袁景森 李祖山
中移铁通有限公司东莞分公司 523000
摘要：在信息家电联网方面，电力线通信技术尤其明显的优势。本文针对电力线通信技术构建信息家电网络平台方面提出了极具可行性的构想，并且以此为依据构建全新的网络系统结构模型。同时在上述基础上，详尽阐述了网内接口协议，为电力线通信信息家电网络系统的构建提供理论依据。
关键词：电力线通信；信息家电；家庭网络
电力网是当今家居生活中应用最广泛的基础设施之一，它充分融合了电力网和信息通信网，通过现有电力线资源构成信息交换终端，同时基于互联网宽带接入家庭联网等高速数据通信应用，形成最便利、最经济的模式。近年来互联网和信息家电的应用非常广泛，充分发挥了电力通信网与家电设备联网在资源丰富和运行方便等方面的优势，被社会各界所广泛关注。目前信息家电组网技术当中的全新技术形式就是电力线通信技术，这种技术对于各类信息的传输可以通过对遍布各方面的电力线路的利用来完成。
一、电力线通信技术
电力线通信是电力网络应用于通信的需求，电力线能够实现电力线通信对各类数据信息的传输。在低压领域（380/220V），电力线通信技术首先应用于负荷控制、自动抄表和家居自动化，在应用过程中低速电力线通信数据传输速率通常会低于1200B/s。近些年国内外正在广泛利用和推广低压配电线，也就是高速电力线通信，它的传输速率会高于1MB/s。为了克服电力线上传输数据时所产生的噪声，高速电力线通信在进行调制调解时一般会采用正交分频多路复用（0FDM）技术。这种技术构成了家用电力线网络联盟（HPA）的电力线通信协议HomePlug1．0的核心。
家用电器通过各类CPU的施用，将计算机技术进行了很好的融合，具备了高度多媒体通信能力和网络终端功能，从而实现了信息家电。利用现有基础网络设施，能够支持实现数据多媒体通信和信息家电之间的话音通信，家庭联网可以采用BlueTooth、Home PNA、以太网等多种互联网通信技术来实现。高速电力线通信技术相比较其他技术而言，优势非常明显。
第一，每一幢住宅都会被配电网络所覆盖，信息家电数据通信可以直接在电力线上进行，根本不需要再做布线，能够节约大量投资成本。第二，住宅内每个房间都有多个电源插座，能够作为网络接入点，充分发挥出内部电力线通信网络布局方便的优势。第三，高速电力线通信技术能够支持200MB/s、100MB/s、45MB/s、14MB/s、2MB/s等多种数据传输速率。现阶段14MB/s的数据传输速率已经完全能够满足信息家电的日常使用需求，因此被商用领域所大力推广。在电力线通信芯片高度集成化的趋势面前，构建和管理大规模高速电力线通信网络很快就将成为现实。
二、信息家电组网
电力线通信的目的就是在电力线路上传输数据信息和多媒体信息。在电力线上连接各种数字设备，能够实现信息家电之间的相互通信，它们通过房间的供电线路，通过网桥和计算机之间的数据通讯和多媒体数据信息传输，一样能够达成相同的目的。家庭电力线网络可以通过户外公共配电线进行通信，其他住宅内的设备也同样可以。除此之外，可以通过数字用户线调制调节器或电缆调制调节器等宽带接入方式来实现信息家电等各种网络设备接入互联网。
其他公众网络和信息家电网络之间的互联设备就是家庭网关，它可以控制信息家电的运行状况以及对互联网的访问。家庭网关还可以在信息家电网络内部实现电视节目按照预设时间进行录制并存入录像机和计算机内，也能实现数字电视节目点播。住宅内的电力线通信家庭网关一般是安装在熔丝盒内。互联网内某个设备需要与信息家电网络中的某个家电通信时，首先是将请求数据向网关内嵌的Web服务器进行发送，家电通过电力线发送数据被Web服务器所接收后即决定是否想互联网响应，因此用户可以随时随地控制家里的各种设备。例如可以在下班前通过互联网络遥控室内空调温度，以便到家时家里能够温暖舒适。
三、系统结构与设计方案
1、信息家电网络系统的体系结构
