CN102195879A

CN102195879A - 基于电力线载波的路由通信装置

Info

Publication number: CN102195879A
Application number: CN201110073676XA
Authority: CN
Inventors: 同军武
Original assignee: Hangzhou Zailing Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG NEW ZAILING TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: CN102195879B

Abstract

本发明涉及一种基于电力线载波的路由通信装置，与上一级路由设备或服务器连接，其特征在于：包括通信头端、用户端，所述的通信头端通过第一PHY接口与电力线进行通信，通过第二PHY接口与外部Internet进行通信，所述的用户端通过电力线与通信头端进行以太网通信，所述的通信头端接收到的多个用户端的数据包信息，并按照路由表发送到上一级路由设备或服务器。整个网络不仅具有传统以太网数据带宽大，传输可靠性高的特点，更重要的是组网方便，用户端即插即用。

Description

基于电力线载波的路由通信装置

技术领域

本发明涉及低压室内电力载波宽带通信技术领域，尤其涉及一种基于电力线载波的路由通信装置。

背景技术

当前，关于路由器方面的TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等协议标准，已经完善，同时在宽带电力载波方面，家庭插座联盟（HomePlug）已相继推出了，14Mbps 的HomePlug 1.0，85Mbps HomePlug 1.0 Turbo，及200Mbps HomePlug AV,同时IEEE已推出室内家庭电力线宽带网络的新一代标准草案IEEE P1901.因此，开发电力线载波的路由通信装置的技术已经成熟。

PLC（Power Line Communication，电力线通信技术），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，并传送到计算机或其他通信终端上，以实现信息传递。

PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率主要有14Mbps、85Mbps 、200Mbps .PLC设备至少2只以上使用，单个设备既可以调制信号，又可以解调信号，没有局端与客户端之分，即插即用。接入网的信号向用户端传输时，前端的PLC调制解调器负责将信号调制到用户的配电线路上进行传输。用户端PLC设备将信号解调出来，再传给用户的计算机等设备。反之，用户发送数据时，用户端的电力载波设备先将信号调制到电力线上，头端设备再从电力线上讲信号解调下来发送到外部Internet。

路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器是工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来实现网络互连。

随着网络信息技术的快速发展，Internet广泛普及，家庭的数字终端设备越来越多。例如：个人电脑，网络电视，网络监控，视频电话，数字家电，等等。在网络时代的今天，如何将这些数字终端设备有效，可靠的与Internet相连，组建数字家庭，物联网家庭越来越受到人们的关注。单个的宽带电力载波调制解调系统只具有“桥接”功能，即将电力线上的高速数字信号传输到其他介质上（例如，双绞线）进行传输，或将其他介质上的网络数字信号传输到电力线上进行传输。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种体积小、读取距离长、读取成功率高的射频识读器天线。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于电力线载波的路由通信装置，与上一级路由设备或服务器连接，其特征在于：包括通信头端、用户端，所述的通信头端通过第一PHY接口与电力线进行通信，通过第二PHY接口与外部Internet进行通信，所述的用户端通过电力线与通信头端进行以太网通信，所述的通信头端接收到的多个用户端的数据包信息，并按照路由表发送到上一级路由设备或服务器。

本发明的第一优选方案是：所述的通信头端包括主控器CPU路由模块、第一电力载波调制解调器、第一电力载波模拟前端、第一电源插头、第一交流供电模块、第一直流供电模块；

所述的主控器CPU模块通过第二PHY接口与外部Internet通信，主控器CPU路由模块与第一电力载波调制解调器通过第一PHY接口连接，所述的第一电力载波调制解调器与第一电力载波模拟前端通过AFE接口连接；

