安森美半導(dǎo)體電力線載波芯片的特點及其應(yīng)用

Repetition with Credit中繼算法采用了叫做可信值管理的辦法。可信值分為7級，由客戶端（集中器）進行管理。系統(tǒng)規(guī)定：如果服務(wù)器被配置成了Repeater，如果收到的MAC幀的當(dāng)前可信值大于0，這個服務(wù)器就要在下一個時間片到來時把這一幀重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)前可信值減一。直到當(dāng)前可信值為0時幀重復(fù)的過程終止。在這種機制下，在同一時間片，可能存在許多服務(wù)器同時重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，這就是和聲。

下面（見圖8）以一個單MAC幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程為例，來說明Repetition with Credit機制。

1） 集中器在時間片K給電表5發(fā)出一幀并在MAC幀頭設(shè)定了初始可信值為2。電表（Module PLC）1和2因為距離較近在時間片K正確收到這一幀。

2） 由于這一幀的可信值（Credit）大于0，集中器、電表1和2收到后在時間片K+1開始重復(fù)這一幀，當(dāng)前可信值減一，變?yōu)?。電表3和4在這個時間片收到這一幀。但電表5由于線路太遠還是沒有收到。

3） 電表3和4在K+2重復(fù)同一幀。當(dāng)前可信值減一，集中器、電表1和2也在同時重復(fù)，與3和4“和聲”。電表5正確收到這一幀。由于當(dāng)前可信值已變?yōu)?，下一時間片所有電表不再重復(fù)發(fā)送這一幀。

系統(tǒng)最大可設(shè)定初始可信值為7，假定一臺集中器和一臺電表的通訊距達300m。如果有了帶有7級可信值管理的中繼，通信距離將可達到2400m。

在這個中繼機制中，有三個變量IC、CC、DC分別代表初始可信值、當(dāng)前可信值以及差值可信值。集中器根據(jù)算法設(shè)置初始可信值。當(dāng)前可信值CC會在幀轉(zhuǎn)發(fā)過程中隨每一次轉(zhuǎn)發(fā)逐一遞減。差值可信值DC對中間的轉(zhuǎn)發(fā)器沒有意義，只在目的地址電表處，IC減去CC，得到差值可信值DC。該電表會在回復(fù)幀中把DC值發(fā)送回給集中器，集中器可以根據(jù)這個值修訂下次訪問該電表的初始可信值。

由于電力線阻抗、干擾狀況等處于時時變化中，PLC通訊的質(zhì)量也在不斷變化?？尚胖邓惴ㄊ箍蛻舳丝梢詫崟r根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信狀況進行動態(tài)管理，以實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳送。

由AMIS-49587組成PLC網(wǎng)絡(luò)廢棄了傳統(tǒng)的具有諸多弊端的路由方案，沒有復(fù)雜的路由表，不需要人工設(shè)定和調(diào)整中繼轉(zhuǎn)發(fā)器，網(wǎng)絡(luò)會自動的找到最佳路由線路，并且持續(xù)進行動態(tài)的調(diào)節(jié)。

此外，在Linky項目中，還引入了Repeater Call 機制。定期運行的這個機制通過先進的算法調(diào)整傳輸路徑中轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)置，減少不必要的電表參與“和聲”，以減少可能的串?dāng)_或回聲，這是對網(wǎng)絡(luò)路由的進一步優(yōu)化。

3.3 網(wǎng)絡(luò)建立

由AMIS-49587組成的網(wǎng)絡(luò)采用主從結(jié)構(gòu)，一個客戶端（也稱主機或集中器）與多個服務(wù)器（從機或電表）組成網(wǎng)絡(luò)。一般通訊的發(fā)起者是客戶端。按照IEC 61334-5-511，客戶端運行“發(fā)現(xiàn)Discovery” 和“注冊Register”服務(wù)?！鞍l(fā)現(xiàn)”查找新加入或因故重新加入網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器。如果服務(wù)器進行了正確的應(yīng)答，進入注冊過程，將被分配獨立的MAC地址。

