CN203433667U - 基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块，包括单相智能电能表宽带载波通信模块，三相智能电能表宽带载波通信模块，宽带载波通信采集器宽带载波通信模块，宽带载波集抄系统集中器宽带载波通信模块。其特点为采用OFDM电力线载波调制技术，通信物理带宽为10MBps。在用户台变侧安装的宽带载波集抄系统集中器内安装有宽带载波通信模块作为信号头端，安装在用户表计侧的宽带载波通信模块作为终端，头端与终端之间通过OFDM载波调制技术进行电力线宽带载波通信，从而实现远距离载波数据传输。由宽带载波抄表模块构建的宽带载波集中抄表系统具有自动注册上线、自动组网、自动中继、电表地址主动上报、安全性管理等功能。

Description

基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块

技术领域

本实用新型涉及一种宽带载波集中抄表通信装置，特别涉及通过电力线载波通信方式实现低压居民用电信息采集系统用户侧的电能量采集装置以及远程集中抄表系统的表计信息采集装置。

背景技术

电力线载波通讯--PLC，是一种通过电线进行数据传输的通信技术。换句话说，载波是利用现有电网作为信号的传递介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据通讯。这种方式能够有效监测和控制电网中的电力设备、仪表以及家用电器。同时，电力线载波技术即插即用，大大提高了生产、工作和生活效率，在很大程度上节约了布线施工成本，。上述种种特点及优势使其相比较其它通讯方式更胜一筹。 

目前，电力线载波技术日渐主导电力系统和民用生活的通讯方式。根据载波频率、载波速率、载波调制方式，行业内部分为两大阵营：

低速窄带阵营 采用1～500kHz的频段载波，速率通常在1.5～10Kbps之间，简单的OFDM扩频调制方式；

高速宽带阵营采用1～30MHz的载波频率，从早期的10M带宽芯片技术发展到目前的200M、500M带宽的芯片技术，基于成熟的DMT的调制方式。近年来，国内外开始普遍向宽带高速率PLC转移，通常称之为宽带电力线载波技术或称之为BPL。早期产品带宽不够、传输距离相对较短是技术瓶颈，经过国内外科研机构研究和发展后，目前，PLC已过渡到了BPL，在进一步扩容提速（从10兆跃升到最高500兆）的同时，成功解决了信号衰减、噪音干扰等问题，网络传输更加稳定、通畅，更好地适应不同的电网结构。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种通过基于OFDM（正交频分多路复用）技术的电力线宽带载波通信集中抄表系统通信模块，使电力部门用电信息采集系统在用户侧实现低压高速载波集中抄表功能，以及远程集中抄表系统中实现现场表计的高速载波集中抄表功能。

本实用新型的目的是这样实现的：所述的基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块，包括用户表计和宽带载波集抄系统集中器，用户表计包括单相智能电能表、三相智能电能表或宽带载波通信采集器，其结构特点为宽带载波集抄系统集中器和用户表计内安装有宽带载波通信模块，宽带载波集抄系统集中器安装的宽带载波通信模块作为信号头端，在用户表计内安装的宽带载波通信模块作为信号终端，信号头端与信号终端之间通过OFDM电力线载波信号进行电力线宽带载波通信。

所述的宽带载波通信模块的通信物理带宽为10MBps。

上述的OFDM即为正交频分多路复用。

在用户台变侧安装的宽带载波集抄系统集中器内安装有宽带载波通信模块作为信号头端，安装在用户表计侧（包括单相智能电能表、三相智能电能表、采集器）的宽带载波通信模块作为终端，头端与终端之间通过OFDM载波调制技术进行电力线宽带载波通信，从而实现远距离载波数据传输。

本实用新型的优点：本实用新型的基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块装置功能为：

1、接入模块的认证机制，终端模块在与头端模块通讯前必须在头端模块侧进行注册登记，具有认证的能力，能够拒绝非法终端模块的接入，确保只有合法接入的终端模块才能与头端模块建立安全的通讯链接。终端模块注册时需要合法的网络成员密钥（NMK），否则无法注册成功。

