CN113839692A - 基于电力线的无线传输网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电力线的无线传输网络系统，包括总网关模块和至少一个子网关模块；总网关模块用于通过以太网接口接入以太网络，并通过第一电力信号接口接入电力载波网络；总网关模块用于将数据包转换为电力载波信号；各子网关模块分别用于通过第二电力信号接口接入电力载波网络，并通过电力载波网络接收电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，采用无线信号将数据包发送至子设备。系统可以复用原有的电力线，而无需重新部署网络线缆，使得网络部署更为灵活、方便；子网关模块能够将电力载波信号解调获得数据包，并通过无线信号将数据包发送，在电力线能够到达的区域，均可实现无线网络覆盖，避免了无线信号衰减。

Description

基于电力线的无线传输网络系统

技术领域

本发明涉及网络连接技术领域，特别涉及一种基于电力线的无线传输网络系统。

背景技术

随着网络技术的不断发展，Wi-Fi(无线通信技术)得到广泛普及和应用。Wi-Fi通过无线进行信号的传输，但Wi-Fi信号容易受墙的阻隔影响而衰减，导致信号无法充分传输。部署在家居或者办公室环境中时，往往采用AC(无线接入控制服务器)+AP(WirelessAccessPoint，无线访问接入点)的方式组网，以实现全面的覆盖，避免信号受到墙的影响。但AC+AP的这种组网方式需要提前部署网络线缆，建立AC与AP的连接，这种组网方式较为不灵活，且不适用于上位部署网络线缆的场景。

Wi-Fi Mesh网络，也被称为“多跳”的网络，是一种新的无线网络技术，与传统的Wi-Fi网络完全不同；Wi-Fi Mesh网络是一种基于多跳路由和对等网络的网络技术，它具有移动宽带的特性，可以动态扩展，自组织，自管理，自动修复和自我平衡等特点，且无需所有AP都接入有线基础设施。

与传统Wi-Fi网络相比，Wi-Fi Mesh网络的传输距离和移动性大大提高，尤其是它兼容Wi-Fi功能，因此Wi-Fi Mesh网络对增加无线网络的传输距离和移动性，以及扩展无线网络应用提供了很大帮助。与此同时，移动终端设备的增长也为Wi-Fi Mesh网络产品的普及带来利好因素。

然而Wi-Fi Mesh虽然能在一定程度解决智能家居多居室、长距离的问题，但是在封闭空间(门、墙)格挡的环境下仍然面临无线网络穿透能力问题。并且mesh网络在跳数增加时必然带来高时延和丢包，且高度受复杂的信道环境影响，故实际应用效果不理想。

发明内容

基于此，有必要针对上述Wi-Fi组网需要用到网络线缆，组网较为不便，且Wi-FiMesh的无线信号穿透性不强的技术问题，提供一种基于电力线的无线传输网络系统。

一种基于电力线的无线传输网络系统，包括：总网关模块和至少一个子网关模块；

所述总网关模块具有以太网接口和第一电力信号接口，所述总网关模块用于通过所述以太网接口接入以太网络，并通过所述第一电力信号接口接入电力载波网络；所述总网关模块用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；

各所述子网关模块分别具有第二电力信号接口，各所述子网关模块分别用于通过所述第二电力信号接口接入所述电力载波网络，并接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，采用无线信号将所述数据包发送至无线网络。

在其中一个实施例中，所述总网关模块包括以太网单元和第一调制解调单元，所述以太网单元与以太网接口电连接，所述第一调制解调单元与所述第一电力信号接口电连接，所述第一调制解调单元与所述以太网单元电连接；

所述以太网单元用于接收所述以太网络的数据包，将数据包发送至所述第一调制解调单元，还用于接收由所述第一调制解调单元转换得到的数据包发送至所述以太网络；

所述第一调制解调单元用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；所述第一调制解调单元还用于将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至所述以太网单元。

