文摘
电力线通信,使用数据传输的电力基础设施,正在经历一场文艺复兴的背景下智能电网。智能电网目标包括集成的间歇性可再生能源电力供应链,确保可靠的电力输送,更有效地使用现有的电力基础设施。本文调查电力线通信(plc)在智能电网的背景下。的规格G3-PLC,',HomePlug绿色体育,HomePlug AV2,标准IEEE 1901/1901.2和ITU-T G.hn / G.hnem进行了讨论。
1。介绍
智能电网,对许多人来说,下一个重大技术革命以来,互联网的发明,将在明天的社会中扮演着重要的角色。世界各国政府都将大量的资金注入智能电网(SG)的研究、开发和部署,他们的目的是多方面的。智能电网有可能减少二氧化碳排放通过集成的分布式可再生能源资源,能源储存和插电式混合动力电动汽车。此外,他们可以增加电力供应的可靠性(减少停电率)的实时测量、监测和控制生成和传输和分销网络。进一步,他们可以渲染利用基本负荷发电厂和电力交通基础设施更有效率,部署动态定价和需求响应策略(1,2]。
除了成就电力电子、传感、监视和控制技术,智能电网的关键推动者的进步在过去十年里已经在电信领域。有一长串的互补,有时竞争无线和有线的规范和标准,可用于智能电网部署(3]。行业应用和大型客户交付仍在初级阶段,很难作出准确的预测的“赢家”和“输家。“那似乎清楚的是什么电力线通信(plc),也就是说,在现有电力基础设施,通讯将有自己的作用,因为他们提供自然升级从简单的电导体混合和双向电力和数据通信解决方案。
使用电线还用于通信的概念已经在上个世纪初(4]。最明显的优势是电力基础设施的广泛可用性,所以理论上部署成本局限于现有的电网连接调制解调器。
电力线路技术可以分为窄带PLC)(NB-PLC),操作通常低于500 kHz,宽带PLC)(BB-PLC),操作通常在频率高于1.8 MHz (5]。这些是部分中讨论5和6,分别。然而,下面开始介绍PLC场景,紧随其后的是渠道,噪音,和电磁兼容性(EMC)方面。免费补充阅读PLC先进的也可以发现在6]。PLC-related文学的另一个有价值的来源是最近成立的IEEE沟通社会的门户网站最好的阅读在电力线通信(7]。
2。通信场景
目前许多国家和国际组织制定路线图SG标准(8- - - - - -12]。为简便起见,下面将自己在美国工作国家标准与技术研究院(NIST)。构建智能电网的各个领域,NIST设计了一个基于域的概念模型(13]。每一个域包含演员的帮助下通信可能在域边界。域的定义和演员表复制1。域之间的联系是显示在图中1。它已经司空见惯的区分电力线通信场景根据操作电压的电线14]。图1链接这voltage-based分化NIST概念模型。
高压(高压)线,电压范围从110千伏、380千伏,用于全国甚至国际权力交接,由长架空线很少或根本没有分支。这使得他们可以接受波指南衰减较少每行长度对于中期和低压同行。然而,他们的潜力宽带SG通信服务到目前一直是有限的。时变高压放电和电晕噪声和噪声功率波动成千的dBs的顺序和耦合通信信号的可行性和成本的这些线一直是一个问题。此外,有一个激烈的竞争的纤维光学链接。甚至在某些情况下,这些链接可能拼接在一起与地面高压系统的导体(15,16]。然而,一些成功的试验中使用高压线路已报告(17- - - - - -20.]。
中压(MV)线,电压范围从10 kV到30 kV,连接到高压线路通过主变电站。MV线用于配电之间的城市,城镇,大工业客户。他们可以实现开销或地下线路。进一步,他们表现出低水平的分支和直接连接智能电子设备(简易爆炸装置)等自动开关,分段器、电容器银行和相量测量单元。简易爆炸装置监视和控制只需要数据速率相对较低,经济和NB-PLC可以提供有竞争力的通信解决方案为这些任务。MV-related研究和试验可以发现在21- - - - - -23]。
低压(LV)线,电压110 V - 400 V,范围从连接到MV行通过二级变电站。通信信号在一个MV线可以通过辅助变压器到LV,然而,随着大量衰减在55分贝75分贝(的顺序24]。因此,一种特殊的联结装置(电感、电容)或PLC中继器经常被要求如果想建立一个高数据率通信路径。显示在图1、LV线直接导致或在街头柜给最终客户的前提。请注意,出口相当大的区域拓扑差别。例如在美国电线杆上的较小的次级变压器可能服务一个房子或者少量的房子。在欧洲,但是,它更常见,多达100个家庭获得从一个二级变电站。进一步,在[指出25),建筑类型之间存在显著差异。他们可以被归类为“multiflat建筑与立管,multiflat建筑与普通米的房间,单一家庭住宅,高层建筑。不同的电线之间拓扑影响信号衰减以及干扰邻近PLC网络(26]。