2、电表地址主动上报机制，电表模块上电后，能获取电表地址并在注册上线的过程中将电表地址告知头端模块。头端模块可以进一步将该电表地址告知集中器，从而实现主动上报功能。利用该功能，集中器可以将头端模块上报的电表地址与来自主站系统的电表资产文档进行对比，可以快速、准确地排查可能存在的坏表、未上电、串口损坏等情况，从而提高抄通率。

3、自动组网机制，头端模块创建并维护一个通讯网络。这个网络的创建和维护无需人工干预。具有自主管理、动态等特性。

自主管理：当一个终端模块上电并进行注册时，能根据当前电力网络环境情况，决定是否与头端模块建立直接或间接的通讯链路。如果是后者，网络能为该终端模块选择一个合适的中继终端模块作为中继节点，与头端模块建立通讯。

动态：网络会根据当前电力网络环境为终端模块选择最好的通讯链路，并作相应的改动。比如：终端模块的当前中继终端模块不再可用，网络会选择其他的中继终端模块作为它的中继节点。该功能使得整个通讯网络在不同时刻可能具有不同的树形拓扑结构。

4、自动中继算法机制，对于任何一个终端模块，网络会自主选择一个合适的中继终端模块作为中继节点与头端模块通讯，无需人工干预。终端模块或头端模块都必须通过选定的中继终端模块才能与对方进行通讯。

5、数据传输加密机制，加密方法为128bit的AES算法。终端模块上线过程中，获取网络加密密钥（NEK），密钥的获取需要加密。终端模块上线后，所有的数据通讯需要通过NEK加密。

附图说明

图1为本实用新型的基于宽带载波通信模块的宽带载波集抄系统与主站系统连接的架构图。

图1-1为本实用新型的基于宽带载波通信模块的宽带载波集抄系统的原理图。

图2为多级中继图。

图3为固件架构图。

图4为Beacon周期图。

图5为一个Beacon周期的时域分配图。

图6为CSMA机制下的数据冲突图。

图7为CCo的LBDAT和RBAT信息图。

图8为STA的LBDAT和RBAT信息图。

图9为通讯接口逻辑架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如附图所示，本实用新型所述的基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块，包括用户表计和宽带载波集抄系统集中器，用户表计包括单相智能电能表、三相智能电能表或宽带载波通信采集器，其结构特点为宽带载波集抄系统集中器和用户表计内安装有宽带载波通信模块，宽带载波集抄系统集中器安装的宽带载波通信模块作为信号头端，在用户表计内安装的宽带载波通信模块作为信号终端，信号头端与信号终端之间通过OFDM电力线载波信号进行电力线宽带载波通信。所述的用户表计和宽带载波集抄系统集中器为现有技术。

所述的宽带载波通信模块的通信物理带宽为10MBps。宽带载波集抄系统集中器以下简称“集中器”，宽带载波通信采集器以下简称“采集器”。

术语和定义

1）电表包括单相和三相智能电表。2）头端模块，放置于集中器的可插入本实用新型，主要包含3个网能科技宽带PLC芯片宽带载波通信模块-头端、1个5口switch芯片以及相关的电路板。3）电表（终端）模块放置于采集器或智能电表的可插入的本实用新型，主要包含1个网能宽带PLC芯片宽带载波通信模块-终端。4）CCo，Central Coordinator，HomePlugAV术语。它负责组建并维护一个有若干个STA组成的载波通讯网络，能与任意一个STA进行并发双向通讯。5）STA，tation或载波节点，HomePlugAV术语。由CCo管理，并与CCo进行双向载波通讯。包括NSTA、HSTA和PSTA。6）NSTA，Normal STA或普通载波节点，HomePlugAV属于能与CCo直接建立通讯的STA。7）AVLN，HomePlugAV LAN或HomePlugAV局域网，HomePlugAV术语。CCo创建并维护的载波通讯网络。AVLN的形状类似一个具有多层的树形结构。树根是CCo，非叶子节点为PSTA。叶子节点可以是NSTA或者HSTA。8）HSTA，Hidden STA或隐藏节点，HomePlugAV术语。不能和CCo直接进行双向通讯的STA（需要PSTA参与）。HSTA本身也可以是PSTA（多级中继）。9）中继，在CCo与1个HSTA的双向通讯中，它们不能直接通讯，而是需要有PSTA发挥中继功能。10）n级中继，在CCo与1个HSTA的双向通讯中，有多于1个PSTA参与其中的情况。如果有n个PSTA参与，叫做n级中继。11）MME，MAC Management Message。HomePlugAV术语。MME报文符合以太网MAC帧格式，MAC类型为IEEE标准组织分配的0x88e1。12）Beacon，信标，HomePlugAV术语。主要包含了当前AVLN网络的一些特性、时间戳等信息。包括Central Beacon、Proxy Beacon、Discovery Beacon，前两者分别由CCo、PSTA发送；后一种由任意上线的STA发送。13）PB，Phy Block，物理块，HomePlugAV术语。数据被分割成一定大小的物理块发送。物理块大小有520字节和136字节两种大小。14）TEI，Terminal Equipment Identifier. 在一个AVLN中唯一标识一个STA的ID号，由CCo分配。TEI取值为[1, 255]，其中255为广播TEI。15）0x88e1，以太网帧格式中的类型域为该值表明是MME报文。0x88e1是IEEE标准组织分配给HomePlugAV标准的MME报文。16）DA，Destination Address，目的MAC地址。17）SA，Source Address，源MAC地址。

