電力線通信在路燈照明自動(dòng)化中的應(yīng)用

圖1. PLC方案示意圖。在Nyx Hemera Technologies公司的TLACS系統(tǒng)中，本地控制器集成PLC，通過(guò)交流線與網(wǎng)絡(luò)控制器通信，并采用標(biāo)準(zhǔn)DALI接口控制每盞路燈。

優(yōu)化自動(dòng)化照明系統(tǒng)

自動(dòng)化照明系統(tǒng)的性能和容量由覆蓋范圍、數(shù)據(jù)速率、抗噪性以及PLC系統(tǒng)的路由能力決定。

典型的路燈照明拓?fù)淙缦聢D所示（圖2）。通過(guò)WAN （例如光纖、2G/3G無(wú)線單元）連接的集中器與控制每盞燈的調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)或節(jié)點(diǎn)通信。PLC調(diào)制解調(diào)器的覆蓋范圍決定了集中器能夠直接通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)。節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，系統(tǒng)實(shí)施的效率越高。

電力線通信范圍受多種因素影響：支路——分流信號(hào)功率；信號(hào)衰減——隨頻率變化；干擾——例如開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)及線路上其它用戶引入的噪聲。由于電力線上的噪聲動(dòng)態(tài)分布（即噪聲源隨時(shí)間變化），抗噪性對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)保持其基本性能起著決定性作用。通過(guò)在節(jié)點(diǎn)引入路由功能，可以構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，允許連接到集中器的節(jié)點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)/接收集中器甚至更遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)的消息，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的通信能力。盡管網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可大大擴(kuò)展單個(gè)集中器的覆蓋范圍，但電力線通信速率決定了相應(yīng)服務(wù)能夠支持的規(guī)模。由于路燈照明網(wǎng)絡(luò)只有一條從網(wǎng)絡(luò)到集中器的信道，所有轉(zhuǎn)發(fā)消息必須經(jīng)過(guò)一條或多條共用鏈路傳輸，這樣，鏈路就成為系統(tǒng)瓶頸。

圖 2. 典型的自動(dòng)化路燈照明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/P>

MAX2992是一款G3-PLC兼容收發(fā)器。器件具有領(lǐng)先的性能，通過(guò)高級(jí)功能實(shí)現(xiàn)路燈照明自動(dòng)化管理，滿足PLC系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍、數(shù)據(jù)速率、抗噪性及路由的要求。MAX2992滿足標(biāo)準(zhǔn)IEEE? P1901.2對(duì)低頻PLC通信的要求，兼容于ITU G.9955/G.9956 G3-PLC。調(diào)制采用DBPSK、DQPSK和D8PSK，能夠在FCC頻帶（10kHz至487.5kHz）支持高達(dá)300kbps的數(shù)據(jù)速率。即使在信噪比（SNR）為-1dB的條件下，可靠模式也能維持正常通信。收發(fā)器采用動(dòng)態(tài)鏈路自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)信道條件自動(dòng)選擇最優(yōu)的調(diào)制方法和數(shù)據(jù)速率。此外，自適應(yīng)頻率映射通過(guò)選擇噪聲最小的子頻帶來(lái)避免干擾，進(jìn)而允許高階調(diào)制自動(dòng)調(diào)整到最高數(shù)據(jù)率。增加或減少節(jié)點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)組網(wǎng)連接機(jī)制配置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。傳送消息時(shí)，動(dòng)態(tài)路由機(jī)制識(shí)別和更新網(wǎng)絡(luò)上的最佳路由選擇通路。

路燈照明網(wǎng)絡(luò)的容量和性能由電力線拓?fù)洌òㄗ儔浩鲾?shù)量和位置）、電力線條件、所選頻帶及消息頻率決定。整個(gè)FCC頻帶（10kHz至487.5kHz）下采用DB8PSK調(diào)制時(shí)，MAX2992的數(shù)據(jù)率高達(dá)300kbps。FCC頻帶廣泛用于美國(guó)等其它許多國(guó)家。通過(guò)電力線變壓器或長(zhǎng)距離通信時(shí)，由于信號(hào)衰減使得SNR降低。MAX2992自動(dòng)切換至DQPSK，典型數(shù)據(jù)率為150kbps。

路燈照明網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溆绊懲ㄐ欧秶熬W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)配置。電力線上的支路分流PLC信號(hào)，從而縮短通信距離，并在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生附加支路。此外，網(wǎng)絡(luò)管理是網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)。對(duì)于由集中器輪詢節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，可預(yù)測(cè)消息延遲；對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)按需發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)，容易受網(wǎng)絡(luò)沖突的影響，從而造成延遲波動(dòng)。拓?fù)浜途€路條件對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響顯著，所以難以估算特定網(wǎng)絡(luò)的容量和性能。因此，應(yīng)該根據(jù)試運(yùn)行中由相應(yīng)的消息頻率和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)開(kāi)通網(wǎng)絡(luò)。

路燈照明應(yīng)用中，相對(duì)于可變消息延遲，通常首選可預(yù)測(cè)消息延遲。這種情況下，建議由集中器輪詢節(jié)點(diǎn)。采用Round-Robin輪詢方法時(shí)，每個(gè)集中器的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，發(fā)送至任意節(jié)點(diǎn)的消息之間的間隔就越長(zhǎng)。照明自動(dòng)化管理，例如控制調(diào)光或檢查交通流量，為預(yù)定事件，能夠補(bǔ)償可預(yù)測(cè)的消息延遲。

方案優(yōu)勢(shì)

通過(guò)以下計(jì)算，大型網(wǎng)絡(luò)采用G3-PLC技術(shù)可以獲得最大益處。將G3-PLC用于10kHz至490kHz的FCC頻帶，點(diǎn)到點(diǎn)發(fā)送消息占用時(shí)間為0.017s，期間傳輸大約180字節(jié)數(shù)據(jù)。對(duì)于1000盞燈的大型網(wǎng)絡(luò)，平均間距為80m，線路總長(zhǎng)為80km。

由于距離或變壓器產(chǎn)生的PLC信號(hào)衰減，集中器不能直接與每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。這種情況下，采用G3-PLC網(wǎng)狀架構(gòu)，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)成為轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)集中器與每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的消息。本例采用了7個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器（表1），平均轉(zhuǎn)發(fā)延