基于CSMA/CA的电力载波通信及在照明系统应用
发布时间：2021-01-24 08:46
分布式结构作为常用的远程通信架构,其通过多个独立的局部控制子系统将回路的数据进行集中获取、集中管理和集中控制.电力线作为连接子系统间的通信介质,传输数据时接受和发送方共用同一信道,导致终端并发数据相互干扰而使数据错乱.通过引入CSMA/CA机制,提出了一种解决数据并发错乱的电力载波通信技术,提高了通信的稳定性和可靠性.分析了基于CSMA/CA的电力载波通信技术,建立了在并发条件下电力线上多终端正确发送数据所需时间即延迟时间的计算模型,并运用蒙特卡洛法仿真求出延迟时间的数学期望.在工程实验中验证了这种技术的可行性,对影响延迟时间的因素进行灵敏度分析,结果可以为智能照明系统设计提供理论与实践依据.
【文章来源】：东北大学学报(自然科学版). 2017,38(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
照明控制系统硬件层次图
尚未有将CSMA/CA机制引入到电力载波通信来解决数据并发传输问题的研究．图1照明控制系统硬件层次图Fig.1Hardwarehierarchychartoflightingcontrolsystem本文针对电力载波并发通信数据相互干扰引起的错乱现象，通过引入CSMA/CA机制，提出了一种解决数据并发错乱的电力载波通信技术，并将其应用到照明控制系统中，提高了系统通信的稳定性和可靠性．1电力载波的并发通信异常及防碰撞原理电力载波是半双工通信，且底层通信协议无冲突避免机制，为使数据传送正确，需保证同一时刻电力线只有一个终端发送数据．如图2所示，单灯控制器C1在T0时刻向电力线广播数据包B1:000000，为7位的低电平信号．单灯控制器C2在T0时刻向电力线广播数据包B2:1111111，为7位高电平信号．同时进入电力线的两个信号(B1和B2)高低电平互相干涉，原数据错乱，报文丢失，造成集中控制器端接收到“失真”数据包Bi:10101010，具体体现为数据包内容改变，单个数据包长度变长，总包数变少．图2并发数据失真现象Fig.2Phenomenonofdatadisorder为解决电力载波并发通信引起数据错乱现象，本文提出了基于CSMA/CA防并发机制．如图3所示，在软件应用层引入CSMA/CA机制后，相对于原来数据的即时发送，单灯控制器每次发送数据前都会侦听电力线的状态，根据当前电力线的状态决定是否发送数据．从而可以避免同一时刻多个单灯控制器共同竞争电力线资源，减少了发送的盲目性．电力线的状态分为忙与闲两种，忙说明电力线的信道用于其他单灯控制器发送数据，资源被占用，不能发送;闲则说明当前电力线的信道无数据传输，资源闲置．单灯控制器通信模块执行两个任务，任务I:发送数据．任务II:侦听总线的状态．为清楚描述任务
图3CMCA/CA下控制终端通信模块的工作流程Fig.3WorkflowofcontrolterminalbasedonCMCA/CAmechanismn为同一时刻电力线上请求发送数据包的单灯控制器总数;Ci为电力线上第i个并发单灯控制器，1≤i≤n;Tij为Ci第j次产生的随机时长，1≤j≤jmax，jmax为n个单灯控制器成功发送数据过程中产生的随机时长总次数;Tcrc为Ci接收数据包并对数据包进行CＲC效验发出CＲC效验包所需时间;Bi为Ci发送的数据包;A为CＲC效验包，用于标识单灯控制器电力线的状态，一个字节;Ttotal为并发的单灯控制器成功发送数据的延迟时间，以第一次产生随机时间Ti1开始到最后一个单灯控制器成功发送数据结束;Tpj为并发的单灯控制器第j次产生的随机时长到j+1次产生随机时长的间隔;任务I:对于电力线上的任意单灯控制器Ci，开始发送数据前，产生一个随机的时长Ti1．在Ti1内，侦听电力线状态．如发现电力线忙，则避开电力线被占用时段，回到初始状态，重新产生随机等待时间Ti2．如在Ti1内，电力线一直闲，则在Ti1时段结束时刻，发送数据包Bi，并继续等待一定的时长Tcrc．Tcrc内，侦听电力线的状态，若发现电力线忙，说明Tcrc时段多个单灯控制器竞争电力线资源，进入电力线的数据包Bi受其他数据包干扰而错乱，单灯控制器发送数据包Bi失败，回到初始状态，重新产生随机时长Ti3，准备重新发送数据包Bi;若Tcrc内电力线闲，Ci发送数据包Bi成功．任务II:对于电力线上的任意单灯控制器Ci，在Tij时长内，一直轮询来自电力线的数据包．若接收到CＲC效验包A，则判定电力线忙．若接收到其他单灯控制器Cq发送的数据包Bq，q≠i，则
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GPRS和ZigBee的远程分布式灯光控制系统[J]. 袁佳,焦志曼,余建波,吴斌,经伟,许堃. 计算机工程与设计. 2015(01)