电力线信息家电网络系统就是以家庭电力线作为传输介质的局域网，由通用的4层网络体系结构构成网络本身。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据目前家庭网络承担的主要业务，从网络分层角度可将信息家电网络系统分为三层。首先是物理介质层。作为信息家电网络的物理层，扩频在播技术是其信号传输基础，电力线是其传输介质。第二是底层协议层。网络控制层为信息家电协议提供接口，并从底层接收数据，通常采用带有避免冲突的载波侦听多路访问机制，以确保数据通信的数据包按照最快的路径正确收发。这是对于OSI参考模型的数据链路和网络层。第三是应用程序接口层。实现信息家电网络内管理和外部互联网络信息的信息交互是这一层的主要任务，具体包含了数据格式化转化、信息家电功能状态解析和信息家电服务控制管理等功能。这一层是信息家电网络的应用层。
2、协议规范
电力线信息家电网络组织方式为按层进行，每一层之间都存在上下层关系，这一点与当前软件设计结构化和面向对象的理念完全符合。
2.1介质访问协议
每个设备都是平等的，每一条电力线上介入了很多个信息家电设备，通信信道无法预先分配时隙，访问缺乏专门的控制中心。基于这些原因，信息家电网络当中为了避免数据包出错，通常会采用预约信道，并且采用带有避免冲突的载波侦听多路访问机制来规避相互之间的冲突。数据冲突机会会因为每个设备遇到冲突后的等待时机的随机性而大大减少，但是会造成不可预测的延时时间，对信息家电的使用效率到来负面影响。
2.2通信协议
基于电力线优势，信息家电可以根据不同需要和功能选择使用不同标准和协议。比如可以选择适用于现代智能家庭电子产品开放新协议的CEBus，其电力线载波信号传输速率高达10GB，以满足信息家电高速通信需求；可以选择以电力线作为信号传输介质的X-10 接口技术应用于家用电器远程控制和家庭安全控制等方面；可以选择提供了OSI参考模型中定义的全部7层服务的LonTalk通讯协议和LonWorks技术，适用于信息家电网络中的安全控制设备，以将灯光控制设备、家用电器、电表等互相连接并且实现与互联网络的集成。
2.3网络协议UPnP
协议使用开放的标准协议和通用网络媒体，这是一种即插即用协议，其设备架构适用于电源网络，也适合信息家电网络中的设备识别和访问控制，更便于信息家电的自动发现、自动连接、自动控制和网络互连。
3、信息家电网络系统的硬件设计方案
基于电力线通信的硬件架构，接入互联网络接口通过信息家电和其他智能家用设备内嵌PLC芯片来实现平台构建和相关功能。通过标准输入输出接口和内置微控制器连接，能够集成许多新型家电设备的PLC芯片，形成外部网络和内部设备之间的通信。电力线上必须连接一个PLC路由器作为选通设备，才能实现信息家电、监控设备、计算机等家庭设备之间的互联网资源共享。信息家电如果将无线网络基站作为内置PLC芯片，则可以将PDA等移动设备作为无线接入点，与挂在电力线上的设备进行通信。各住宅网络在完成信息家电网络内部通信的基础上，还能通过电力线MODEM与互联网实现连接，由PLC网关负责获取住宅内信息家电状态信息、传送远程控制系统命令，并向远程控制系统反馈家电的相应信息。
结束语：
总而言之，目前最适用于信息家电网的技术之一就是利用电力传输网络和现代信息处理技术实现多媒体通信。每个房间电源插座都具备网络接入的功能，能够随时方便快捷的将信息家电接入到家庭信息化网络，实现家电之间的通信、家电与互联网的连接、远程管理和远程控制等功能。
参考文献：
[1]孙国冉．利用高速电力线通信技术快速构建局域网［J］．中国数据通信，2004（10）
[2]孟逢逢．电力线通信及其在家电信息化中的应用［J］．电子技术，2006（8）
[3]靳美．电力线通信技术在智能家庭中的应用［J］．甘肃电力技术，2006（3）
论文作者:袁景森,李祖山
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/8
标签：家电论文; 电力线论文; 信息论文; 网络论文; 通信论文; 互联网论文; 设备论文; 《防护工程》2018年第14期论文;