电力线通讯技术课件

电力线通信技术,专题,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,什么是PLCPLC种类与发展现状PLC典型应用PLC主要关键,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,数字化、网络化是现代国际社会的重要特征。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：Dali/ EIB/CEBus,一、什么是PLC,有线通信方式一、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,无线通信方式一、什么是PLC,分 类,技术名称,主 要 规 格,备 注,宽带,互联,网接,入,Ethernet,10/100Mbps,UTP,专用线,Cable modem,10M-38Mbps,有线电视同轴线,XDSL,1.5-52Mbps, 13.7Km,电话线,卫星通讯,110Mbps,无线通讯,几种网络的技术标准与主要规格,一、什么是PLC,分 类 技术名称 主 要 规 格 备 注 Et,分类,技术名称,主 要 规 格,备 注,家庭,互联,网络,Home PNA,V1.0/V2.0(1/10Mbps),电话线,Home RF,SWAP V1.2(1-2Mbps),无线通讯,IEEE1394,100/200/300/400Mbps,IEEE 1394b(800-3200Mbps),专用线,HAVI,A/V设备专用通讯Protocol,IEEE 1394,IEEE802.11,1M bps-11Mbps,无线通讯,Bluetooth,1/10Mbps,无线通讯,Wiress LAN,2/5.5/11/25Mbps,无线、红外线,Home Plug,Intel,MS,Cisco.,电力线通讯,几种网络的技术标准与主要规格,一、什么是PLC,分类技术名称主 要 规 格备 注Home PNAV1,几种网络的技术标准与主要规格,分类,技术名称,主 要 规 格,备 注,家庭,控制,互联,网络,X-10,60bps,电力线,EIB,9600bps,控制线,RF,9600bps,无 线,LonTalk,78k/1.2Mbps,电力线,CEBus,9600bps,电力线,一、什么是PLC,几种网络的技术标准与主要规格分类技术名称主 要 规 格备,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,电力线通信英文Power Line Communicatio,一、什么是PLC,调制与频率搬移的物理概念,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,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,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,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,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,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,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,电力线载波通信的优势四网合一/融合是网络发展的趋势！一、什么,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,什么是PLCPLC种类与发展现状PLC典型应用PLC主要关键,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/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230,MHz,之间、通信速率通常在1,Mbit/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,种 类二、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,补充：宽带与窄带划分的一般标准：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100 Mbps at the physical layer;Trannsmission frequencies below 100 MHz.,二、PLC种类与发展现状现 状,二、PLC种类与发展现状,Distance1500m for the first-mile/last-mile connection; Distance100m 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 expected 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.,二、PLC种类与发展现状Distance1500m for,国际标准:,IEEE P1675,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 will 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,国际标准: IEEE P1675二、PLC种类与发展现状,二、PLC种类与发展现状,国际标准:,HomePlug,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,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 access 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 Communications Group, Motorola,and so on.,二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：Intellon Co. 二、PLC种类与发展现,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 rates 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, including Ambient, Amperion, Mitsubishi, Corinex, Kaicom and Mitsubishi.,二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：DS2 Co.