在大多数情况下电网进入客户的前提上房子访问点(HAP)紧随其后电表(M)和配电板(保险丝盒)。一个经常指的是PLC系统操作到目前为止访问系统。提供宽带互联网接入电网,也被称为宽带在电力线路(BPL),在2008年底达到小于1%的世界获得客户(65%使用DSL, 21%使用电缆)27]。底保是,然而,在上升,尤其是在农村地区,在发展中国家不发达固定电话线和同轴电缆的基础设施(16]。除了一般的上网,自动抄表(AMR)系统经常使用ultranarrowband电力线通信(UNB-PLC)技术像乌龟28]和TWACS [29日,30.)获得和控制能源米在私人住宅。UNB-PLC系统通常用于长距离通信与信号通过LV / MV《变形金刚》。这有助于保持所需的调制解调器和中继器的数量减到最少。缺点是低数据率的顺序0.001位/秒和60位/龟和TWACS分别,有时局限性单向通信。这些UNB-PLC技术是这里提到的AMR和先驱配电自动化字段。不过,根据许多即将智能电网部署,通信基础设施上有更高的要求,例如,支持需求响应,分布式发电,需求侧管理应用程序。相信这些应用程序,其中,基于plc的支持先进的计量基础设施(AMI)。整个财富AMI的物质需求和架构是可用的,例如,来自欧洲开放的计项目(31日]。应对AMI的需求增加,本文叶子UNB-PLC解决方案支持最近的副业窄带PLC)(NB-PLC)技术,例如实力品牌智能计量进化(')32],G3-PLC [33,34]。NB-PLC双向数据速率躺在几百kbit / s的顺序,在一定程度上保护优势通过变压器长范围和通信。
从配电板LV线跑到每个房间都不同的电源插座。线也可以跑到一个电动汽车维修设备(EVSE)作为显示在图1。对可靠国内区域网络(汉)高数据率的应用程序,宽带电力线通信(BB-PLC)技术正变得越来越有吸引力。战地BB-PLC技术提供超过200 Mbit / s的数据传输速率(35),便于满足用户的家庭娱乐需求包括高清晰度电视(HDTV)。即将到来的SG服务在家里包括智能家电的细粒度的控制,能够远程管理电气设备和消费数据的显示。消费者意识通常会导致改变消费习惯和续集节能10%和20%之间(36]。
NB-PLC解决方案已经很长一段时间被用于家庭自动化应用程序(14),和相信完善的自动化系统,像BACnet37),KNX (ISO / IEC 14543-3-5, EN 50090) [38),和经度(ISO / IEC 14908 - 3, ANSI 709.2) (39,40),被集成到即将到来的智能家居概念(10]。不过下面也使得这些技术在最近的一个副业标准IEEE 1901和ITU-T G。hn BB-PLC应用和IEEE 1901.2和ITU-T G。hnem NB-PLC应用程序。
3所示。信道和噪声方面
电力线信道和噪声的情况下严重依赖于场景和,因此,跨度非常大的范围。一般来说,可以说,PLC信道具有频率选择性多径衰落和低通的行为。此外,交流——(AC)循环相关的短期变化和突然的长期变化可以观察到。
3.1。频率选择性
了解影响导致频率选择性衰落的考虑,例如,存根线原理图2。一个放置在阻抗匹配发射机。标志着一个分支,也叫电子丁字路口。一个放置在阻抗匹配接收机。负载连接在平行。传输和反射导致一个PLC的直接波信号传播的形式在来。另一个信号从在来反弹,,达到。从所有进一步的信号来并接受之间的多次反射和他们终于到达之前。结果是一个经典的多路径情况,频率选择性衰落是由于到达信号的同相、反相组合的组件。相应的传递函数可以得到密切的形式作为一个无限脉冲响应滤波器(41]。一个重要的参数捕捉频率选择性的特点均方根(rms)延迟扩展(DS)。例如,设计正交频分多路(OFDM)系统,保护间隔可能选为2到3次rms DS提供良好的系统性能(42]。提供一个方向,观察到的rms DS的意思是一个乐队从1 MHz 30 MHz MV, LV-Access和LV-In-Home情况(24,42据报道)是1.9μ年代,1.2μ年代,和0.73μ年代,分别。
3.2。时间变化
除了多路径衰落,PLC信道展览时间由于负载变化和/或线段连接或断开连接43]。进一步,通过同步信道测量与电网交流电源周期单丝绢丝等人能够表明家庭频道的变化周期平稳的方式(44- - - - - -46]。
3.3。低通的行为
直到现在的低通行为PLC渠道没有被考虑。结果从介电损失之间的绝缘导体,在长电缆室外地下电缆等部分。传递函数的测量在不同的电缆类型和不同长度可以在[47,48]。使用大量的田间试验,低通意味着获得模型派生(24]。范围从1到30 MHz的平均增益在dB线性模型来近似。考虑再次PLC场景图1。平均获得二级HAP变压器,贴上M3, M4写道[24] 在哪里在兆赫频率,在米距离,和系数来0.0034 dB / (MHz), 1.0893 dB /兆赫,0.1295 dB / m,分别和17.3481分贝。
