电力线通讯技术new

电力线通信技术专题 什么是PLC PLC种类与发展现状 PLC典型应用 PLC主要关键技术 PLC的发展未来 数字化 网络化是现代国际社会的重要特征 网络技术的六大支柱技术 集成电路技术光电子技术存储技术显示技术无线电技术软件技术 一 什么是PLC 有线通信方式光纤 CAT5 5 6 7 Ethernet ATM CoaxialCable CableModemPhoneLine xDSLPowerLine X 10 NPL BPL各种现场总线 RS 485 CAN Device Profibus Hart LonWork 各种专用总线 Dali EIB CEBus 一 什么是PLC 无线通信方式WLAN 本地多点分配接入系统LMDS LocalMultipointDistributeService BlueTooth PANWirelessUSB PANZ Wave LowSpeed HA security etc Zigbee LowSpeed HA Security etc IrDA InfraRedDataAssociation UWB UltraWideband 一 什么是PLC 几种网络的技术标准与主要规格 一 什么是PLC 几种网络的技术标准与主要规格 一 什么是PLC 几种网络的技术标准与主要规格 一 什么是PLC 电力线通信英文PowerLineCommunication又称电力线载波通信 是指利用电力线 通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术 是电力系统特有的通信方式 PLC是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式 该技术是把载有信息的 频率在9kHz 30MHz的射频信号 以电流形式加载于电线或电缆上进行传输 一 什么是PLC 一 什么是PLC 调制与频率搬移的物理概念 模拟调制与解调的物理概念 时域波形 一 什么是PLC 模拟调制与解调的物理概念 频域波形 一 什么是PLC 调制 搬移的实现方法 一 什么是PLC 解调与频谱搬移的物理概念 一 什么是PLC 数字调制的物理概念 一 什么是PLC 该技术是把载有信息的高频加载于电流 然后用电线传输 接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来 并传送到计算机或电话 以实现信息传递 一 什么是PLC 电力线信道 噪声 电力线载波通信的优势无处不在 使用方便 支持多种应用 实施简单 节约投资 四网合一 融合是网络发展的趋势 一 什么是PLC 什么是PLC PLC种类与发展现状 PLC典型应用 PLC主要关键技术 PLC的发展未来 种类窄带电力线通信 NarrowoverPowerLine NPL 指带宽限定在3k 500kHz 通信速率小于1Mbit s的电力线载波通信技术 多采用普通的PSK技术 DSSS技术和线性调频Chirp等技术宽带电力线通信 BroadbandoverPowerLine BPL 指带宽限定在2 30MHz之间 通信速率通常在1Mbit s以上的电力线载波通信技术 采用以OFDM为核心的多种扩频通信技术 二 PLC种类与发展现状 补充 宽带与窄带划分的一般标准 一般采用美国联邦通信委员会的定义超宽带 信号带宽与中心频率之比大于25 宽带 信号带宽与中心频率之比在1 25 窄带 信号带宽与中心频率之比小于1 二 PLC种类与发展现状 历史 三阶段PLC萌发阶段 于20世纪20年代 用于发电厂与变电站之间的调度通信 电压 11000V 主要在中高压电力线上 载波频率 0 15MHz 代表产品电力载波机 用途 应用领域是监控 远程指示 设备保护 语音传输 通信质量 性能比较差 二 PLC种类与发展现状 历史PLC发展阶段于20世纪90年代 用于配电网通信 电压220V 380V 主要在低压配电网 载波频率在0 15 1 00MHz 代表产品ST7536 7537 TDA5051 用途 应用领域是电力线自动抄表 电网负载控制和供电管理 通信质量 性能一般 仍属低速PLC 二 PLC种类与发展现状 历史PLC成熟阶段于20世纪末 用于配电网通信 电压220V 380V 主要在低压配电网 载波频率大于1 00MHz 代表产品INT51xx DS2 ITm10等用途 应用领域是高速宽带多媒体数据通信 家庭楼宇智能网络 高速接入 通信质量 性能高 属高速PLC 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 现状窄带PLC发展美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100k 450kHz 欧洲电气标准委员会 CENELEC 的EN50065 1规定电力载波频带为3k 148 5kHz 典型芯片 XR2210 XR2206套片或LM1893PLT 22IntellonP200 P300 P400ST7536 ST7537 ST7538 ST7540 PL2101SC1128HCPL 800J 2006 二 PLC种类与发展现状 现状宽带PLC发展国际标准 IEEEP1901DraftStandardforBroadbandoverPowerLineNetworks MediumAccessControlandPhysicalLayerSpecificationsDraftedbyBPLPHY MACWorkingGroupandtheSponsoringSocietyandCommitteeisCommunicationsSocietyStandardsCommittee