在其中一个实施例中，所述子网关模块包括第二调制解调单元和无线通信单元，所述第二调制解调单元与所述第二电力信号接口电连接，所述第二调制解调单元还与所述无线通信单元电连接；

所述第二调制解调单元用于接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至无线通信单元；

所述无线通信单元用于采用无线信号将所述数据包发送至无线网络，还用于接收无线网络的数据包。

在其中一个实施例中，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元，所述无线信号为Wi-Fi信号。

在其中一个实施例中，还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括Wi-Fi mesh设备。

在其中一个实施例中，所述无线通信单元包括蓝牙单元，所述无线信号为蓝牙信号。

在其中一个实施例中，还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括BLE mesh设备。

在其中一个实施例中，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元和蓝牙单元，所述无线信号包括Wi-Fi信号和蓝牙信号。

在其中一个实施例中，所述子设备包括传感器、穿戴设备、家用电器、摄像头、电子门锁、移动终端和安防设备。

在其中一个实施例中，所述子网关模块包括家用电器和/或安防设备。

上述基于电力线的无线传输网络系统，采用电力载波网络实现总网关模块和子网关模块的通信连接，使得系统可以复用原有的电力线，而无需重新部署网络线缆，使得网络部署更为灵活、方便；而子网关模块能够将电力载波信号解调获得数据包，并通过无线信号将数据包发送，在电力线能够到达的区域，均可实现无线网络覆盖，使得无线覆盖更为方便、更广，且有效避免了由于墙等障碍物的存在而导致的无线信号衰减。

附图说明

图1为一个实施例中基于电力线的无线传输网络系统的系统架构图；

图2为另一个实施例中基于电力线的无线传输网络系统的系统架构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例一

本实施例中，如图1所示，提供了一种基于电力线的无线传输网络系统，其包括：总网关模块和至少一个子网关模块；

所述总网关模块具有以太网接口和第一电力信号接口，所述总网关模块用于通过所述以太网接口接入以太网络，并通过所述第一电力信号接口接入电力载波网络；所述总网关模块用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；

各所述子网关模块分别具有第二电力信号接口，各所述子网关模块分别用于通过所述第二电力信号接口接入所述电力载波网络，并接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，采用无线信号将所述数据包发送至无线网络。

具体地，该总网关模块也可以称为以太网-PLC(Power Line Communication，电力线通信)总网关，该总网关模块接入以太网络，该以太网络可以是局域网也可以是互联网，该总网关模块能够接收来自以太网络的数据包，并且向以太网络发送数据包，并且对来自以太网络的数据包进行调制，形成电力载波信号，发送至电力载波网络，该电力载波网络也可称为电力线通信网络，总网关模块通过电力载波网络与各子网关模块实现通信，使得总网关模块能够将所述电力载波信号通过所述电力载波网络发送给各所述子网关模块。

各子网关模块部署于建筑物内的不同位置，比如，子网关模块步数于家居的不同房间中，比如，子网关模块部署于办公室的不同房间或者不同楼层，由于该子网关模块能够通过第二电力信号接口接入电力载波网络，使得该子网关模块能够实现与总网关模块的通信，并通过所述电力载波网络接收所述总网关模块发送的所述电力载波信号，以使得子网关模块通过总网关模块连接以太网络，连接互联网。在部署子网关模块时，仅需将其连接电力线，即可连接至总网关模块所在的电力载波网络，而无需部署网络线缆，对于未提前部署网络线缆的环境中，能够有效减少部署的成本和降低工作量。而由于该子网关模块还能够向外发送无线信号，子网关模块通过无线信号建立与无线子设备的连接，建立无线网络，这样，子网关模块采用无线信号将所述数据包发送至无线网络，使得无线网络中的子设备能够接收到子网关模块的无线信号。这样，部署在不同房间、不同楼层的子网关模块均可为子设备提供无线信号，有效减小了由于墙阻挡而导致的信号衰减，实现无线网络的充分覆盖。

