的中心节点为中继节点,将数据发送到基站,至此完成所有节点与基站的通信。子网1到子网3的网络内数据采集以及数据广播是依次进行的,例如,子网1数据采集完成后,将数据发给基站,中心节点h向子网2的中心节点发送广播,子网2开始数据采集与发送,依次类推。同一时间段内,只有一个子网占用信道,进行数据采集与传输,在一定意义上减少了节点数量。

利用三层网络进行数据包的产生,发送过程如图5所示。在每一层子网中都创建新数据包,其中源地址设置为其所在子网的上一层子网的中心节点/基站地址,目的地址均为基站地址,子网的中心节点把数据发送到上一级子网的中心节点/基站,同时对下一层网络进行数据广播。这种将大型网络分割成若干小型子网的数据传输方式在理论上有利于降低总线型信道的数据冲突率,提高信道的利用率和系统的效率。

2.3 终端节点建模

在本文中,不考虑用户终端节点的物理故障造成的通信失败。假设在信道环境良好的情况下,每个用户终端均工作良好,只有信道环境的改变,造成用户终端节点的工作状态的改变。因此,可以应用两状态马尔科夫模型来表征由于信道环境改变造成的用户终端节点通信状态的变化情况[21],仿真观察故障节点对系统的影响。如图6所示,“良好”“故障”表示用户终端节点的两种工作状态。“良好”代表终端节点可以与其所在子网的中心节点直接通信,“故障”代表终端节点不能与其所在的子网中心节点通信。本文假设,在一个数据采集周期内,节点的工作状态是不变的。在一个采集周期结束后,由于信道状况的改变,“良好”“故障”两种状态才发生改变。Pg和Pb分别定义为节点在一定信道状况下处于“良好”和“故障”状态的概率,Pgg和Pgb分别定义为一个数据收集周期后,“良好”状态的节点仍处于“良好”状态或是变成“故障”状态的概率,Pbb和Pbg也是类似的定义。式(12)~式(15)为状态变换的数学表达式。

3 仿真与试验研究

3.1 仿真环境

本文根据实际低压配电网的配电环境,在半径50 m范围内分布14个用户终端和一个基站节点,以PC机为仿真硬件平台,以Opnet14.5为编译和仿真环境。在不考虑数据处理延时的情况下,具有2个子网的网络结构就可以表示路由协议的有效性。假设在仿真时间内所有节点组成的两个6边形蛛网结构不发生改变,并依据式(11)确定每个子网的中心节点。由于中心节点到每个周边节点的“距离”都为1,则此处的中心节点为与各个周边节点通信流量最大的节点。图7所示为组网完成后的网络拓扑,subnet_0代表基站节点,subnet_1_0和subnet_2_0为各自子网的中心节点,其他节点为终端节点,信道传输速率为1 000 bps,每个数据包大小为24 bits。对采用新的蛛网路由协议后的信道数据冲突率,吞吐量,信道利用率等参数与采用CSMA协议下的相关参数进行仿真对比分析。本文设定一个数据采集周期为600 s,所有的仿真时间设定为3 000 s,即5个数据采集周期。

3.2 试验结果分析

从马尔科夫模型两状态表达式(12)~式(15),可以明显看出在Pg,Pb,Pgg,Pgb,Pbb,Pbg六个变量中,只有Pg和Pgb为独立变量,其他参数均可由这两个参数来表达。因此,分析这两个变量来观察新型重路由算法的时间特性和工作效率。由式(15)可知Pgb=(Pb Pg)·Pbg,由于0

图9所示为gP=0.9情况下的信道状态仿真结果。图9(a)为两种协议的吞吐量仿真结果,图9(b)为与之相对应的链路利用率的仿真结果。从仿真结果中可以得出,CSMA协议下的信道数据冲突率比较高,信道吞吐量及利用率均比较低,相同条件下,CWRP协议由于数据冲突率很低,信道的吞吐量与利用率均有大幅提高,这对电力线通信的上层应用,保证服务质量是非常重要的。

4 结论

(1)本文从提高低压配电网通信可靠性角度出发,提出了基于人工蛛网的电力线通信组网拓扑,并建立了相应的蛛网数学模型,为以后针对蛛网模型的相关研究提供理论基础。

(2)建立基于蛛网的组网结构,针对该结构,首次提出中心节点选取算法,详细叙述组网过程,建立新的自动路由协议,理论分析表明该路由协议在降低数据冲突率,提高信道吞吐量,信道利用率方面有很大优势。以两状态马尔科夫模型表征通信节点,具有代表性。

(3)与CSMA协议在数据冲突率,信道吞吐量,利用率方面进行仿真对比结果显示,新的CWRP协议在以上方面表现均大幅度优于CSMA协议,证明了理论分析的正确性,以及CWRP协议的优越性,在提高通信可靠性方面具有一定的意义。