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-vendor standard certified product.,二、PLC种类与发展现状,Two powerful industry groups,二、PLC种类与发展现状,二、PLC种类与发展现状,DS2-PLC Access&Networking,二、PLC种类与发展现状,DS2-PLC Access&Networking二、PLC,二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：,SPiDCOM Co.,SPiDCOM Technologies is a fabless semi-conductor company. It specialises in the design and marketing of integrated circuits and modules for very high-speed powerline communication and digital data over coaxial cable solutions.,SPC200-e: Raw data rate of 224 Mbps,SPiDCOM actively participates to the processes of standardization and regulation of Powerline Communication worldwide (CENELEC, ETSI, HomePlug Powerline Alliance, IEEE, OPERA Project, PLC Forum, PUA, UPLC).,二、PLC种类与发展现状芯片与产品：SPiDCOM Co.,Spidcom,SPiDChip,Powerline Physical Layer Processor,Digital Chip 0.18m,ARM 926,Micro-Controller,interfaces,宽带PLC的相关技术,Spidcom SPiDChipPowerline Phys,Prototype Platform,High flexibility :,2 XILINX VIRTEX2,1 ALTERA EXCALIBUR,many extensions & tests pins,二、PLC种类与发展现状,Prototype Platform二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：,Yitran Co.,Founded in 1996, Yitran Communications is a leading provider of cutting edge power line modem technology.,Yitran Communications designs, develops, and markets proprietary digital and mixed-signal integrated circuits for home networking, power line communications, access, AMR (Automatic Meter Reading) applications, automation and control applications over existing electrical infrastructure.,IT800 Narrowband Modem IC (up to 7.5Kbps),ITM1/ITC1 Broadband Modem IC (up to 2.5Mbps),ITM10 (Broadband Modem IC (up to 24Mbps),二、PLC种类与发展现状,芯片与产品：Yitran Co.二、PLC种类与发展现状,Manufacturer,Chipsets,PHY speed,Standard,Country,Intellon,INT5200,INT5500CS,INT6000,14Mbps,85Mbps,200Mbps,HomePlug1.0,HomePlug1.0+,HomePlug AV,USA,DS2,DSS9010,DSS9011,DSS9001,DSS9002,DSS9003,200Mbps,UPA,OPERA,Spain,SPiDCOM,SPC200-e,224 Mbps,CENELEC, ETSI, PUA,HomePlug, IEEE, OPERA,Project, PLC Forum,UPLC,French,Yitran,ITM1/ITC1,ITM10,2.5Mbps,24Mbps,CIC, CABA,ISRAEL,四家公司产品的简要对比,二、PLC种类与发展现状,ManufacturerChipsetsPHY speedS,Maxim Co.：14Mbit/s；提供样片、评估板；家庭网络高速接入；与Intellon 14Mbit/s兼容；,Conexant Co.：14Mbit/s；提供样片、评估板；家庭网络高速接入；与Intellon 14Mbit/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,Maxim Co.：14Mbit/s；提供样片、评估板；家庭,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Michael K. 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：美国二、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：日本 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Consultation Paper on Broadband over Power Line (BPL) Communication Systems,二、PLC种类与发展现状,国外产业现状：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,二、PLC种类与发展现状国内现状：窄带PLC,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：窄带PLC二、PLC种类与发展现状,国内现状：宽带PLC,2001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,国内现状：宽带PLC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,什么是PLCPLC种类与发展现状PLC典型应用PLC主要关键,不同应用对带宽的需求,三、PLC典型应用,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应用三、PLC典型应用,窄带PLC应用,路灯监控,管理中心,路段控制器1,变压器,GSM,Internet,数据库,GSM,变压器n,路段控制器n,数字镇流器,数字镇流器,三、PLC典型应用,窄带PLC应用管理中心路段控制器1变压器GSM Intern,窄带PLC应用,家庭监控(自动化),三、PLC典型应用,窄带PLC应用三、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,窄带PLC应用三、PLC典型应用,Multimedia Private Network,Professional Network,Internet Access,三、PLC典型应用,宽带PLC应用,宽带传输/接入(最后一公里),Multimedia Private NetworkProf,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,宽带PLC应用三、PLC典型应用,Topology of a cluster,Access Point,Medium Voltage (20 kV),Low Voltage 220 V,Ethernet,Broadband Access (fiber),Repeater,Repeater,Modem,Users,Basic cell,One cluster = 5 basic cells,One access point per cluster,150-200 users per basic cell,possible repeating on MV or LV,宽带PLC应用,宽带传输/接入(最后一公里),三、PLC典型应用,Topology of a clusterAccess Po,宽带接入网,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应用三、PLC典型应用,宽带PLC应用,宽带传输(,家庭网络Home Networks),数据通信,家庭娱乐,家庭电气设备监控,其他,Home Networks,三、PLC典型应用,宽带PLC应用数据通信家庭娱乐家庭电气设备监控其他Home,Home multimedia network,PLC interface PLC to WiFi