HomePlugAV网络

HomePlugAV采用一点到多点的双向树形网络。“一点”指的是CCo，“多点”指的是多个STA。CCo与多个STA能进行双向并发的载波通讯。一般情况下，STA可以与CCo直接进行通讯。而在一些特殊情况下，比如电力线噪声环境恶劣或节点间距离过远等情况下，STA无法与CCo直接建立通讯，这些STA被称为HSTA。它需要PSTA的中继功能来间接地与CCo通讯。此外，STA与STA之间默认不允许建立通讯，除非两个STA之间是中继和被中继的关系。

每个注册上线的STA由CCo分配一个唯一的ID号，TEI。在CCo维护的AVLN中，TEI能唯一标示该STA。当然，使用MAC地址也可以标识STA，只是在HomePlugAV中只使用TEI标识源STA和目的STA。所以任何报文在转发到电力网前都需要根据源MAC地址和目的MAC地址设置相应的源TEI和目的TEI。

在本文描述的AVLN中，存在的若干的PSTA和HSTA，一个HSTA有可能通过1个或多个PSTA的中继才能跟CCo进行通讯。

在图2中，HSTA需要2个PSTA的中继功能才能与CCo交互。其中，PSTA-2本身也是一个HSTA，它需要PSTA-1的中继功能才能与CCo交互。

系统架构与功能

本实用新型构建的宽带载波集抄系统，具有树形通讯架构。同时又基于HomePlugAV技术，具有高带宽、自动组网、自动中继、电表地址自动上报等特点。

组网架构

与窄带载波通讯方案类似，本方案的头端模块（即宽带载波通信模块-头端）插入集中器侧，电表模块插入采集器或智能电表侧（即宽带载波通信模块-终端）。双方通过电力线载波信号进行通讯。

网络组件功能

电表

智能电表需具有如下基本功能：

唯一的电表ID：格式为AA:AA:AA:AA:AA:AA，其中A为0-9中任意一个数字。

通过645协议与载波通信模块-终端交互：在串口处接收来自终端模块的645协议报文；处理645协议报文；向串口发送645协议报文。

常用的电表信息包括：当前正向有功功率、当前反向有功功率、上一次日冻结时间、上一次日冻结正向有功电能、上一次日冻结反向有功电能、A相电压（对于三相电表还有：B相电压、C相电压）、A相电流（对于三相电表，还有：B相电流、C相电流）、有功功率、功率因数、运行状态字等数据。

宽带载波通信模块-终端

网能宽带载波通信模块-终端具有如下基本功能：

通过645协议读取电表信息或者设置电表功能。

具有唯一的以太网MAC地址：格式为00:b0:52:XX:XX:XX。

自动读取电表地址：上电后读取电表ID并更改自身MAC地址为电表ID，用电表ID作为MAC在HomePlugAV网络中注册上线。

上线后获取集中器模块MAC。

645协议透传：在上行方向，将来自串口的645协议报文承载在HomePlugAV MME报文中，从PLC端口发出；在下行方向，解析来自PLC端口的HomePlugAV MME报文，将其中的645协议报文载荷从串口发出。

