基于ARM平臺(tái)的電力線通信網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議研究.pdf

1、低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)作為一種新的局域網(wǎng)接入方式，與其它接入方式相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)：一方面由于不需要鋪設(shè)新線所以成本會(huì)更低；另一方面更重要的是由于電源插頭隨處可見，所以幾乎可以在任何地方實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。但是因?yàn)殡娏€信道惡劣的噪聲環(huán)境和信道特性，實(shí)現(xiàn)高速互連的電力線通信網(wǎng)絡(luò)有很大困難，由于現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)(如0FDM)的引入以及現(xiàn)代DSP技術(shù)，使得電力線載波通信成為可能。為了能與其它接入方式競(jìng)爭(zhēng)，電力線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須

2、提供可靠而高性能的服務(wù)質(zhì)量，處理好共用信道的沖突，合理地分配和再分配信道資源，所以在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層要采用合適的媒質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)接入?yún)f(xié)議。 本論文首先討論了低壓電力線上的數(shù)據(jù)傳輸特性，根據(jù)國(guó)內(nèi)低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)測(cè)環(huán)境，從分析低壓電力線的特性入手，以及測(cè)得的噪聲分布情況，根據(jù)實(shí)際的電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了電力線網(wǎng)絡(luò)模型。分析了幾種應(yīng)用廣泛的MAC層接入技術(shù)，包括AL,0HA協(xié)議、載波幀聽多址(CSMA)協(xié)議、帶碰撞檢測(cè)

3、的CSMA協(xié)議(CSMA/CD)。最后針對(duì)電力線傳輸數(shù)據(jù)所面臨的困難和不足，提出了在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行中引入一種適合我國(guó)的有效的MAC協(xié)議一載波偵聽多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)。闡述了其中的關(guān)鍵技術(shù)：載波偵聽機(jī)制CSMA/CA、RTS/CTS/Data/ACK四次握手協(xié)議、差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制及基于幀間隔的優(yōu)先級(jí)控制。 在設(shè)定了電力線網(wǎng)絡(luò)所采用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)以后，接下來(lái)就軟件方面提出了MAC協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制方式的整體構(gòu)架：CS

4、MA/CA協(xié)議是一個(gè)比較復(fù)雜的通信協(xié)議，我們按模塊化程序設(shè)計(jì)思想把復(fù)雜的MAC協(xié)議簡(jiǎn)化成多個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單的模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的功能，并對(duì)其中各功能子模塊進(jìn)行了模塊化的軟件設(shè)計(jì)及C代碼實(shí)現(xiàn)。利用OPNET仿真平臺(tái)提出了一種電力線實(shí)時(shí)介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議的仿真框架，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了協(xié)議是可行和有效的。 對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，綜合考慮硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要求和成本性能，采用ARM7平臺(tái)：提出了基于LPC2136微控制器和μ