[2]无线传感器网络中MAC层超帧重设计[J]. 何璇,赵海,朱剑,李大舟. 东北大学学报(自然科学版). 2012(06)
[3]工业以太网中层次拓扑结构对网络性能的影响[J]. 赵海,白宗振,林恺,罗桂兰. 东北大学学报(自然科学版). 2008(10)
本文编号：2996960
【文章来源】：东北大学学报(自然科学版). 2017,38(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
照明控制系统硬件层次图
尚未有将CSMA/CA机制引入到电力载波通信来解决数据并发传输问题的研究．图1照明控制系统硬件层次图Fig.1Hardwarehierarchychartoflightingcontrolsystem本文针对电力载波并发通信数据相互干扰引起的错乱现象，通过引入CSMA/CA机制，提出了一种解决数据并发错乱的电力载波通信技术，并将其应用到照明控制系统中，提高了系统通信的稳定性和可靠性．1电力载波的并发通信异常及防碰撞原理电力载波是半双工通信，且底层通信协议无冲突避免机制，为使数据传送正确，需保证同一时刻电力线只有一个终端发送数据．如图2所示，单灯控制器C1在T0时刻向电力线广播数据包B1:000000，为7位的低电平信号．单灯控制器C2在T0时刻向电力线广播数据包B2:1111111，为7位高电平信号．同时进入电力线的两个信号(B1和B2)高低电平互相干涉，原数据错乱，报文丢失，造成集中控制器端接收到“失真”数据包Bi:10101010，具体体现为数据包内容改变，单个数据包长度变长，总包数变少．图2并发数据失真现象Fig.2Phenomenonofdatadisorder为解决电力载波并发通信引起数据错乱现象，本文提出了基于CSMA/CA防并发机制．如图3所示，在软件应用层引入CSMA/CA机制后，相对于原来数据的即时发送，单灯控制器每次发送数据前都会侦听电力线的状态，根据当前电力线的状态决定是否发送数据．从而可以避免同一时刻多个单灯控制器共同竞争电力线资源，减少了发送的盲目性．电力线的状态分为忙与闲两种，忙说明电力线的信道用于其他单灯控制器发送数据，资源被占用，不能发送;闲则说明当前电力线的信道无数据传输，资源闲置．单灯控制器通信模块执行两个任务，任务I:发送数据．任务II:侦听总线的状态．为清楚描述任务
图3CMCA/CA下控制终端通信模块的工作流程Fig.3WorkflowofcontrolterminalbasedonCMCA/CAmechanismn为同一时刻电力线上请求发送数据包的单灯控制器总数;Ci为电力线上第i个并发单灯控制器，1≤i≤n;Tij为Ci第j次产生的随机时长，1≤j≤jmax，jmax为n个单灯控制器成功发送数据过程中产生的随机时长总次数;Tcrc为Ci接收数据包并对数据包进行CＲC效验发出CＲC效验包所需时间;Bi为Ci发送的数据包;A为CＲC效验包，用于标识单灯控制器电力线的状态，一个字节;Ttotal为并发的单灯控制器成功发送数据的延迟时间，以第一次产生随机时间Ti1开始到最后一个单灯控制器成功发送数据结束;Tpj为并发的单灯控制器第j次产生的随机时长到j+1次产生随机时长的间隔;任务I:对于电力线上的任意单灯控制器Ci，开始发送数据前，产生一个随机的时长Ti1．在Ti1内，侦听电力线状态．如发现电力线忙，则避开电力线被占用时段，回到初始状态，重新产生随机等待时间Ti2．如在Ti1内，电力线一直闲，则在Ti1时段结束时刻，发送数据包Bi，并继续等待一定的时长Tcrc．Tcrc内，侦听电力线的状态，若发现电力线忙，说明Tcrc时段多个单灯控制器竞争电力线资源，进入电力线的数据包Bi受其他数据包干扰而错乱，单灯控制器发送数据包Bi失败，回到初始状态，重新产生随机时长Ti3，准备重新发送数据包Bi;若Tcrc内电力线闲，Ci发送数据包Bi成功．任务II:对于电力线上的任意单灯控制器Ci，在Tij时长内，一直轮询来自电力线的数据包．若接收到CＲC效验包A，则判定电力线忙．若接收到其他单灯控制器Cq发送的数据包Bq，q≠i，则
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GPRS和ZigBee的远程分布式灯光控制系统[J]. 袁佳,焦志曼,余建波,吴斌,经伟,许堃. 计算机工程与设计. 2015(01)
[2]无线传感器网络中MAC层超帧重设计[J]. 何璇,赵海,朱剑,李大舟. 东北大学学报(自然科学版). 2012(06)
[3]工业以太网中层次拓扑结构对网络性能的影响[J]. 赵海,白宗振,林恺,罗桂兰. 东北大学学报(自然科学版). 2008(10)
本文编号：2996960
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