客戶端會定期運行發(fā)現(xiàn)、注冊服務(wù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)Plug Play。也會定期進行點對點的Ping服務(wù)以確定服務(wù)器是否在網(wǎng)和消除可能的地址沖突。

3.3.1 智能同步Smart synchronization

主從網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器必須先與客戶端綁定（綁定后只回復(fù)該客戶端）才能完成注冊進而正常與客戶端通訊。這個過程叫與客戶端同步。服務(wù)器與一個客戶端同步后，將不再應(yīng)答其它客戶端?？蛻舳嗽L問超時或服務(wù)器主動解除同步時，重新進入客戶端搜索狀態(tài)。

剛上電的服務(wù)器與50Hz鎖定后會不斷分析信道，查找前導(dǎo)碼（AAAAh）和起始子幀定界符（54C7h），如果偵聽到，而且接下來正確收到客戶端發(fā)出的物理幀后，即可與該客戶端同步，并接受注冊。

在同步過程中，AMIS-49587采用了更加智能的Smart Synchronization：在一定時間內(nèi)（可設(shè)定），新入網(wǎng)服務(wù)器可以先后與多個客戶端同步再主動解除同步，期間記錄每個客戶端信號的強度(SNR)。在設(shè)定時間到來時，該服務(wù)器最后會選擇與信號最強的客戶端同步。

該機制非常有效的解決了抄表系統(tǒng)中常見的多臺區(qū)/多相信號串?dāng)_問題。由于電表都會自動找到最近的集中器與之同步，不需要人工干預(yù)，使網(wǎng)絡(luò)路徑自動得到了優(yōu)化，也極大的減少了施工中的工作量。

3.3.2 報警Alarm機制

AMIS-49587構(gòu)成的PLC網(wǎng)絡(luò)中還具有報警機制。當(dāng)電表有故障發(fā)生時，要求其通過網(wǎng)絡(luò)報警，以便管理人員及時得知并處理。主動上報相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)雙向通訊。Linky電表會在物理幀的Pause時間段的3個字節(jié)發(fā)出Alarm警報。主機收到后會發(fā)起Discovery服務(wù)，以便調(diào)查具體故障原因。

Alarm另一個非常有用的功用是新電表剛接入時，會通過Alarm提示集中器發(fā)起Discovery。這會加快新表的接入過程。不必非得等待主機例行的Discovery服務(wù)到來。

四、結(jié)束語

安森美半導(dǎo)體的AMIS-49587是完全遵從IEC-61334標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的電力線載波收發(fā)器。在完成物理層調(diào)制解調(diào)外，嵌入MAC層的處理是這款芯片獨到的特點，使其成為具有協(xié)議解析功能的PLC收發(fā)器?？蛻粼谑褂眠@款收發(fā)器傳送或接收的數(shù)據(jù)時，不需要太多關(guān)注協(xié)議的細節(jié)。

可信值“和聲”中繼模式取消了繁雜的路由表，在集中器控制下系統(tǒng)自動找到并持續(xù)調(diào)整最佳路由線路，使長距離通訊變得簡單可靠的同時極大地減少了施工維護工作量。智能同步、Repeater Call 模式的加入更是進一步實時動態(tài)的對網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化。

安森美半導(dǎo)體還為PLC應(yīng)用專門開發(fā)了線路驅(qū)動器--NCS5650。集成了高帶寬運算放大器和高達2A輸出電流的功率放大器。兩級運放的結(jié)構(gòu)使其非常容易配制成4階低通濾波器，以便滿足各種規(guī)章（如EN 50065）對電力線高頻注入的嚴(yán)格限制。

安森美半導(dǎo)體的PLC解決方案非常適用于自動化抄表、燈光控制、家用電器以及其它區(qū)域集中控制等場合。方案簡單易用，實施效果和可靠性已在歐洲工業(yè)現(xiàn)場有超過8年的驗證。