CN110138418B - 一种支持多用户同时接入的有线通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多用户同时接入的有线通信装置，包括有线通信交换设备，有线通信交换设备通过设置的中心交换模块分别与多路通信线连接，每路通信线上的用户与中心交换模块上的有线通信模块连接构成一个子网，每个子网拥有有线通信的所有通信资源，中心交换模块包含数据处理模块，数据处理模块能够同时处理来自中心交换模块的多个子网的数据。有效解决大量用户之间进行信道竞争造成的数据传输成功率下降的问题，提升大量用户同时接入信道的电力载波系统时系统的容量。

Description

一种支持多用户同时接入的有线通信装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种支持多用户同时接入的有线通信装置。

背景技术

目前市面上的电力载波通信产品均使用单一电力载波网口进行通信，即不能实现超过一路的电力载波通信。这一设计的初衷是：对于通常的电力载波场景，通常使用一幢房屋中的通信线进行承载，即所有的电力载波都共享一个传输介质。即传输介质天然上已经没有采用弱电线部署的多个网线独立接入交换机的场景，因此即使使用了独立的多个通信线引入到交换机，交换机具备同时处理多路电力载波链路的能力，也无法实际发挥作用。

但是实际上，在很多特殊领域，比如军事领域，视频监控，电力监控等领域，需要有大量的电力载波通信的场景，或者有线通信场景，使用通信线、被复线或者电话线对一个区域内的大量环境、装备、设施进行监控，并将监控信息回传给监控中心。使用电力载波可以将数据线与供电线合二为一，降低系统对布线的要求。

但是在该场景下，电力载波终端数量非常多，如果使用同一个有线介质或者同一个电力载波通信处理单元处理整个系统中的所以终端数据，因为电力载波系统能够使用竞争接入机制，而由于系统通常都设置比较小的退避窗口，造成系统的传输冲突概率极大的提升，如Homeplug系统中最大退避窗口为64。对于一个有200个用户的系统中，平均每个时隙都需要有3个用户竞争，这会造成非常大的竞争冲突。在这样的场景下，如果将所有用户进行分组，每个组使用单独的子网，使用单独使用通信线接入到中心交换设备，即电力载波交换机上，就可以显著降低竞争冲突带来的吞吐量下降，但是这样做就要求电力载波交换机使用全新的架构，能够同时处理来自多个子网的数据，且每个子网的传输都是独立的，使用所有的通信时域频域资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种支持多用户同时接入的有线通信装置，克服现有电力载波设备在大量用户存在的情况下出现速率显著下降的情况，设计能够支持大量用户同时接入电力载波设备的系统，同时，该有线通信装置同样适用于使用通信线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆进行数据传播的有线通信系统。

本发明采用以下技术方案：

一种支持多用户同时接入的有线通信装置，包括有线通信交换设备，有线通信交换设备通过中心交换模块分别与多路通信线连接，每路通信线上的用户与中心交换模块上的有线通信模块连接构成一个子网，每个子网独立拥有全部的通信资源，中心交换模块包含数据处理模块，数据处理模块能够同时处理来自中心交换模块的多个子网的数据。

具体的，数据处理模块支持多路有线通信数据进行基带信号处理，每路有线通信数据均能够占用全部的通信资源。

进一步的，数据处理模块基于网络处理器、FPGA、DSP、CPU或集成电路芯片。

具体的，中心交换模块包括缓存器，缓存器用于将来自多个子网且经过射频采集与采样后的数据按进入顺序缓存，等待数据处理模块进行串行处理并输出。

具体的，中心交换模块包括桥接网络，桥接网络用于将子网的数据汇聚至缓存器中，并根据数据处理模块的桥接指令，将每个数据包通过桥接网络转发到对应的通信线端口。

进一步的，桥接网络为电力线网络、电路交换网络、被复交换网络或光交换网络。

具体的，中心交换模块还包括串并转换模块，串并转换模块的输出端连接多个射频前端和数模转换电路，构成多个有线通信链路，多个有线通信链路通过桥接网络连接缓存器，等待数据处理模块进行数据处理。

