寬帶電力線通信網(wǎng)絡(luò)中MAC層協(xié)議的研究與驗(yàn)證.pdf

1、電力線通信(PLC)技術(shù)是指建立在電力輸送網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的,實(shí)現(xiàn)電力線通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間以及與其他通信網(wǎng)絡(luò)之間通信的系統(tǒng)。低壓電力線在家庭、公司以及各種場(chǎng)所處處可達(dá),因此PLC技術(shù)用作局域網(wǎng)通信載體有其顯著的優(yōu)點(diǎn):成本低、施工方便、一線兩用、延伸方便。但是低壓電力線不是專為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì),其帶寬有限、衰減強(qiáng)、干擾嚴(yán)重、噪聲多樣等不利因素,使得通信環(huán)境極為惡劣,僅僅依靠提高物理層通信性能的方法,并不能解決網(wǎng)絡(luò)通信的所有問題,更必須在介

2、質(zhì)訪問控制(MAC)層應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)通信協(xié)議,合理分配信道資源,以提供可靠且高效率的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
　　 本文首先對(duì)一般室內(nèi)電力線拓?fù)溥M(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,分別給出了辦公室環(huán)境和家庭環(huán)境下的PLC系統(tǒng)可能的結(jié)構(gòu)；分析了電力線信道的傳輸特性,通過多徑信道的回聲模型,給出了低壓電力信道的沖擊響應(yīng)；介紹了低壓電力線信道獨(dú)特的噪聲環(huán)境,對(duì)兩類共五種噪聲進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和歸納。隨后研究了目前低壓電力線網(wǎng)絡(luò)通信MAC層應(yīng)用的各種主流協(xié)議包括ALOH

3、A,CSMA,CSMA／CD,CSMA／CA,HomePlug1.0,HomePlug AV等,對(duì)其性能進(jìn)行了分析,并以HomePlug AV協(xié)議的CSMA／CA算法模塊作為研究重點(diǎn)；通過對(duì)CSMA／CA算法模塊化的思想,將算法劃分為發(fā)送與接收兩大模塊,并將發(fā)送端細(xì)化為:MPDU準(zhǔn)備模塊、包隊(duì)列模塊、發(fā)送協(xié)調(diào)模塊、退避模塊和數(shù)據(jù)泵模塊；將接收端細(xì)化為:MPDU校驗(yàn)?zāi)K、MPDU過濾模塊、幀組裝模塊、接收協(xié)調(diào)模塊以及信道狀態(tài)模塊,對(duì)每一模

4、塊主要函數(shù)使用MATLAB進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)；并通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真工具,建立了辦公室環(huán)境下的低壓電力線網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境,設(shè)置恰當(dāng)?shù)姆抡鎱?shù),對(duì)該算法進(jìn)行了全面的仿真與比較。最后介紹了FPGA硬件開發(fā)流程,對(duì)硬件描述語言(HDL)和ISE仿真環(huán)境做了概括性的說明；對(duì)HomePlug AV協(xié)議的CSMA／CA算法簡(jiǎn)化為發(fā)送模塊、退避模塊、CRC校驗(yàn)?zāi)K和接收模塊,對(duì)每一模塊功能采用Verilog語言描述,在ISE仿真環(huán)境下進(jìn)行了硬件仿真和驗(yàn)證,