电力线通信（PLC）计算机网络关键技术及其应用研究

摘要

高压电力线载波通信已有近百年的历史,它在电力调度话音通信、电力系统远动装置数据采集等方面取得了卓有成效的应用,但是利用一个台区的低压电力线建立Internet接入网是近几年来国际上刚刚兴起的技术.该文论述的电力线通信(Power Line Communications)计算机网络(以下简称PLC网络)是以低压电力线为通信介质实现数据传输或建立计算机网络的相关技术研究.由于低压电力线的普及程度比其他任何通信介质都广泛,研究电力线作为信息传输介质在技术和经济方面都有十分重要的意义.作为Internet接入网,PLC网络必须具备TCP/IP协议族中各分层协议的功能,然而,由于IP协议是屏蔽下层物理网络,实现异种网络互连的标准,因此,PLC网络的研究重点是开发适合电力线介质的物理层,以及支持IP协议的数据链路层.对于IP及以上各层可采用操作系统提供的通用网络功能.鉴于网络的物理层和MAC子层直接受通信介质传输特性的影响,并且电力线介质上存在大量的干扰,因此,PLC网络的关键技术是研究其物理层和MAC子层中干扰的特点、模型,以及克服干扰的方法和措施.该文对PLC网络中的几个关键技术问题进行了深入研究,主要的创新性工作包括:给出PLC网络最佳数据帧长度模型;提出了一种适合PLC网络特性的MAC协议框架;推导出PLC网络信道吞吐量的马尔可夫模型;给出一种PLC网络MAC层协议性能数学分析模型;完成PLC网络技术实施.

目录

文摘

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声明

第一章引言

1.1 PLC网络技术的研究动机和意义

1.2 PLC网络技术发展现状

1.2.1国外传统PLC技术分析

1.2.2国外高速PLC技术分析

1.2.3国内PLC技术研究现状

1.3 PLC网络技术的主要优势

1.4 PLC网络关键技术及其面临的主要问题

1.5论文主要研究工作

1.6论文章节安排

第二章PLC网络信道噪声特性分析及LLC层数据帧长度理论研究

2.1低压电力线上的噪声特性分析

2.1.1低压电力线上噪声的周期性

2.1.2低压电力线上噪声的随机性

2.1.3低压电力线上噪声的多变性

2.1.4低压电力线上噪声特性总结

2.2最优数据帧长度研究

2.2.1非周期性脉冲干扰对传输信道的影响

2.2.2最优数据帧长度数学模型推导

2.2.3最优数据帧长度仿真求解

2.3相关工作

2.4本章小结

第三章PLC网络MAC层信道吞吐量理论研究

3.1 H协议框架

3.1.1 CSMA/CD总线网络和令牌总线网络协议的特点

3.1.2高速无线局域网MAC协议

3.1.3 HFC网络

3.1.4 H协议的思考点

3.1.5 H协议模型

3.1.6数据格式

3.1.7差错处理

3.1.8 H协议的特点

3.1.9协议性能分析概述

3.2上行信道吞吐量分析

3.2.1马尔可夫过程基本原理

3.2.2 H协议的马尔可夫模型

3.2.3系统参数对信道吞吐量的影响

3.3 Polling方式性能分析数学模型

3.3.1 POLLING方式吞吐量分析

3.3.2 POLLING方式平均延时分析

3.3.3性能分析

3.4相关工作

3.5本章小结

第四章PLC网络技术实施

4.1PLC网络技术实施总体框架

4.1.1 PLC网络实施实例的基本目标和主要功能

4.1.2 PLC网络实施实例的系统规模

4.2电力线传输介质信道特性分析

4.2.1输入阻抗计算

4.2.2高频信号的衰减分析

4.3调制技术分析

4.3.1几种常用调制技术

4.3.2扩频通信

4.3.3 OFDM调制技术

4.4 PLC网络物理层设计要点

4.4.1电力线信道特性总结及设计中的措施

4.4.2调制技术总结及调制方式选择

4.4.3 PLC网络芯片设计概要

4.5 AN公司PLC网络芯片简介

4.5.1 PLC网络适配器的操作

4.5.2 PLC网络的帧格式

4.6本章小结

第五章实例PLC网络网卡驱动程序设计

5.1 Windows平台网络体系结构与NDIS规范

5.1.1 Windows平台网络体系结构

5.1.2 NDIS规范

5.2网卡驱动程序及其设计要求

5.2.1网卡驱动程序的作用机理及地位

5.2.2网卡驱动程序的类型

5.2.3网卡驱动程序的结构和设计要点

5.3 Windows平台中的通信管理方法与VCOMM

5.3.1 Windows平台中的通信体系结构

5.3.2端口访问方法与VCOMM

5.3.3 VCOMM的客户

5.4 PLC网络适配器网络驱动程序的实现

5.4.1 PLC网络适配器驱动程序的设计思想

5.4.2 PLC网络适配器驱动程序软件模块

5.4.3主要数据结构与算法流程图

5.5本章小结

第六章实例PLC网络到以太网访问服务器软件设计

6.1访问服务器的总体结构

6.2访问服务器的数据包转换原理

6.2.1对ARP包的处理

6.2.2对IP包的处理

6.2.3 IP地址到物理地址映射表和物理地址等待队列的管理

6.2.4其它服务

6.3网络接口的实现方法

6.3.1以太网接口——Packet Driver

6.3.2 PLC网络接口——串口中断服务处理

6.4访问服务器的实现

6.4.1程序模块功能

6.4.2主要数据结构

6.4.3总流程图

6.5本章小结

第七章全文总结和未来工作

7.1全文总结

7.2未来工作

致谢

参考文献

作者攻读博士期间主要科研活动及发表论文情况