进一步的，中心交换模块为每个子网设置独立的射频前端和数模转换电路，使用射频前端接收对应子网的数据并使用数模转换电路将模拟数据转换成数字信息，并发送给串并转换模块。

具体的，当不同子网之间的用户进行通信时，每个子网在中心交换模块中记录子网编号；当数据从一个子网的用户发送至另一个子网的用户，在数据的目的地址中包含子网编号和目的地址，中心交换模块通过查找记录子网的编号确定需要映射到的通信线路接口，将数据映射到该接口，组装成该子网对应目的地址的用户数据包并发送。

具体的，有线通信装置使用通信线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆进行数据传播。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供了一种支持多用户同时接入的有线通信装置，通过引入支持多个电力载波通信链路的中心交换设备，实现整体电力载波通信系统的容量提升，有效解决大量用户之间进行信道竞争造成的数据传输成功率下降的问题，有效提升大量用户同时接入信道的电力载波系统时的系统容量

进一步的，使用商用处理器搭建的数据处理模块，可以利用单个模块同时处理多路有线子网的通信数据，降低系统的成本。进一步的，当不同子网产生的数据量或者用户数量发生变化时，使用缓存器模块将超过了数据处理模块的处理能力的数据缓存起来，减少了因为处理能力不足而造成的系统丢包。

进一步的，串并转换模块能够将模数转换器输出的数字信号经过串并转换模块后形成一路数字信号，并输入到桥接网络中。桥接网络将所有子网的数字信号输入到缓存器中，缓存器等待数据处理单元进行基带信号处理，反过来，当桥接网络收到来自一个子网的数据包时，会转到该子网对应的串并转换模块上，串并转换模块将数据转成该子网用户的数据，并发送给该子网对应的数模转换器和射频前端模块。

进一步的，使用桥接网络将多个子网的数据桥接到一个统一的数据处理模块进行处理，实现了多个子网之间用户的数据交换。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为通信线载波通信中基于随机退避窗口的竞争传输机制图；

图2为电力载波交换设备框图；

图3为基于端口子网映射表的数据转发示意图；

图4为中心交换模块结构图。

其中，10.中心交换模块；11.有线通信处理模块；12.缓存器；13.桥接网络；14.串并转换模块；15.射频前端和数模转换电路；20.有线通信交换设备；21.电力载波通信设备。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种支持多用户同时接入的有线通信装置，通过构建有线通信交换设备，使用中心交换模块为电力载波通信提供多端口接入功能，中心交换模块的每个端口都可以达到有线通信的最大通信速率，使得整个有线通信的处理能力成倍提升。

请参阅图2，本发明一种支持多用户同时接入的有线通信装置，包括设置有中心交换模块10的有线通信交换设备20，中心交换模块10使用多个通信线接口，每个通信线接口通过一根单独的电线连接到一组电力载波通信设备，每个通信线上的电力载波通信设备21(以下可简称为用户)和中心交换模块10上的有线通信模块构成一个子网，每个子网都拥有一个有线通信网络的所有传输资源，每个子网都能够达到上限容量，例如Homeplug AV系统使用的上限频段资源为30MHz，能够达到的上限容量为200Mbps。每个用户只需要和链接在同一个子网上的用户竞争信道。例如，如果该系统中总共使用了3个子网，每个子网都采用HomeplugAV标准接入，则有线交换设备最多能够同时处理的数据量能够达到600Mbps，整个交换网络的容量相比现有的只有一个电力载波媒介的电力载波通信系统提升了3倍。

请参阅图3，当不同子网之间的用户进行通信时，首先每个子网在中心交换模块中登记对应子网的编号，例如Homeplug系统中的SNID；如果一个数据从一个子网的用户发到另一个子网的用户，在数据的目的地址中包含子网编号和目的地址，例如Homeplug的DTEI，则通过查找登记子网的编号确定需要映射的通信线接口，将数据映射到该通信线接口，并组装成该子网对应目的地址的用户数据包发送出去。

