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宣布于：2001-10-1012:41:001楼CEBus中的电力线载波网技术及改良吴刚王伟艺唐志强陈章龙涂时亮（须要文中图片的读者请与作者咨询）用模拟技术在电力线上行递载波信号很早就有了。把电力线通讯技术、网络、微控制器相结合，是在现有基础上推动家庭智能化的最事实途径。即以电力线为物理媒介，把散布在住宅各个角落的微控制器和家用PC机连成一个网络。其好处是：电力线和信号线合一，毋庸布设信号线，人们原来经常使用和保养电器的习气都不受影响；家电毋庸参与双绞线、红外等接口，只需在外部装备电力线载波通讯芯片，再更新程序就行了，对老式家电的变革也很容易；家电的信息量小，电力线载波速度慢的缺陷不突出；除了家庭，它还可作为智能大楼的后备网络；由于底层性能成功了芯片化，接入设备比拟廉价。目前市场上此类芯片有LM1893(国度半导体)、ST7536(SGSThomson公司)、SSC-P300(Intellon公司)等。美国ElectronicIndustriesAssociation于1992年正式颁布了针对家庭的电器联网规范CEBus(消费电子总线、家庭总线)，编号EIA-600；后又经过若干次修正，并不时遭到EIA的下属组织ConsumerElectronicsManufacturesAssociation的鼎力推行。CEBus已获AmericanNationalStandardsInstitute抵赖。上方先简明引见CEBus，再从配件和战略两个角度提出改良思绪。下文的"设备"指具有CEBus接口的家电。1CEBus简介CEBus是参考ISO的OSI七层模型[2]设计的，其基本架构和重要原语在图1中示出，可看出它比OSI模型要繁难得多，但未来有或许参与传输层，实践上，CEBus的设计者思考了多种媒体，包括电力线、红内线、无线电、双绞线、同轴电缆乃至光纤。本文的重点在于电力线(PL)。MDP子层担任往电力线上发送信号，该子层还不连续地侦听电力线的形态。假设电力线上有载波，就说明电力线处于S形态，否则就处于I形态。显然，只需有一台设备试图使电力线处于S态(发送载波)，整条电力线就处于S态。载波的频率范围是100K到400K。SE子层用原语M_STATE.request通知MDP子层发送或不发送载波，而MDP用M_STATE.indication报告SE电力线的形态。假定MDP在不发送载波时发现电力线处于S态(侦听到他人的载波)，它会立刻拒绝SE要它发送载波的恳求。图1CEBus的架构和重要原谱编/解码上班是在SE子层成功的。CEBus规范规则，当媒体是电力线时，SE子层还要能够查错。CEBus驳回NRZ编码体制，用脉冲宽度表示信号。4种信号及其脉冲宽度是："1"(1UST)，"0"(2UST)，"EOF"(3UST)，"EOP"(4UST)。EOF即EndofField，EOP即EndofPocket。UST即UnitSymbolTime，是编码和解码的计时基准，由SE子层给出。1个UST在100微秒左右。MAC子层用PH_CC_DATA.request命令SE收回4种信号中的一种。但是，假设侦听到他人的载波，则SE用PH_CC_STATUS.indication向MAC报告"CHANNEL_ACTIVE"，并且等解码成功以后用PH_CC_DATA.indication报告他人收回的信号。CEBus要求收到的包的正确率到达98%。整个物理层的性能曾经芯片化，某些芯片还包括了数据链路层的性能。MAC子层提供带或不带应对的无衔接数据传送服务。如SE不担任查错，则MAC承当查错义务。MAC还要生成包的控制域，以标明包的类型、优先级、服务级别和序列号。优先级分3级，"高"级专门用于与人交互的进程和开环控制的进程，其余进程为"中"或"低"级。