所述的主控器CPU路由模块主要用于IP数据报文的转发，实现与Internet的连接；

所述的第一电力载波调制解调器用于以太网信号与电力载波信号间的相互转换；

所述的第一电力载波模拟前端与第一电源插头连接，用于电力载波信号在电力线上A/D或D/A转换及耦合；

所述的第一交流供电模块与第一电源插头连接，用于转换交流电源为直流电源；

所述的第一直流供电模块用于将直流电源转换为系统需要的直流供电电源。

本发明的第二优选方案为，所述的用户端包括第二电力载波调制解调器、第二电力载波模拟前端、第二电源插头、第二交流供电模块，第二直流供电模块；

第二电力载波调制解调器通过PHY接口与用户使用设备连接，所述的第二电力载波调制解调器与第二电力载波模拟前端通过AFE接口连接；

所述的第二电力载波调制解调器用于以太网信号与电力载波信号间的相互转换；

所述的第二电力载波模拟前端与第二电源插头连接，用于电力载波信号在电力线上A/D或D/A转换及耦合；

所述的第二交流供电模块与第二电源插头连接，用于转换交流电源为直流电源；

所述的第二直流供电模块用于将直流电源转换为系统需要的直流供电电源。

本发明的第三优选方案为，所述的第一交流供电模块为直接将110V或220V交流转换为3.3V/3A的直流电压。

本发明的第四优选方案为，所述的第二交流供电模块为直接将110V或220V交流转换为3.3V/3A的直流电压。

本发明的技术优势在于：通信头端、用户端组合在一起的一种基于电力线载波的路由通信装置不仅构成一个完整的室内家庭高速宽带电力线以太网，而且有效地将Internet与其连接在一起。整个网络不仅具有传统以太网数据带宽大，传输可靠性高的特点，更重要的是组网方便，用户端即插即用。极大地降低了用户家庭组网的成本。特别适用于21世纪数字家庭，家庭物联网的推广与应用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1 为本实施例通信头端电路模块示意图。

图2 为本实施例用户端模块示意图。

具体实施方式

参考图1，通信头端是用于连接Internet网络与电力线通信网络的设备，不仅实现电力线局域网到Internet网络桥接不同传输介质的作用，同时也实现不同用户设备发送/接收的IP目的地址的转接功能（路由功能）。具体为它一方面通过PHY接口连接Internet网络，它将接收到的来自各个用户设备的数据包信息，按照路由表，发送到上一级路由设备或服务器；另一方面使用第一电力载波调试解调器连接电力线网络，与电力线网络中的多个用户设备进行以太网通信，从而实现多用户设备同时访问Internet网络的目的。具体硬件结构及功能参数如下。

1.主控器CPU路由模块：

主控器CPU路由模块实现不同用户设备发送/接收的数据包（包含目的IP地址等地址信息）的转接功能或路由功能；

硬件系统：

CPU：工业级高性能32Bit高性能处理器；

FLASH：8MB，串行或并行Flash存储器；

SDRAM：32MB，且时钟速率可选；

CPU 时钟速率: 125, 150, 175 MHz 可选；

4K 输入缓存,4K输出缓存,8K IMEM,and 4K DMEM；

接口：

支持外部串行通信；

提供一个外部中断接口；

2个通用定时器和一个看门狗定时器；

6 MAC and 5 PHY接口；

指示灯：具有电源POWER、通信ACT

软件功能：

支持 IPoE, PPPoE, TCP/UDP, GRE/PPTP,UDP/L2TP 多种路

由模式；

支持快速设置模式

支持虚拟服务器，以最大限度地提高网络的吞吐量；

4K 路由表；

支持应用层网关（ALG）表；

基于硬件层3/layer 4的NAT / NAPT的路由降低CPU的功耗；

抑制网络风暴；

支持带宽控制；

支持16 VLAN (IEEE Std 802.1q)；

支持VLAN优先级的标记；

支持端口镜像。

2、第一电力载波调制解调器：

内置ARM核，通过标准PHY接口连接用户使用设备；

通过MII接口可以设置为MAC模式，从FLASH中读取软件来启动；

可提供85Mbps数据速率；

支持QAM 256/64/16,DQPSK, DBPSK and ROBO 调制方式

56位DES电力线通信安全密钥管理。

OFDM正交频分复用调制技术，保障在嘈杂的电力线环境下的通信数据的可靠性。

根据不同的电力线环境，采用自适应调节技术保障数据吞吐量最大化。

具有综合服务质量（QoS）的功能，例如优先随机访问，自由出入等。

MAC层采用CSMA/CA协议及自动重传技术(ARQ)提供可靠的以太网数据包。

3. 第一电力载波模拟前端：功能为一方面将接收总线接收到的数字信号转换为模拟线号放大输出，另一方面将接收到的模拟线号转换为数字信号通过发送总线传输给第一电力调制解调器。

4. 接口：

控制口：标准RJ45

第一电源插头：欧标2芯电源插座

5．电源部分：

外接电源：交流110~220V 50Hz~60Hz

电力载波部分：由第一电力载波模拟前端的驱动器接口通过耦合器件连接交流电源；

第一交流供电模块：输入AC 110V—220V 输出DC 3.3V 3A;

第一直流供电模块采用 DC-DC芯片将直流供电转换为各个内部器件所需的电压。

参考图2. 用户端功能为：一方面与网络中的通信头端进行以太网通信，另一方面通过RJ45接口连接用户的使用设备，例如：个人电脑，监控摄像机、IPTV等。具体硬件结构及功能参数如下。