平均增益模型dB的MV,以及对于LV-In-Home情况是由(24] LV-In-Home情况给出平均获得的电源配电板套接字在一个房间里,贴上M5和M6在图1。系数是dB /兆赫,dB。MV获得描述了两个主要变形金刚之间的通道MV, M1和M2在图所示1。它的系数是dB /兆赫,dB。在这两种情况下模型并不遥远的依赖。MV的情况下这是由于这样的事实,没有足够的测量结果可用来构造一个distant-dependent模型。因此,在这种情况下,模型是有限的情况下,M1和M2之间的距离约为510米。然而,修正因素提出了(24在其他距离)来确定平均获得。LV-In-Home情况的模型也不是距离依赖“距离”的家庭情况是一个很难界定的术语。电力线网络在这种情况下通常表现出大量的分支机构,和一个详细的平面图确定电缆长度不能总是得到。这导致了低通的行为不太明显的家庭情况。此外,MV -和LV-Access形势急剧衰减随频率。这顺利的发现49]和的原因之一是BB-PLC接入网络经常在低频率范围内操作,例如,1 - 10 MHz, BB-PLC家庭网络可能10 MHz以上频率运行。
3.4。MIMO信道
很长一段时间,电力线路通道被认为是对于单变量基于两个导体通道的输出。然而,在许多家庭安装三线,也就是说,生活(左)(也称为阶段(P)),中性(N)保护地球(PE),是很常见的50]。此外,中期和高压装置经常利用四个或更多的导体。在这方面,多芯线传输线理论的理论框架是广泛治疗(51]。进一步,信道特性和建模工作直接关系到多芯线PLC在[52- - - - - -63年]。
3.5。米姆耦合器
在一般情况下,观察到的信道特征并不独立于耦合设备用于注入和接收电力线路的信号。图3礼物喂养和接收MIMO电力线通信的可能性,也就是说,(a)Delta-style耦合器,(b)T-style耦合器(55),和(c)明星的风格耦合器(64年]。耦合器的设计是紧密相关的辐射发射部分更详细地对待4(62年]。根据毕奥萨伐尔定律辐射发射的主要来源是共模(CM)当前的(65年]。为了避免辐射发射,传统PLC调制解调器制造商瞄准注入信号尽可能对称。通过这种方式,两个180°的阶段电场产生中和对方导致辐射发射。这种理想的对称的传播方式也被称为差模(DM)。具体地说,为了避免注入CM,喂养MIMO PLC信号可以通过使用了三角洲或从数据T-style耦合器3(一)或3(b),δ,也称为横向调查,包括三个平衡变压器之间的排列成一个三角形L, N,和体育。T-style耦合器提要之间的差模信号L和N +第二个信号之间的中间点L-N PE。接收PLC信号也可能使用明星的风格或纵向耦合器。有三个电线连接在一个明星拓扑中心点。这种耦合器的好处是可以接收厘米信号使出来接待路径。平均厘米信号衰减低于DM信号(64年]。这就是为什么它可能是有趣的接收,特别是对于高衰减通道。
3.6。噪声特性和建模
将从信道噪声情况下,输电线路噪音可以分组基于时间和光谱特性。后,例如,48,66年一个可以区分彩色的背景噪音,窄带噪声,周期性的脉冲噪声异步交流频率,周期性的脉冲噪声同步交流频率,非周期脉冲噪声。在[48)所有这些声音接收器使用叠加的直接建模幽灵似地过滤掉加性高斯白噪声(AWGN)、调制正弦信号和马尔可夫过程。而不是直接建模噪声接收机,单丝绢丝等人提出了模型所产生的噪音在其起源和过滤通道传递函数(44,67年]。此外,提出了MIMO系统噪声(具体结果68年,69年]。
统计平均彩色背景噪声建模方法提出了(24)基于大量的噪声测量在MV, LV-Access和LV-In-Home的情况。虽然很多细节由平均迷路了,结果还可以提供一些有趣的经验法则,当有人想确定可能的平均噪音水平。一个通用的发现是,意味着权力脱落噪声指数与频率。来自[24)的平均噪音功率谱密度(PSD) dBm / Hz是由 在上学期正常化30千赫带宽用于噪声测量过程。系数来给出了在表2。由此产生的噪声模型对应的测量分M1 M6在图1。
3.7。平均信噪比的考虑
节将讨论细节Tx限制4。为简单起见,假设目前电力线信号dBm / Hz可能被注入。使用的增益和噪声模型(1)(3)的意思是信噪比(信噪比)可以计算的 平均信噪比之间的各种联系测量分M1 M6在图1绘制在图4。每个人都应该注意,虽然测量两点之间的信道增益是对称的,在测量噪声点不同。因此,五个不同的曲线。
可以看出,特别是光谱的下部,10 MHz,非常适合访问和回程的应用程序。此外,家庭应用程序的整个范围从1到30 MHz承诺高意味着信噪比40 dB的顺序,这也符合的结果71年]。更多有趣的结果为100 MHz的频率范围是可用的(61年- - - - - -63年,69年,72年]。