LLC子层是个空壳，只转发命令，无实质性上班。网络层担任路由、路桥(brouter)、确定网址、流量控制、给数据分段、摈弃无线媒体收到的重复包等。由于网络层已超然于媒体之上，所以要思考信息的跨媒体传输疑问。运行层可以经过原语向网络层指明：优先级、能否须要应对、能否有网址、能否经常使用流量控制、路由模式、准许在什么媒体上行输、能否经常使用路桥以及路桥的网址等等。由于CEBus笼罩了家庭中的一切传输媒体，所以有"路桥"的概念。路桥指能在无线媒体(红内线或射频)与有线媒体(电力线、同轴电缆、双绞线或光纤)之间转发包的设备。一台内藏微控制器、装备CEBus软件的电视是红内线和电力线之间的路桥，由于它和电力线相连，同时还经常使用红外遥控器。一台相似的无绳电话则是无线电、电力线和双绞线之间的路桥。跨媒体传输提高了网络的强健性和灵敏性，同时也使生存空后繁难。例如，电视购物时可用电视遥控器收回指令，经红内线、电力线到家用PC，再由PC经过互连网收回购物信息，或在院子里用无绳电话经过射频、电力线关上空调。NPDU中可蕴含两个路桥的网址，配合"准许在什么媒体上行输"选项，为跨媒体传输提供了足够的灵敏性。路由模式有洪水路由(floodrouting)和目录路由(directoryrouting)两种。洪水路由：包向任何一个或许的中央转发，但受前述媒体和路桥的限度。目录路由：包仅被位于传输门路上的路由器转发。任何一个设备，当它上电或改变网址时，都要收回一个"ID包"以申明自己的新网址。该ID包将传遍网络，协助路由器更新各自的路由表。假设路由器在转发一个包时，发现自己的路由表中没有该包的目标网址，它就经过设置一个标记位，把该包变为"ID需求包"而后转发。目标网址收到ID需求包后，要收回一个ID包。所以路由器的设置是全智能的。CEBus在防止碰撞方面的战略基本是：发送前如发现电力线处于S态，则推延发送直至侦听到EOP。侦听到EOP以后，再等10个UST以防应对和重传。这10个UST之后，高优先级的包再随机期待0到3个UST后开局发送；中优先级的包期待4到7个UST；低优先级的包期待8到11个UST。每个包的扫尾是随机生成的8位二进制码，用来让其余电器探测到S态，到达争取信道的目标。此外，如某设备刚刚成功地发送了一个包，它在下次发送前还会额外再等4个UST。最后，出现碰撞时，试图使电力线处于I态的设备发现电力线是S态，它会智能中止，等他人发完了再重发。由于电力线的传输品质较差，为保障收到或许要重复发若干次。这时凭序列号会摈弃重复收到的包。运行层经过CAL(CommonApplicationLanguage)和运行程序衔接。CAL是CEBus专为设备之间相互通讯而设计的面向对象言语。网络资源的调配和控制也经过CAL成功。在目前的CEBus规范中只要一个信道(controlchannel)，未来或许要参与1个或几个datachannel，届时资源调配将复杂起来。由于家庭中很多中央是控制上班的，所以CAL中布置了一种安保机制：一台设备可以验证另一台设备的身份。有两种验证模式，一是握手式验证：设E是加密函数，S1是和设备甲无关的常量，S2是和设备乙无关的常量。S1、S2可以是设备标号、类型代码等。甲发生随机数R，把X=E(S1，R)放在Challenge_Request类型的包里传给乙，即甲向乙"应战"或"质疑"。乙求出A=E-1(S1,X)、B=E(S2，A)，把B放在Authenticate_Response包里传给甲("应战"或"答疑")。甲求出Y=E-1(S2,B)，假设Y=R，则乙的资历失掉确认。二是不握手验证。E、S2如上所述，R是一个双方都知道的变量，如期间。乙向甲收回X=E(S2，R)，甲求出A=E-1(S2,X)，如A=R，则乙被确认。普通说，仅当乙要对甲做某些敏感控制时，甲才会去验证乙的身份，并于验证成功后执行乙在验证前收回的控制指令，即"先批示，后验证，再执行"。