电力线网络管理协议Word文档格式.docx
- 文档编号:17236887
- 上传时间:2022-11-29
- 格式:DOCX
- 页数:5
- 大小:140.82KB
电力线网络管理协议Word文档格式.docx
《电力线网络管理协议Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力线网络管理协议Word文档格式.docx(5页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
这虽然简化了网络中其他节点的功能,但限制了主从模式的应用,主要原因是:
支持PLC通信的设备种类繁多,来自不同制造商,如果设备的通信协议与主节点不兼容,就无法接入网络;
任何节点加入或退出网络都需要主节点的管理,网络构架缺乏灵活性;
一旦主节点发生故障,其他节点也将无法正常通信。
TCP/IP协议虽然能够作为PLC网络管理的另一种解决方案[11-13],但是由于电力线信道的特殊性,一般而言,PLC节点在不同配电网之间无法实现通信,甚至在同一配电网内,连接到不同相电力线的设备之间都无法正常通信。
因此在现阶段,PLC通信更适用于家庭、办公室等较小区域内的设备互联,网络拓扑结构也相对简单。
对于家用电器或者普通办公设备而言,配置TCP/IP协议会大幅提高产品的成本。
本文提出了一种适用于低压PLC的网络层管理协议,主要特点为:
基于多主站模式,网络中的节点均可以自主通信,不受其他节点干预,PLC网络只需通过普通的网关来实现与上位机或局域网的互联;
支持即插即用功能,节点能够自动配置网络地址,具有申请网络地址和进行地址竞争的功能,因而可以随时加入或退出网络;
支持CSMA信道接入协议和路由功能。
本协议简便、灵活,占用系统资源少,普通的8位微处理器就能够实现,因而非常适用于智能家居和办公系统,也可用于低速、低实时性工业设备组成的PLC网络。
基于多主站模式的网络地址动态管理机制是本协议的核心。
1基于多主站模式的PLC网络结构
本协议支持的基于多主站模式的PLC网络采用图1所示的总线型拓扑结构,可广泛应用于智能家居、小型办公以及普通工业设备的网络连接。
各种电气设备可以随时接入网络或断开连接。
2基于多主站模式的PLC网络层管理协议本文提出的网络层管理协议的核心是多主站环境下PLC节点的动态地址管理机制,其目的是:
实现PLC节点的即插即用,使其能够在不受任何控制器干预的情况下自由接入或离开网络;
保证每个节点都能够自主配置网络地址,并使用该唯一的网络地址进行通信。
网络层协议所包含的其他功能(如路由管理)非本文重点,故不再详述。
2.1多主站环境下的动态地址管理机制多主站环境下PLC节点进行的动态地址管理机基于多主站模式的低压电力线通信网络层管理协议刘迎澍,李冰,姜伟峰(天津大学电气与自动化工程学院,天津300072)a.网络地址的长度为1个字节,即地址空间为0~255,255为全局地址,只能作为目的地址使用,剩余的255个地址可供PLC节点自由申请;
b.网络中的PLC节点具有唯一的48位MAC地址[14-16],节点在获得合法网络地址前使用MAC地址进行通信,此外MAC地址还用于地址竞争仲裁;
c.节点在申请网络地址过程中,如果申请的地址已被其他节点使用或有优先级更高(MAC地址相比本节点更小)的节点正在申请该地址,则该节点只能去申请其他地址;
d.节点上电后首先检测EEPROM中的相应标志位,若是第1次接入网络,则根据其MAC地址值随机产生首选地址进行申请,否则将EEPROM中保存的地址作为首选地址进行申请。
2.2动态地址配置的状态转移过程节点在PLC网络中具有3种运行状态,即软硬件初始化状态、动态地址配置状态和正常数据通信状态,其状态转移图如图2所示。
在动态地址配置过程中使用了地址申请、地址声明和冲突回应3种报文,如表1所示。
动态地址配置过程作为本协议的核心部分可以再细化为多个状态,其状态转移过程如图3所示。
3动态地址管理机制的软硬件实现
3.1基于多主站模式的PLC网络平台基于多主站模式的PLC网络通信平台如图4所示,该系统由4个普通节点、1个网关节点和PC机构成。