总的来说,结果表明,有一个高潜力PLC如果估计平均信噪比可以利用PLC调制解调器。然而,提出均值结果必须小心处理。每个人都应该记住,平均信噪比模型(24)表现出一个重要的标准偏差。进一步说,由于频率选择性的影响,窄带干扰、脉冲干扰,没有反映在图和时间变化4。是否意味着信噪比估计转化为PLC数据率高不是最终取决于PLC调制解调器的信号处理算法,它的组件质量,允许实现的复杂性。
4所示。电磁兼容性规定
电线电缆没有携带通信信号设计,因此,产生排放,以及辐射发射干扰,例如,业余无线电爱好者或无线电广播接收器。当看着电源线电磁兼容性(EMC)规定,区分NB-PLC规定和BB-PLC。
NB-PLC规定处理光谱从3千赫到500千赫左右。重要NB-PLC规则表中列出3。所有其他乐队的一个子集,欧洲电工标准化委员会(CENELEC)乐队在全球范围内是唯一可用的。四个CENELEC乐队被定义为(3 - 95千赫),(95 - 125千赫),(125 - 140千赫),(140 - 148.5 kHz) (73年]。除了指定传输限制和测量程序,CENELEC标准还规定,一个乐队可能只是使用的能源供应商和他们的许可,而其他的乐队可能被消费者使用。此外,在C波段必须遵守设备操作载波监听介质访问/避碰(CSMA / CA)协议,允许的最大渠道持有期1 s,最小通道使用同样的设备之间的持续时间125毫秒,和最低85毫秒的时间之前宣布通道空闲。美国,目前正在进行的努力(74年]来指定乐队从9千赫至534千赫NB-PLC操作一个强制性的CSMA / CA协议符合CENELEC EN 50065 - 1 (73年]。设备制造商的优势是很容易能够适应NB-PLC产品对欧盟和美国市场和其他市场,遵循这些标准。
将视图BB-PLC可能再次区分两个频率范围,也就是说,1 MHz到30 MHz,排放进行监管的重点,和30兆赫到100兆赫,焦点转移到辐射发射。
的国际特殊des扰动Radioelectriques(CISPR),成立于1934年,现在的一部分国际电工委员会(IEC),正在努力调节BB-PLC产生干扰。初CISPR 22 (78年)定义两组限制和测量方法进行通信设备的排放。一组被定义为电信端口,另一个是电源端口定义。对于PLC调制解调器,它没有定义是否PLC信号端口,同时是用于电源,被认为是作为电源或通信端口。通信端口的方法方面的对称属性连接电缆。不对称像打开电灯开关或不对称的寄生参数对称联储信号转换成共模信号(65年]。然而,该方法用于设备连接到电源,指定CISPR 16 (79年),是基于测量的不对称电压水平阶段或中性线在地上。从PLC调制解调器的角度来看,这是最坏的情况下,因为这个电压的不对称和对称电压;不仅排放,并与干扰相关部分,还期望信号测量和比较对排放限制。IEC CISPR /我/ 89 / CD [80年]试图澄清后的情况解释PLC作为应用程序通信CIPSR 22的极限。因此,纵向转换损失(拼箱)参数是用于一个相同的方式,例如,在测试的数字用户线(DSL)设备。使用拼箱参数的好处是简单的测量。它反映参数的测量需要连接到一个设备只有一个位置的网格。其他的可能性来验证潜在的干扰会将天线和衡量美联储PLC的信号产生的磁场。然而,这将使测量设置更多的繁琐和容易出错。然而,对于高度减毒电线像电线的更简单的测量反射参数如(80年]只描述了当地情况而不是给予详细的了解正在发生什么,如果一个PLC信号传播深入电力网络。2008年,CISPR /我/ 257 / CD [81年)发表了一个拼箱参数减少6 dB。同时,CISPR /我/ 258 / CD [82年)表示,减排技术认知切口PLC调制解调器(64年,83年)和动态传输电源管理是妥协解决永无止境的EMC的讨论。CIS /我/ 301 / CD [84年)回答的问题是否连接到PLC通信端口或电源端口通过引入电力线通信(PLT)端口。在这个文档电磁干扰被指定为规范性(EMI)缓解技术。然而,CISPR从未提出了委员会草案投票(CDV)。这就是为什么CENELEC CISPR委员会的生命周期后开始活跃在欧洲找到至少一个可接受的解决方案。结果,prEN 50561 - 1:2012 [85年另外]排除了航空从电力线通信频率,指定以下。(我)排放测量过程的PLT港口虽然没有沟通。(2)第二个发射测量过程在正常PLC PLT港口。(3)一般的上限的注入PSD−55 dBm / Hz。(iv)无线电频谱的某些地区的永久切口,业余无线电爱好者和相关航空乐队。(v)适应切口手术,这意味着PLC设备感官广播服务和等级的存在影响频率的操作。(vi)自适应传输电源管理的过程,这意味着发射设备限制了其传输功率的函数信道衰减和噪声水平低于允许的最大值,这只是足以实现所需的数据率。
EN50561-1:2012批准2012年11月,最终确定了PLC利益相关者在干扰限制。