应该理解的是，PLC通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5～45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据﹑语音﹑视频，以及电力于一体的"四网合一"另外，可将房屋内的电话﹑电视﹑音响﹑冰箱等家电利用PLC连接起来，进行集中控制，实现"智能家庭"的梦想。PLC主要是作为一种接入技术，提供宽带网络"最后一公里"的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。

通常所说的PLC是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet(英特网)“宽带”接入和家电智能化联网控制，即高速数据PLC。

PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK(Gaussian FilteredMinimum Shift Keying，高斯最小频移键控)或OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用技术)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。可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M～45M之间。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

上述实施例中，采用电力载波网络实现总网关模块和子网关模块的通信连接，使得系统可以复用原有的电力线，而无需重新部署网络线缆，使得网络部署更为灵活、方便；而子网关模块能够将电力载波信号解调获得数据包，并通过无线信号将数据包发送，在电力线能够到达的区域，均可实现无线网络覆盖，使得无线覆盖更为方便、更广，且有效避免了由于墙等障碍物的存在而导致的无线信号衰减。

在一个实施例中，所述总网关模块包括以太网单元和第一调制解调单元，所述以太网单元与以太网接口电连接，所述第一调制解调单元与所述第一电力信号接口电连接，所述第一调制解调单元与所述以太网单元电连接；所述以太网单元用于接收所述以太网络的数据包，将数据包发送至所述第一调制解调单元，还用于接收由所述第一调制解调单元转换得到的数据包发送至所述以太网络；所述第一调制解调单元用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；所述第一调制解调单元还用于将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至所述以太网单元。

本实施例中，总网关模块包括以太网单元、第一调制解调单元和第一处理单元，以太网单元用于通过以太网接口与以太网络通信，第一调制解调单元用于将数据包调制为电力载波信号，将电力载波信号发送至电力载波网络，或者将电力载波信号解调为数据包，第一处理单元分别与以太网单元、第一调制解调单元连接，第一处理单元包括CPU(centralprocessing unit，中央处理器)，第一处理单元用于控制以太网单元、第一调制解调单元的工作，并且实现以太网单元与第一调制解调单元之间的数据传输。通过设置以太网单元、第一调制解调单元，使得总网关模块具备与以太网络以及电力载波网络通信的功能，并且还能够实现以太网络以及电力载波网络之间的通信。

一个实施例中，所述子网关模块包括第二调制解调单元和无线通信单元，所述第二调制解调单元与所述第二电力信号接口电连接，所述第二调制解调单元还与所述无线通信单元电连接；所述第二调制解调单元用于接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至无线通信单元；所述无线通信单元用于采用无线信号将所述数据包发送至无线网络，还用于接收无线网络的数据包。

本实施例中，子网关模块包括第二处理单元、第二调制解调单元和无线通信单元，第二处理单元包括CPU，第二处理单元用于控制第二调制解调单元和无线通信单元的工作，并且实现第二调制解调单元和无线通信单元之间的数据传输。本实施例中，第二调制解调单元包括PLC芯片，无线通信单元包括Wi-Fi芯片和/或BLE芯片，本实施例中，子网关模块用于将电力载波信号解调为数据包，使得数据包能够在无线网络中发送，此外，还用于对从无线网络中接收的数据包进行调制，调制为电力载波信号，发送至总网关模块，从而实现了电力载波网络与无线网络之间的通信。