硬件系统：

1.第二电力载波调制解调器：

内置ARM核，通过标准PHY接口连接用户使用设备；

通过MII接口可以设置为MAC模式，从FLASH中读取软件来启动；

可提供85Mbps数据速率；

支持QAM 256/64/16,DQPSK, DBPSK and ROBO 调制方式

56位DES电力线通信安全密钥管理。

2. 第二电力载波模拟前端：功能为一方面将接收总线接收到的数字信号转换为模拟线号放大输出，另一方面将接收到的模拟线号转换为数字信号通过发送总线传输给第二电力调制解调器。

功能参数：

10位高性能流水线A/D 转换控制器；

8 位高性能满量程电流输出型D/A转换控制器；

可编程增益放大器（PGA），每步进2dB，从-6 dB到+30 dB；

配置的PLL具有独立的RX和TX 输出时钟。

3. 接口：

控制口：标准RJ45

第二电源插头：欧标2芯电源插座

4．电源部分：

外接电源：交流110~220V 50Hz~60Hz

电力载波部分：由第二电力载波模拟前端的驱动器接口通过耦合器件连接交流电源；

第二交流供电模块：使用第二变压器将外部输入电流降压，再用第二整流管做交直流转换；

第二直流供电模块采用 DC-DC芯片将直流供电转换为各个内部器件所需的电压

软件功能：

1. 用户设备支持自动远程登陆管理中心服务器，接受服务器的监测与控制；

2. 打开配置软件后，软件会自动搜索所连接的电力线网络中的设备并建立连接关系；

3. 对设备可以进行通信加密及虚拟网VLAN设置；

4. 支持设备状态信息自动生成，及打印；

5. 支持设备名称的修改。

利用上述技术的智能家庭宽带网络系统实施分为五个部分：

安装设备：该设备为家庭用户室内电力插座上使用，将头端安装于运营商提供的宽带接入点附近，通常为客厅，头端设备插入插座后，红色电源指示灯POWER会亮起，并一直保持。将用户端设备插入终端使用设备（例如书房的个人电脑）附近。同样红色电源指示灯POWER会亮起。

接线：将宽带接入线插入通信头端，设备上的信号指示灯ETH会点亮；通过非屏蔽双绞线连接用户端设备和个人电脑。同样，设备上的信号指示灯ETH会点亮。

组网：通常一个通信头端设备可以连接31个用户端设备组成一个局域网，31设备分布在用户家庭的各个角落插座上。各用户端设备可以相互之间进行通信，无需通过头端设备，只有各用户端设备访问外部Internet的时候，通过头端设备进行通信。

配置：通信头端设备需要配置，用户端设备无需配置，配置时，通过任何一个用户端设备对通信头端设备进行配置，如果是PPPOE协议，那么配置的内容主要是用户帐号、DNS、IP地址等等。

远程管理：

远程管理，需要管理软件的支持，通常，管理软件安装在任何一个用户端设备所对应的个人电脑上，那么，通过这台电脑，管理软件经显示所有设备，不管是用户端设备还是通信头端设备的详细状态信息，同时也可以进行软件的升级更新，以及加密设置。

该系统的运行流程如下：

安装好所有设备并完成初始化配置以后，在电力线局域网内各用户端设备可以相互之间进行通信，访问Internet时，通过头端设备路由转接访问。管理员通过本系统专用管理软件，可以自由添加用户设备进入现有网络内；管理软件可以实时监测各个用户端设备的通信质量，及状态信息，对故障设备可及时发现定位发现，同时对设备可以进行通信加密及虚拟网VLAN设置。

本发明不仅限于上述实施例所示的保护范围，所有基于本实施例的发明思想，皆在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于电力线载波的路由通信装置，与上一级路由设备或服务器连接，其特征在于：包括通信头端、用户端，所述的通信头端通过第一PHY接口与电力线进行通信，通过第二PHY接口与外部Internet进行通信，所述的用户端通过电力线与通信头端进行以太网通信，所述的通信头端接收到的多个用户端的数据包信息，并按照路由表发送到上一级路由设备或服务器。

2.根据权利要求1所述的基于电力线载波的路由通信装置，其特征在于：所述的通信头端包括主控器CPU路由模块、第一电力载波调制解调器、第一电力载波模拟前端、第一电源插头、第一交流供电模块、第一直流供电模块；

3.根据权利要求1所述的基于电力线载波的路由通信装置，其特征在于：所述的用户端包括第二电力载波调制解调器、第二电力载波模拟前端、第二电源插头、第二交流供电模块，第二直流供电模块；

4.根据权利要求2所述的基于电力线载波的路由通信装置，其特征在于：所述的第一交流供电模块为直接将110V或220V交流转换为3.3V/3A的直流电压。

5.根据权利要求3所述的基于电力线载波的路由通信装置，其特征在于：所述的第二交流供电模块为直接将110V或220V交流转换为3.3V/3A的直流电压。