摘要：针对低压电力线载波通信可靠性低的问题,提出了人工蛛网通信网络模型,并建立了相应的数学模型。将三相配电网的MAC层转化成由多个人工蛛网组成的逻辑拓扑。详细叙述了组网过程,提出了中心节点选取算法,制定了自动路由协议。以两状态马尔科夫模型表征用户终端的工作状态,模拟实际中由于信道变化产生的终端节点通信失效。针对数据冲突率、通信流量、链路利用率等方面进行建模仿真对比实验,仿真结果表明新的组网方式及路由协议在提高电力线载波通信可靠性方面具有较大优势。

关键词：电力线通信,蛛网模型,组网算法,路由协议,可靠性

基于电力线组网策略 篇2

关键词：电力线网络,电视机,组网方法

1. 简介

随着国家对三网融合的逐步推进以及带网络功能数字电视的出现,电视机接入网络将越来越方便,电视机提供的网络数据功能、音视频功能也越来越强大。人们不仅仅可以用电视机来看普通的高清电视节目,也可以通过网络交互的方式点播,甚至浏览网页、音视频聊天等。而电视机如何更方便、快捷地接入网络,也越来越受到人们的关注。本文旨在探讨一种更快捷的电视机宽带接入技术,一种利用电力线以及x DSL来组建家庭网络并接入宽带网络的技术。

2. 背景技术

x DSL(Digital Subscriber Line,数字用户线),是基于普通电话线的宽带接入技术,它在同一对铜线上分别传送数据和语音信号,数据信号无须通过电话交换设备,即可实现以太网网络接入。x DSL接入方式由于带宽较大(典型的下行速率在1~9Mbit/s,最高可达155Mbit/s),已经成为当前宽带接入的主流技术。但是这种接入方式需要利用电话接口接入,在移动性上受到很大限制。特别是对于老式装修的家庭用户,在装修的时候并没有对家庭网络进行布线,在使用x DSL接入各种网络访问设备(如家用电脑、流媒体电视等)时就受到了限制,影响了家居的整体美观。

IPTV(Internet Protocol Television,网络电视),顾名思义,就是IP+TV,是指基于IP协议的电视广播服务,是一种新型的宽带接入式电视机或个人计算机终端,向家庭用户提供包括数字电视、视频服务、信息服务、休闲互动等网络服务。它是通讯行业与广播电视、传媒等行业融合交互的产物。随着数字电视以及FHD(Full High Definition,全高清)时代的来临,人们对利用电视作为家庭娱乐和信息中心的需求越来越高,如视频点播、高清网络会议、高清音视频的获取等,IPTV就在这种环境下应运而生了。但是当前的电视机接入网络方式都是使用RJ-45的网卡接口,需要外置调制解调装置(如x DSL适配器等)接入网络。对于已有装修中没有将该调制解调装置进行暗盒安装的用户,使用这种接入方式,势必大大影响家居整体美观。

PLC(Power Line Communication,电力线通讯技术),是一种新型的电力载波技术,指的是利用当前四通八达的低压电力线来高速传输网络数据以及语音和视频信号的一种通讯方式。电力线在现代人的生活中,无处不在,用户仅需将以太网适配器插入任意电源插座即可完成网络接入。目前,电力线通讯解决方案的数据传输速率最高已经达到了200Mbit/s。综观这种电力载波技术的特点:不用布线、适用范围广和连接方便。但是,使用当前的电力线以太网接入方式具有以下缺点:

(1)利用电力线直接接入以太网的技术,在大部分国家目前尚在小地区试行阶段,真正大面积推广使用还需要较长的时间。

(2)当前的电力线以太网适配器的网络接口大部分均是一端使用交流电源插头输入,另一端使用RJ-45的网卡接口接入用户终端。而家庭的大部分终端设备,除了个人电脑以及其它少部分网络设备外,都不具有RJ-45接口。

(3)随着网络功能的加入,电视机作为家庭娱乐中心的地位正在进一步巩固。如果使用现有的电力线接入方式接入以太网,势必要在电视机的旁边再放置一个电力线以太网适配器和一堆的连接线,大大影响了家居环境的整体美观。

随着三网融合的推进,以及以后可能出现的与电力网的融合,电力线将会承托着电力供应、通讯、数据、语音等各种服务。本文就旨在探讨当前电视机作为家庭的娱乐中心时,在以太网接入方式上连接距离、数据接口、支持设备数量、家居整体美观度等的限制,提供一款内置电力调制解调装置的电视机并介绍这款电视机利用电力线组建家庭局域网以接入以太网的方法。

3. 技术方案

本文所探讨的方法采用的技术方案是:构造一种利用内置电力调制解调模块的电视机和电力线来组建家庭娱乐中心的网络系统。包括电视机内部电力网络信号处理系统、家庭局域网连接系统和以太网连接系统。电视机内部电力网络信号处理系统包括了内部电源模块、电力线耦合器及电力调制解调模块、微处理器、信息数据存储器、图像信号处理器、声音信号处理器、扬声器、显示屏。