智能化住宅的主机无疑是家用PC。CAL的面向对象个性使CAL很容易在PC上运行。但是，关于散布在家庭各个角落的微控制器来说，CAL不适用。思考到PC数量远少于微控制器，并且PC经常使用初级言语、又有CAL支持，而微控制器重要经常使用汇编言语、多为实时控制、目前还没有单片`机支持CEBus，就失掉论断：智能化住宅软件开发的重点和难点是在微控制器上，微控制器程序员齐全可以抛开运行层，在较低档次上参与CEBus体系。为了提高微控制器软件开发、保养效率及牢靠性，须要专为微控制器设计的实时多义务操作系统。如FDCX05、FRMX96等[3]。2对CEBus的改良图2示出了依据CEBus结构智能化住宅的大体状况。图2家用PL网的拓扑对电力线载波影响最大的搅扰是PC机等经常使用的开关电源，其噪声笼罩了载波频段。对策是经常使用小而廉价的阻波器，开关电源经过它与电力线相连，如图3。这就可以消弭开关电源的搅扰。当然，实践运行中或许仅部离开关电源经常使用了阻波器，再思考到电器轻易开关，所以线路品质不稳固。图3阻波器的经常使用主张在入户电表上也装置阻波器，把家庭外部的PL网与外面相隔离。外部的PL网走公家信息，外部的PL网走公共信息，例如每户家庭的耗电量、用水量、整个大楼的安保信息、中央空调的控制信息等，从而提高强健性、隐秘性(信息无法在外界和家庭外部之间传递)，同时也降落网络负载。客人可用电话、互连网从外面访问家里的PL网。如何保障包在电力线上牢靠地传输，这在CEBus中只繁难地提到两点：物理层要保障收到的包的正确率达98%；发送方重复发送。这实践下限度了CEBus网络的规模，假设网络较大就不适用了。家用电力线载波网的运行环境的特点是由疑问计算机的群众经常使用，家电的布置十分轻易且经常变化，而且还要必定的牢靠性。所以，提出用"随机转发"方法，不要路由器，任何一台设备都担任转发包，保障包传遍PL网，从而成功了繁难性(用户不须要任何计算机常识，可轻易改变电器布置)和牢靠性(保障收到每一个包)。代价是降落了带宽应用率，好在家电的信息量原本就很小。方法是：每一个包都有一个"生命力"域，记其值为A。当某设备甲要发送包时，它给A赋初值>0，某台设备乙收到该包，假设乙就是包的目标地，那么乙或许发或不发应对包；假设乙不是目标地，且从序列号判别该包不在自己的缓冲区里，且A>0，则把包放在缓冲区里，A减1，期待随机期间后发送包；假设乙不是目标地，且从序列号判别该包曾经在自己的缓冲区里，且该包的生命力为A1，则把缓冲区里包的生命力值改为A和A1中较小的，若新的生命力值>0，则再期待随机期间后发送包，否则从缓冲区中删去该包；假设乙发现自己收到的是一个应对包，且该包所要应对的包P正在自己的缓冲区里，则从缓冲区中删掉P。图4给出了上班流程和数据结构。在前面的改良方案中，要在该图中的＠处拔出一个操作。图4随机转发方法的流程和数据结构该方法的正当性在于它所依赖的不是整个PL网上的品质M，而是相邻两台设备之间的传输品质m。M是某设备能正确地收到网上马何一台设备收回的包的概率，CEBus要求M到达0.98。m是某设备正确地收到与它相邻的设备收回的包的概率。依据实验，不论接入PL网的设备多少，只需适当用阻波器扫除搅扰，传送距离对m的影响就很小。从而传输牢靠性就比拟稳固。当然，M对传输速度还是有影响的。该方法要求较大的缓冲区，这对目前的16位微控制器来说不成疑问。该方法使一切设备的通讯规程都一样，便于芯片化，节俭CPU，降落软件开发老本，繁难开发者和最终用户。随机转发方法的缺陷是显然的。如图5所示，假定有n个相邻的设备都收到了一个包，那么在下一次性转发中包抵达距离为k跳的设备A的概率是：图5随机转发的缺陷当k恒定时，P是n的干燥减函数。这是由于离A较远的设备会和离A近的设备争夺转发包的时机。克制上方缺陷的思绪是改良配件，使它能测量接纳包时辰的通讯品质。当品质较高时，就以为该包能顺利抵达下一个设备，于是就不转发。