宽带载波通信模块-头端

网能宽带载波通信模块-头端具有如下基本功能：

具有唯一的以太网MAC地址：格式为00:b0:52:XX:XX:XX。

通过HomePlugAV协议的电力线载波信号与宽带载波通信模块-终端交互：负责创建并维护AVLN网络，管理网络中的所有STA。

与集中器进行交互：接收SA为集中器模块、DA为自己的以太网报文；发送SA为自己的、DA为集中器模块的以太网报文。

MME报文透传：在上行方向，将来自PLC端口的、SA为宽带载波通信模块-终端、DA为集中器模块的MME报文从以太口发出；在下行方向，将来自以太口的、SA为集中器模块、DA为宽带载波通信模块-终端的MME报文从PLC端口发出。

集中器

集中器为用电信息采集系统中用于集中采集一个台区下面所有表计信息的数据汇聚设备，具体功能描述如下：

与主站系统交互：通过GPRS/LAN网络/PON等若干接口与主站系统交互。交互协议遵循国家电网相关标准，比如376.1协议。

与宽带载波通信模块-头端交互：通过switch与其相连，实现并发双向通讯。交互协议为符合以太网帧格式的MME报文。

与宽带载波通信模块-终端交互：通过符合以太网帧格式的MME报文与其进行并发双向通讯。该MME报文中承载645协议报文。

并发交互：宽带PLC的高带宽、并发的特性决定了集中器模块可与多个宽带载波通信模块-头端、宽带载波通信模块-终端进行快速的双向全双工通讯。为了发挥宽带PLC的这个特点，集中器模块的软件必须具有并行的数据收发处理能力。

主站系统

通过GPRS/ LAN网络/PON与集中器模块交互。功能、角色未变。

系统固件

如图3所示，本实用新型设计的固件以模块化构建，固件包含多个子模块。各个子模块还包含各自的子模块。有些模块作为通用模块存在于宽带载波通信模块-终端和宽带载波通信模块-头端的固件中，有些只存在于宽带载波通信模块-头端中，有些只存在于宽带载波通信模块-终端中。这些模块主要包括：MAC访问控制模块、PL PHY驱动模块、UART PHY驱动模块、以太网驱动模块、通讯抽象层模块、汇聚模块、网桥模块、应用管理模块等。

MAC访问控制

CSMA/CA

MAC层从上层应用接收MAC业务数据单元(MSDU)报文，经分割及加密处理后将数据以MAC协议数据单元(MPDU)方式提交给物理层。

MAC层提供数据传输使用的信道访问方法，包括CSMA和TDMA两种模式。在本方案中只使用CSMA。CSMA使用载波监听/冲突避免（CSMA/CA）机制访问信道，具体方法沿用IEEE 1901-2010标准。

CSMA/CA机制采用冲突避免及遇忙随机退避方式实现线路共享。为区别对待高优先级业务，CSMA/CA定义4个优先级，设备应通过优先级竞争获得数据发送机会。

CSMA/CA机制主要由载波监听机制、优先级竞争及随机退避机制三部分构成。

CSMA/CA机制应符合IEEE 1901-2010中8.2.1的相关要求。

载波监听机制

载波监听机制用于识别定界符（Delimiter）及实现信号同步。MAC层结合使用PCS（物理载波检测）和VCS(虚拟载波检测），以分析信号及确定线路忙闲状态。

PCS由物理层执行，用于识别优先级解析位（PRS）及前导信号。VCS由MAC层执行，用于根据定界符中包含的信息确定信道占用情况。

CSMA/CA载波监听机制应符合IEEE 1901-2010中8.2.1.1.1的相关要求。

优先级竞争

设备在优先级解析时间片(PRP)内，通过PRS声明自身待发送数据的优先级。PRS信号经特别调制，可有效克服多设备信号干扰及传输延迟。

设备将待发送数据优先级和由PRS解析到的优先级进行比较，仅当设备优先级不低于PRS优先级时设备可竞争数据发送机会。低优先级设备则需等待高优先级设备数据发送完毕。

优先级竞争应符合IEEE 1901-2010中8.2.1.1.6的相关要求。

随机退避机制

随机退避机制应和优先级竞争结合使用。

通过优先级竞争，仅最高优先级的设备获得数据发送竞争机会。获得发送竞争机会的设备在发送数据时，若检测到线路冲突，则回退一个随机时间再尝试发送。该随机时间取值范围为从0到竞争窗口尺寸大小。竞争窗口尺寸可根据网络业务流量及业务优先级调整。

