關(guān)鍵詞： 電力線通信技術(shù) 智能家居網(wǎng)絡(luò) 電力網(wǎng)關(guān)

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了電力線通信技術(shù)，分析了對(duì)利用電力線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)的載波技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等組網(wǎng)關(guān)鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術(shù)的電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)解決方案。

基于電力線通信技術(shù)的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用電力線通信技術(shù)通過電源插座完成家庭聯(lián)網(wǎng)，并為家庭網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)接入和多媒體音視頻業(yè)務(wù)，通過家庭服務(wù)器對(duì)接入家庭網(wǎng)絡(luò)的信息家電、 安全系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控和管理。

一、電力線通信技術(shù)概述

電力線通信技術(shù)(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調(diào)制解調(diào)器將高頻信號(hào)從電流中分離出來，傳送到計(jì)算機(jī)或其他信息家電，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。目前 PLC 技術(shù)已經(jīng)形成寬帶接入型與家庭網(wǎng)絡(luò)型兩種發(fā)展模式，家庭網(wǎng)絡(luò)型是指通過電力線在用戶家中組建高速 LAN。這種模式的 PLC只提供家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，即通過家庭的內(nèi)部的普通電力線，進(jìn)行組網(wǎng)連接家庭內(nèi)部局域網(wǎng)。電力線通信技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：信息家電可以通過電力線進(jìn)行通信，無需另外布線，利用電源線實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)成本較低;電力網(wǎng)是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，PLC技術(shù)可以輕松地滲透到每個(gè)家庭，其應(yīng)用范圍廣泛;網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)是電源插座，電源插座隨處可見，數(shù)目較多且接插方便;不需要撥號(hào)，接入電源插座即接入網(wǎng)絡(luò);電力線載波通信較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、 家居監(jiān)控等功能。利用電力線載波通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)最方便。

二、電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題

2. 1 載波技術(shù)

1) 正交頻分多路復(fù)用技術(shù)。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點(diǎn)是具有時(shí)變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復(fù)雜。為提高電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，電力線通信大都采用正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)進(jìn)行調(diào)制。即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 N 個(gè)并行數(shù)據(jù)分配給 N 個(gè)不同的正交子載波，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸。這樣既可得到很高的數(shù)據(jù)傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應(yīng)用 OFDM 技術(shù)于電力線通信中具有明顯的優(yōu)越性。OFDM 頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強(qiáng)，可以克服電力線上固有的高噪聲、 多徑效應(yīng)和頻率衰減等現(xiàn)象， 有效利用現(xiàn)有低壓電力線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字通信。

2) 擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)。這一技術(shù)的抗干擾和抗多徑效應(yīng)也較強(qiáng)。因此，也有一些廠家采用這種技術(shù)開發(fā)電力通信產(chǎn)品。擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)在相對(duì)較寬的頻帶上擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，降低了信號(hào)的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術(shù)提取有用信號(hào)，信號(hào)的信噪比很高，抗干擾性增強(qiáng)。另外，擴(kuò)頻通信可以實(shí)現(xiàn)碼分多址。對(duì)于 1 Mbp s 左右的系統(tǒng)，應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù)就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設(shè)備簡(jiǎn)單，擴(kuò)頻調(diào)制方式較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)傳輸速率要求在 10 Mbp s 及以上時(shí)，擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來較困難。在 10 Mbp s 及以上傳輸速率宜采用 OFDM 調(diào)制技術(shù)。

2. 2 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)目前，家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有許多種，較為成熟的有 X210、 CEBus和LonWorks等。

1) X 210是最早應(yīng)用于家庭設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的。X 210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸?shù)模瑥目攸c(diǎn)只能接收主控點(diǎn)發(fā)來的信息，不能反饋。X 210的系統(tǒng)信息的傳輸較慢(傳送一個(gè)指令需時(shí)0. 883 s)，抗干擾性能差，可用節(jié)點(diǎn)數(shù)為256個(gè)，只能用于普通家庭中的簡(jiǎn)單控制和專項(xiàng)控制。但其價(jià)格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個(gè)簡(jiǎn)單的家居智能網(wǎng)絡(luò)，可以考慮 X 210技術(shù)。

2) CEBus是一個(gè)較完整的開放系統(tǒng)，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)( EIA) 于 1992 年正式推出，并定為IS260/ EIA2600 標(biāo)準(zhǔn)。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并要求控制信號(hào)在所有的媒體中都要以相同的傳送速度 ( 10Kbp s)傳送，從而有效地避免信號(hào)傳輸中可能出現(xiàn)的 “瓶頸” 問題。CEBus 的抗干擾能力比 X210強(qiáng)，控制功能亦十分豐富。但接口技術(shù)比較復(fù)雜，價(jià)錢較貴，在中國(guó)的應(yīng)用不多見。

3) LonWorks 是由美國(guó) Echelon 公司于 1990年12月開發(fā)成功的全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1997年8月，被 EIA 的集成家庭系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)定為家庭網(wǎng)絡(luò)( Home Networking)的標(biāo)準(zhǔn)。Lon2Works完全支持OSI的7成協(xié)議，具有良好的開放性、 互操作性，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成以分布控制為控制模式。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)家電來說，只需要將已定義的的網(wǎng)絡(luò)家電之間信息傳遞的語法和語義標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)后，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠商之間產(chǎn)品的相互兼容。 LonWorks的分布式架構(gòu)使其具有獨(dú)立性，部分節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時(shí)具有通信與控制功能的神經(jīng)元芯片，具有很強(qiáng)的通信能力和一定的數(shù)據(jù)處理能力。其抗干擾能力很強(qiáng)，其可靠度是這三種網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)最高的(約99. 8 %)，并具有完善的開發(fā)系統(tǒng)和工具。

LonWorks的分布式架構(gòu)，每一個(gè)控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴(kuò)展性強(qiáng)，在將來對(duì)系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，可充分利用原有資源，降低升級(jí)的復(fù)雜性及成本。上述三類家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是各有其特點(diǎn)，組網(wǎng)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。但如果要組建一個(gè)統(tǒng)一的、 操作性強(qiáng)、 功能完善、 可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)的家居智能網(wǎng)絡(luò)，采用 LonWorks 技術(shù)是一個(gè)明智的選擇。

三、電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)的組成

本文以 LonWorks 技術(shù)為基礎(chǔ)，采用電力線載波技術(shù)來構(gòu)建家居智能網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)以分布控制、 集中管理為控制模式，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可依靠網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節(jié)點(diǎn)與家用電腦相連，可控制從節(jié)點(diǎn)的功能配置并監(jiān)控從節(jié)點(diǎn)的狀況，并且還負(fù)責(zé)與 Internet 的通信。通過主控節(jié)點(diǎn)可查看電表、 水表、 煤氣表的讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)三表的集抄。從節(jié)點(diǎn)可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時(shí)反饋家電的一些狀態(tài)信息。從節(jié)點(diǎn)由電力線網(wǎng)關(guān)、 信息家用電器組成。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，電力網(wǎng)關(guān)是一個(gè)重要的部件，它用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)送與接收。電力網(wǎng)關(guān)由基于 LonWorks 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Lon Talk 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和神經(jīng)芯片、 電力線載波模塊和耦合電路組成。公務(wù)員之家

四、結(jié)束語

本文介紹了電力線通信技術(shù)，并對(duì)電力線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，給出了一種基于 LonWorks 技術(shù)的電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)解決方案。該方案具有可靠性高、 靈活性好、 可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，充分發(fā)揮了 Lon2Works技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)控制功能。