这样，当某设备发送一个包时，在一切能正确接纳该包的设备中，仅通讯品质较差的设备才干转发。通讯品质用误码率权衡[4]。实践上，SSC-P300中就有查错性能，只是没提供应外界而已。改良后的转发战略是在图4的@处参与判别，如该包的误码率低于阈值，终止前往，否则继续。曾经钻研出的低频载波技术准许信号在电力线上行输很远的距离，甚至能穿过变压器，十分牢靠。可以在电力线上同时经常使用高频和低频信号，用低频信号成功网络性能和转发调度上班。两者扬长避短，可大大提高网络性能。另外，AdaptiveNetwork公司正在钻研速率达100K的电力线载波技术。倡导应给予足够的注重。作者单位：复旦大学计算机系微机实验室，上海200433参考文献1ElectronicIndustriesAsso-ciation.EIA-600，19952AndrewST.ComputerNetworks，PrenticeHall.1996-113涂时亮，张友德.单片微机控制技术.上海：复旦大学出版社，1994-114普罗基斯.约翰G著.齐怀亮译.数字通讯.北京：电子工业出版社，1988-10 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宣布于：2001-10-1013:01:002楼电力线上的家庭网络技术TheDevelopmentofHomeNetworkTechnologyBasedonPowerLine常东来ChangDonglai摘要：电力线载波通讯技术以其无需另外布设信号线，通讯设备布置繁难等好处，得以惹起宽泛关注，特意是近年来随网络技术的开展而日益突出。本文从电力线载波技术的背景、开展和重要技术规范的角度对其做一引见，宿愿籍此能够有助于同方E-home处置方案的开展。一、技术背景：未来上网靠什么——电线？！假设大家如今有条件更新自己的电源插座，置信过不久会被证实在目前高速网络接入比赛中，这又是一个颇具发明力的想法。虽然关于网络技术的未来曾经有了若干年的争执和疑心，但是在不久前，美国度庭网络公司Enikia的德国工程师就曾宣称，经过电源线路作为高速互联网接入物理媒介的想法不久就会成为事实。用模拟技术在电力线上行递载波信号很早就有了。许久以前，一些有才干的工人就曾发明了一种新式收音机，它可以经过电源线路来相互启动繁难的信息交流。但要将这个想法转变成事实所要求的稳固、高速、宽带数据替换网络衔接媒介还是不那么容易的。目前普及环球的电力供应网络的重要义务是向各地保送电力资源，这自身关于数据传输就会形成必定的阻碍，同时一局部用电设备，如电吹风、微波炉等电器都会对数据传输形成抵触和影响。但是把电力线通讯技术、网络、微控制器相结合，是在现有基础上推动家庭智能化的最事实途径，即以电力线为物理媒介，把散布在住宅各个角落的微控制器和家用PC机连成一个网络。经常使用电力线作为网络媒介的好处是：电力线和信号线合一，无需另外布设信号线，人们原来经常使用和保养电器的习气也都不受影响；家电毋庸参与双绞线、红外等接口，只需在外部装备电力线载波通讯芯片，再更新程序就行了，对老式家电的变革也很容易；家电的信息量小，电力线载波速度慢的缺陷不突出；除了家庭，它还可作为智能大楼的后备网络；由于通讯的底层性能已成功了芯片化，所以接入设备比拟廉价。目前市场上此类芯片有LM1893(国度半导体)、ST7536(SGSThomson公司)、SSC-P300(Intellon公司)等。从技术角度来看，载波通讯模式的好处虽然很清楚，但其缺陷也很突出：一是高压载波局限在一个变压器的范围之内，无法超越变压器；二是载波通讯受电网的搅扰，通讯误码比拟重大；三是载波通讯在不同相线上通讯时品质很差，隔置信号衰减通常会大于40dB。由于上述缺陷的存在，其经常使用中有以下特色：一是以一个变压器为一个集中通讯单元。二是驳回一些有效的通讯规程，使其具有较强的检错、纠错才干；三是必需能在不同相线上启动有效的通讯。