电视机内部电源模块,用来给各个内部模块进行直流供电。

电视机内部电力线耦合器及电力调制解调模块,用于电视机与家庭局域网连接系统通过电力线进行通讯。

电视机内部微处理器,用来协调电视系统工作,识别和处理输入的网络数据或者其它数据,并输出相应的处理信号至信息数据存储器、图像信号处理器、声音信号处理器和对电力调制解调模块进行应答、通讯。

电视机内部信息数据存储器,用来存储微处理器处理的系统数据。

电视机内部图像信号处理器,用来处理输入的图像信号,并将处理后的图像输送给显示屏,提供给用户直观的视频信息。

电视机内部声音信号处理器,用来处理输入的声音信号,并将处理后的声音输出到扬声器。

电视机内部显示屏,显示图象信号处理器处理后的电视机各个端口所输入的图像信息。

家庭局域网连接系统,主要包括电力调制解调器,用来组建家庭局域网系统,是家庭局域网内各个终端设备之间连接的桥梁。

以太网连接系统,主要包括x DSL调制解调器,用于向以太网发送与接收数据,是家庭局域网系统与以太网之间连接的桥梁。

4. 方案实施

本技术方案的实施,如图1所示,电视机内部内置了电力线耦合器以及电力调制解调模块。该调制解调模块与电视机的交流电源线连接在一起,使电视机的外观与当前电视外观无异。当电视机插入到家庭的交流电源中时,电力调制解调模块即启动DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机分配协议),自动为电视机分配一个本地网络的网络地址,完成交互后,电视机即成功地与以太网完成了连接。用户也可以通过电视机人性化的操作界面,手动选择局域网连接并手动设定局域网的本机地址来连接本地局域网。成功连接后,用户即可使用电视机浏览网页、点播高清视频、甚至进行网络高清视频会议。当电视机关机断电后,本地连接自动断开。用户可以使用处于同一电表下的任意一个电源插座来连接局域网络,可多台电视机同时连接,也可同时连接个人电脑和电视机,实现电视与电视之间、电视与个人电脑之间、电视与以太网之间的资源共享。

在没有电力网宽带覆盖的地区,可以采用图2的接入方法。图2是基于当前广泛使用的x DSL的家庭局域网与以太网的连接关系示意图。x DSL调制解调器与电力调制解调器可安放在房子的任意一个有电话接口的位置。x DSL调制解调器接上电源,接通电话接口并与电力调制解调器连接。电力调制解调器上电后自动与发出连接请求至x DSL调制解调器,x DSL调制解调器再向电信的服务器端发送连接请求并验证用户名、密码,验证成功后电力调制解调器就完成了本地局域网与以太网的连接。如果已经有电力网宽带覆盖的地区,可以选择使用图3所示的更简单更方便的连接方式。

图3是基于电力网宽带的局域网与以太网连接系统。这种组网方式需要当前位置已经有电力网宽带覆盖并且已经向有关部门申请了电力宽带服务。如图所示,整个连接系统只需要使用一个电力调制解调器。比图2的连接方式更方便的是,该电力调制解调器只需放置在房子的任意一个有交流插座的位置即可。电力调制解调器上电后自动向电力宽带提供商的服务器发出连接请求,完成验证后即同时完成了本地局域网与以太网的连接。这是一种兼容方式,当电力宽带普及至该地区,并在性价比上比x DSL接入方式有一定优势时选用。

5. 总结

本文旨在提供一款内置电力调制解调装置的电视机并探讨这款电视机利用电力线组建家庭局域网以接入以太网的方法。主要介绍了两种接入方法,一种是基于当前广泛使用的x DSL的家庭局域网与以太网的连接,另一种是基于电力网宽带的局域网与以太网的连接。这两种方法所采用的技术方案都仅需在电视机的内部设计上进行一些改进,即可利用家庭的任意一个电源插头接入网络,而且不受现有技术在连接距离、数据接口、支持设备数量的限制。最大的效果在于,因为家庭局域网连接系统以及以太网连接系统可以放置在卧室或者其它任意一个带电话接口的位置并隐藏起来,不需要更改家居的装修,使客厅始终整齐美观。而且,现在的家庭都逐渐拥有了多台电视机,用户仅需将电视机摆放在自己喜欢的位置,并将电源线插入电源插座,即可享受高清的网络音视频服务、点播服务、网页浏览、信息服务等,甚至还可以使用电视机来做视频会议的终端,以及进行电视机与电视机之间的联网游戏等,使电视机成为一个真正意义上的家庭娱乐中心。

参考文献

[1]宋永华,肖颖等.电力线载波技术重大突破——数字配电线载波技术及其应用[J].电网技术,1999,23(2):72-76.