随机退避机制应符合IEEE 1901-2010中8.2.1.1.9的相关要求。

ROBO模式

为提高信道在嘈杂网络环境下的可靠传输，本方案使用HomePlugAV标准定义的ROBO模式。ROBO模式主要用于几个目的：

Beacon信标、广播（多播）的发送和接收。

STA之间会话（session）的建立。

MME消息的交互。

使用ROBO模式，将传输的内容拷贝多份，分别在多个信道上传输。即使有若干信道因噪声问题使得数据传输失败，只要有一个信道良好，数据最终将成功的发动到接收端。ROBO包括MINI-ROBO、STD-ROBO和HS-ROBO三种，具有不同的拷贝份数，分别为5份、4份和2份。随着拷贝份数的增加，所对应的传输速率就会相应的减少。系统会根据报文的大小和当前信道的信噪比等信息来决定采用哪种ROBO方式。表1描述了三种不同ROBO的特性。

表 1：ROBO模式参数。

STD-ROBO模式是当PB大小为520字节时最常使用的模式。如果信道情况良好，发送者会考虑使用HS-ROBO模式发送数据，从而在保证发送成功率的前提下提高数据发送速率。其速率是STD-ROBO的2倍。HS-ROBO模式尤其用于发送广播报文。MINO-ROBO只用于大小为136字节的PB上。它常用于高可靠性、但对速率不是很高要求的应用场景。

Beacon信标

Beacon信标分为Central Beacon、Proxy Beacon和Discover Beacon。前两种分别由CCo和PSTA定期发送。后者由任意注册上线的STA发送。三种Beacon信标的用途各异，见表2。

表 2：Beacon信标的分类及用途。

每个Beacon中会包含若干个BENTRY。BENTRY可以描述AVLN中一些元素的当前状态、或者发生哪些事件。发送Beacon的STA或CCo会将当前时刻的状态信息或事件写入对应的BENTRY中。而接收Beacon的STA会解析这些BENTRY，从而获知当前AVLN的状态和事件。

HomePlugAV将整个发送时域分为若干个Beacon周期，它是2倍的电力周期（50HZ或者60HZ）。但是Beacon周期的起始点往往不在于电力周期的过零点处，而是有一定的偏差，称为Beacon Offset（Beacon偏移），如图4所示。 

系统将一个Beacon周期划分为Beacon域和CSMA域。Central Beacon信标将在Beacon域中发送一份。而STA之间的管理报文、数据报文将在CSMA域根据CSMA的竞争机制发送，如图5所示。

RTS/CTS

在本实用新型所购建的方案所描述的AVLN系统中，由于噪声的大小或电力线距离的长短无法保证，可能存在着HSTA。这些STA无法监听到CCo的发出的Central Beacon，从而无法获知CCo的存在。所以它们是通过周围存在的其他STA（称为PSTA）来发现CCo、并注册上线的。这样，在CSMA的信道竞争机制下会存在着一个带宽浪费的问题。如图6所示。

在该图中，CCo发送的报文的作用范围用左边的虚线圆圈代表，而HSTA发送的报文的作用范围用右边的虚线圆圈代表。可见，这两个圆圈相交，但是各自没有越过对方圆心，表明各自的报文无法直接到达对方。而处于中间的PSTA可以直接侦听到CCo和HSTA的报文。当CCo向PSTA发送数据的同时，HSTA也向PSTA发送数据，则在PSTA处，两条报文相互叠加并冲突，PSTA是无法收到任何一条报文的。这就造成了网络带宽的浪费。当发送的数据报文很大时，这种浪费是惊人的。此时，需要RTS/CTS解决机制来克服。

在RTS/CTS机制下，任何STA要发送数据给其他STA时，必须发送RTS请求报文给接收者。由接收者决定是否允许发送者发送数据。如果允许，就回复CTS。当发送者接收到CTS消息后，就开始发送数据。由于RTS、CTS报文很小（10几个字节），而一般数据有几十个、几百个甚至一千多个字节，即使RTS/CTS报文因冲突而丢弃，带宽损失也是可控的。