这些缺陷短期内阻碍了电力线载波通讯的宽泛运行。二、以后开展：应用电源线路成功数据通讯的技术失掉一些环球顶尖公司的青眼，由于电源线路是每个家庭之间最为普通也是笼罩最为广阔的一种物理媒介，这要超越有线电视网络甚至电话线路的笼罩面。假设它可以被用来成功互联网以及电话通讯服务的衔接义务，可以必需地说它将是迄今为止笼罩面最广、投入老本最合算、奏效期间最迅速的新型电信基础设备。美国ElectronicIndustriesAssociation（EIA）于1992年正式颁布了针对家庭的电器联网规范CEBus(消费电子总线、家庭总线)，编号EIA-600[1]；后又经过若干次修正，并不时遭到EIA的下属组织ConsumerElectronicsManufacturesAssociation（CEMA）的鼎力推行，并且CEBus如今已取得AmericanNationalStandardsInstitute（ANSI）规范化组织的抵赖。目前，包括Cisco、英特尔和康柏在内的13家技术公司宣布成立名为HomePlugPowerlineAlliance的非赢利团体，该联盟将为消费者开发一种经过电源插座衔接计算机和其余电子设备的方法。HomePlugPowerlineAlliance不是为电气插座开发家庭连网规范的惟一组织。1998年底，消费电子协会（CEA）也建设了包括Sony、ThomsonConsumerElectronics等公司在内的一个企业联结团体，该团体重要从事开发相似的规范。另外有一些公司，如3Com、松下、以及电源线公司Enikia、AdaptiveNetworks和iTran都同时是上述这两个团体的成员。Nortel公司常年以来都是此项技术的最大支持者，同时也为此付出了许多代价。他们为了成功这项技术曾启动了屡次实验，也遇到了不少的费事。经过几年的不懈致力，他们的这项冒险优惠终于在1999年完美地画上了句号。Oneline公司和Enikia公司都以为他们可以在电力线载波通讯方面做得更好。自从1999年起，Oneline及其前身就启动了若干次实验，而且实验都十分成功，而仅有遗憾的就是下载速度比目前最快的拨号Modem快不了多少，他们以为这是由于遭到早期时刻驳回CableModem等未完善设备的一系列限度所形成的。据此项技术的钻研专家泄漏，随着配合此项技术的公用配件设备的逐渐成熟，到时刻网络数据的传输速度必需会几十倍或许上百倍的参与。由于此项技术的迷人前景，使得整个业界都在亲密关注该项技术在欧洲试运转的最后结果。由于Oneline和Enikia两家公司并未泄漏此项技术的详细细节，所以这又使得圈内外人士对此抱有相当大的疑虑和担心。在行进一步又发展两步的通讯技术探求路线中，任何公司都是饱经了风霜。为此经过很长一段期间Oneline和Enikia两家公司宣布他们将携手独特协作开发该类技术和产品。依据这项协定内容，他们将协作研制出一种新的系统，准许用户将电脑插在任何普通的电源插座上就能经过电源线路登上网络。假设他们的这套系对抗旦投入商业市场，那么这无疑对那些赞成经过电源线路上网的支持者所启动的多年钻研上班是一个最大的必需。在电力线通讯的开展方面，正如Enikia公司主管环球营销的副总裁JarekChylinski指出的那样，速度是一个大疑问。HomePlug联盟可以比诸如CEA这类普通规范化组织更快地开收回新规范。他们之间的竞争将会间接要挟到家庭网络规范。目前，这两个规范团体正在谈判彼此之间的协作疑问。已加盟消费电子产品规范执行的Leviton公司副总裁BillRose指出，出台两种规范是没无心义的。只要协调两个团体的致力，才干到达目标。业内剖析人士以为，有一个独特规范来准许电子设备启动通讯，整个电源线家庭连网的致力才干凑效。另外，美国Inari公司方案从2000年底至2001年将家庭内的电力线用于网络通讯，成功继第一代350kbit/s和第二代2Mbit/s之后的第三代10Mbit/s芯片组。