TheapprovalDateis2005 06 09 theProjectedCompletionDateofthedraftforSubmittalisFebruary2007 Ratedspeed 100Mbpsatthephysicallayer Trannsmissionfrequenciesbelow100MHz 二 PLC种类与发展现状 Distance 1500mforthefirst mile last mileconnection Distance 100musedinbuildingsforLANs国际标准 IEEEP1775PowerlineCommunicationEquipment ElectromagneticCompatibility EMC Requirements TestingandMeasurementMethodsDraftedbyPLCEMCWorkingGroupandPowerEngineeringSocietyPowerSystemCommunications TheapprovalDateis2005 05 10 andtheexpecteddateofsubmissionforInitialSponsorBallotisJanuary2007 Thescopeofthisstandardwillbeelectromagneticcompatibility EMC criteria andconsensustestandmeasurementsprocedureforbroadbandPowerLineCommunication alsoknownasBPL equipmentandinstallations 国际标准 IEEEP1675StandardforBroadbandoverPowerLineHardwareDraftedbyBroadbandoverPowerLineWorkingGroupandPowerEngineeringSocietyPowerSystemCommunications TheApprovalDateis2004 06 24 andtheExpectedDateofSubmissionforInitialSponsorBallotis2005 11 01 Thescopeofthisstandardwillbetoprovidetestingandverificationstandardsforthecommonlyusedhardware primarilycouplersandenclosures forBroadbandoverPowerLine BPL installations andprovidestandardinstallationmethodstoensurecompliancewithapplicablecodesandstandards 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 国际标准 HomePlug 国际标准 关系 二 PLC种类与发展现状 芯片与产品 IntellonCo Intellonwasfoundedin1989andisheadquarteredinOcala Florida IntellonistheworldleaderinpowerlinecommunicationsProvidingHomePlug compliantandotherpowerlineintegratedcircuitsforhomenetworking networkedentertainment BPLaccessandcommercialapplications Besides IntellonalsoproduceslotsofotherchipsetsfornarrowbandpowerlinecommunicationsuchasSSCP485PLTransceiverIC SSCP200 SSCP300 SSCP400andsoon ManyfamouscompaniesselectIntellon schipsetstodeveloptheirproducts theyinclude CURRENTCommunicationsGroup Motorolaandsoon 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 芯片与产品 DS2Co Foundedin1998 DesignofSystemsonSiliconS A DS2 istheleadingsupplierofsiliconandsoftwareforPowerlineCommunications PLC andthefirstcompanytodevelopandmarketPLCchipsetsdeliveringdataratesofupto200Mbps DS2providesaseriesofchipsetsforBPL ChipsetsDSS9001 DSS9002 DSS9003 DSS9010 DSS9011andsoon DS2 schipsetsaretheindustryleaderswith200mbpsspeeds superiorreliability andperformance Severalmanufacturershaveadoptedthesechipsetsintheirendproducts includingAmbient Amperion Mitsubishi Corinex KaicomandMitsubishi 二 PLC种类与发展现状 Twopowerfulindustrygroups