网桥

网桥是实现两个不同类型网络间MAC层数据相互交换的有效方法。在本方案中，由于CCo同时连接了以太网和电力网，所以 CCo必须具有网桥功能，而STA不需要该功能。网桥必须支持至少32个桥接的MAC地址，使用源地址路由算法。下面以CCo为描述对象来讲述如何实现网桥功能。

网桥功能描述

CCo具有学习源地址的能力。本地需要维护一张“本地的桥接网络目的MAC地址表格”（LBDAT），用于保存由源地址学习到的MAC地址，也就是保存以太网中的MAC地址。这张表需要定期的发送给AVLN中的其他STA。

当CCo收到来自电力网的报文时，需要转发该报文到以太网，当且仅当：

该报文的目的MAC地址为广播或多播地址

该报文的目的MAC地址为单播地址，且它不是电力网中的某个STA的MAC地址。

当CCo收到来自以太网的报文时，需要转发该报文到电力网，当且仅当：

该报文的目的MAC地址为广播或多播地址，CCo发送目的TEI为广播TEI的报文。

该报文的目的MAC地址为单播地址，且它是电力网中某个STA的MAC地址，CCo发送目的TEI为这个STA的TEI的报文。

该报文的目的MAC地址为单播地址，且它是未知的，CCo发送目的TEI为广播TEI的报文。

该报文的目的MAC地址为单播地址，且它是另一个桥接网络中的MAC地址，CCo发送的报文中，目的TEI为桥接该网络的STA的TEI。

STA由于没有桥接的网络，所以它没有LBDAT，或者说它的LBDAT为空。

与网桥交互

每个STA可以接收来自其他STA的“桥接网络目的MAC地址表”（LBDAT）并保存在本地，称为“远端桥接地址表”（RBAT）。当STA要在电力网中发送报文时，需要根据目的MAC地址来判断。HomePlugAV标准规定，STA可以与多个STA通讯，所以STA的RBAT可以有多份。但在本方案中，由于STA只能跟CCo通讯，而且CCo只有一份LBDAT，所以每个STA也就只有一份RBAT（或者说，只有一份RBAT内容不空）。这简化了RBAT的操作。

目的MAC地址是已知的，当且仅当：

目的MAC地址为AVLN中的某个STA的MAC地址。STA使用该STA对应的TEI作为目的TEI。

目的MAC地址是“远端桥接地址表”中的一项。STA使用CCo的TEI作为目的TEI。

对于目的MAC地址未知的情况，目的TEI使用广播TEI。

图7和图8分别表明了CCo和STA中各自的LBDAT和RBAT信息图。

应用管理

应用管理层使用MAC层提供的接口可以实现更多复杂的管理和功能。比如：

1.    以太网协议栈：可以运行使用以太网协议栈的应用程序。如果运行SNMP，系统就可以支持远程管理和配置。如果运行TFTP，系统就可以支持远程升级。

2.    HomePlugAV管理配置：可以运行更符合需求的管理实体，对CCo/AVLN/STA进行更有效地管理。

3.    特定用户应用程序：为了满足高级用户的需求，系统在应用管理层提供开放性接口，使得高级用户可以根据自身的需求开发相关应用。

通讯接口

根据不同的应用场景，系统会跟不同的传输介质相连，包括电力线、以太网线、串口（UART、485）线等。这样，就需要有对应的数据包收发模块。对于这么多的与特定介质相关的数据包收发模块，我们可以抽象出相同的部分，形成了“抽象通讯接口”。这样，系统上层不用具体了解传输介质的特定信息，就可以进行简单的数据收发工作。而特定传输介质的操作部分，由各个驱动模块负责处理，图9描述了通讯接口的逻辑架构。

STA注册认证

一个AVLN由一个CCo和一个或多个STA组成，网络成员应具有相同的网络标识符（NID）和网络成员密钥(NMK）。如果STA具有与CCo不同的NMK，则CCo拒绝该STA上线。