基于电力线组网策略 篇3

高速、安全、灵活的电力通信网是建设智能电网的重要基础, 也是实现智能电网的重要前提。坚强智能电网的建设不仅要求通信网具有强大的承载能力和坚强网架, 还需要通信网络具备广泛、灵活的边缘接入能力[1]。智能电网的“数字化、信息化、自动化、互动化”特征使得电力通信网业务逐渐由传统的时分复用 (Time Division Multiplexing, TDM) 业务向数据分组业务发展。传统的多业务传送平台 (Multi-Service Transfer Platform, MSTP) 网络架构无法构筑一个面向数据分组业务的、可靠的、具有端到端动态业务调度功能的传送网络, 无法满足IP等数据业务的传送需求和提供运营级以太网业务的性能需求。

随着智能电网的快速发展, 基于分组业务的大数据时代已经来临, 建设可靠、安全、经济、高效的数据通信传送网是目前电力通信网的必然趋势。

1 电力通信网现状及发展

电力骨干通信网由I、II、III、IV级通信网络构成[2]。I、II级网络专注于较大区域和范围较广的通信信息的集中交互, III级通信网负责省内通信信息的集中交互, IV级通信网络为地市电力公司至所辖直管直供的县区电力公司、地市电力公司直调发电厂以及变电站通信信息的集中交互。目前, IV级通信网核心层已延伸至35 k V变电站。

电力配用电通信网是以地市电力公司骨干通信网的变电站 (35 k V及以上) 为通信接入点, 已覆盖至10 k V配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、公用配电变压器、线路以及网内专变变压器、工商业及居民用户表计、智能交互终端、电动汽车充电站和分布式能源站点等相关设备。随着智能电网配用电业务的不断发展, 10 k V通信接入网业务正在迅速增长。

1.1 现有电力通信核心网业务分析

现有电力通信核心网业务从承载方式可分为TDM业务和数据分组业务2类:TDM业务包括电网专有业务, 如线路继电保护业务、电网安全稳定控制业务, 以及由PCM承载的自动化专线信号、调度电话等;数据分组业务包含由调度数据网承载的电网调度生产业务、综合业务网承载的管理信息化业务以及由辅助交换设备承载的智能辅助系统业务。随着基于会话发起协议 (Session Initiation Protocol, SIP) 的软交换、IP多媒体子系统等技术的广泛使用, 原有模拟调度电话、行政电话逐渐朝着分组化方向转变。

考虑到MSTP网络的自愈、OAM等稳定优良的性能, 目前电网专用业务以E1方式承载于SDH网络上, 管理信息业务则主要以光纤直驱的方式组网, 部分通过IP over SDH (MSTP) 方式承载。电力通信核心网业务分析见表1所列。

1.2 现有10 k V终端通信接入网业务分析

建设广泛、灵活的通信接入网是坚强智能电网配用电环节的重要组成部分。10 k V通信接入网主要业务包括配电自动化、用电信息采集、电力光纤到户、电动汽车充电站及分布式电源等配用电业务。现有10 k V终端通信接入网业务分析见表2所列。10 k V通信接入网主要是依托IV级通信网的骨干网和10 k V配电网线路 (杆线、电缆通道) 资源, 采用以电力光纤通信[3]为主的EPON/GPON的无源光网络 (Passive Optical Network, PON) 技术, 中低压电力线载波PLC、无线专网 (Wi MAX、Mc Wi LL) 为辅, 以及无线公网 (GPRS/WCDMA/LTE) 等技术的10 k V终端通信接入网。10 k V终端通信接入网的业务多元化, 协议各不相同, 但可以统一使用IP协议进行数据传送, 目前主要采用IP/Ethernet over SDH方式传送。10 k V终端通信接入网如图1所示。

1.3 现有传送网存在问题及发展趋势

当前, 电力通信核心网业务及新型的10 k V终端通信接入网业务均朝着分组数据业务方向发展。现有电力通信传送网是以MSTP技术为主的传统刚性传送网, 它利用单板的IP化来保障以TDM业务为主、以太网业务为辅的业务传送。无论是TDM颗粒还是虚级联组 (Virtual Concatenation Group, VCG) 管道, 基本都是独享方式的硬管道。目前以太网技术是无连接的, MSTP对Ethernet业务不能提供良好的服务质量 (Quality of Service, Qo S) 支持, 只能提供有限的服务等级 (Class of Service, Co S) 能力。同SDH的50 ms自愈时间相比, 以太网的故障恢复时间长, 且不能提供端到端的流量控制。

为了更好地支持IP化的业务环境, 电力通信传输设备由传统的SDH设备升级为加强支撑数据业务的多业务平台MSTP。MSTP的基本思路是将不同的业务, 通过通用成帧规程 (Generic Framing Procedure, GFP) 、虚级联 (Virtual Concatenation, VCAT) 和链路容量调整方案 (Link Capacity Adjustment Schemes, LCAS) 3种方式分别映射进SDH时隙, 构成具有业务及传送一体化的网络节点。

为了更好地支持IP类分组业务, 弹性分组环 (Resilient Packet Ring, RPR) 技术被应用于MSTP[4]。MSTP内嵌RPR功能后, 所有业务在环路内根据RPR MAC地址进行快速交换, 优化了对以太网业务的传送性能, 可提供50 ms的保护倒换支持, 但由于RPR是MAC层协议, 其保护局限在环内, 不支持跨环业务的保护, 组网方式不够灵活, 无法兼顾传输效率和传输质量。