theUniversalPowerlineAssociation UPA andtheEuropeanCommissionfundedOPERA OpenPLCEuropeanResearchAlliance consortiumhaveadoptedDS2technologyinsupportofmulti vendorstandardcertifiedproduct 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 DS2 PLCAccess Networking 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 芯片与产品 SPiDCOMCo SPiDCOMTechnologiesisafablesssemi conductorcompany Itspecialisesinthedesignandmarketingofintegratedcircuitsandmodulesforveryhigh speedpowerlinecommunicationanddigitaldataovercoaxialcablesolutions SPC200 e Rawdatarateof224MbpsSPiDCOMactivelyparticipatestotheprocessesofstandardizationandregulationofPowerlineCommunicationworldwide CENELEC ETSI HomePlugPowerlineAlliance IEEE OPERAProject PLCForum PUA UPLC SpidcomSPiDChip PowerlinePhysicalLayerProcessorDigitalChip0 18 mARM926Micro Controllerinterfaces 宽带PLC的相关技术 PrototypePlatformHighflexibility 2XILINXVIRTEX21ALTERAEXCALIBURmanyextensions testspins 二 PLC种类与发展现状 芯片与产品 YitranCo Foundedin1996 YitranCommunicationsisaleadingproviderofcuttingedgepowerlinemodemtechnology YitranCommunicationsdesigns develops andmarketsproprietarydigitalandmixed signalintegratedcircuitsforhomenetworking powerlinecommunications access AMR AutomaticMeterReading applications automationandcontrolapplicationsoverexistingelectricalinfrastructure IT800NarrowbandModemIC upto7 5Kbps ITM1 ITC1BroadbandModemIC upto2 5Mbps ITM10 BroadbandModemIC upto24Mbps 二 PLC种类与发展现状 四家公司产品的简要对比 二 PLC种类与发展现状 MaximCo 14Mbit s 提供样片 评估板 家庭网络高速接入 与Intellon14Mbit s兼容 ConexantCo 14Mbit s 提供样片 评估板 家庭网络高速接入 与Intellon14Mbit s兼容Xeline 24Mbit s 有用于家庭网络及中低压高速接入产品 家庭网络高速接入 即将推出更高速率的芯片 二 PLC种类与发展现状 国外产业现状 美国2003年初 美国通信委员会 FCC 投票一致通过 研发使用现在的电线为家庭和办公室提供互联网和宽带接入业务BPL技术目前正在美国10多个州境内进行测试 使用BPL接入技术 家庭和办公室用户只要在电线插座上插入BPL装置 就可以接入互联网 FCC的主席MichaelK Powell称 BPL是第三代宽带技术 也是有发展潜力的一项技术 不久的将来 美国就会了出现BPL Wi Fi 卫星和激光多种宽带接入方式的局面 这对于消费者和美国经济发展 都是有利的 FCC称 BPL将促进农村和偏远地区的宽带接入 二 PLC种类与发展现状 国外产业现状 日本2002年4月日本总务省设立了 电力线通信设备研究会 探讨追加2 30MHz的可行性 增加带宽后 就能将其传输速度最大提高至200Mbit 秒 2004年7月 日本总务部已按照实用化的原则 修改了通信法的相关限制条款 为各通信运营商进行电力线上网试验扫清了法律上的障碍 据悉 日本最大的电信公司NTT已经开始PLC业务的商业运营 二 PLC种类与发展现状 国外产业现状 2005 7加拿大发表BPL白皮书 ConsultationPaperonBroadbandoverPowerLine BPL CommunicationSystems 二 PLC种类与发展现状 二 PLC种类与发展现状 国内现状 窄带PLC北京福星晓程 PL2101半双工异步调制解调器 国内现状 窄带PLC东软 EASTSOFT ES16T电力线载波通信与数据处理芯片 二 PLC种类与发展现状 国内现状 窄带PLC北京智源利和微电子 SC1128电力线载波通信专用扩频调制 解调器电路 二 PLC种类与发展现状 国内现状 宽带PLC2001年8月在沈阳建立了中国内地第一个高速PLC实验网络 到2005年5月 在北京 上海 武汉 广州 南京等城市相续开通PLC业务 已有约43000户家庭通过电力线上网 