请参阅图4，在中心交换模块10上，多个有线通信链路通过中心交换模块进行多个子网的有线数据处理。中心交换模块10包括有线通信处理模块11、缓存器12、桥接网络13、串并转换模块14和多个射频前端和数模转换电路15，有线通信处理模块11依次连接缓存器12、桥接网络13和串并转换模块14，串并转换模块14并联多个射频前端和数模转换电路15。

有线通信处理模块11的处理能力能支持多路有线通信数据的基带信号的同时处理，解调生成多个子网的原始信息比特。实现单个数据处理单元处理多个有线通信子网的数据。

典型的有线通信处理模块可以基于商用网络处理器(Network Processor)，也可以是基于FPGA、DSP或者CPU的通用处理硬件，也可以是一个专用的集成电路芯片(ASIC)。

缓存器12用于将来自多个子网的经过射频采集与采样后的数据，能够按照进入先后的顺序缓存在，等待数据处理模块进行串行的处理并输出。

桥接网络13一方面负责将来自所有电力子网的数据汇聚到缓存器中，一方面根据数据处理模块的桥接指令，将每个数据包通过桥接网络转发到对应的通信线端口上。即完成图3中根据子网映射的端口地址的转发。同时，该桥接网络应使用环形器等器件，避免多个桥接过来的通信线上互相串扰信号。桥接网络可以是电力线网络，或者电路交换网络，或者光交换网络，或者被复交换网络。

串并转换模块14负责将模数转换器AD输出的数据按照串并转换模块输入到桥接网络中。

独立的多个射频前端和数模转换电路15，对于每个子网，中心交换模块10都有一个独立的射频前端和数模转换电路，在接收方向，将来自该子网的所有数据使用模数转换，构成数字信息，并通过桥接网络输入到缓存器中，等待数据处理单元进行基带信号处理。在发送方向，负责将该子网下形成的基带信号进行数模转换成模拟信号，并使用射频前端电路进行载波成型和最终的信号放大发送。

本发明支持多用户接入的有线通信装置也可以使用除了通信线之外的传播媒介，比如被复线、同轴电缆、电话线、光缆等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，包括有线通信交换设备，有线通信交换设备包括中心交换模块，中心交换模块分别与多路通信线连接，每路通信线上的用户与中心交换模块连接构成一个子网，每个子网独立拥有全部的通信资源，中心交换模块包括有线通信处理模块，有线通信处理模块能够同时处理来自中心交换模块的多个子网的数据；

中心交换模块包括缓存器，缓存器用于将来自多个子网且经过射频采集与采样后的数据按进入顺序缓存，等待有线通信处理模块进行串行处理并输出；

中心交换模块包括桥接网络，桥接网络用于将子网的数据汇聚至缓存器中，并根据有线通信处理模块的桥接指令，将每个数据包通过桥接网络转发到对应的通信线端口；

中心交换模块还包括串并转换模块，串并转换模块的输出端连接多个射频前端和数模转换电路，构成多个有线通信链路，多个有线通信链路通过桥接网络连接缓存器，等待有线通信处理模块进行数据处理，中心交换模块为每个子网设置独立的射频前端和数模转换电路，使用射频前端接收对应子网的数据并使用数模转换电路将模拟数据转换成数字信息，并发送给串并转换模块。

2.根据权利要求1所述的支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，有线通信处理模块支持对多路有线通信数据进行基带信号处理，每路有线通信数据均能够占用全部的通信资源。

3.根据权利要求2所述的支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，有线通信处理模块基于网络处理器、FPGA、DSP、CPU或集成电路芯片。

4.根据权利要求1所述的支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，桥接网络为电力线网络、电路交换网络、被复交换网络或光交换网络。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，当不同子网之间的用户进行通信时，每个子网在中心交换模块中记录子网编号；当数据从一个子网的用户发送至另一个子网的用户，在数据的目的地址中包含子网编号和目的地址，中心交换模块通过查找记录子网的编号确定需要映射到的通信线路接口，将数据映射到该接口，组装成该子网对应目的地址的用户数据包并发送。

6.根据权利要求1所述的支持多用户同时接入的有线通信装置，其特征在于，有线通信装置使用通信线、被复线、同轴电缆、电话线或光缆进行数据传播。

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