基于PLC技术的无线多媒体教学楼改建方案

朱洪武

(西南民族大学现代教育技术中心，四川 成都 610041)

基于PLC技术的无线多媒体教学楼改建方案

朱洪武

(西南民族大学现代教育技术中心，四川 成都 610041)

用电力线取代多媒体教室建设时需要的双绞线，进行网络信息和数据的传输.避免了常规方法所产生的破坏教室墙体和重复走线的问题，并能保证网络传输速率以及稳定性.利用电力线通信调制解调设备上的无线路由模块，还能连接多媒体教室内的无线智能设备，辅助教师授课，提高其教学质量.

电力线通信；多媒体教室；无线智能设备

随着多媒体技术的不断发展，采用多媒体课件来进行授课，已经是各大高校教师上课的主要手段.但是，全国只有部分高校全部教室均为多媒体教室，大多数高校正在新建多媒体教学楼和普通教室的多媒体化改建.此外，随着无线智能手持设备在日常生活和教学活动中的大量使用，在多媒体教学楼内配置无线网络已经成为热点.如何将黑板加粉笔的传统教学楼改建成有更高效率的无线多媒体教学楼，并且实施远程网络化管理，是很多高校目前正在进行的工作.

近年来，在欧洲、美国和日本各大科研单位和厂商的共同努力下，电力线通信这项诞生于上世纪的技术，正受到越来越多人的关注.技术人员改进通信技术、完善通信协议，不断的有新产品问世，改变和丰富了人们的生活，提升了人们的生活品质.充分利用电力线通信技术的优势，笔者提出了一个将普通教学楼改建成无线多媒体教学楼的方案，在保障了网络传输快速、稳定的同时，还能不破坏教学楼墙体，减少网络布线，节省改建材料，符合当前环保节约型社会的需求.

1 电力线通信

1.1 电力线通信发展及现状

电力线通信(Power Line Communication，英文简称PLC)技术是指利用电力线来代替网线，传输数据和媒体信号的一种通信方式.利用该技术，把载有信息的高频加载于电流中，然后用电线传输.接受信息的适配器把高频从电流中分离出来，并传送到计算机以实现信息传递.日常生活中的220V低压电线正好是电力线通信的良好载体.

目前，生活中的数字机顶盒、数字监控设备和智能电表等已经运用了电力线通信技术.电力线通信目前遵循的规范和协议，是由欧洲电力线联盟指定的HomePlug 1.0，HomePlug 1.0 Trubo和HomePlug AV标准.在HomePlug AV标准中，电力线中的信息传输速度能达到最高200Mbps以上，此速度已能满足多媒体教室上课所需的网络信息传输要求[1-7].

1.2 PLC调制解调器

电力线通信的核心技术是PLC调制解调器，由滤波器、调制器、耦合电路、功率放大器和解调器等部分组成.数据接收时，电力线上加载的数据信号通过耦合电路和功率放大后，由解调器解调后将数据信息提取出，供多媒体设备使用.数据发送时，待发数据经调制器调质后，利用功率放大器将其放大，再通过耦合电路将放大后的信号加载到电力线中进行传输[8-13].其原理如图1所示:

图1 PLC调制解调器工作原理Fig.1 Operating principle of PLC modem

2 传统多媒体教学楼改建方案

将普通教室改建成多媒体教室，目前普遍的改建方案如下.利用双绞线将每一间教室的电脑、投影仪等多媒体设备连接到该教室所在楼层的接入交换机上.一般而言，一台接入交换机连接教室数量不超过10间，如果楼层教室数量过多，可以考虑将教学楼按照布局均分为两部分或者三部分，每一部分单独配置楼层接入交换机设备.每层楼的接入交换机再通过双绞线连接到负责整栋楼的汇聚层交换机.教学楼的汇聚层交换机再通过光纤连接到学校的核心交换机，通过核心交换机，就能和主干网络相连，接入万维网，利用网络进行授课[14-15].