无论是基于SDH的MSTP传送网, 还是内嵌RPR的MSTP传送网, 都无法构筑一个面向数据业务的、可靠的、具有端到端动态业务调度功能的传送网络, 不能很好地满足分组业务的传送需求。

下一代网络在业务层面的主要趋势是融合和开放。随着电力通信网所承载业务分组化趋势, 传统意义的模拟与数字业务之间的界限逐渐模糊, 随着智能电网带来的多种业务在IP等分组协议上融合, 传送网将继续承担其可靠高效的传送使命, 电力通信正迎接以IP等分组技术为基础的下一代网络革新。

2 PTN的技术特点

基于MPLS-TP的分组传送网 (Packet Transport Network, PTN) 技术融合了传统SDH/MSTP安全性与IP网络高带宽的双重优势。PTN采用了数据设备基本的包转发原理, 从设备系统架构看, 是一种基于包的交换架构, 通过PWE3仿真技术, 在统一的包交换的系统架构上, 可以完成Ethernet、TDM、ATM多种业务的统一承载。PTN具有适合各种粗细颗粒业务端到端的组网能力, 提供了更加适合于分组业务的“柔性”传送管道。

PTN的光传送网络架构是在IP分组等数据业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面, 以分组业务为核心并支持多业务提供。PTN可分为信道层、通道层和传输媒质层, 可通过GFP-F/GFP-T协议架构在光传送网 (Optical Transport Network, OTN) 、SDH和PDH等物理媒介上。PTN较常用的服务层可以是以太网 (802.3) , 也可以是SDH/OTN/WDM。PTN分层结构如图2所示。

PTN可分为传送平面、管理平面和控制平面等。PTN通过网络管理平面和智能控制面的建立提供端到端的通道保护以及群路线路保护和节点保护, 同时可满足50 ms的保护倒换时间。PTN最内层的电路层所承载的业务包括ATM、FR、IP/MPLS、Ethernet和TDM, 外层的通道层可以提供伪线和隧道等传送管道类业务, 因而PTN具有多种业务接入能力。PTN的控制平面是以ASON/GMPLS作为控制协议, 可以统一调度和协调底层资源, 如SDH VCG/OTH ODU或子波长。

因此PTN设备可以依据传送网现状进行灵活组网, 既可以与MSTP设备共同组成省内接入层和汇聚层, 也可以和OTN设备共同组成省内骨干层, 同时较有利于通信网络的平滑过渡。

3 PTN组网设计和建设策略

3.1 PTN组网设计

PTN技术在网络结构上分为核心层、汇聚层及接入层[5]。以地区IV级网络为例, 核心层节点可包括中心站及220 k V变电站, 负责提供核心节点间的局间中继, 采用带宽为10 GE的环路结构, 两环之间采用双节点互联, 实现单节点故障时的业务保护, 以提高网络的可靠性, 核心层节点数一般为2~6个。

汇聚层由汇聚节点及核心节点组成, 汇聚节点包括110/220 k V变电站, 负责一定区域内业务的汇聚和疏导。汇聚层应具有较大容量的多业务汇聚和传送能力, 一般采用环形结构, 组建PTN 10 GE环网。每个汇聚环应尽量经过2个核心节点, 确保网络可靠性, 汇聚层节点数量宜在4~8个。

接入层由接入节点及汇聚节点组成, 接入节点包括35/110 k V变电站, 负责10 k V配电通信网的接入。宜采用环形结构, 接入环节点数一般不超过10个, 根据实施情况可采用双节点或单节点上连方式, 推荐采用双节点方式。一般环网带宽为GE, 业务量较大的区域环网带宽可为PTN 10 GE环路。PTN网络组网示意如图3所示。

3.2 PTN建设策略

地市IV级网络现主要为MSTP网络, 节点主要为中心站、35/110/220 k V变电站, 承载业务主要为电网生产调度业务及管理信息业务。在现有IV级通信网络的基础上, PTN组网方式有PTN与MSTP混合组网、PTN与MSTP独立组网2种方案。

3.2.1 混合组网方式

依托现有MSTP网络, 随10 k V通信接入网展开组网建设, 由有IP等数据业务需求的接入站点 (35/110 k V变电站) 开始逐步向全PTN组环演进, 混合组网的4个阶段如图4所示。

1) 阶段1:随10 k V通信接入网展开建设, 通过配电自动化、用电信息采集、分布式能源等项目, 利用EPON/GPON等方式, 在接入节点 (35/110 k V变电站) 进行PTN站点建设。PTN设备的引入主要集中在接入层, 与已有MSTP设备混合组网, 提供E1、FE接口, 该阶段汇聚层仍采用MSTP组网方式。

