CN1499741A - 电力线载波通信协议及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力线载波通信协议及其装置，属于通信技术，网络技术，是在电力线上实现基于SFTP(SimpleFile Transfer Protocol)协议的数据和文件传输。本发明是以低压电力线(220V)为通信媒介，采用BPSK的载波调制方式，在链路中传输数据时采用了改进的CSMA/CD介质访问控制协议，其特征在于：结合ECHELON公司底层网络设备在应用层开发了专用的网络通信协议，以此进行电力线上高质量的文件数据传输。同时设计了完善地实现该协议的装置。本发明协议简单可靠，实现的装置成本低廉，便于维护，操作简单可靠。
Description
所属技术领域：本发明涉及一种电力线载波通信协议及其装置，属于通信技术，网络技术，是在电力线上实现基于SFTP(Simple File Transfer Protocol)协议的数据和文件传输。
背景技术：1)电力载波通信技术，它现在广泛应用于通信，电力等行业，这种技术是当今通信行业较为先进的技术，但该技术仅仅提供了两点间通过电力线实施信息传输的可能性，并不能直接实现两点间高效可靠的数据传输，为此各公司在这项技术的上层添加了各种不同的协议去保证可靠的完成既定的功能，如通过电力线进行住宅小区水，电，气表的远程抄读。目前，该技术有以下两种实现方式，一种是以扩频通信理论为基础，采用这种通信方式的设备，能实现在电力网上的高速数据传输，主要面向网络通信为主的高速数据通信业务，是当前的主流发展方向。但其成本极其高昂，不是一般的中小公司所能承受的，所以它目前的应用范围有一定限制；另一种是以窄带通信理论为基础，采用窄带通信理论的设备，适用于低速数据场合，其价格便宜，维护简便，可靠性突出，很多场合有它的用武之地。但是以窄带设备为技术支撑的用于双机文件传输的应用几乎没有，而这项应用的需求在某些场合又确实存在。2)TCP/IP协议簇中的文件传输协议部分。TCP/IP协议簇中的文件传输协议用于与远程主机建立会话以下载(或上载)文件，下载是指将远程主机上的文件传到本地计算机上。上载文件是指将本地计算机的文件传送到远程主机上。文件传输协议使用了一些TELNET服务来建立会话连接，需要用TELNET服务以允许用户查看远程主机上的目录并浏览主机以寻找文件。但是，用户不能用文件传输协议去运行远程主机的程序。运行文件传输协议需要两个会话。一个用于发送控制信息，另一个会话用于数据文件的实际传输，这允许不中断地传输文件，同时允许向远程主机传送控制信息。文件传输协议支持几种数据类型，可以ASCII或EBCDIC码的形式传输文件，同时它也支持二进制文件类型。
这套协议以TCP/IP底层协议为依托，它充分使用了底层协议所提供的服务，其中一个很基本的要求就是物理层能够提供高速数据传输服务，但在以电力线为通信媒介提供物理层服务时，这种要求往往无法满足，而且这套复杂的协议簇都需要极多的协议开销，这对于小型嵌入式系统实现的电力线接口适配器无疑是一个很苛刻的要求。在这种情形下，就要求简化协议模型，提出更适合于小型嵌入式系统能够承载的精简的协议。
发明内容：
为避免现有技术的缺陷，本发明是以低压电力线(220V)为通信媒介，采用BPSK的载波调制方式，在链路中传输数据时采用了改进的CSMA/CD介质访问控制协议，其特征在于：结合ECHELON公司底层网络设备在应用层开发了专用的网络通信协议，以此进行电力线上高质量的文件数据传输。整个系统具有一定流量控制功能，能有效的避免了网络的阻塞；通信过程中各层数据采用了特殊的编码，解码方式，配合底层协议中的冲突检测，应答重发机制，从而保证了通信的高可靠性。本发明提出的通讯协议既能用于两台计算机间的文件传输，也能实现一点对多点的文件传输，多对点之间的独立数据传输，而且可靠性极高。
本发明提出的通信协议：在RS-232协议于与用户应用层之间设计了一种简单的传输控制协议，协议主要包含两部分：一是双机之间通信模式的设计，主要是通信过程的定义和差错的控制和处理。本发明装置的传输控制协议和检错纠错能力相互配合从而较好的实现了通信系统各方面的要求，保证了通信的可靠性以及组网安装的便利性。考虑到PC机与通信装置主处理器处理能力的不对称性，协议也具有不对称性，为此主要采取以下技术方案：
1.每次通信过程有PC机端发出启动信号开始，结束状态由通信装置判断用以确定通信
是否结束；
2.PC机与通信装置每次通信都必须握手，这是通过上位机软件协调通信装置共同完成；
3，差错控制是在PC机上实现的；
4，发送中故障(如掉电，传输错误)的检测由通信装置和主机配合完成；
5.通信电路板加密保护措施由通信装置完成：
6.数据发送时，采用冗余发送方式，即考虑到电力载波通信的不确定性和实际要求的高
可靠性，而采取帧冗余重传方式，使用了底层的不确认的无连接服务；
二是帧格式的定义，采用了两种类型的帧格式：信令帧和数据帧。信令帧用于控制和握手信号的传输，如文件传输开始和结束，错误数据的重传等。数据帧则采用冗余编码的方式，一帧中包含几个域：同步信息头，数据长度，数据，备份数据，奇偶校验。
本发案和传统的方案的技术比较：
| 技术分类 | 传统方案 | 本改进方案 |
| 协议结构 | 用户层直接架构在RS-232物理层协议上 | RS-232+简单传输控制协议+用户层 |
| 用户通信数据 | 无统一帧格式 | 有特殊，统一的帧格式 |
| 端到端差错控制 | 无 | 有简单的控制 |
| 端到端通信握手控制 | 无 | 软件协议握手 |
| 用户应用程序 | 不易操作，附加功能少 | 界面友好，方便用户使用功能多样化 |
| 服务增值能力 | 无 | 可方便的构成其他用户应用 |
一种实现本协议的电力线载波通信装置：
各模块的连接关系如附图2所示：DSP处理器是整个装置的核心中枢，因此该处理器与各个功能模块都有连接，与通过串口与上位计算机相连，用于向电力线上发送或接受文件数据流；与存储模块相连用于数据的存储或缓存；与电力载波模块相连主要用于对电力线上通过载波模块接受或发送的信号进行协议解释或翻译；耦合模块与电力载波模块相连，用于把载波模块调制数字信号发送到电力线上进行传输，而且也用于从低压电力线上滤出有用信号，供电力载波模块做进一步处理，同时还加入一些保护措施，防止意外情况的发生。
