本發(fā)明涉及一種基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊。

背景技術：

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的建設是當前國家電網(wǎng)公司重點實施工作之一。國家電網(wǎng)公司于2008年提出要求建設“全采集、全預付費、全覆蓋”的居民電量遠程采集系統(tǒng)，并提出建設“智能電網(wǎng)”的設想。目前世界各國也都在積極發(fā)展或大規(guī)模開展用電信息采集相關系統(tǒng)建設，并取得一定效果?！半娏τ脩粲秒娦畔⒉杉到y(tǒng)”廣泛應用電力線寬帶載波通信技術和光纖通信技術相結合的方案，搭建供電側與客戶側間的高速、穩(wěn)定、安全的通信信息平臺，應用海量信息處理技術和實時數(shù)據(jù)庫技術開發(fā)了系統(tǒng)主站和高級管理軟件，實現(xiàn)了“信息化、自動化、互動化”的管理和服務。

基于此,本發(fā)明研發(fā)一種基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊。本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的：所述的基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊包括一個線路板上的載波信號中心處理模塊、中央控制模塊、載波耦合電路模塊、電源轉換模塊、寄存器模塊、集中器接口電路模塊、載波信號調(diào)制與解調(diào)模塊、信號放大模塊等。所述電源轉換模塊連接380v三相電路；所述電源轉換模塊電連接中央控制模塊；中央控制模塊電連接載波信號中央處理模塊；中央控制模塊電連接寄存器模塊、集中器接口電路模塊；所述載波信號中心處理模塊通過信號調(diào)制與解調(diào)模塊連接信號放大模塊，信號放大模塊與載波耦合電路模塊連接；載波耦合電路與380v電路連接;本發(fā)明所述的i型集中器寬帶載波通信模塊安裝在i型集中器的通信模塊接口的插槽內(nèi)，通過電力線載波通信方式實現(xiàn)低壓居民用電信息采集系統(tǒng)用戶側的電能量采集裝置以及遠程集中抄表系統(tǒng)的表計信息

與現(xiàn)有技術比較,采集裝置所需的基于高性能載波控制技術的寬帶載波通信單元,它能夠使電力部門用電信息采集系統(tǒng)在低壓臺區(qū)側實現(xiàn)遠距離高速寬帶載波數(shù)據(jù)通信功能，以及多表合一的能源集中抄表系統(tǒng)建設中實現(xiàn)現(xiàn)場表計的高速載波集中抄表功能。本發(fā)明采用高性能載波控制的電力線寬帶載波調(diào)制技術，信號抑制控制技術。通信物理帶寬最高為4mbps。在用戶臺變側安裝的寬帶載波集抄系統(tǒng)集中器內(nèi)安裝有寬帶載波通信模塊作為信號頭端，安裝在電能表側（包括單相智能電能表、三相智能電能表、采集器）的寬帶載波通信模塊作為終端，頭端與終端之間通過特殊算法的正交頻分多路復用技術進行電力線寬帶載波通信，從而實現(xiàn)遠距離載波數(shù)據(jù)傳輸。作為一種改進，所述中央控制模塊電連載波信號中央處理模塊，中央控制模塊能夠實現(xiàn)載波增強算法和實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌匪惴ā?/p>

本發(fā)明的優(yōu)點：所述的基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊其功能為：

1、所述的基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊的入網(wǎng)認證機制:

終端模塊在與頭端模塊通訊時具備自動識別認證的能力，能夠拒絕非法終端模塊的接入，確保只有合法接入的終端模塊才能與頭端模塊建立安全的通訊鏈接。

2、自動組網(wǎng)機制:

集中器頭端模塊能夠創(chuàng)建并維護一個通訊網(wǎng)絡。這個網(wǎng)絡的創(chuàng)建和維護無需人工干預。具有自主管理、動態(tài)等特性?？芍С?000個終端連接數(shù)，最大可支持15級中繼。支持多路尋址功能和動、靜態(tài)路由功能。

自主管理：當一個載波模塊上電并進行注冊時，能根據(jù)當前電力網(wǎng)絡環(huán)境情況，決定是否與頭端模塊建立直接或間接的通訊鏈路。如果是后者，網(wǎng)絡能為該終端模塊選擇一個合適的中級節(jié)點模塊作為中繼與頭端模塊通訊。

動態(tài)：網(wǎng)絡會根據(jù)當前電力網(wǎng)絡環(huán)境為終端模塊選擇最好的通訊鏈路，并作相應的改動。比如：當前中繼節(jié)點不再可用，網(wǎng)絡會選擇其他的中繼節(jié)點模塊作為它的中繼。該功能使得整個通訊網(wǎng)絡在不同時刻可能具有不同的樹形拓撲結構。

3、數(shù)據(jù)加密機制:

加密方法能夠支持aes/3des/des加密機制。終端模塊上線過程中，獲取網(wǎng)絡加密密鑰，密鑰的獲取需要加密。終端模塊上線后，所有的數(shù)據(jù)通訊需要通過加密算法進行加密。

4、所述的基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊支持4級qos，滿足不同業(yè)務的服務質量需求。