Bridge,Router,(PLC, ADSL),Multimedia Bridge,Internet Access,(PLC, ADSL),Multimedia link,PowerLines,USB/Ethernet,三、PLC典型应用,Home multimedia networkPLC int,家庭网络,三、PLC典型应用,家庭网络三、PLC典型应用,Home Security Module,HVAC Module,Ethernet (LAN) Module,Other Optional Module,Residential Gateway,Internal LAN Interfaces,External Broadband WAN Interfaces,Power line,Twisted Pair,Other Wired Media,Wireless,Internet,Phone Service,Utility Services,DBS Video,ISO/IEC家庭网关参考模型,ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 1 1999,三、PLC典型应用,Home Security ModuleHVAC Modul,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,宽带市场需求三、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,什么是PLCPLC种类与发展现状PLC典型应用PLC主要关键,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,信道分析、建模与快速估价技术四、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,电力线载波通信特点四、PLC主要关键技术EN50056描述的,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,电力线信道特性四、PLC主要关键技术,频率与噪声幅值关系,四、PLC主要关键技术,频率与噪声幅值关系四、PLC主要关键技术,Noise amplitude apectrum. (a) Laboratory,(b) Residential house,四、PLC主要关键技术,Noise amplitude apectrum. (a),Waveform and its spectrum while incandescent lamps are working,Waveform and its spectrum of AC source with 220Vac(line-line),四、PLC主要关键技术,Waveform and its spectrum whil,Waveform and its spectrum with electrical ballasts whose powers are 400w,Waveform and its spectrum while 1.6kW induct motor with soft starter,四、PLC主要关键技术,Waveform and its spectrum with,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。,四、PLC主要关键技术 电力线信道特性,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,电力线信道特性四、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,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,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,组网通信技术四、PLC主要关键技术,四、PLC主要关键技术,四、PLC主要关键技术,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,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,四、PLC主要关键技术组网通信技术,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(ant colony algorithm，ACA)，也称蚁群优化算法(ant colony optimization，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(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,组网通信技术四、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,基于蚁群算法电力线通信组网方法四、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) 四、PL,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) 四、PL,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) 四、PL,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,实例1：基于类蚁群算法的自动路由模型(LAARM) 四、PL,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Ad Hoc的电力线通信组网方法四、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,基于Ad Hoc的电力线通信组网方法四、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,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,跳频(Frequency Hopping，FH)通信是一种躲避式的抗干扰技术，它通过伪随机序列控制载波频率的跳变来实现频谱的扩展，具有抗恶意干扰、抗截获能力、抗衰落、无远近效应等优点，是战术无线通信中的常用通信技术。,跳频通信理论基础,香农(Shannon)定理,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,跳频通信基本原理,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,电力线通信与频率资源,尽管目前国际上还没有专门的权威组织或机构来管理电力线通信的频率使用情况，但是，电力线频率也是一种资源，有必要对它的开发和使用加以合理的规划与限制。,利用窄带PLC能完成的功能就不应该用宽带PLC来完成，这将有利于减小相关设备对低压配电网络毫无疑义的干扰。,合理分配电力线通信频段将是保证未来更多电力线设备共享低压配电网的基础。,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,电力线跳频通信系统模型,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,跳频通信中的关键技术,跳频序列与跳频图案,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,跳频通信中的关键技术,频率合成器的设计,直接模拟合成法(DS),锁相环合成法(PLL),直接数字合成法(DDS)。,四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术四、PLC主要关键技术,电力线跳频通信技术,同步实现的方法,跳频系统的同步一般包括载波同步、跳频图案的同步、信息码元同步和帧同步。其中，最关键的是跳频图案的同步。,跳频图案的同步可分为捕获和跟踪。