2) 阶段2:随着10 k V通信接入网的快速推进, 接入层在局部会形成PTN的GE环。在接入层中, SDH需配置为E1模式, PTN需配置为FE模式, 下挂接入层的汇聚层节点 (如节点E、F) 需配置为汇聚型设备。但汇聚层仍然以MSTP方式组网, 即汇聚节点的PTN设备按照MSTP方式配置, 接入层GE环的FE业务接至汇聚节点E、F处, 通过该节点业务板转成E1制式后通过汇聚层传送。此阶段MSTP与PTN的业务电路在SDH/PTN通过PTN的GE/10 GE接口板进行业务对接, 对接接口处终结 (落地) , 在光纤配线架/数字配线架上实现网络融合。

3) 阶段3:随着分组业务的迅猛增长, 接入层大部分站点将具备构建GE环的条件。汇聚层部分PTN节点可采用独立组网的模式, 如B、E、F节点PTN设备可单独构建GE/10 GE环, 与原有MSTP环汇聚层在资源上实现共享, 满足TDM、IP等分组数据业务的同时接入和分离承载。而在汇聚层仍实施混合组网, 在此阶段MSTP与PTN的业务电路通过PTN的GE/10 GE群路侧进行业务对接。即在SDH/PTN网络对接接口处不终结 (不落地) , 以直通的方式实现网络融合。由于采用GE/10 GE群路侧对接, 会对MSTP刚性带宽网络资源占用相对较大。MSTP在承载分组业务时, 是将PTN分组通过GFP协议架构在MSTP物理媒介上。MSTP网络终端的PTN设备将分组解封装后, 重组各种业务。MSTP网络作为PTN的底层网络, 配置相应的时隙, 对PTN业务透明传输。

4) 阶段4:全网业务实现分组化, 在汇聚层和接入层形成全PTN设备构建的PTN网络。

总体上, 混合组网有利于MSTP网络向全PTN的平滑演进, 允许不同阶段、不同设备、不同类型环路共存, 投资分布进行, 风险较小。但在初期混合组网中, PTN设备必须兼顾SDH功能, 导致网络面向IP等数据业务的传送能力被限制并弱化, 无法发挥PTN内核IP化的优势, 且后期涉及大量的业务割接, 网络维护压力很大。

3.2.2 独立组网

新建PTN第二平面和MSTP长期共存, 单独规划, 共同维护。采用独立组网方式, MSTP和PTN 2个平面可采用不同的网络拓扑结构, 可以适应不同的业务流向, 简化业务调度。不同的网络拓扑结构还可以进一步提高安全性。

电力专有TDM业务如继电保护、安全稳定控制、四线远动 (备用远动通道) 等业务仍在MSTP平面传送, 充分发挥MSTP网络TDM业务承载能力强的优势。考虑到现阶段PTN的时延问题, 调度数据网业务在建设初期仍在MSTP平面传送。分组数据业务 (如视频会议、软交换、综合业务网、管理信息等) 及10 k V配电通信网业务可通过FE/GE口上联的数据业务, 逐步过渡到PTN网络, 接入到PTN平面中传送。随着PTN技术在电力系统中的应用不断成熟, 考虑到MSTP的生命周期, 可将调度数据网等电力生产调度业务由PTN网络承载, 即由PTN网络完全替代现有的MSTP网络。

独立组网网络结构清晰, 易于管理和维护, 2个平面采用不同的网络拓扑结构, 可以进一步提高网络安全性和可靠性。但独立组网一次性投资较大, 对光缆资源及屏位有一定要求, 在接入层单点业务量不大时容易造成资源闲置。

3.2.3 方案选择

从业务的安全可靠性出发, PTN组网应尽量选择独立组网。在利用MSTP对TDM业务传送优势的同时, 确保传统电网专用业务的可靠性和传送质量, 新型的分组业务尽可能利用PTN网络传送, 实现传送网双平面建设, 提高网络可靠性。同时有利于缓解现有MSTP网络的带宽紧张。在一次性投资充裕时, 地市 (城域) 传送网核心及汇聚层应优先组建PTN网络。

4 结语

传送网的目标是以最低的成本实现各种类型业务的可靠和高效传送。在电力传送网分组化演进的过程中, 从MSTP到带RPR功能的MSTP都无法满足分组数据业务的端到端动态调度功能。基于MPLS-TP的PTN技术融合了传统SDH/MSTP安全性与IP网络高带宽的双重优势, 采用MSTP和PTN双平面组网方式有利于进一步提高IV级通信网的安全可靠性, 有效缓解MSTP网络的带宽紧张, 逐渐将分组业务割接到PTN网络。PTN网络的建设可以推动IV级通信网络向统一、融合的扁平化网络演进, 是组建下一代传送网的最优选择。

参考文献

[1]曹惠彬.国家电网公司“十二五”通信网规划综述[J].电力系统通信, 2011, 32 (5) :1–3.CAO Hui-bin.The summary of"12th Five-Year"telecommunication network plan of SGCC[J].Telecommunications for Electric Power System, 2011, 32 (5) :1–3.

[2]王兆佩.通信新技术在山东电网“十二五”规划中的应用[J].电力系统通信, 2011, 32 (5) :41–44.WANG Zhao-pei.The application of new telecommunication technologies in the"12th Five-Year Plan"of Shandong power grid[J].Telecommunications for Electric Power System, 2011, 32 (5) :41–44.