据悉，作为商品电力线通讯调制解调器将在技术开发成功后三个月上市。该公司1998年6月推出的第一代产品经过FSK（frequencyshiftkeying）法成功350kbit/s的通讯速度。如今，该公司驳回QPSK（quadriphaseshiftkeying）法，同时经常使用4条门路成功2Mbit/s的数据传输速度。目前其第三代芯片组的开发上班已大抵成功，正在启动实验验证，预计2000年下半年将推出电力线调制解调器产品。第三代产品与第二代产品雷同驳回QPSK法，并经过参与门路数将数据通讯速度提高到10Mbit/s。但由于该产品的技术设计与以往不同，故它和第一、第二代产品不能相互通讯。据该公司信息：在各房间内装置电话衔接器的家庭尚属少数，所以要成功家庭内各室之间的通讯，电力线最有出路。三、重要技术和规范早在1992年国际规范化组织ISO就对电力线数据系统作过说明。它普通分低速率数据传输（如1200bps）和高速率数据传输（如19200bps）。低速率驳回频移键控（FSK）调制方法。每个字符组包括一个启始位（地逻辑电平），8个数据位和一个中止位（高逻辑电平）。数据包均由启始头文件疏导。数字信号过数模转换，以55KHz±2%的载频，用电压注入模式叠加在三相交流电上。通讯两端驳回异步、半双工模式收发信号，信号电平6Vrms，接纳灵敏度1mVrms。为了与高速率数据通讯兼容，其带外频谱功率小于1mVrms。低速率数据传输普通用于范围小、数据采集量少的场所，如电表、水表的抄表系统。高速率数据传输系统属于宽带信号通讯。驳回扩频技术、网络阻抗顺应技术，以同步全双工通讯模式启动高牢靠性通讯，数据信号驳回二相相移键控（BPSK）方法。在PN码平衡调制器中，高码率PN码脉冲序列调制通讯信号、输入展宽的裁减频谱。传输信号的零到零带宽从140kHz到400kHz。10kHz带宽的输入功率是100mW，输入信号普通经常使用顺应不同线路阻抗的电压注入模式，加载到交流电上。经过长距离通讯，为了保障解调信号的正确性，接纳端往往须要启动信号补救。接纳灵敏度普通在2mV，比特误码率小于10-9。高速率电力线通讯设备实践上可以组成电力线局域网和广域网。由于它抗搅扰性强，又不用铺设通讯电缆，很适宜于采油、矿井、消费车间等搅扰重大的数据传输场所。1、扩频通讯技术[2]在高速率电力线网络通讯中，扩频通讯以其出色的抗搅扰才干、优越的抗多径败落性能、误码率极低和发射功率小等好处，失掉越来越宽泛的运行。此外，扩频通讯还具有抗多径衰减才干（间接序列扩频），多径传输所发生的衰减对系统性能岂但有害，反而有益，这是任何现行系统所不具有的；扩频信号的发射功率很低，使得存在于大气空间的电磁环境较洁净，而传输数据却很高，并可在负信噪比下反常上班，因此系统具有很强的隐蔽性和隐秘性；系统容量大，在相反带宽内，当扩频系统用于蜂窝区通讯时，其容量比模拟蜂窝区系统容量大7~10倍，比GSM数字蜂窝区系统容量大4~6倍。扩频通讯最罕用的是间接序列扩频、跳频和直扩/跳频混合系统，其抗搅扰才干最强。所谓间接序列扩频，简称直扩，就是间接用高速率的伪随机扩频码序列在信号发送端去裁减信号的频谱，而在信号接纳端，用相反的扩频码序列启动解扩，把展宽的扩频信号恢复成原始的信息。接纳机解扩实践上是对搅扰信号启动频谱展宽，把搅扰信号变成功率谱密度很低而频谱很宽的信号，经窄带滤波器滤除后，使落到频带内的搅扰信号能量很小，而有用的数字信号被紧缩恢复成窄带信号，顺利经过滤波器，因此，该系统具有很强的抗搅扰才干。目前此类产品的处置增益普通为10dB。图１为间接序列扩频的示用意。图1间接序列扩频示用意所谓跳频，就是用扩频码序列去启动频移键控调制，使载波频率不时地跳变。期间域的频率跳变，惹起频率域的频谱展宽。在信号接纳端经过发送端的揭示码启动捕捉、同步和跟踪，使接纳端中的扩频码与发送端扩频码的变化法令齐全一样，便可恢复出不跳变的信息码。