所述的寬帶載波通信模塊單元特性為：

1、物理層峰值速率14mbit/s；應用層峰值速率3mbit/s；芯片工作功耗≤200mw。

2、工作頻率范圍2mhz～12mhz；采用特殊ofdm技術，子載波支持bpsk、qpsk、8qam、16qam、64qam調(diào)制；子載波自適應調(diào)制技術；支持fec和crc功能，具備強大的去噪和糾錯能力，針對復雜電力信道設計的高魯棒性幀結構。

3、支持itu-g.9972isp協(xié)議，與家庭互聯(lián)設備共存；支持多臺變共存、避免串擾情況發(fā)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的固件架構圖。

圖2為通訊接口邏輯架構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

所述的基于高性能載波控制技術的i型集中器寬帶載波通信模塊,如圖1所示，所述的i型集中器的寬帶載波通信模塊,包括設在同一個線路板上的載波信號中心處理模塊、中央控制模塊、載波耦合電路模塊、電源轉換模塊、寄存器模塊、集中器接口電路模塊、載波信號調(diào)制與解調(diào)模塊、信號放大模塊等。所述電源轉換模塊連接380v三相電路；所述電源轉換模塊電連接中央控制模塊；中央控制模塊電連接載波信號中央處理模塊；中央控制模塊電連接寄存器模塊、i型集中器接口電路模塊；所述載波信號中心處理模塊通過信號調(diào)制與解調(diào)模塊連接信號放大模塊，信號放大模塊與載波耦合電路模塊連接；載波耦合電路與220v/380v電路連接。

其特點在于采用頻分多路復用的電力線寬帶載波調(diào)制技術，信號抑制控制技術,可實現(xiàn)通信物理帶寬最高為4mbps。在用戶臺變壓側安裝的寬帶載波集抄系統(tǒng)集中器內(nèi)安裝有寬帶載波通信模塊作為信號頭端，安裝在電能表側（包括單相智能電能表、三相智能電能表、采集器）的寬帶載波通信模塊作為終端，頭端與終端之間通過特殊算法的正交頻分多路復用技術進行電力線寬帶載波通信，從而實現(xiàn)遠距離載波數(shù)據(jù)傳輸。

所述的用戶電能表和寬帶載波集抄系統(tǒng)集中器為現(xiàn)有技術。

所述的寬帶載波通信模塊的通信物理帶寬為4mbps。寬帶載波集抄系統(tǒng)集中器以下簡稱“集中器”，寬帶載波通信采集器以下簡稱“采集器”。

系統(tǒng)架構與功能

基于高性能載波控制技術的寬帶載波通信模塊構建的寬帶載波集抄系統(tǒng)，具有樹形通訊架構。具有高帶寬、自動組網(wǎng)、自動中繼、電表地址自動上報等特點。

1、組網(wǎng)架構

與通常意義上的載波通訊方案類似，本方案的頭端模塊（即寬帶載波通信模塊-頭端）插入集中器側，電表模塊插入采集器或智能電表側（即寬帶載波通信模塊-終端）。雙方通過電力線載波信號進行通訊。

2、系統(tǒng)固件

如圖2所示，本發(fā)明設計的固件以模塊化構建，固件包含多個子模塊。各個子模塊還包含各自的子模塊。有些模塊作為通用模塊存在于寬帶載波通信模塊-終端和寬帶載波通信模塊-頭端的固件中，有些只存在于寬帶載波通信模塊-頭端中，有些只存在于寬帶載波通信模塊-終端中。這些模塊主要包括：mac訪問控制模塊、plphy驅動模塊、uartphy驅動模塊、以太網(wǎng)驅動模塊、通訊抽象層模塊、匯聚模塊、網(wǎng)橋模塊、應用管理模塊等。

3、mac訪問控制

csma/ca

mac層從上層應用接收mac業(yè)務數(shù)據(jù)單元(msdu)報文，經(jīng)分割及加密處理后將數(shù)據(jù)以mac協(xié)議數(shù)據(jù)單元(mpdu)方式提交給物理層。

mac層提供數(shù)據(jù)傳輸使用的信道訪問方法，包括csma和tdma兩種模式。csma使用載波監(jiān)聽/沖突避免（csma/ca）機制訪問信道。

csma/ca機制采用沖突避免及遇忙隨機退避方式實現(xiàn)線路共享。系統(tǒng)可以區(qū)別對待高優(yōu)先級業(yè)務，csma/ca定義多個優(yōu)先級。

支持數(shù)據(jù)分段和重組，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

csma/ca機制應符合ieee1901-2010相關要求。

4、優(yōu)先級競爭

載波模塊在優(yōu)先級解析時間片內(nèi)，通過特殊聲明自身待發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。該特殊聲明信號經(jīng)特別調(diào)制，可有效克服多設備信號干擾及傳輸延遲問題。