[3]汤寿山, 关康灵, 杜明军.湖北电力光纤网络建设[J].电力系统通信, 2012, 33 (7) :16–17.TANG Shou-shan, GUAN Kang-ling, DU Ming-jun.Construction of optic fiber communication network in Hubei power grid[J].Telecommunication for Electric Power System, 2012 (7) :16–17.

[4]王兆佩, 张勇.RPR over SDH技术在组建广域网中的应用[J].电力系统通信, 2007, 28 (3) :9–12.WANG Zhao-pei, ZHANG Yong.Application of RPR over SDH in constructing[J].Telecommunication for Electric Power System, 2007, 28 (3) :9–12.

基于电力线组网策略 篇4

近年来, 随着城市建设的快速发展, 道路照明设施的规模越来越大, 这对照明质量和路灯节能提出了更高的要求。现有路灯系统存在着严重的资源浪费现象, 需要进行优化[1]。电力载波技术近年来不断发展和成熟, 已经广泛应用于城市照明系统、智能大楼控制系统和远程抄表等众多领域[2,3]。电力载波技术具有易施工、易维护、不受安装环境限制等优点, 但低压电力线上通常存在强干扰且负载变化频繁, 导致电力线载波通信在应用上受到一定的限制[4,5]。路灯系统所用的电力线为专线, 其负载单一, 线路干扰较小, 采用电力载波的通信方式具有可行性。本文主要介绍利用电力载波通信技术对路灯进行远程监控。

1 系统总体结构

路灯远程监控系统的网络是由操作台PC集中控制系统和分别安装在各个路灯的节点控制系统组成。集中控制系统由载波集中器和PC组成, 可以安置在路灯的控制室内, 负责发送、收集和分析各节点的数据。

节点控制系统由载波终端和单灯控制器组成。载波终端接收来自集中器的命令, 控制路灯信息, 并将该信息发送给单灯控制器以及接收路灯状态信息并上报该信息;单灯控制器接收载波终端的控制命令并执行, 同时发送路灯状态信息给载波终端。载波集中器和载波终端可以通过上位机控制软件显示控制信息及路灯状态。

基于电力载波方案的路灯远程监控系统架构如图1所示。每个集中控制器控制两条线路 (道路两侧各一条) , 此两条线路就是一个控制子网, 通过电力线连接各个节点控制器, 集中控制器再通过无线 (如GPR S) 或有线 (如以太网) 方式与远程监控中心连接。集中控制器作为本地监控主机, 负责解析远程控制中心的控制命令, 监测本地路灯的运行状态, 发现异常及时上报给监控中心。每个单灯节点都有独立的编号, 在逻辑上构成一个树形网络。

2 自组网协议

自组网协议采用集中式主从控制方式, 可应用于相对封闭, 其负载数量、负载类型以及线路拓扑结构相对稳定的系统。该协议分成两个基本工作阶段, 即网络初始化配置阶段和端到端数据传输阶段。

2.1 网络初始化阶段

网络初始化配置阶段在硬件安装完成后进行, 通过一种优化的路径搜索算法 (如图2所示) , 搜索网络中所有节点, 每搜到一个节点, 即存储该节点路由信息, 并把该节点的网络状态标志为“联网”, 同时路由信息也会以特定的帧格式发送给主机。整个搜索过程在遍历过网络中所有节点后结束, 如果在此过程中由于某种原因未找到某个节点, 该节点状态保持为“断网”, 可在查找原因后用人工添加的方法把该节点加入网络。

2.2 端到端数据传输阶段

网络初始化完成后, 路由已经建立, 便进入端到端数据传输阶段。此阶段PC可以点名方式把控制命令发送给单灯控制器, 后者也可把报警信息上报给PC。载波集中器与载波终端之间进行的是无确认的传输, 控制命令的确认由PC层面完成。

在理论上载波路灯监控系统中, PC每发送一条Command给单灯控制器, 后者返回一条Response给PC, Response中会带回控制与查询结果。Command与Response各有3次重传机会 (可更改) , 即在规定时间内未接收到返回命令即重发该命令。控制命令包根据应用不同其数据长度不同, 而载波是采用固定长度的突发数据帧方式, 必然存在一条控制命令包被分成多个载波数据帧的情况 (称为多个分包) , 在自组网协议中, 对每个分包会进行编号, 并进行无确认的传输, 如果有分包丢失或误码, 则所有分包全部丢弃, 由PC继续对数据包重传。单灯控制器的主动报警也属于数据传输。当在控制过程中有节点报警, 或者多个节点同时报警, 信道上必然出现载波冲突, 此时通过载波侦听-冲突退避 (CSMA/CA) 机制进行避让, 实现各个节点按序上报, 自组网协议采用CSMA算法, 采用标准的二进制指数退避。

由于路灯远程控制系统传输信号较为简单, 可采用单包形式 (如图3所示) 。下面给出单包情况下PC与单灯控制器之间的数据传输过程, 假设应用层协议设计为PC每下发一条command message, 单灯控制器即返回一条response message。

