利用電力載波通訊實現物聯網的信息傳輸的方法

陳讓朱

（海南電力通信自動化有限公司，海南海口，570203）

0 引言

目前全球覆蓋面家最大、最為廣泛的網絡資源是電力網，終端主要是一些家用電器如空調、電視、電梯以及電燈等，這些終端都可以通過電力載波技術納入到互聯網，進而實現信息的通信以及控制過程，電力網非常大的優勢，電力載波通訊是建立在現有電力網上的一項技術，為更好的說明利用電力載波通訊是實現物聯網的信息傳輸，本文先介紹電力載波通訊實現物聯網信息傳輸需要解決的問題。

1 電力載波通訊實現物聯網傳輸需要解決的問題

物聯網的含義有兩種，一種是指互聯網為基礎構成的物體間網絡，另一種含義是指信息交換和通訊延伸到任何物品和物品之間，目前物聯網已被廣泛應用到射頻識別、全球定位系統、紅外感應器以及激光掃描器等傳感設備，實現對物品的智能化識別、定位以及監控和管理等。電力載波（簡稱PLC）是一種利用電力線進行數據傳輸的特殊通訊方式，由于方式比較特殊，可以滿足很多的特殊要求，覆蓋面是任何網絡無法比擬的。

電力載波在使用時還需要解決很多的問題，首先電力線的根本目的是為了傳輸電能，其作為高速通信的介質作用僅僅是一個附帶，因此電系系統的一般基礎設備并不具備高質量數據傳輸服務的功能，另外用電設備本身所產生的電磁波也會對通訊產生強烈的干擾，在傳輸方面電力線還存在噪音大以及安全性能低的特點。

2 電力載波通訊實現物聯網的信息傳輸的設計研究

2.1 設計原理

在前文講到電力線道噪音大，容易受到干擾，因此要解決這些問題，需要有相應的調制技術以及一些編碼技術，本文采用正交頻分復用技術來解決這些問題。主要思想是將通信信道分解為若干個正交子信道，高速傳輸信號通過這些子信道進行傳輸。由于每個子信道的帶寬很小，因此可以看作為平坦性衰落，進而消除掉符號之間產生的干擾。在HomePlug1.0標準中，載波頻率為4.5MHz～21MHz，在這個范圍內，某個頻段受到干擾，只會影響子信道，因此在復雜的電力線下，能夠相對保持傳輸信息的穩定性，PowerPacket技術室它的改進版，其格式如下圖1所示。前導碼為56位的“0”、“1”相間的數字序列，定界符規定為D5H，CRC循環亢余檢驗碼為4B。

圖1 PowerPacke的數據幀格式

在電力載波系統中可同時接入多個設備，為減小碰撞檢驗，本文選用選用有效性更強的CSMA/CA協議。為保證網絡安全，采用素具加密標準家機制，是保密性更加可靠。

2.2 硬件構架

電力載波通訊原理圖如下圖2所示，電力線調制調節器硬件結構包括INT5500、INT1200以及接收濾波器等，其中INT5500是InTellen公司研發的高速電力線IC，遵循HomePlug1.0標準，可以提供85Mbps的數據寬帶，啟動時依靠FLASH軟件進行讀取，其接口設置分為MAC和PHY兩種模式。INT1200是高速電力線模擬前端，在其內部有一個10bit的模擬數字轉換器和8bit的數字模擬轉換器，其頻率分別是50MSPS和100MSPS，傳輸部位包括一個TX輸入端口，在接收端則包含一個可編程增益控制器，范圍在-6dB～30dB，每2dB為一步。

圖2 電力載波通訊原理圖

接收濾波器頻率范圍在4MHz和22MHz之間，部分由LC電路組成，包括低通濾波器以及軌至軌的線驅動放大器。INT5500的PLL式中倍頻電路內部滿足射中時鐘設計要求，在電路調試過程中，需要將基本電路和濾波電路分開進行提哦啊之，另外由于設備功率比較大，因此調試時需要配置一二個小型散熱器。

2.3 基于電力載波的物聯網信息傳輸的實現

電力波通訊系統流程圖如下圖3所示，基于電力載波的物聯網信息傳輸的設計機構構架主要包括網絡層、感知層以及應用層。其中感知層包括了通信延伸子層和干事控制子層，在設計中，它的實現主要通過新型MEMS傳感器、智能采集設備以及基于嵌入式系統的智能傳感器等技術手段，作用用來采集智能電網個應用環節有關電量、環境狀態以及機械狀態等信息。其網絡層的目的是實現信息的路由、傳遞以及控制等，其中還包括了接入網和核心網，由于只恩呢該電網的應用是建立在數據安全、傳送可靠以及消息及時的基礎上，因此它的實現主要依托電力通信網實現，若是沒有這些特殊的條件，也可以通過公眾電信網實現。應用層主要包括基礎設施以及中間件等的應用，應用基礎設施的功能主要是為物聯網提供信息初一以及計算等通用服務設施，同時還具有提供資源調用功能。

由于本設計系統數以一種開放式的網絡，因此在設計時需要注意它的安全性。對于邏輯網絡采用兩個及以上的設備共享網絡加密至，實現信息的安全傳輸，網絡密碼和網絡加密值設定為用戶設置，其中網絡加密值用MD5算法生成，形成不同邏輯網絡。對于缺省加密值，本設計采用一個隨機函數，生成16個字符，進而生成一個NEK，此數值用戶本身不能進行更改，但是用戶可以通過一些軟件工具發送MAC管理信息，來更改NEK碼，，其更該方法可以設定為兩種。對于本地修改而言，用戶在計算機上使用DM客戶軟件來設置NEK碼，僅僅在本地計算機和店里線調制解調器之間的網線上傳輸，用戶端連續發送兩條MME信息，皆可以實現NEK碼的加密。對于遠端的NEK碼的加密，只需要把計算機與設備相連就能通過簡單的步驟實現加密。

圖3 電力波通訊系統流程圖

2.4 基于電力載波的物聯網的應用

在基于電力載波的物聯網的應用中，需要將主干網絡與各個傳感器如RFID電子標簽識別、紅外感應器以及全球定位系統聯系在一起，傳感器構成的網絡再把信息傳送到服務器中，對于空間建構比較復雜的場合，為減輕對人體的傷害，這種設計方法是最為實用的方式。如在能源管理方面，環保宣傳并不能有效實現節約能源以及環境保護的目的，而傳統無線傳輸又會遇到一些障礙物，如墻壁等，電力載波通訊就能好好的解決這些問題。由如對于家庭的一些智能控制，利用家庭現有的設備達到互聯互動，為家庭安防提供保障。對于一些特殊場所，如博物館等，由于歷史長遠線路比較復雜，但是單獨采用線路鋪設，就可能造成古跡的破壞，而電力載波通訊就能好好的解決這些問題，達到節能、減輕傷害的目的。

3 結束語

綜上所述，本文先簡單介紹了電力載波通訊與物聯網關系，說明實現電子載波在物聯網上需要解決的問題，重點講述基于電力載波通訊實現物聯網的設計研究。隨著科技的不斷進步，電力載波通訊在物聯網的信息傳輸中精會得到廣泛的應用，同時在應用設計中也會遇到其他的一些新興問題，這些問題仍然需要更多的人去研究。

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