5、隨機沖突退避機制

隨機沖突退避機制應和優(yōu)先級競爭結合使用。

通過優(yōu)先級競爭，僅最高優(yōu)先級的設備獲得數(shù)據(jù)發(fā)送競爭機會。獲得發(fā)送競爭機會的設備在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若檢測到線路沖突，則回退一個隨機時間再嘗試發(fā)送。該隨機時間取值范圍為從0到競爭窗口尺寸大小。競爭窗口尺寸可根據(jù)網(wǎng)絡業(yè)務流量及業(yè)務優(yōu)先級調(diào)整。

6、魯棒模式

為提高信道在嘈雜網(wǎng)絡環(huán)境下的可靠傳輸，本方案使用ofdm標準定義的魯棒模式。

使用魯棒模式，將傳輸?shù)膬?nèi)容拷貝多份，分別在多個信道上傳輸。即使有若干信道因噪聲問題使得數(shù)據(jù)傳輸失敗，只要有一個信道良好，數(shù)據(jù)最終將成功的發(fā)動到接收端。

7、網(wǎng)橋

網(wǎng)橋是實現(xiàn)兩個不同類型網(wǎng)絡間mac層數(shù)據(jù)相互交換的有效方法。在本方案中，由于寬帶載波模塊頭端同時連接了以太網(wǎng)和電力網(wǎng)，所以寬帶載波模塊頭端必須具有網(wǎng)橋功能，而寬帶載波模塊終端不需要該功能。網(wǎng)橋必須支持至少32個橋接的mac地址，使用源地址路由算法。下面以寬帶載波模塊頭端為描述對象來講述如何實現(xiàn)網(wǎng)橋功能。

8、網(wǎng)橋功能描述

寬帶載波模塊頭端具有學習源地址的能力。本地需要維護一張“本地的橋接網(wǎng)絡目的mac地址表格”（lbdat），用于保存由源地址學習到的mac地址，也就是保存以太網(wǎng)中的mac地址。這張表需要定期的發(fā)送給avln中的其他寬帶載波模塊終端。

當寬帶載波模塊頭端收到來自電力網(wǎng)的報文時，需要轉發(fā)該報文到以太網(wǎng)，當且僅當：

該報文的目的mac地址為廣播或多播地址

該報文的目的mac地址為單播地址，且它不是電力網(wǎng)中的某個寬帶載波模塊終端的mac地址。

當寬帶載波模塊頭端收到來自以太網(wǎng)的報文時，需要轉發(fā)該報文到電力網(wǎng)，當且僅當：

該報文的目的mac地址為廣播或多播地址，寬帶載波模塊頭端發(fā)送目的tei為廣播tei的報文。

該報文的目的mac地址為單播地址，且它是電力網(wǎng)中某個寬帶載波模塊終端的mac地址，寬帶載波模塊頭端發(fā)送目的tei為這個寬帶載波模塊終端的tei的報文。

該報文的目的mac地址為單播地址，且它是未知的，寬帶載波模塊頭端發(fā)送目的tei為廣播tei的報文。

該報文的目的mac地址為單播地址，且它是另一個橋接網(wǎng)絡中的mac地址，寬帶載波模塊頭端發(fā)送的報文中，目的tei為橋接該網(wǎng)絡的寬帶載波模塊終端的tei。

寬帶載波模塊終端由于沒有橋接的網(wǎng)絡，所以它沒有l(wèi)bdat，或者說它的lbdat為空。

9、模塊固件接口描述

根據(jù)不同的應用場景，系統(tǒng)會跟不同的傳輸介質相連，包括電力線、以太網(wǎng)線、串口（uart、485）線等。這樣，就需要有對應的數(shù)據(jù)包收發(fā)模塊。對于這么多的與特定介質相關的數(shù)據(jù)包收發(fā)模塊，我們可以抽象出相同的部分，形成了“抽象通訊接口”。這樣，系統(tǒng)上層不用具體了解傳輸介質的特定信息，就可以進行簡單的數(shù)據(jù)收發(fā)工作。而特定傳輸介質的操作部分，由各個驅動模塊負責處理。

2描述了通訊接口的邏輯架構。

所述的i型集中器寬帶載波通信模塊具有一個mii接口，支持10/100mbit/s網(wǎng)絡擴展；一個spimaster/slave接口；四個uart接口；一個紅外接口；一個i2c接口。

電力線載波通訊技術，是一種通過電線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g。載波通信指是利用現(xiàn)有電網(wǎng)作為信號的傳遞介質，使電網(wǎng)在傳輸電力的同時可以進行數(shù)據(jù)信號傳輸。這種方式能夠有效監(jiān)測和控制電網(wǎng)中的電力設備、儀表以及家用電器。同時，電力線載波技術即插即用，大大提高了生產(chǎn)、工作和生活效率，在很大程度上節(jié)約了布線施工成本；上述種種特點及優(yōu)勢使其相比較其它通訊方式更勝一籌。所述的寬帶載波通信模塊的通信物理層傳輸帶寬為2m～12m，物理層傳輸速率為150kbit/s～14mbit/s；應用層速率35kbit/s～4mbit/s。載波信號傳輸距離不低于300米。

[(本文未詳細說明的均為現(xiàn)有技術，故不在此展開復述，本技術領域技術人員根據(jù)上面描述可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的)。