在一个实施例中，所述子网关模块包括家用电器和/或安防设备。该家用电器包括且不限于冰箱、空调、电视、洗衣机、台灯、油烟机、照明灯、音响，应该理解的是，该家用电器具备各自的作为电器的功能以外，还具备子网关模块对数据包调制和对电力载波信号解调的功能。一个实施例中，子网关模块为冰箱，冰箱内置了第二调制解调单元和无线通信单元，该第二电力信号接口连接至电力线，这样，冰箱不仅可以从电力线获得电能进行制冷，还能够获得电力载波信号，并且为冰箱所在区域提供无线信号，以使得子设备能够接入互联网。一个实施例中，子网关模块为照明灯，照明灯内置了第二调制解调单元和无线通信单元，该第二电力信号接口连接至电力线，这样，照明灯不仅可以从电力线获得电能进行照明，还能够获得电力载波信号，并且为照明灯所在区域提供无线信号，以使得子设备能够接入互联网，本实施例中，照明灯为吸顶灯，这样，由于吸顶灯位于房间的顶部，使得无线网络信号不易被遮挡，使得无线信号覆盖更为稳定。

在一个实施例中，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元，所述无线信号为Wi-Fi信号。本实施例中，子网关模块通过Wi-Fi信号，建立与子设备的无线连接。

在一个实施例中，基于电力线的无线传输网络系统还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括Wi-Fi mesh(无线网状网)设备。这样，每一个子设备均可作为Wi-Fi mesh网络的其中一跳，使得Wi-Fi网络覆盖范围更大。

在一个实施例中，所述无线通信单元包括蓝牙单元，所述无线信号为蓝牙信号。一个实施例中，蓝牙单元为低功耗蓝牙单元。本实施例中，无线通信单元通过蓝牙网络与子设备连接。一个实施例中，基于电力线的无线传输网络系统还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括BLE(Bluetooth LowEnergy，蓝牙低能耗)mesh设备。这样，每一个子设备均可作为BLE mesh网络的其中一跳，使得Wi-Fi网络覆盖范围更大。

在一个实施例中，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元和蓝牙单元，所述无线信号包括Wi-Fi信号和蓝牙信号。本实施例中，子网关模块兼具Wi-Fi通信功能和蓝牙通信功能，即可实现Wi-Fi网络覆盖，也可实现蓝牙网络覆盖，使得不同种类的子设备均可接入无线网络。

在一个实施例中，基于电力线的无线传输网络系统还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备具有Wi-Fi通信单元和蓝牙通信单元。

本实施例中，子设备兼具Wi-Fi通信单元和蓝牙通信单元，即可进行Wi-Fi通信，也可实现蓝牙通信，使得子设备的通信更为灵活，接入无线网络更为方便。

在一个实施例中，所述子设备包括传感器、穿戴设备、家用电器、摄像头、电子门锁、移动终端和安防设备。

这样，不同的传感器、穿戴设备、家用电器、摄像头、电子门锁、移动终端和安防设备均可作为子设备接入各子网关模块所在的无线网络，并且作为该Wi-Fi mesh网络或者BLE mesh网络中的一跳，实现无线网络的更全面的覆盖。

下面是具体的实施例：

本实施例中，解决目前单无线mesh网络跳数多，时延及丢包率高，单纯依靠无线mesh在封闭空间穿墙信号衰减严重，信道环境复杂、干扰多等无线连接可靠性差的问题。解决单电力通信不支持广泛应用，成本高，不适用与移动设备和低功耗设备，推广应用性差的问题。

如图2所示，系统包含以太网-PLC总网关、PLC-wifi/ble网关、无线子设备，其中无线子设备可以是ble设备或wifi设备，具体描述为：

PLC-wifi/ble可以是PLC-wifi网关，即其包含的通讯模块搭载PLC芯片和单wifi芯片。PLC-wifi/ble也可以是PLC-ble网关，即其包含的通讯模块搭载PLC芯片和单blemesh(支持BLE 5.0或以上)芯片。PLC-wifi/ble也可以是PLC-wifi+ble网关，即其包含的通讯模块搭载PLC芯片和wifi+ble combo芯片(支持BLE 5.0或以上)。该网关可以是独立的网关设备，也可以是具有上述功能的家用电器/安防设备。家用电器/安防设备可以通过搭载PLC+wifi/ble模组的形式实现网关功能。一个网关推荐下挂的wifi mesh子设备或BLEmesh子设备由芯片带载能力有关，为保证性能，通常总数不推荐超过8个。