在美国的联邦通信委员会(FCC)负责调节电磁排放。一般来说,所有数字设备必须遵守FCC标准(47 15一部分病死率(15)76年]。具体来说,访问PLC系统在中期和低压电线和频率范围从1.705到80 MHz G治疗标准的部分。进行排放限制是明确不适用,但辐射排放限制通过传输功率谱密度对面具。此外,PLC系统必须能够级距某些频率可能使用的其他服务。此外,FCC定义排除乐队没有PLC信号注入,以及地理排斥区域接近不得部署PLC系统的访问。此外,过程中,服务提供者通知潜在PLC访问部署和投诉处理程序是一个要求。
更多细节PLC EMC法规以及进行辐射干扰测量结果可以发现在6,61年,86年]。此外,“电力线通信Equipment-Electromagnetic IEEE标准兼容性(EMC) Requirements-Testing和测量方法“(87年)是最近发布的,打算提供一个国际公认的EMC测试和测试方法。它赞同其中CISPER22和FCC 15部分引用标准,但不建立任何排放限制本身。看发展CISPR / CENELEC和FCC部分15,它变得明显,下一代PLC设备必须是高度可配置的应用功率谱density-shaping面具,以及自适应开槽。
5。窄带PLC)
窄带电力线通信系统通常运行在频率范围从3千赫到500 kHz,即CENELEC /还有/ FCC乐队。,例如,命名(5),他们可以分为低数据率(异地恋),高数据率(HDR)系统。异地恋几kbit / s的系统吞吐量和通常是基于单载波技术。标准的例子,在NIST的上市智能电网互操作面板(SGIP)目录的标准(3,13),是ISO / IEC 14908 - 3(709.2经度,ANSI / EIA) (39,40)和ISO / IEC 14543-3-5 (KNX, EN 50090) (38]。这些标准的所有层开放系统互连(OSI)模型和可以,除了在电力线路,也可用在其他媒体,如双绞线,甚至在某些情况下无线。他们的主要的应用程序已被工业和楼宇自动化领域。在这方面进一步流行的协议是BACnet (ISO 16484 - 5 (37])。然而,以下将关注物理层(体育)的高数据率(1 Mbit / s) NB-PLC。在许多其他的OFDM通信系统已成为HDR NB-PLC调制方案的选择。例子HDR NB-PLC系统G3-PLC [33和'88年进入ITU G)。hnem标准化是ITU G.9903 [89年]和ITU G.9904 [90年),分别。同时也支持通过IEEE 1901.2互操作性模式。关于共存,NIST的优先行动计划15(PAP15)工作组最近批准,新开发NB-PLC标准都要实现一个共存协议为“对现有部署设备性能影响很小,”也就是说,设备使用ISO / IEC 14543-3-5、IEC 61334-3-1, IEC 61334-5-1, IEC 61334-5-2和IEC 61334-4-32 (91年]。
5.1。'
',实力品牌智能计量进化,'联盟内的开发指导委员会由西班牙公用事业重量级Iberdrola (32]。主要系统使用96 ODFM副载波的频率从42千赫到89 kHz, CENELEC a带内。此外,它部署微分二进制,第四纪,八- - - - - -相移键控(BPSK, QPSK, 8相移键控)和一个可选的1/2-rate卷积码。于是它能够实现PHY峰值数据速率的128.6 kbit / s (92年]。2240年的OFDM符号间隔μ其中包括一个192μ年代循环前缀,可以处理最常见的电力线路延迟传播。此外,应对不可预测的脉冲噪声主要提供了选项来实现自动重发请求(ARQ),基于选择性重复机制。转向系统架构,主要形成子网,每个子网有一个基本节点和几个服务节点。基本节点的“主”管理子网使用定期发送的资源和人脉灯塔信号。基本节点进一步负责PLC信道访问仲裁。竞争自由和contention-based访问机制存在,其使用时间和持续时间由基本节点决定。在contention-free时分多路复用(TDM)通道访问期间,基本节点分配一次通道只有一个节点。contention-based访问使用CSMA / CA (88年,92年]。为了保证隐私,身份验证,数据完整性一个安全性配置文件1定义,使用128位AES加密(93年]。该规范还定义了安全性配置文件0相当于没有加密和留有空间的定义两个在将来的版本中进一步的安全性配置文件。接口MAC和应用程序层,定义了一个收敛层两者之间(CL)。CL可以分成常见的一部分融合子层(年度"特别关注国")和一个服务特定的融合子层(精原细胞)。确定特别关注国执行任务的数据分割和重组和调整到特定的应用程序。三个细胞目前定义:“零收敛子层为MAC层提供了一个透明的方式到应用程序,尽可能简单和减少开销。它是用于应用程序不需要任何特殊的收敛能力。”“IPv4收敛层提供了一种有效的方法,将IPv4 '网络数据包。”最后,IEC 61334-4-32收敛层“支持相同的原语IEC 61334-4-32标准”(94年),使其容易,例如,支持先进计量标准化数据模型的应用程序利用IEC 62056 - 62 (95年]。'可能也因此被用来取代老化的PHY和MAC层的单载波功率线标准IEC 61334-5-1 (96年),也被称为S-FSK,传播的频移键控。