NID和NMK应保存在非易失性存储器中。

所有STA应通过注册认证过程加入CCo创建和维护的AVLN中。注册过程中需要获取合法的TEI，认证过程用于获取数据加密的NEK密钥。

具体注册认证过程要求如下：

1.    CCo定时发送Beacon信标，等待STA发来的CC_ASSOC.Req消息。

2.    处于未注册状态的STA接收到来自CCo的Beacon信标（报文携带CCo的NID和TEI）后，判断Beacon信标报文携带的NID跟STA本身的NID是否相同。若比对相同，STA通过CSMA通道以单播的形式（DTEI=CCo的TEI）向CCo发送注册请求报文，该报文包含STA的注册请求类型和STA的NID。

3.    CCo收到该STA的注册请求报文后为其分配一个TEI并设定TEI的租借时间，然后将注册的结果、NID、TEI、TEI的租借时间通过CC_ASSOC.Cnf报文以广播方式（DTEI=广播，255）发送给STA。

4.    该STA根据CC_ASSOC.Cnf报文的目的MAC地址来判断是否是发给自己的报文。如果注册失败，该STA在静默一段时间后应重新尝试注册过程。

5.    如果注册成功，该STA保存TEI，随后发起认证过程。STA单播CM_GET_KEY.Req报文给CCo获取用于数据传输的加密密钥NEK。

6.    CCo收到该认证请求后，对该STA所拥有的NID、TEI进行验证。并将验证结果通过CM_GET_KEY.Cnf报文返回。如果认证成功，该报文包含了NEK密钥。整个CM_GET_KEY.Cnf报文作为加密载荷由另一个报文CM_ENCRYPTED_PAYLOAD.IND发送。

7.    STA收到认证结果后，进行判断：如果成功，则完成整个注册认证过程。如果失败，该STA在静默一段时间后应重新尝试注册过程。

TEI管理

TEI长度是8比特，在一个AVLN中应具有唯一性，其值定义见表3。

表3TEI分配。

TEI 取值	解释
		0x00	TEI未分配。适用于新的STA还未和AVLN产生关联时。
0x01～0Xfe	标识AVLN中的各STA。
		0xFF	广播TEI（所有STA将接收此消息）。此取值不能用于STEI。

当一个STA解注册（或者被移除）时，其TEI值将被CCo回收，该TEI值至少在5分钟间隔内不应被重新分配。

TEI的租借和续租

CCO为一个STA分配或续租TEI时，应同时分配租期。租期应从CCO产生CC_ASSO.Cnf消息开始计算，它是STA可使用该TEI的有效期限。STA应在租期期满前至少5秒执行注册过程以续租该TEI。CCO收到该续租请求后将分配给该STA相同的TEI。若STA在超时前不能成功完成续租，则CCO会认为该STA已离开该网络，STA应停止使用该TEI并重新注册。

停止使用TEI

以下情况发生时STA应停止使用TEI：

1.    TEI的租期到期时STA没有成功续租；

2.    STA主动退出AVLN；

3.    CCO通知STA离开该AVLN。

STA解注册

STA主动退出AVLN

STA需要主动退出AVLN时，应发送请求消息CC_LEAVE.Req，等待CCO发回的确认消息。若在3个信标周期内未收到CCO的确认消息，则STA重新发送请求消息，此后该STA不再使用注册时所分配的TEI。STA主动退出AVLN后应进入长期静默状态，直到重启。

STA主动退出AVLN的流程。

STA被动退出AVLN

CCO应能通过以下两种方式使STA被动退出AVLN：

CCO发送消息CC_LEAVE.Ind，通知该STA退出AVLN。STA退出AVLN后应进入静默状态。

CCO修改NMK，STA因无法获取新的NMK而退出AVLN。STA应重新进行注册过程。

Claims (2)

1.一种基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块，包括用户表计和宽带载波集抄系统集中器，用户表计包括单相智能电能表、三相智能电能表或宽带载波通信采集器，其特征在于宽带载波集抄系统集中器和用户表计内安装有宽带载波通信模块，宽带载波集抄系统集中器安装的宽带载波通信模块作为信号头端，在用户表计内安装的宽带载波通信模块作为信号终端，信号头端与信号终端之间通过OFDM电力线载波信号进行电力线宽带载波通信。

2.根据权利要求1所述的基于电力线载波通信的宽带载波抄表模块，其特征在于宽带载波通信模块的通信物理带宽为10MBps。

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