電力線載波通信協議及其裝置的製作方法
2024-01-24 10:13:15
專利名稱：電力線載波通信協議及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力線載波通信協議及其裝置，屬於通信技術，網絡技術，是在電力線上實現基於SFTP(Simple File Transfer Protocol)協議的數據和文件傳輸。
背景技術：
1)電力載波通信技術，它現在廣泛應用於通信，電力等行業，這種技術是當今通信行業較為先進的技術，但該技術僅僅提供了兩點間通過電力線實施信息傳輸的可能性，並不能直接實現兩點間高效可靠的數據傳輸，為此各公司在這項技術的上層添加了各種不同的協議去保證可靠的完成既定的功能，如通過電力線進行住宅小區水，電，氣表的遠程抄讀。目前，該技術有以下兩種實現方式，一種是以擴頻通信理論為基礎，採用這種通信方式的設備，能實現在電力網上的高速數據傳輸，主要面向網絡通信為主的高速數據通信業務，是當前的主流發展方向。但其成本極其高昂，不是一般的中小公司所能承受的，所以它目前的應用範圍有一定限制；另一種是以窄帶通信理論為基礎，採用窄帶通信理論的設備，適用於低速數據場合，其價格便宜，維護簡便，可靠性突出，很多場合有它的用武之地。但是以窄帶設備為技術支撐的用於雙機文件傳輸的應用幾乎沒有，而這項應用的需求在某些場合又確實存在。2)TCP/IP協議簇中的文件傳輸協議部分。TCP/IP協議簇中的文件傳輸協議用於與遠程主機建立會話以下載(或上載)文件，下載是指將遠程主機上的文件傳到本地計算機上。上載文件是指將本地計算機的文件傳送到遠程主機上。文件傳輸協議使用了一些TELNET服務來建立會話連接，需要用TELNET服務以允許用戶查看遠程主機上的目錄並瀏覽主機以尋找文件。但是，用戶不能用文件傳輸協議去運行遠程主機的程序。運行文件傳輸協議需要兩個會話。一個用於發送控制信息，另一個會話用於數據文件的實際傳輸，這允許不中斷地傳輸文件，同時允許向遠程主機傳送控制信息。文件傳輸協議支持幾種數據類型，可以ASCII或EBCDIC碼的形式傳輸文件，同時它也支持二進位文件類型。
這套協議以TCP/IP底層協議為依託，它充分使用了底層協議所提供的服務，其中一個很基本的要求就是物理層能夠提供高速數據傳輸服務，但在以電力線為通信媒介提供物理層服務時，這種要求往往無法滿足，而且這套複雜的協議簇都需要極多的協議開銷，這對於小型嵌入式系統實現的電力線接口適配器無疑是一個很苛刻的要求。在這種情形下，就要求簡化協議模型，提出更適合於小型嵌入式系統能夠承載的精簡的協議。
發明內容
為避免現有技術的缺陷，本發明是以低壓電力線(220V)為通信媒介，採用BPSK的載波調製方式，在鏈路中傳輸數據時採用了改進的CSMA/CD介質訪問控制協議，其特徵在於結合ECHELON公司底層網絡設備在應用層開發了專用的網絡通信協議，以此進行電力線上高質量的文件數據傳輸。整個系統具有一定流量控制功能，能有效的避免了網絡的阻塞；通信過程中各層數據採用了特殊的編碼，解碼方式，配合底層協議中的衝突檢測，應答重發機制，從而保證了通信的高可靠性。本發明提出的通訊協議既能用於兩臺計算機間的文件傳輸，也能實現一點對多點的文件傳輸，多對點之間的獨立數據傳輸，而且可靠性極高。
本發明提出的通信協議在RS-232協議於與用戶應用層之間設計了一種簡單的傳輸控制協議，協議主要包含兩部分一是雙機之間通信模式的設計，主要是通信過程的定義和差錯的控制和處理。本發明裝置的傳輸控制協議和檢錯糾錯能力相互配合從而較好的實現了通信系統各方面的要求，保證了通信的可靠性以及組網安裝的便利性。考慮到PC機與通信裝置主處理器處理能力的不對稱性，協議也具有不對稱性，為此主要採取以下技術方案1.每次通信過程有PC機端發出啟動信號開始，結束狀態由通信裝置判斷用以確定通信是否結束；2.PC機與通信裝置每次通信都必須握手，這是通過上位機軟體協調通信裝置共同完成；3，差錯控制是在PC機上實現的；4，發送中故障(如掉電，傳輸錯誤)的檢測由通信裝置和主機配合完成；5.通信電路板加密保護措施由通信裝置完成
6.數據發送時，採用冗餘發送方式，即考慮到電力載波通信的不確定性和實際要求的高可靠性，而採取幀冗餘重傳方式，使用了底層的不確認的無連接服務；二是幀格式的定義，採用了兩種類型的幀格式信令幀和數據幀。信令幀用於控制和握手信號的傳輸，如文件傳輸開始和結束，錯誤數據的重傳等。數據幀則採用冗餘編碼的方式，一幀中包含幾個域同步信息頭，數據長度，數據，備份數據，奇偶校驗。
本發案和傳統的方案的技術比較
一種實現本協議的電力線載波通信裝置各模塊的連接關係如附圖2所示DSP處理器是整個裝置的核心中樞，因此該處理器與各個功能模塊都有連接，與通過串口與上位計算機相連，用於向電力線上發送或接受文件數據流；與存儲模塊相連用於數據的存儲或緩存；與電力載波模塊相連主要用於對電力線上通過載波模塊接受或發送的信號進行協議解釋或翻譯；耦合模塊與電力載波模塊相連，用於把載波模塊調製數位訊號發送到電力線上進行傳輸，而且也用於從低壓電力線上濾出有用信號，供電力載波模塊做進一步處理，同時還加入一些保護措施，防止意外情況的發生。
