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1、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/ Coaxial Cable: Cable Modem Phone Line: xDSL Power Line: X-10,NPL,BPL 各种现场总线: RS-485/CAN/Device/Profibus /Hart/LonWork/ 各种专用总线：Da

2、li/ 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(Local Multipoint Distribute Service) BlueTooth：PAN Wireless USB：PAN Z-Wave：Low Speed(HA,security,etc.) Zigbee: Low Speed (HA,Security, etc.) IrDA (InfraRed Data Association) UWB:Ultra Wideband,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

3、,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Power Line Communication 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9kHz30MHz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

4、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(Narrow over Power Line，NPL) 指带宽限定在3k500kHz、通信速率小于1Mbit

5、/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(Broadband over Power Line，BPL) 指带宽限定在230MHz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

6、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0.151.00MHz； 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2

7、20V/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100k450kHz； 欧洲电气标准委员会(CENELEC)的EN50065-1规定电力载波频带为3k148.5kHz。 典型芯片： XR2210、XR2206套片或LM1893 PLT22 Intellon P200/P300/P400 ST7536/S

8、T7537/ST7538/ST7540； PL2101 SC1128 HCPL - 800J(2006),二、PLC种类与发展现状,现 状 宽带PLC发展 国际标准:IEEE P1901 Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications Drafted by BPL PHY/MAC Working Group and the Sponsoring Society and Committee is Communications

9、 Society Standards Committee. The approval Date is 2005-06-09, the Projected Completion Date of the draft for Submittal is February 2007. Rated speed100 Mbps at the physical layer;Trannsmission frequencies below 100 MHz.,二、PLC种类与发展现状,Distance1500m for the first-mile/last-mile connection; Distance100

10、m used in buildings for LANs 国际标准: IEEE P1775 Powerline Communication Equipment - Electromagnetic Compatibility (EMC) Requirements - Testing and Measurement Methods Drafted by PLC EMC Working Group and Power Engineering Society Power System Communications. The approval Date is 2005-05-10, and the ex

11、pected date of submission for Initial Sponsor Ballot is January 2007. The scope of this standard will be electromagnetic compatibility (EMC) criteria, and consensus test and measurements procedure for broadband Power Line Communication (also known as BPL) equipment and installations.,国际标准: IEEE P167

12、5 Standard for Broadband over Power Line Hardware Drafted by Broadband over Power Line Working Group and Power Engineering Society Power System Communications. The Approval Date is 2004-06-24, and the Expected Date of Submission for Initial Sponsor Ballot is 2005-11-01. The scope of this standard wi

13、ll be to provide testing and verification standards for the commonly used hardware, primarily couplers and enclosures, for Broadband over Power Line (BPL) installations, and provide standard installation methods to ensure compliance with applicable codes and standards.,二、PLC种类与发展现状,二、PLC种类与发展现状,国际标准

14、: HomePlug,国际标准:关系,二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：Intellon Co. Intellon was founded in 1989 and is headquartered in Ocala, Florida. Intellon is the world leader in powerline communications Providing HomePlug compliant and other powerline integrated circuits for home networking, networked entertainment, BPL acce

15、ss and commercial applications. Besides, Intellon also produces lots of other chipsets for narrow band power line communication such as SSC P485 PL Transceiver IC, SSC P200，SSC P300, SSC P400 and so on. Many famous companies select Intellons chipsets to develop their products, they include: CURRENT

16、Communications Group, Motorola and so on.,二、PLC种类与发展现状,二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：DS2 Co. Founded in 1998, Design of Systems on Silicon S.A. (DS2), is the leading supplier of silicon and software for Power line Communications (PLC) and the first company to develop and market PLC chipsets delivering data rat

17、es of up to 200 Mbps. DS2 provides a series of chipsets for BPL. Chipsets DSS9001,DSS9002, DSS9003,DSS9010, DSS9011 and so on. DS2s chipsets are the industry leaders with 200 mbps speeds, superior reliability, and performance. Several manufacturers have adopted these chip sets in their end products,

18、 including Ambient, Amperion, Mitsubishi, Corinex, Kaicom and Mitsubishi.,二、PLC种类与发展现状,Two powerful industry groups, the Universal Powerline Association (UPA) and the European Commission funded OPERA (Open PLC European Research Alliance) consortium have adopted DS2 technology in support of multi-ven

19、dor standard certified product.,二、PLC种类与发展现状,二、PLC种类与发展现状,DS2-PLC Access 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(artificial ants)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

20、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

21、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

22、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,

23、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

24、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Ad Hoc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 Ad Hoc 定义：拉丁语，“For the specific purpose only”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

25、Ad Hoc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 Ad Hoc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Ad Hoc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 Ad Hoc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Ad Hoc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Ad Hoc的电力线通信组网方法 非交叠分簇路由算法 在

26、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。 这种不交叠的结构只是一种逻辑上的关系。 这种非交叠分簇方法形成的网络，网关到任何一个节点的路由是唯一的。,四、PLC主要关键技术,基于Ad Hoc的电力线通信组网方法 非交叠分簇路由算法 非交叠分簇路由初始化算法 组网维护原则 网络重构算法 信道时序分配方法,四、PLC主要关键技术,四、PLC主要关键技术,四、PLC主要关键技术,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术 历史 1955年美国Sylvania电子公司开始研制BLADES系统，1963年安装在美国海军Mt Mckinley指挥舰上 1999年的科索沃战争和2003年的伊拉克战争中，多国部队的通信装备普遍采用了跳频技术 目前，美军HF-2000短波电台的跳速可达到1000跳每秒，带宽为0.360MHz。 我国短波电台跳速是100跳左右，大部分还是低速跳频。 跳频技术在无线局域网、蓝牙、CDMA中得到了普遍的应用。,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术 什么是跳频技术 跳