通过上面的改建，已然让普通教室变成了多媒体教室，利用多媒体设备，能满足教师的授课.但是，对于数量众多的多媒体教室的管理，却显得捉襟见肘.针对这个问题，西南民族大学在2003年建设新校区多媒体教学楼的时候，就提出了远程控制、远程管理的方案，并进行了实现.具体方案是，对多媒体教室内的电脑和投影仪设备制定唯一的IP地址，处于不同汇聚层交换机的电脑和投影仪划分到一个IP字段.让所有教室电脑、投影仪和管理人员的电脑处于同一VLAN内.教室电脑安装远程控制软件的被控端，管理人员的电脑安装远程控制软件的控制端，利用IP地址查找到教室电脑，即能进行远程管理，处理教室多媒体设备故障.

以上的方案，是教学楼改建的最常用方法，目前几乎所有高校的教学楼多媒体化改建，都是用这样的拓扑结构来进行改建.这样的改建，也被许多高校，包括笔者所在的学校验证是稳定可靠的.

3 基于PLC技术的新方案

3.1 传统教学楼改建方案的不足

传统教学楼改建方案，特别是从接入交换机到教室多媒体设备这部分改建.虽然可靠，却有一些不足之处.

其一，在网络和多媒体技术蓬勃发展之前，教学楼的修建通常没有在教室里预留网络数据接口，教学楼楼层之间，也没有考虑到以后的网络化发展而预埋管线.所以，利用双绞线连接教室设备和交换机，就必须在每间教室砸墙开洞，从教室天花板穿管走线.这不仅影响美观，还有一定的安全隐患.

其二，利用双绞线连接多媒体设备时，为了保证连接的稳定性，网络接口通常需要被固定住.连接电脑的接口一般都在讲桌里，连接投影仪的接口在天花板吊装处.当上课教师需要利用自己的设备授课时，就会发现固定了的网络接口不太方便连接自己的笔记本或是其他多媒体设备，扩展性大打折扣.为了解决连接笔记本的问题，可以考虑在讲台桌面安装一个扩展接口.此方案需要上课教师自带一根视频连接线连接笔记本和讲桌接口，并且对于无线设备的连接也无能为力.

3.2 对传统方案的改进

针对第一点不足，我提出了基于PLC技术，采用电力线代替传统超五类双绞线的方案.

从主干网络到汇聚层交换机，有大量数据和信息需要传输，并且对传输速度和稳定性要求也非常高，我们还是采用光纤连接，不做更改.我们主要对接入交换机到每间教室的多媒体设备之间的双绞线连接进行改进.

因为，即便是很旧的教学楼，电力线也是每个教室必不可少的一部分，利用PLC调制解调器，即可用教室的电力线代替双绞线来连接接入层交换机，将教室的多媒体设备连入网络.用电力线来代替双绞线，可避免对教学楼本身的物理破坏.另外，每间教室的设备到需要连接的接入层交换机的距离，近则十来米，远则四五十米，一栋教学楼光是这部分双绞线，都是好几百米，甚至上千米.用已经存在的电力线代替双绞线，能为教学楼的改建节省大量的材料.

为此，我们只需要用双绞线为接入层交换机端连接一个PLC调制解调器，将PLC调制解调器插上电源.然后，来到需要和这台交换机连接的多媒体教室，在教室的电源插头上，插上一个PLC调制解调器扩展端，对两个调制解调器进行配对.配对成功后，将教室的多媒体设备和教室里的PLC调制解调器连接.这样，两个PLC调制解调器就能利用电力线传输网络信号和数据，让教室多媒体设备连接到网络上.并且，接入层交换机端相连的PLC调制解调器还能和多个教室端的PLC调制解调器进行配对.

整栋教学楼即可用此方案进行多媒体化改建.

