利用电力载波通讯实现物联网的信息传输的方法

2014-11-15陈让朱

电子测试 2014年16期

陈让朱

（海南电力通信自动化有限公司，海南海口，570203）

0 引言

目前全球覆盖面家最大、最为广泛的网络资源是电力网，终端主要是一些家用电器如空调、电视、电梯以及电灯等，这些终端都可以通过电力载波技术纳入到互联网，进而实现信息的通信以及控制过程，电力网非常大的优势，电力载波通讯是建立在现有电力网上的一项技术，为更好的说明利用电力载波通讯是实现物联网的信息传输，本文先介绍电力载波通讯实现物联网信息传输需要解决的问题。

1 电力载波通讯实现物联网传输需要解决的问题

物联网的含义有两种，一种是指互联网为基础构成的物体间网络，另一种含义是指信息交换和通讯延伸到任何物品和物品之间，目前物联网已被广泛应用到射频识别、全球定位系统、红外感应器以及激光扫描器等传感设备，实现对物品的智能化识别、定位以及监控和管理等。电力载波（简称PLC）是一种利用电力线进行数据传输的特殊通讯方式，由于方式比较特殊，可以满足很多的特殊要求，覆盖面是任何网络无法比拟的。

电力载波在使用时还需要解决很多的问题，首先电力线的根本目的是为了传输电能，其作为高速通信的介质作用仅仅是一个附带，因此电系系统的一般基础设备并不具备高质量数据传输服务的功能，另外用电设备本身所产生的电磁波也会对通讯产生强烈的干扰，在传输方面电力线还存在噪音大以及安全性能低的特点。

2 电力载波通讯实现物联网的信息传输的设计研究

2.1 设计原理

在前文讲到电力线道噪音大，容易受到干扰，因此要解决这些问题，需要有相应的调制技术以及一些编码技术，本文采用正交频分复用技术来解决这些问题。主要思想是将通信信道分解为若干个正交子信道，高速传输信号通过这些子信道进行传输。由于每个子信道的带宽很小，因此可以看作为平坦性衰落，进而消除掉符号之间产生的干扰。在HomePlug1.0标准中，载波频率为4.5MHz～21MHz，在这个范围内，某个频段受到干扰，只会影响子信道，因此在复杂的电力线下，能够相对保持传输信息的稳定性，PowerPacket技术室它的改进版，其格式如下图1所示。前导码为56位的“0”、“1”相间的数字序列，定界符规定为D5H，CRC循环亢余检验码为4B。

图1 PowerPacke的数据帧格式

在电力载波系统中可同时接入多个设备，为减小碰撞检验，本文选用选用有效性更强的CSMA/CA协议。为保证网络安全，采用素具加密标准家机制，是保密性更加可靠。

2.2 硬件构架

电力载波通讯原理图如下图2所示，电力线调制调节器硬件结构包括INT5500、INT1200以及接收滤波器等，其中INT5500是InTellen公司研发的高速电力线IC，遵循HomePlug1.0标准，可以提供85Mbps的数据宽带，启动时依靠FLASH软件进行读取，其接口设置分为MAC和PHY两种模式。INT1200是高速电力线模拟前端，在其内部有一个10bit的模拟数字转换器和8bit的数字模拟转换器，其频率分别是50MSPS和100MSPS，传输部位包括一个TX输入端口，在接收端则包含一个可编程增益控制器，范围在-6dB～30dB，每2dB为一步。

图2 电力载波通讯原理图

接收滤波器频率范围在4MHz和22MHz之间，部分由LC电路组成，包括低通滤波器以及轨至轨的线驱动放大器。INT5500的PLL式中倍频电路内部满足射中时钟设计要求，在电路调试过程中，需要将基本电路和滤波电路分开进行提哦啊之，另外由于设备功率比较大，因此调试时需要配置一二个小型散热器。

2.3 基于电力载波的物联网信息传输的实现

电力波通讯系统流程图如下图3所示，基于电力载波的物联网信息传输的设计机构构架主要包括网络层、感知层以及应用层。其中感知层包括了通信延伸子层和干事控制子层，在设计中，它的实现主要通过新型MEMS传感器、智能采集设备以及基于嵌入式系统的智能传感器等技术手段，作用用来采集智能电网个应用环节有关电量、环境状态以及机械状态等信息。其网络层的目的是实现信息的路由、传递以及控制等，其中还包括了接入网和核心网，由于只恩呢该电网的应用是建立在数据安全、传送可靠以及消息及时的基础上，因此它的实现主要依托电力通信网实现，若是没有这些特殊的条件，也可以通过公众电信网实现。应用层主要包括基础设施以及中间件等的应用，应用基础设施的功能主要是为物联网提供信息初一以及计算等通用服务设施，同时还具有提供资源调用功能。

由于本设计系统数以一种开放式的网络，因此在设计时需要注意它的安全性。对于逻辑网络采用两个及以上的设备共享网络加密至，实现信息的安全传输，网络密码和网络加密值设定为用户设置，其中网络加密值用MD5算法生成，形成不同逻辑网络。对于缺省加密值，本设计采用一个随机函数，生成16个字符，进而生成一个NEK，此数值用户本身不能进行更改，但是用户可以通过一些软件工具发送MAC管理信息，来更改NEK码，，其更该方法可以设定为两种。对于本地修改而言，用户在计算机上使用DM客户软件来设置NEK码，仅仅在本地计算机和店里线调制解调器之间的网线上传输，用户端连续发送两条MME信息，皆可以实现NEK码的加密。对于远端的NEK码的加密，只需要把计算机与设备相连就能通过简单的步骤实现加密。

图3 电力波通讯系统流程图

2.4 基于电力载波的物联网的应用

在基于电力载波的物联网的应用中，需要将主干网络与各个传感器如RFID电子标签识别、红外感应器以及全球定位系统联系在一起，传感器构成的网络再把信息传送到服务器中，对于空间建构比较复杂的场合，为减轻对人体的伤害，这种设计方法是最为实用的方式。如在能源管理方面，环保宣传并不能有效实现节约能源以及环境保护的目的，而传统无线传输又会遇到一些障碍物，如墙壁等，电力载波通讯就能好好的解决这些问题。由如对于家庭的一些智能控制，利用家庭现有的设备达到互联互动，为家庭安防提供保障。对于一些特殊场所，如博物馆等，由于历史长远线路比较复杂，但是单独采用线路铺设，就可能造成古迹的破坏，而电力载波通讯就能好好的解决这些问题，达到节能、减轻伤害的目的。