与间接序列扩频方法相似，搅扰信号重要是在信道中发生的，其它的跳变法令信号由于与接纳机的本振频率跳变法令不同，所以混频以后，仍为跳变的信号。跳变的搅扰信号由于其频谱很宽，所以大局部被窄带滤波器滤除，而落在带内的搅扰信号的能量很小。这样，便大大提高了扩频设备的抗搅扰才干。此类产品的处置增益为5~10dB。图2为跳频方法的示用意。直扩／跳频混合系统是一个载波频率变化的间接序列扩频系统，它综合了间接序列扩频技术和跳频技术二者的好处。频率跳变使它在局部期间上避开搅扰，而在有搅扰的频段上，搅扰被间接序列展宽频谱，易于滤除。此类产品的处置增益可达15dB以上。在当今各种工业环境、各种人为搅扰很重大的通讯环境下，驳回该系统具有久远意义。图2跳频方法示用意2、CEBus规范CEBus(消费电子总线、家庭总线)是由美国EIA颁布的企业规范。CEBus包括两个规范，一个用于低速（低于10kbps）控制，另一个用于高速数据信号，如数字视频传输。由于CEBus是点对点网络，它不须要系统控制器。其电力线载波通讯技术经常使用chirp扩频信号技术（该技术是Intellon公司的专利）。Chirps笼罩100到450kHz，而其余一些扩频系统是无法能失掉信息的，该类系统中的接纳机要花几个毫秒来锁定信号。Intellon公司的技术好处在于它可极速传输更多的信息。CEBus经常使用CSMA/CD方法来控制其节点对电力线媒介的访问。CEBus驳回NRZ编码体制，用脉冲宽度表示信号。4种信号及其脉冲宽度是："1"(1UST)，"0"(2UST)，"EOF"(3UST)，"EOP"(4UST)。EOF即EndofField，EOP即EndofPocket。UST即UnitSymbolTime，是编码和解码的计时基准。图3CEBus节点模型CEBus是参考ISO的OSI七层模型设计的，见图3所示。整个物理层的性能曾经芯片化，某些芯片还包括了数据链路层的性能。MAC子层提供带或不带应对的无衔接数据传送服务。有时MAC还承当查错义务。同时MAC还要生成包的控制域，以标明包的类型、优先级、服务级别和序列号。优先级分3级，初级专门用于与人交互的进程和开环控制的进程，其余进程为中或低级。LLC子层是个空壳，只转发命令，无实质性上班。网络层担任路由、路桥、确定网址、流量控制、给数据分段、摈弃无线媒体收到的重复包等。由于网络层已超然于媒体之上，所以要思考信息的跨媒体传输疑问。运行层可以经过原语向网络层指明：优先级、能否须要应对、能否有网址、能否经常使用流量控制、路由模式、准许在什么媒体上行输、能否经常使用路桥以及路桥的网址等等。CEBus笼罩了家庭中的一切传输媒体，包括红内线、射频、电力线、同轴电缆、双绞线或光纤等。正是由于这一点，所以它有路桥的概念。路桥指能在无线媒体(红内线或射频)与有线媒体(电力线、同轴电缆、双绞线或光纤)之间转发包的设备。一台内藏微控制器、装备CEBus软件的电视是红内线和电力线之间的路桥，由于它和电力线相连，同时还经常使用红外遥控器。一台相似的无绳电话则是无线电、电力线和双绞线之间的路桥。跨媒体传输提高了网络的强健性和灵敏性，同时也使生存空后繁难。例如，电视购物时可用电视遥控器收回指令，经红内线、电力线到家用PC，再由PC经过互连网收回购物信息，或在院子里用无绳电话经过射频、电力线关上空调。此技术为跨媒体传输提供了足够的灵敏性。CEBus的运行层经过CAL(CommonApplicationLanguage)和运行程序衔接。CAL是CEBus专为设备之间相互通讯而设计的面向对象言语。网络资源的调配和控制也经过CAL成功。在目前的CEBus规范中只要一个信道(controlchannel)，未来或许要参与1个或几个datachannel，届时资源调配将复杂起来。智能化住宅的主机无疑是家用PC机。CAL的面向对象个性使CAL很容易在PC上运行。