3.3 无线多媒体教室改建

随着无线智能设备的普及，除了传统的电脑、投影仪和监控摄像头等多媒体设备以外，无线智能设备也被更多的老师使用，作为课堂教学的辅助.具有无线网卡的笔记本、无线网络传输的投影仪、IPad和智能手机等网络设备，都是未来多媒体教室必不可少的重要组成部分.所以，改建多媒体教室时，我们也有必要在教室内添加无线设备的网络接入口.在利用PLC调制解调器连接的基础上，我们可以很轻松的解决无线设备的接入问题.

如果采用传统方案，用双绞线连接教室设备和接入层交换机，我们只能在教学楼内安装无线路由器，来解决教师无线上网的问题.教室墙壁对无线信号的阻碍是很严重的，为了让整栋教学楼都具有无线信号，我们需要布置多个无线路由器，并且做无线路由桥接(WDS)，以保障每个教室都有较强的无线信号.当作为桥接的某一个无线路由器出现故障，就会导致通过此路由桥接上网的教室信号很弱，甚至没有无线信号.

当我们利用PLC方案改建多媒体教室时，就能较容易解决教师无线上网问题.我们只需要在教室端插入的PLC调制解调器里，加入无线路由模块，即可以实现教室内网络信号的有线和无线同时传输的功能.具有无线路由功能的PLC调制解调接入设备，能满足多媒体教室内多个无线智能设备接入网络的需求.并且能够对无线网络进行加密设置，以免学生上课时利用教室无线网络上网，影响听课.目前，网件(Netgear)、华为、中兴、普联技术有限公司(TP—Link)等公司已经成功开发出基于PLC技术，具有无线路由扩展功能的电力线连接设备.华为PT500/PT530电力线无线适配器已经能达到电力线上500Mbps和无线300Mbps的传输速度，以及一个PLC路由器与多达7个无线PLC扩展器的配对连接.

以一个东西方走向的旧式教学楼的改建为例，其无线接入网络拓扑为图2所示:

4 总结

基于PLC技术的多媒体教学楼改建方案，充分利用了分布广泛的电力线，相比于传统方案，有如下优点:1)不需要破坏墙体，缩短改建时间.2)较少使用超五类双绞线，也不需要为每间教室安装无线路由设备，节约了改建资金.3)安装调试方便快捷.4)易于连接智能无线设备.不过，虽然PLC技术一直在发展，其自身的一些劣势也限制了其更快速的发展.比如，基于PLC的网络连接方案，由于加载到电力线上的网络信号有其固有的载波通道工作频率，会被电表过滤掉，所以PLC调制解调器不能跨电表使用.此外，由于其他用电设备的干扰，也会使得网络传输偶有不稳定的情况出现.不过，随着PLC技术的不断成熟，以及通信协议的不断完善，相信上述劣势会被逐渐克服，这项技术是有着非常广阔的应用前景的.

图2 多媒体教学楼改建网络拓扑Fig.2 Network topology of multimedia teaching building reconstruction

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(责任编辑:张阳，付强，李建忠，罗敏；英文编辑:周序林)

Transformation plan of wireless multimedia teaching building based on PLC technology

ZHU Hong-wu
(Modern Education Technology Center，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

The power line replaces the twisted-pair in construction of the multimedia classroom and it can transmit the network information and data.It can avoid making the destruction and re-alignment of the classroom walls，and wasting material and other issues.It can ensure the network to transfer rate and to keep its stability.With the wireless routing module PLC modem device which can connect the wireless smart device in the multimedia classrooms and assist teachers in teaching and improve the quality of teaching.

power line communication；multimedia classroom；wireless smart device

TP273

A

2095-4271(2015)04-0474-04

10.11920/xnmdzk.2015.04.014

2014-12-03

朱洪武(1982-)，男，汉族，四川成都人，实验师.研究方向:信息安全，多媒体技术，计算数学.E-mail:zhuhongwu99＠163.com

2015年度西南民族大学教育教学改革青年项目(编号:2015QN20)；2014年度西南民族大学教育教学改革一般项目(编号:2014YB10)；2014年度西南民族大学教育教学改革青年项目(编号:2014QN04).