每个普通节点包含1个AVR控制器模块和1个IT700PLC模块。
网关节点由IT700PLC模块、以太网通信模块、AVR控制器模块以及存储、电源等辅助模块(未在图中画出)构成,其主要功能包括协议转换、路由表管理等。
PC机既可以通过网关来实现与其他节点之间的数据传输,也可以通过串行口与节点直接连接,以便在线监控PLC网络的运行情况。
由于本文只研究网络层管理协议的实现,因此PLC节点未连接具体的用电设备。
3.2软件设计a.软件架构。
实现PLC节点网络地址管理的软件构架如图5所示。
IT700模块中集成了Y-Net协议栈①,包括PHY层、MAC层协议所提供的驱动程序和报文传输函数,本文在此基础上提出了网络层管理协议。
4实验验证及结果分析
4.1实验内容及条件本实验主要研究多主站PLC网络环境下的节点动态地址分配过程以及影响其通信性能的因素。
实验过程中,PC机通过串行口与网关节点连接,并使用IT700PLCStudio
文,5~8号是各节点向网关发送的包含自身地址信息的报文,以便于网关建立路由表。
本次地址分配过程仅耗时约5.8s。
c.节点掉电后重新加入网络。
整个地址分配过程所产生的报文如表4所示。
由于这4个节点在本次上电之前已加入过网络,因此在上电后都选择之前使用的地址作为首选地址。
表中1~4号是地址申请报文,5~8号是各节点向网关发送的包含自身地址信息的报文。
本次地址分配过程仅耗时约5.6s。
d.节点使用固定首选地址依次加入网络。
表5中1~2号为第1个节点上电到成功获得网络地址的过程中产生的报文,其获得“2”号地址,耗时约4.2s;
3~6号为第2个节点获得网络地址过程中所产生的报文,其获得“3”号地址,耗时约5.3s;
7~12号为第3个节点获得网络地址过程中所产生的报文,其获得“4”号地址,耗时约6.7s;
13~20号为第4个节点获得网络地址过程中所产生的报文,其获得“5”号地址,耗时约8.1s。
2、6、12、20号报文是各节点发送的地址信息的报文。
根据上述实验结果可知,多主站环境下PLC节点的动态网络地址分配过程具有以下特点。
a.当整个网络处于初始化阶段,节点若采用固定的首选地址加入网络,需要解决同时上电所导致的地址竞争问题,因而耗时较长,如表2所示;
若采用随机首选地址,则能够有效缓解地址竞争问题,节点初始化时间明显减少,如表3所示。
b.当整个网络稳定运行时,各节点均已获得合法的网络地址。
即使所有节点掉电后重新加入网络,其首选地址均使用之前获得的网络地址,因此只需很短时间就能实现重新入网,如表4所示。
c.当稳定运行的网络中有新节点加入时,其动态地址分配的耗时主要取决于网络中已有的节点数量。
若采用固定首选地址,网络中已有节点越多,耗时就越长,如表5所示;
若采用随机首选地址,在网络节点数较少的情况下,由于发生地址冲突的概率较小,耗时会明显减少。
4.2.2地址申请等待时间测试实验结果表6为不同网络条件下(不同通信距离及信号强度),信道质量分别为13和31时(未丢包),2、3、4个节点同时上电时的最小地址申请等待时间。
由表6可知,在同时上电的节点数一定的情况下,信道质量对地址申请等待时间会产生一定的影响。
但只要未发生丢包,这种影响随着同时上电节点数的增加会越来越小;
而在信道质量一定的情况下,当同时上电的节点数增加时,地址申请等待时间发生较大的变化,这是由于同时上电的节点数增加时,为了解决地址竞争问题,动态地址分配过程中产生的报文数量较多而造成的。
综上所述,对于多主站环境下的PLC网络,不论采用随机首选地址还是固定首选地址,本文提出的网络管理协议都能确保节点获得有效的网络地址。
节点动态地址分配过程的耗时主要是由地址申请等待时间以及地址竞争的次数决定。
但是,仅当所有节点首次加入网络且使用固定首选地址时,才会产生较多的地址竞争报文。
这种情况仅在PLC网络初始化时才会发生,其他情况下动态地址获得过程产生的地址竞争报文较少,所需时间也较少。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力线 网络 管理 协议