5.2。G3-PLC
其他OFDM-based HDR NB-PLC规范,G3-PLC [97年- - - - - -99年2009年8月)出版。它可以配置为在国际公认的乐队从10千赫到490千赫(FCC、CENELEC和还有)。使用微分BPSK, QPSK, 8 psk进行星座映射和级联卷积Reed-Solomon前向纠错编码,它到达PHY峰值数据速率接近300 kbit / s。峰值和典型的数据率为各种频段已报告在One hundred.),为方便起见,也列在表中4。MAC层是基于IEEE 802.15.4-2006 [101年]。6 lowpan [102年)是用来适应IEEE 802.15.4-2006 MAC IPv6 (103年]。这允许应用程序层符合ANSI C12.19 / C12.22 [104年]或IEC 62056 - 61/62 (dlm / COSEM) (105年,106年)运行标准的互联网服务。
'和G3-PLC之间的比较,主要专注于物理层方面提出了(107年]。有发现G3-PLC稍微健壮被AWGN和窄带干扰时,虽然主要是更复杂的系统,这可以让便宜的实现。
5.3。IEEE 1901.2和ITU-T G.hnem
规范'和G3-PLC形成基线在IEEE 1901.2[持续NB-PLC标准化流程108年]。兼容的设备应该支持互操作性模式'和G3-PLC CENELEC乐队,作为最低要求实现体育/ mac称为之一1901.2主要,G3 CENELEC一,' CENELEC(109年]。G3-PLC和总理也被批准为国际电信联盟建议G.9903 [89年]和G.9904 [90年2012年10月),分别。一起ITU G.9901 [110年]和ITU G.9902 [111年他们现在取代正式ITU G.9955 / G9956。ITU G。hnem开发是面向智能电网使用情况下,像支持定价的意识,负荷控制,需求响应,它已经同意NIST PAP15满足要求。
仍然有一些开放的问题,例如,对ITU G。hnem IEEE 1901.2共存。实现者不能等待可能会考虑,由于相对较低的信号处理复杂性,NB-PLC调制解调器可以在实现数字信号处理器(DSP)。这允许通过软件更新升级功能,特别是可以为早期客户优势前提部署在一个硬件更新会十分昂贵。一个可升级的DSP的解决方案,支持首相以及G3-PLC,例如,由德州仪器提供[112年]。
6。宽带PLC)
在过去的十年中,BB-PLC芯片的半导体供应商,如联盟成员(在2009年收购创锐讯,由高通创锐讯在2011年收购了)(113年)、DS2(2010年收购Marvell) [114年),Gigle(2010年收购Broadcom) [115年),松下(116年),市场,运营在乐队来自周围1兆赫到300兆赫。芯片主要是基于三个财团支持的规范发展的框架内HomePlug电力线联盟(HomePlug) [117年),通用电力线协会(UPA) [118年),高清晰度电力线通信(HD-PLC)联盟119年]。相关产品允许数据速率约200 Mbit / s,不是可互操作的。然而,使PLC系统广泛的成功,国际标准采用了英国石油公司(bp PLC)成为必不可少的。的国际电信联盟(ITU)以及电气和电子工程师学会(IEEE)开始工作在这样的新一代标准,即ITU-T G.hn和IEEE 1901。ITU-T G.hnis not only applicable to power lines, but also to phone lines and coaxial cables, therewith for the first time defining a single standard for all major wireline communications media. At the end of 2008, the PHY layer and the overall architecture were consented in ITU-T Recommendation G.9960 [120年]。的数据链路层(DLL)推荐G.9961 [121年)2010年6月被批准,分布式天线收发器扩展G.9963于2011年9月同意了(122年]。同时,HomeGrid论坛成立促进ITU-T G。