附图说明：
图1：通信系统的概念层次图
图2：通信装置原理框图
图3：外观结构示意图
a：侧视图
b：侧视图
图4：RS-232连接器定义图
图5：实施例1点对点通信
图6：实施例2一点对多点通信或多点之间一对一通信
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
具体实施方式：
协议的实施例：
实施例1：点对点通信，这是本协议最简单的方式。每次通信过程有PC机端发出启动信号开始，结束状态由通信装置判断用以确定通信是否结束；PC机与通信装置每次通信都必须握手，这是通过上位机软件协调通信装置共同完成；差错控制是在PC机上实现的；发送中故障(如掉电，传输错误)的检测由通信装置和主机配合完成；通信电路板加密保护措施由通信装置完成；数据发送时，采用冗余发送方式，即考虑到电力载波通信的不确定性和实际要求的高可靠性，而采取帧冗余重传方式，使用了底层的不确认的无连接服务；
实施例2：一点对多点通信或多点之间一对一通信，这是本协议比较复杂的实施方式，物理层，数链层和应用层大致一样，所不同的是它在网络层添加了一些简单的网络层协议，即确定了简单的地址解析，而实施点对点通信，网络层就不存在。
设备的实施例：主处理器可采用NEURON3150或MCS-51，电力载波芯片有很多选择如Intellon的SSC PLCEFN或Echelon的PLT-20，串行接口芯片可采用MAX232等，相关的外围电路若干。
各模块的主要功能介绍如下：
DSP处理器模块主要功能主要包括设置串口波特率，与PC及之间数据的同步(发明中双方采用了特殊的握手协议，用以保证传输数据的可靠性)，从串口接收(或发送)数据并对其进行处理接着通过通信I/O引脚转发至电力线载波芯片。
电力线载波芯片主要是把从DSP芯片收到的数据通过耦合保护电路转发到电力线上去。
存储模块采用E2PROM，主要存储通信应用程序，如想本发明用于控制用途可方便的更改应用程序。
RS-232接口电路将TTL或CMOS电路转换为标准的RS-232电平，从而实现DSP芯片串口与PC及串口之间的数据传输。
电源模块的主要为其它各模块提供+5V或+12V电压，为了防止干扰电源模块专门设计了滤波电路，此外还包括电压转变电路，欠压复位电路，过压保护电路等。
耦合及保护电路主要把电力线载波芯片处理过的数据包加在到电力网络上去，并且设计了过压保护电路。
RS-232连接器定义：
2脚：数据接收
3脚：数据发送
4脚：DTR(输出)
5脚：地
7脚：RTS(输出)
Claims (3)
1.一种电力线载波通信协议，以低压电力线(220V)为通信媒介，采用BPSK的载波调制方式，在网络中传输数据时采用了改进的CSMA/CD介质访问控制协议，其特征在于：结合ECHELON公司底层网络设备在应用层设计了专用的网络通信协议。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信协议，其特征在于：用于双机间文件传输的简单文件传输协议(SFTP)，包含两部分：
一.双机间通信模式的设计；
a.每次通信过程有PC机端发出启动信号开始，结束状态由通信装置判断用以确定通信
是否结束；
b.PC机与通信装置每次通信都必须握手，这是通过上位机软件协调通信装置共同完成；
c.差错控制是在PC机上实现的；
d.发送中故障(如掉电，传输错误)的检测由通信装置和主机配合完成；
e.通信电路板加密保护措施由通信装置完成；
f.数据发送时，采用冗余发送方式，即考虑到电力载波通信的不确定性和实际要求的
高可靠性，而采取帧冗余重传方式，使用了底层的不确认的无连接服务；
二.传输时帧格式的定义。
采用了两种类型的帧格式：信令帧和数据帧。信令帧用于控制和握手信号的传输。
数据帧则采用冗余编码的方式，一帧中包含几个域：同步信息头，数据长度，数据，
备份数据，奇偶校验。
3.一种实现上述电力线载波通信协议的装置，其特征在于：整个装置的核心是DSP处理器，该处理器与各个功能模块都有连接；通过串口与上位计算机相连，向电力线上发送或接受文件数据流；与存储模块相连用于数据的存储或缓存；与电力载波模块相连主要用于对电力线上通过载波模块接受或发送的信号进行协议解释或翻译；耦合模块与电力载波模块相连，用于把载波模块调制数字信号发送到电力线上进行传输。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA02139511XA CN1499741A (zh) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | 电力线载波通信协议及其装置 |
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| CNA02139511XA CN1499741A (zh) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | 电力线载波通信协议及其装置 |
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| CN1499741A true CN1499741A (zh) | 2004-05-26 |
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ID=34231820
Family Applications (1)
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| CNA02139511XA Pending CN1499741A (zh) | 2002-11-11 | 2002-11-11 | 电力线载波通信协议及其装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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