關鍵詞： 電力線通信技術 智能家居網(wǎng)絡 電力網(wǎng)關

摘 要：簡要介紹了電力線通信技術，分析了對利用電力線通信技術實現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡的載波技術、網(wǎng)絡控制技術等組網(wǎng)關鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網(wǎng)絡解決方案。

基于電力線通信技術的智能家居網(wǎng)絡系統(tǒng)，利用電力線通信技術通過電源插座完成家庭聯(lián)網(wǎng)，并為家庭網(wǎng)絡提供互聯(lián)網(wǎng)接入和多媒體音視頻業(yè)務，通過家庭服務器對接入家庭網(wǎng)絡的信息家電、 安全系統(tǒng)實行監(jiān)控和管理。

一、電力線通信技術概述

電力線通信技術(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。目前 PLC 技術已經形成寬帶接入型與家庭網(wǎng)絡型兩種發(fā)展模式，家庭網(wǎng)絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速 LAN。這種模式的 PLC只提供家庭內部聯(lián)網(wǎng)，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網(wǎng)連接家庭內部局域網(wǎng)。電力線通信技術有以下優(yōu)點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡成本較低;電力網(wǎng)是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛;網(wǎng)絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數(shù)目較多且接插方便;不需要撥號，接入電源插座即接入網(wǎng)絡;電力線載波通信較容易實現(xiàn)自動抄表、 家居監(jiān)控等功能。利用電力線載波通信技術實現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡最方便。

二、電力線智能家居網(wǎng)絡的關鍵問題

2. 1 載波技術

1) 正交頻分多路復用技術。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。為提高電力線網(wǎng)絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術(OFDM)進行調制。即將串行數(shù)據(jù)轉化為 N 個并行數(shù)據(jù)分配給 N 個不同的正交子載波，實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸。這樣既可得到很高的數(shù)據(jù)傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應用 OFDM 技術于電力線通信中具有明顯的優(yōu)越性。OFDM 頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強，可以克服電力線上固有的高噪聲、 多徑效應和頻率衰減等現(xiàn)象， 有效利用現(xiàn)有低壓電力線實現(xiàn)高速數(shù)字通信。

2) 擴展頻譜調制技術。這一技術的抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發(fā)電力通信產品。擴展頻譜調制技術在相對較寬的頻帶上擴展了信號頻譜，降低了信號的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對其他通信系統(tǒng)的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號，信號的信噪比很高，抗干擾性增強。另外，擴頻通信可以實現(xiàn)碼分多址。對于 1 Mbp s 左右的系統(tǒng)，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在 10 Mbp s 及以上時，擴頻技術實現(xiàn)起來較困難。在 10 Mbp s 及以上傳輸速率宜采用 OFDM 調制技術。

2. 2 網(wǎng)絡控制技術目前，家庭自動化網(wǎng)絡標準有許多種，較為成熟的有 X210、 CEBus和LonWorks等。

1) X 210是最早應用于家庭設備自動控制系統(tǒng)的。X 210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸?shù)模瑥目攸c只能接收主控點發(fā)來的信息，不能反饋。X 210的系統(tǒng)信息的傳輸較慢(傳送一個指令需時0. 883 s)，抗干擾性能差，可用節(jié)點數(shù)為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但其價格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個簡單的家居智能網(wǎng)絡，可以考慮 X 210技術。

2) CEBus是一個較完整的開放系統(tǒng)，美國電子工業(yè)協(xié)會( EIA) 于 1992 年正式推出，并定為IS260/ EIA2600 標準。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度 ( 10Kbp s)傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現(xiàn)的 “瓶頸” 問題。CEBus 的抗干擾能力比 X210強，控制功能亦十分豐富。但接口技術比較復雜，價錢較貴，在中國的應用不多見。

3) LonWorks 是由美國 Echelon 公司于 1990年12月開發(fā)成功的全分布式智能控制網(wǎng)絡技術。1997年8月，被 EIA 的集成家庭系統(tǒng)技術委員會定為家庭網(wǎng)絡( Home Networking)的標準。Lon2Works完全支持OSI的7成協(xié)議，具有良好的開放性、 互操作性，其網(wǎng)絡系統(tǒng)組成以分布控制為控制模式。對于網(wǎng)絡家電來說，只需要將已定義的的網(wǎng)絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現(xiàn)后，就能夠實現(xiàn)不同廠商之間產品的相互兼容。 LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節(jié)點的故障不會造成系統(tǒng)癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的神經元芯片，具有很強的通信能力和一定的數(shù)據(jù)處理能力。其抗干擾能力很強，其可靠度是這三種網(wǎng)絡控制技術最高的(約99. 8 %)，并具有完善的開發(fā)系統(tǒng)和工具。

LonWorks的分布式架構，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴展性強，在將來對系統(tǒng)升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。上述三類家庭自動化網(wǎng)絡技術都是各有其特點，組網(wǎng)時可根據(jù)實際情況進行選擇。但如果要組建一個統(tǒng)一的、 操作性強、 功能完善、 可靠性高、可擴展性強的家居智能網(wǎng)絡，采用 LonWorks 技術是一個明智的選擇。

三、電力線智能家居網(wǎng)絡的組成

本文以 LonWorks 技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡以分布控制、 集中管理為控制模式，其網(wǎng)絡系統(tǒng)可依靠網(wǎng)絡節(jié)點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節(jié)點與家用電腦相連，可控制從節(jié)點的功能配置并監(jiān)控從節(jié)點的狀況，并且還負責與 Internet 的通信。通過主控節(jié)點可查看電表、 水表、 煤氣表的讀數(shù)，實現(xiàn)三表的集抄。從節(jié)點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態(tài)信息。從節(jié)點由電力線網(wǎng)關、 信息家用電器組成。在這個網(wǎng)絡系統(tǒng)中，電力網(wǎng)關是一個重要的部件，它用于對網(wǎng)絡信息的發(fā)送與接收。電力網(wǎng)關由基于 LonWorks 網(wǎng)絡系統(tǒng)的Lon Talk 網(wǎng)絡協(xié)議和神經芯片、 電力線載波模塊和耦合電路組成。公務員之家

四、結束語

本文介紹了電力線通信技術，并對電力線通信技術實現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡組網(wǎng)的關鍵問題進行分析，給出了一種基于 LonWorks 技術的電力線智能家居網(wǎng)絡解決方案。該方案具有可靠性高、 靈活性好、 可擴展性強等特點，充分發(fā)揮了 Lon2Works技術的網(wǎng)絡控制功能。