hn标准和地址认证和互操作性问题123年]。同时,IEEE P1901 [124年)是在”标准草案对宽带电力线网络:媒介访问控制和物理层规范“(125年]。它覆盖方面的访问、家庭和共存的Access-In-Home和In-Home-In-Home网络,和官方的IEEE Std 1901 - 2010年12月出版,30岁,2010年HomePlug电力线联盟(117年)作为一个认证机构IEEE 1901兼容的产品。在类比引入分布式天线ITU G。接下来,HomePlug联盟介绍了HomePlug AV2规范2012年1月。HomePlug AV2规范包括功能,如MIMO与波束形成,延长86 MHz的频率范围,有效的切口,几个传输能量优化技术,4096 - qam,省电模式,短的分隔符,和延迟确认,提高最大PHY速率大约Gbit / s。此外,覆盖多个家庭网络媒体在一把伞下,IEEE P1905.1正在一个收敛的数字家庭网络的标准对异构技术(126年]。它定义了一个抽象层等多种家庭网络技术IEEE 1901, IEEE 802.11 (wi - fi), IEEE 802.3(以太网)和MoCA 1.1,是工作与其他家庭网络技术可扩展。
6.1。IEEE 1901和ITU-T G.hn
IEEE 1901使用的带2 MHz 50 MHz服务超过30 MHz是可选的。ITU-T G.hn(G.9960/G.9961) operates from 2 MHz up to 100 MHz using bandwidth scalability, with three distinct and interoperable bands defined as 2–25, 2–50, and 2–100 MHz. The architectures defined by IEEE 1901 and ITU-T G.hn (G.9960/G.9961) are similar in several aspects. In G.hn one refers to a subnetwork as域。操作,以及沟通是组织的域主与各种节点。同样,在1901年被称为子网基本服务集(BSS)。相当于是域主BSS经理所谓的连接站。这些基本的网络组件与系统总结了具体的术语表5。
一般概念是相似的,但值得注意的是,G。hn定义了一个体育/ DLL用于操作在任何有线介质。为主,OFDM参数调整占不同medium-dependent信道和噪声特性。相反,IEEE 1901定义了两种不同的体育/ MAC技术基于HomePlug AV和HD-PLC。的一个关键差异是它们的频分复用方案。HomePlug AV-based版本使用快速傅里叶变换(FFT),而基于HD-PLC版本使用小波。因此,他们有时也被称为FFT-PHY Wavelet-PHY,分别。一个特殊的共存机制操作时必须使用IEEE 1901两phy在同一电力线路设备标准化在IEEE 1901播协议(ISP)(参见[127年]或[128年])。一个几乎相同的机制被ITU-T G.9972(标准化129年),也称为G.cx。技术贡献ITU和IEEE会员的NIST PAP15保证的校准标准。结果,很可能NIST SGIP将要求所有BB-PLC技术实现推荐ITU-T G.9972或ISP (130年]。ISP / G。残雪提供了分割时间共存系统中同样存在。IEEE 1901另外指定可选的共存协议(级),提供按先来后到的顺序给基于多种技术之间的共存。
共存的情况不同的网络机制被认为否则会互相干扰。另一个可能出现的情况是,相同的技术网络存在于近距离,与所谓的风险邻近的网络干扰。应对周边网络干扰G。在每个网络hn使用不同preamble-symbol种子。于是,G。hn网络能够同时共存和交流,也就是说,不使用时间。相反,链接适应过程调整应对退化的吞吐量信号干扰加噪声比率(SINR)。在许多情况下,吞吐量将压制稍微允许G。hn网络共存几乎畅通。另一方面,IEEE 1901依赖CSMA / CA中访问策略,这可能会导致增加数量的碰撞。作为对策,IEEE 1901引入了一个协调模式允许相邻的网络分配次共享特定的通信介质。这种协调时分多址(TDMA)模式允许流量通过畅通的价格尽管时分(正交吞吐量共享)。
6.2。ITU-T G.hnLow Complexity Profile
设想,G。hn节点是嵌入在未来智能电网回家(功能减退)区域网络设备。通常会利用G.hn总医院节点低复杂度概要(LCP),操作频率范围2-25 MHz。这允许降低组件成本和功耗。例子总医院节点可以供暖和空调电器、电动车辆(PEV)和电动汽车服务在数字设备(evs)表示1和5。他们联合起来,组成一个多域汉。