3 系统软件设计

3.1 软件系统框架设计

本系统由上位机软件系统、集中控制系统与节点控制系统 (包括载波终端和单灯控制) 构成, 其中以上位机软件系统为核心。多个节点控制器通过电力线与上位机系统进行数据间交互传输。发送的每个数据均为十六进制代码, 每次发送与接收都需要软件自行分析与编译。在每条语句的最后, 都要加上两个8位CRC校验码, 将低位放在前面, 高位放在后面。CRC校验码的计算由Modbus的定义编写C子函数和VB子函数, 每次需要进行CRC校验或计算的时候, 直接调用子函数, 非常方便。每次发送数据前都要重新进行CRC校验, 以保证每次数据的正确性。各个分机都会接收来自电力线上所有的载波信号, 但只会处理跟自己域名相同的命令。载波集中器会接收电力线上所有的载波信号, 经过CRC校验后, 直接发送给上位机软件系统, 由上位机对各个节点控制器的状态信息进行综合分析, 处理和显示等工作。工作原理如图4所示。

3.2 上位机设计

集中控制器的上位机软件既要完成网络初始化配置, 以树状图显示网络拓扑结构和人工修改路由配置或添加新节点的功能, 同时可发送命令控制节点, 并接受节点反馈信息做出相应的响应。

上位机主界面分成上下两个功能区 (如图5所示) , 上部分为操作区, 包括串口配置 (COM Config) , 网络初始化 (Networking I n i t i a l i z i n g) , 数据传输压力测试 (Polling Test) , 人工添加节点 (Add Node) , 报警及关控制 (Alarm, All Light) 。下部分为显示区, 包括主显示区, 串口发送与接收数据显示, 网络拓扑图显示 (Network Topology) , 自定义控制命令区。

4 硬件设计

4.1 电力载波模块

该模块主要利用高性能SENS-0 1电力载波通信模块 (Power lin e Transceiver) 来进行信息间传输, S E N S-0 1嵌入式电力线载波模块提供半双工通信功能, 可以在220V/110V, 50/60Hz电力线上实现局域通信。该款产品具有通信速率高, 通讯可靠, 抗杂波干扰能力强, 通讯距离远等特点, 是专门为适应中国国内电力线应用环境而研发的高性能电力线载波通讯产品。本电力线通信模块内含各个外围复杂电路, 只需连接电力线即可。

4.2 单灯控制器

单灯控制器 (如图6所示) 是路灯控制系统中的一个组成部分, 其核心芯片SH79F642采用自主研发的硬件和软件设计, 使其具有易实施, 免布线, 工作可靠, 易于维护等优点。

单灯控制器是以8位微控制器为核心的智能型路灯控制器, 微处理器处理整个单灯控制器的数据, 并接受载波终端发出的工作指令, 执行开灯, 关灯, 调光, 过载保护, 信号上传, 自动报警等任务。内部负责开关的是一只磁继电器;内含有光敏电路, 通过光强度调节PWM来控制路灯的亮度;内部负责电压/电流数据采集的专用集成电路能够实时提供路灯工作情况;过载设计是用来保护单灯控制器, 一旦电流超过规定的阈值, 微控制器就会切断继电器;可将采集到的电压、电流、光强度、报警等信号由串口反馈给载波终端, 同时这些信号可通过液晶显示达到实时监控的目的。

5 试验

根据上述设计, 我们在一条道路上安装了一个集中控制器与20个节点控制器 (20个节点为测试节点, 可根据实际需求增加节点数量) , 每一个分机控制器皆相差50米左右。系统设计通信成功率为95%以上, 在实际电网中测量了一周, 通过上位机与每一个节点通信来测验成功率。在测试过程中, 电压、电流以及开关功能均正常工作。由表1的数据可知, 平均的通信成功率为96%以上, 且每次通信时间都少于3秒, 符合设计要求。

目前系统处于测试阶段, 由于硬件设备的原因, 通信成功率还不能达到100%, 因此本系统还需进一步完善。

6 结束语

本文根据实际需求, 设计出了一套基于电力载波通讯自组网的路灯远程控制系统。可靠的硬件设计和软件设计使系统的通信质量和通信速度均符合设计要求, 该系统利用现有的电力线作为通信通道, 成本低, 安装方便, 系统稳定、可靠, 既能满足路灯照明需求, 又能节约大量电能, 有很大的推广价值。

参考文献

[1]吴海荣, 陈青, 李云溪.基于以太网的城市路灯管理控制系统设计[J].舰船电子工程, 2011

[2]邓庆, 程明霄.基于低压电力载波技术的电路设计[J].微计算机信息, 2008, 3-2:298-299, 312

[3]向敏, 王时贺, 赵星宇.基于电力载波通信的路灯控制系统集中器的设计.自然科学版, 2013

[4]任军伟.城市绿色照明与路灯节能措施[J].中国高新技术企业, 2011 (2) :96-97