无线子设备主要包含传感器、穿戴设备、家用电器、摄像头、门锁、移动设备等未搭载PLC模块，仅配置wifi/ble的智能设备。如果为移动设备，该智能设备的活动范围不建议超过网关覆盖范围。

PLC+wifi/ble模组可以集成PLC芯片和wifi芯片；可以集成PLC芯片和ble5.0芯片；可以集成PLC芯片和wifi ble combo芯片。无线通信芯片与PLC芯片进行片上通信的协议可以是UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、SDIO(Secure Digital Input andOutput，安全数字输入输出)等。其中，无线通信芯片需要支持mesh组网。

该网络中，以太网-PLC网关用于将PLC网络接入云端，实现APP或其他智能交互控制。PLC电力载波网络用于提供远距离的，可靠的有线通信，无需布线即可实现大户型、多户型的网络覆盖，PLC电力载波网络中，有一些设备是具有网关功能的(即含有PLC+wifi/ble模组)，有一些设备是单独的PLC设备，仅仅作为station接入PLC网络。PLC+wifi/ble网关，具有wifi mesh和/或ble mesh功能，可以释放wifi和/或ble热点连接子设备，子设备通过与网关无线通信，接收或上传数据至云端，实现智能控制和数据采集。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，包括：总网关模块和至少一个子网关模块；

所述总网关模块具有以太网接口和第一电力信号接口，所述总网关模块用于通过所述以太网接口接入以太网络，并通过所述第一电力信号接口接入电力载波网络；所述总网关模块用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；

各所述子网关模块分别具有第二电力信号接口，各所述子网关模块分别用于通过所述第二电力信号接口接入所述电力载波网络，并接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，采用无线信号将所述数据包发送至无线网络。

2.根据权利要求1所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述总网关模块包括以太网单元和第一调制解调单元，所述以太网单元与以太网接口电连接，所述第一调制解调单元与所述第一电力信号接口电连接，所述第一调制解调单元与所述以太网单元电连接；

所述以太网单元用于接收所述以太网络的数据包，将数据包发送至所述第一调制解调单元，还用于接收由所述第一调制解调单元转换得到的数据包发送至所述以太网络；

所述第一调制解调单元用于将数据包转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号发送至所述电力载波网络；所述第一调制解调单元还用于将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至所述以太网单元。

3.根据权利要求1所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述子网关模块包括第二调制解调单元和无线通信单元，所述第二调制解调单元与所述第二电力信号接口电连接，所述第二调制解调单元还与所述无线通信单元电连接；

所述第二调制解调单元用于接收所述电力载波网络的电力载波信号，将电力载波信号转换为数据包，将数据包发送至无线通信单元；

所述无线通信单元用于采用无线信号将所述数据包发送至无线网络，还用于接收无线网络的数据包。

4.根据权利要求3所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元，所述无线信号为Wi-Fi信号。

5.根据权利要求4所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括Wi-Fimesh设备。

6.根据权利要求3所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述无线通信单元包括蓝牙单元，所述无线信号为蓝牙信号。

7.根据权利要求6所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，还包括子设备，所述子设备用于通过所述无线网络与所述子网关模块通信连接，所述子设备包括BLEmesh设备。

8.根据权利要求3所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述无线通信单元包括Wi-Fi单元和蓝牙单元，所述无线信号包括Wi-Fi信号和蓝牙信号。

9.根据权利要求5或7所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述子设备包括传感器、穿戴设备、家用电器、摄像头、电子门锁、移动终端和安防设备。

10.根据权利要求1-8任一项中所述的基于电力线的无线传输网络系统，其特征在于，所述子网关模块包括家用电器和/或安防设备。

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