功能减退与之交互实用程序的访问网络(胡安)及其先进的计量基础设施通过一个(AMI)能源服务接口(ESI)。AMI领域包括AMI米(我),AMI分表(ASM),和一个AMI头端(他)。他是当地一个中心(集中器),它控制所有米下游和接口效用的广域/回程网络上游。每个AMI他支持250点和/或ASM节点形成一个AMI域(在密集城区150到200米是一个经常遇到最大)。此外,网络支持多达16 AMI领域,提供支持AMI设备。能够支持16和250节点域是一个G的一般属性。hn不限于智能电网/ AMI应用程序。域可能形成任何类型的布线。域内节点被分组到功能减退和non-SG节点。出于安全原因,non-SG节点逻辑上分开总医院节点使用一个安全的上层协议。
在每个领域都有一个域主,所有节点的坐标操作。G。接下来的节点相互通信通过不同的域Interdomain桥梁(idb)。idb是简单的数据通信桥梁在OSI层3以上,使一个节点在一个域来传递数据节点在另一个领域。在多域环境中,a全球主(通用)提供了协调资源、优先级和操作特征之间的G。接下来的域。此外,G。hn域可以弥合外星人(non-G.hn)域,例如,IEEE 1901/1901.2,无线技术,等等。例如,除了胡安通过ESI / AMI连接,汉族可能是连接到外部世界通过DSL或电缆调制解调器通信网关G。hn汉通过外星域桥。
6.3。HomePlug绿色体育
ITU G.hn类比低复杂度概要(LCP) HomePlug电力线联盟发布了HomePlug绿色体育规范。HomePlug GreenPhy HomePlug AV的子集,在智能电网的应用程序中使用。是兼容HomePlug AV、AV2和IEEE 1901和低功率应用程序和成本优化。GreenPhy使用最健壮的通信方式(称为无袖长衫)HomePlug AV技术。OFDM载波间距、信号序言、帧控制和选举委员会HomePlug AV完全相同,以确保互操作性。这也会导致相同的智能电网功能覆盖率和可靠性。CSMA / CA作为通道访问计划。数据率10 Mbit / s。GreenPhy节点可以使用长力量节省时间如果更高的延迟是可以接受的。在睡眠状态调制解调器只有3%的功耗比醒着的时间导致超过90%的平均功率降低对标准HomePlug AV产品。
7所示。应用程序层的互操作性
虽然仍然是一个持续的利益相关者之间的斗争促进各种NB-PLC和BB-PLC技术,显然,IP的支持将成为最重要的保证智能电网互操作性。沿着这些线路,HomePlug联盟(促进IEEE P1901)和HomeGrid论坛(促进ITU G.hn / G.hnem)与无线利益相关者联合部队,即无线网络联盟和无线个域网联盟。他们一起组成了财团对智能能源配置文件2 (SEP2)的互操作性意图”为认证开发常见测试文档和流程9月2互操作性”(131年]。
智能能源配置文件2(SEP2)源于智能能源相关上层发展(OSI层5 - 7)在无线个域网联盟(132年]。它是国际电工委员会的兼容公共信息模型(CIM) [133年,134年)和保持链路层不可知论者。进一步,它是描述使用可扩展标记语言(XML) (135年),具象状态传输(休息)136年)的体系结构。此外,数据传输使用超文本传输协议(HTTP) (137年]。
通过选择这些广泛采用积木,9月2可以受益于一个大型知识和开发基地和被NIST导入规范允许各种家庭区域网络设备之间的互操作性(13]。
8。结论
虽然有强大的无线和有线通信的竞争对手,相信电力线通信(PLC)将在即将到来的智能电网部署完成各种通信任务PLC提供了自然升级从简单的电导体混合和双向电力和数据通信解决方案。
从实用的角度来看,PLC的主要优点之一是完全控制的物理介质,而不需要依赖第三方提供者像电信公司或手机运营商。尤其是PLC标准化和协调,例如,由NIST PAP15培育,是重要的PLC行业作为一个整体在捍卫领土争夺无线和有线的选择。
而言,宽带PLC)(BB-PLC)共存ITU-T G标准。hn和IEEE P1901扩大HomePlug AV2规范目前最有前途的,窄带PLC)(NB-PLC)标准化,IEEE P1901.2和ITU-T G。hnem,仍在进行中。
情况NB-PLC和BB-PLC系统操作相同的物理介质将变得更加频繁和增加PLC系统渗透。然而,共存的两个应该直接使用不同的频率范围。一般来说,不同NB-PLC共存和BB-PLC标准之间的联系可以由OSI层3桥梁建议,例如,在[108年,138年]。
当看着更高一层的互操作性,最近基金会财团的智能能源配置文件2互操作性,是一种很有前途的一步允许用户和运营商部署各种无线和有线技术的无缝互操作在应用程序层被认为是必不可少的智能电网广泛接受。
确认
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