国内最大的PLC运营商是中电飞华公司 中电飞华公司由国电通信中心 或称中国电通 控股 产品提供商有福建亿力 深圳亚奇宝和大成科技易速宽带产品 主流产品都是14M 国内华为 中兴 北京中之杰公司 上海元利公司也在关注电力宽带产品市场 二 PLC种类与发展现状 什么是PLC PLC种类与发展现状 PLC典型应用 PLC主要关键技术 PLC的发展未来 不同应用对带宽的需求 三 PLC典型应用 窄带PLC应用远程抄表 AMR 三 PLC典型应用 窄带PLC应用路灯监控 三 PLC典型应用 窄带PLC应用家庭监控 自动化 三 PLC典型应用 窄带PLC应用工业监控网络 自动化 三 PLC典型应用 MultimediaPrivateNetwork ProfessionalNetwork InternetAccess 三 PLC典型应用 宽带PLC应用宽带传输 接入 最后一公里 宽带PLC应用宽带传输 接入 最后一公里 三 PLC典型应用 宽带PLC应用宽带传输 接入 最后一公里 三 PLC典型应用 Topologyofacluster AccessPoint Repeater Repeater Modem Users Basiccell Onecluster 5basiccellsOneaccesspointpercluster150 200usersperbasiccellpossiblerepeatingonMVorLV 宽带PLC应用宽带传输 接入 最后一公里 三 PLC典型应用 宽带接入网 三 PLC典型应用 宽带PLC应用宽带传输 室内 三 PLC典型应用 宽带PLC应用宽带传输 家庭网络HomeNetworks 三 PLC典型应用 Homemultimedianetwork PLCinterfacePLCtoWiFiBridgeRouter PLC ADSL MultimediaBridge InternetAccess PLC ADSL 三 PLC典型应用 家庭网络 三 PLC典型应用 三 PLC典型应用 宽带市场需求解决农村上网的有效方法IPV6互联网络 IPTV VoIP远程抄表 灯光 监控等变配电自动化 需求侧管理家庭联网 多媒体应用OA更多 三 PLC典型应用 什么是PLC PLC种类与发展现状 PLC典型应用 PLC主要关键技术 PLC的发展未来 信道分析 建模与快速估价技术耦合电路设计方法OFDM扩频通信技术FH跳频通信技术组网通信技术信道编码方法 四 PLC主要关键技术 电力线载波通信特点通信信道的时变性通信信道的频率选择性噪声干扰强而信号衰减大 四 PLC主要关键技术 EN50056描述的24小时衰减情况 EN50056描述的负载阻抗情况 电力线信道特性噪声特性背景噪声时时存在随机脉冲噪声与工频同步的谐波噪声与工频无关的谐波噪声 四 PLC主要关键技术 频率与噪声幅值关系 四 PLC主要关键技术 Noiseamplitudeapectrum a Laboratory b Residentialhouse 四 PLC主要关键技术 Waveformanditsspectrumwhileincandescentlampsareworking WaveformanditsspectrumofACsourcewith220Vac line line 四 PLC主要关键技术 Waveformanditsspectrumwithelectricalballastswhosepowersare400w Waveformanditsspectrumwhile1 6kWinductmotorwithsoftstarter 四 PLC主要关键技术 四 PLC主要关键技术 电力线信道特性衰减特性除了短距离传输外 即使接收机与发射机同相 信号衰减仍可达到或超过20dB 当频率上升时 信号衰减随之增大 但这种变化并不是单调的 在某些特定的频率点上 有可能发生深度衰减 电力网上电力负载的变化会极大地影响信号的衰减 不同的节点间 甚至同一对节点在不同时间 其衰减值都相差很大 电力线信道特性阻抗特性除了短距离传输外 即使接收机与发射机同相 信号衰减仍可达到或超过20dB 低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关 总体上 阻抗随着频率增加而增加 但某些局部又出现所谓的阻抗低谷区 原因是电力线连接有各种复杂的负载 四 PLC主要关键技术 窄带输入阻抗与频率关系 四 PLC主要关键技术 四 PLC主要关键技术 宽带输入阻抗与频率关系 组网通信技术低压配电网拓扑结构与特点 1 未知性 在这种 盲 拓扑条件下 电力线组网无法利用拓扑特征来合理配置和优化通信路由 2 时变性 由于用户经常在建筑墙体外任意延长和改变供电范围和供电对象 使低压配电网物理拓扑也具有了一定的 时变性 这种时变性也必然影响电力线的组网和通信 3 多样性 不但民用 办公用和工业用低压配电网所采用的接线方式有所不同 每一个建筑物的低压配电网拓扑结构各不相同 而且一般还需要区分照明用电和其他用途用电 四 PLC主要关键技术 组网通信技术低压配电网组网特点 1 网络物理拓扑和逻辑拓扑会经常发生变化 2 没有专用的交换机或中继器 3 通信媒质共享信道 4 PLC通信的逻辑子网与物理子网是不同的 5 弱数据处理能力 6 一对多通信 四 PLC主要关键技术 组网通信技术自动组网必要性 1 提高电力线通信自愈性 强壮性 2 扩大电力线通信组网规模 四 PLC主要关键技术 组网通信技术组网方法人工配置的路由技术基于远程 网络可配置的路由技术自动组网技术自动组网研究方法 1 低压配电网通信仿真拓扑模型 2 低压配电网通信协议模型 3 基于蚁群算法电力线通信组网方法 3 基于非交叠分簇算法的组网及路由重构方法 四 