圖1通信系統的概念層次2通信裝置原理框3外觀結構示意圖a側視圖b側視4RS-232連接器定義5實施例1點對點通信圖6實施例2一點對多點通信或多點之間一對一通信下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
具體實施例方式協議的實施例實施例1點對點通信，這是本協議最簡單的方式。每次通信過程有PC機端發出啟動信號開始，結束狀態由通信裝置判斷用以確定通信是否結束；PC機與通信裝置每次通信都必須握手，這是通過上位機軟體協調通信裝置共同完成；差錯控制是在PC機上實現的；發送中故障(如掉電，傳輸錯誤)的檢測由通信裝置和主機配合完成；通信電路板加密保護措施由通信裝置完成；數據發送時，採用冗餘發送方式，即考慮到電力載波通信的不確定性和實際要求的高可靠性，而採取幀冗餘重傳方式，使用了底層的不確認的無連接服務；實施例2一點對多點通信或多點之間一對一通信，這是本協議比較複雜的實施方式，物理層，數鏈層和應用層大致一樣，所不同的是它在網絡層添加了一些簡單的網絡層協議，即確定了簡單的地址解析，而實施點對點通信，網絡層就不存在。
設備的實施例主處理器可採用NEURON3150或MCS-51，電力載波晶片有很多選擇如Intellon的SSC PLCEFN或Echelon的PLT-20，串行接口晶片可採用MAX232等，相關的外圍電路若干。
各模塊的主要功能介紹如下
DSP處理器模塊主要功能主要包括設置串口波特率，與PC及之間數據的同步(發明中雙方採用了特殊的握手協議，用以保證傳輸數據的可靠性)，從串口接收(或發送)數據並對其進行處理接著通過通信I/O引腳轉發至電力線載波晶片。
電力線載波晶片主要是把從DSP晶片收到的數據通過耦合保護電路轉發到電力線上去。
存儲模塊採用E2PROM，主要存儲通信應用程式，如想本發明用於控制用途可方便的更改應用程式。
RS-232接口電路將TTL或CMOS電路轉換為標準的RS-232電平，從而實現DSP晶片串口與PC及串口之間的數據傳輸。
電源模塊的主要為其它各模塊提供+5V或+12V電壓，為了防止幹擾電源模塊專門設計了濾波電路，此外還包括電壓轉變電路，欠壓復位電路，過壓保護電路等。
耦合及保護電路主要把電力線載波晶片處理過的數據包加在到電力網絡上去，並且設計了過壓保護電路。
RS-232連接器定義2腳數據接收3腳數據發送4腳DTR(輸出)5腳地7腳RTS(輸出)
權利要求
1.一種電力線載波通信協議，以低壓電力線(220V)為通信媒介，採用BPSK的載波調製方式，在網絡中傳輸數據時採用了改進的CSMA/CD介質訪問控制協議，其特徵在於結合ECHELON公司底層網絡設備在應用層設計了專用的網絡通信協議。
2.根據權利要求1所述的電力線載波通信協議，其特徵在於用於雙機間文件傳輸的簡單文件傳輸協議(SFTP)，包含兩部分一.雙機間通信模式的設計；a.每次通信過程有PC機端發出啟動信號開始，結束狀態由通信裝置判斷用以確定通信是否結束；b.PC機與通信裝置每次通信都必須握手，這是通過上位機軟體協調通信裝置共同完成；c.差錯控制是在PC機上實現的；d.發送中故障(如掉電，傳輸錯誤)的檢測由通信裝置和主機配合完成；e.通信電路板加密保護措施由通信裝置完成；f.數據發送時，採用冗餘發送方式，即考慮到電力載波通信的不確定性和實際要求的高可靠性，而採取幀冗餘重傳方式，使用了底層的不確認的無連接服務；二.傳輸時幀格式的定義。採用了兩種類型的幀格式信令幀和數據幀。信令幀用於控制和握手信號的傳輸。數據幀則採用冗餘編碼的方式，一幀中包含幾個域同步信息頭，數據長度，數據，備份數據，奇偶校驗。
3.一種實現上述電力線載波通信協議的裝置，其特徵在於整個裝置的核心是DSP處理器，該處理器與各個功能模塊都有連接；通過串口與上位計算機相連，向電力線上發送或接受文件數據流；與存儲模塊相連用於數據的存儲或緩存；與電力載波模塊相連主要用於對電力線上通過載波模塊接受或發送的信號進行協議解釋或翻譯；耦合模塊與電力載波模塊相連，用於把載波模塊調製數位訊號發送到電力線上進行傳輸。
全文摘要
本發明涉及一種電力線載波通信協議及其裝置，屬於通信技術，網絡技術，是在電力線上實現基於SFTP(SimpleFile Transfer Protocol)協議的數據和文件傳輸。本發明是以低壓電力線(220V)為通信媒介，採用BPSK的載波調製方式，在鏈路中傳輸數據時採用了改進的CSMA/CD介質訪問控制協議，其特徵在於結合ECHELON公司底層網絡設備在應用層開發了專用的網絡通信協議，以此進行電力線上高質量的文件數據傳輸。同時設計了完善地實現該協議的裝置。本發明協議簡單可靠，實現的裝置成本低廉，便於維護，操作簡單可靠。
文檔編號H04L29/06GK1499741SQ0213951
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月11日 優先權日2002年11月11日
發明者史忠科, 陳小鋒, 陳剛, 朱紅育 申請人:西北工業大學