但是，关于散布在家庭各个角落的微控制器来说，CAL不适用。思考到PC数量远少于微控制器，并且PC经常使用初级言语、又有CAL支持，而微控制器重要经常使用汇编言语、多为实时控制、目前还没有单片机支持CEBus，因此可以得出论断：智能化住宅软件开发的重点和难点是在微控制器上，微控制器程序员齐全可以抛开运行层，在较低档次上参与CEBus体系。为了提高微控制器软件开发、保养效率及牢靠性，须要专为微控制器设计的实时多义务操作系统。如FDCX05、FRMX96等[4]。对电力线载波影响最大的搅扰是PC机等经常使用的开关电源，其噪声笼罩了载波频段。对策是经常使用小而廉价的阻波器，开关电源经过它与电力线相连。这就可以消弭开关电源的搅扰。当然，实践运行中或许仅部离开关电源经常使用了阻波器，再思考到电器轻易开关，所以线路品质不稳固。在用户通讯设备入口端上也装置阻波器，把家庭外部的电力线通讯网（PL）与外面相隔离。外部的PL网上行输的是团体信息，在外部的PL网上行输公共信息，例如每户家庭的耗电量、用水量、整个大楼的安保信息、中央空调的控制信息等，从而提高强健性、隐秘性(信息无法在外界和家庭外部之间传递)，同时也降落网络负载。住户客人可以用电话、互连网等从外面访问家中的PL网。如何保障包在电力线上牢靠地传输，这在CEBus中只繁难地提到两点：1）物理层要保障收到的数据包的正确率达98%；2）发送方重复发送。这实践下限度了CEBus网络的规模，假设网络规模较大便不适用了。家用电力线载波通讯网的运行环境特点是由疑问计算机的群众经常使用，家电的布置十分轻易且经常变化，而且还要具有必定的牢靠性。所以，提出用"随机转发"方法，不要路由器，任何一台设备都担任转发数据包，保障数据包传遍PL网，从而成功了繁难性(用户不须要任何计算机常识，可轻易改变电器布置)和牢靠性(保障收到每一个数据包)。其代价则是降落了带宽应用率，好在家电的信息量原本就很小。曾经钻研出的低频载波技术准许信号在电力线上行输很远的距离，甚至能穿过变压器，十分牢靠[5]。可以在电力线上同时经常使用高频和低频信号，用低频信号成功网络性能和转发调度上班。两者扬长避短，可大大提高网络性能。四、论断已有的钻研标明，同轴电缆传输速率可到1GHz，双绞线到达100Mbps，电力线目前可到达1Mbps。电力线可以在数据通讯中传递控制信号、音频信号、视频信号以及电视图象信号。用于家庭电器智能控制、保安系统、用户小型替换机系统、语音系统、远距离视频显示系统、灵敏的闭路监督系统以及工业控制机系统等等。目前我国电力线数据通讯尚处于起步阶段。1997年出现低速率数据传输设备，用于小区电表治理系统。100kbps的高速率数据传输设备也与1998年底研制成功。有理由置信，随着人们对电力线数据通讯意识的不时提高，这一简捷、经济的通讯模式会很快普及，并深化到各个运行畛域。另外，值得一提的是，电力线数据通讯不只适用于交流电，在直流电上也雷同可以启动。它的高速率数据传输设备号称在噪声线上运送准确的数据信息。参考文献：[1]ElectronicIndustriesAssociation：EIA-600，1995[2]AndrewS.T.，《ComputerNetworks》，PrenticeHall，1996-11[3]普罗基斯.约翰.G著，齐怀亮译，《数字通讯》，北京：电子工业出版社，1988.10[4]涂时亮，张友德，《单片微机控制技术》，上海：复旦大学出版社，1994.11[5]JohnGallant,Digitalwirelessnetwork,EDN,March4,1993,p78~85作者简介：常东来，男，1970年生，博士后，讲师。重要从事智能控制、计算机控制、电气传动控制以及楼宇智能化控制等方面的钻研上班。 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