PLC主要关键技术 组网通信技术低压配电网通信仿真拓扑模型 四 PLC主要关键技术 四 PLC主要关键技术 四 PLC主要关键技术 组网通信技术电力线通信的分层结构模型 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法蚁群算法 antcolonyalgorithm ACA 也称蚁群优化算法 antcolonyoptimization ACO 近年来发展起来的 受自然界蚂蚁搜寻食物行为启发得到的并行优化算法 蚁群算法利用单个人工蚂蚁 artificialants 迭代构筑和优化最优侯选解 人工信息素和基于问题的启发式信息指导人工蚂蚁寻找最优解 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法蚁群算法框架 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法当一个蚂蚁完成了它的一次完整搜寻过程 则它将在走过的路经上释放信息素 作为比较理想的路径将从更多的蚂蚁处得到信息素 从而使该部分路径得以加强 同时为了避免搜索停止 路经上的信息素会按照某一系数 挥发掉 该算法是一种性能优良的启发式随机优化算法 采用正反馈机制实现分布式全局优化 通过信息素的不断更新达到最终收敛于最优路径上 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法特点 算法无需进行大量的概率计算或建立复杂的数学模型来进行系统预测 可应用于通信网中路由的组合优化求解 能够大大提高系统的可靠性和鲁棒性 路由问题 RP 是该算法典型应用领域之一 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法蚁群优化算法的典型应用领域旅行商问题 TSP 二次分配问题 QAP 调度问题 JSP 网络路由问题 RP 车辆路线问题 VRP 四 PLC主要关键技术 组网通信技术基于蚁群算法电力线通信组网方法实例1 基于类蚁群算法路由算法 四 PLC主要关键技术 基于蚁群算法电力线通信组网方法实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 假设 1 四条路灯配电网支路物理连通 2 任意相邻的两个节点都能够保证电力线通信正确和可靠 3 通信逻辑拓扑图为无向图 4 每个普通节点在一个中心节点控制范围内都有一个唯一的地址编码 ID号 且节点编码按一定规律分布 四 PLC主要关键技术 基于蚁群算法电力线通信组网方法实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 自动路由协议模型 LAARM 实现 1 度量标准与连通规则的确定 采用距离 跳数 方式 四 PLC主要关键技术 实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 自动路由协议模型 LAARM 实现 2 动态路径长度的计算 3 定时广播的本地节点路由维护 广播蚂蚁 Broad Ant 4 蚂蚁生成与蚂蚁丢弃方法 探索蚂蚁 Search Ant 5 最大初始化与捷径增强规则 四 PLC主要关键技术 实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 5 最大初始化与捷径增强规则 网络初始化时 各节点的信息素表为 max 当某路径 r s 长时间挥发时 rs t 1 rs t r s 0 当路径 r s sbest sbest为迭代或全局最优解路径集 且 r s max时 rs t 1 rs t best best 1 f sbest f sbest 表示迭代或全局最优解的值 当路径 r s sbest且 r s max时 rs t s max 四 PLC主要关键技术 实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 6 中继与搜索原则 7 最大蚂蚁数的限制 最大蚂蚁数可取节点数的二倍 当搜索蚂蚁数超过最大蚂蚁数且无有效路径时 放弃本次迭代 8 禁忌表 四 PLC主要关键技术 实例1 基于类蚁群算法的自动路由模型 LAARM 仿真研究 由四条支路组成一个星形网络 每条支路16个节点 中心节点为1号节点 并假设每个节点最远能覆盖相邻的6个节点 每只蚂蚁寿命最大为5跳 每次迭代采用20只蚂蚁 对节点65进行路由搜索 四 PLC主要关键技术 基于AdHoc的电力线通信组网方法实例2 分簇算法及网络重构方法仿真研究AdHoc定义 拉丁语 Forthespecificpurposeonly 含义 特别的 临时的 泛指特殊的无线网络 网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时自治系统 也称多跳无线网 自组织网络 对等网络等 四 PLC主要关键技术 基于AdHoc的电力线通信组网方法实例2 分簇算法及网络重构方法仿真研究AdHoc特点 独立组网 无中心 自组织 多跳路由 动态路由 移动终端的局限性等 四 PLC主要关键技术 基于AdHoc的电力线通信组网方法实例2 分簇算法及网络重构方法仿真研究AdHoc与电力线通信的相识性 随机的网络拓扑 共享网络介质 多路径衰减 每个节点既是主机又是路由器 隐终端问题等 四 PLC主要关键技术 基于AdHoc的电力线通信组网方法非交叠分簇路由算法低压配电网电力线通信网络模型 四 PLC主要关键技术 基于AdHoc的电力线通信组网方法非交叠分簇路由算法在分簇结构中 簇头是按照某种分簇算法或规则选举出来负责协调和管理其所在簇内所有节点的节点 簇内除簇头外的其他节点称为簇成员 这种不