【期刊】基于PLC的IPTV组网设计与探讨.pdf

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1、第2 7 卷 第 1 7 0 期2 0 0 6 年 1 2 月 1 0日 电力系统通信T e l e c o m m u n i c a t i o n s fo r E l e c t r i cP o w e r S y s t e mVo l2 7 No.1 7 0D e c.1 0，2 0 0 6基于P L C的I PTV组网设计与探讨张铁肩，2，王宇鹏，肖 志飞 (1.辽宁工程技术大学 研究生学院，辽宁 葫芦岛 125105;2.辽宁省盘锦监狱，辽宁 阜新 1 24000;3.阜新供电公司，辽宁 阜新 12300 0)摘要:对电力线通信技术的优缺点和 I PTV业务的技术要求做了细致

2、分析，利用电力网有效频带宽、利用率低的特点，建立了以中高压电网为承载 I PTV业务的主干网组网模型，并深入研究了该模型的结构与组成。针对在研究过程中遇到的问题提出了相应的解决措施，进一步讨论该模型实现的可行性、优越性与不足之处，从而指出其研究方向与实际意义。关键词:电力线通信;网络电视;组网;宽带网中图分类号:T N g l s.8 5 3文献标识码:A文章编号:1 0 0 5 一 7 6 4 1(2 0 0 6)1 2一 0 0 6 3 一 0 30 引言 近年，电力线通信(P L C)技术发展十分迅速，除了在电力系统监控领域稳步发展外，还进一步被推广到电表集抄等民用方面，在互联网高速宽带

3、接人方面也取得了一定成就，并曾一度被纳入解决“最后一公里”问题的技术队列。然而电力线宽带业务在我国的推广应用并不顺利，因其与现有互联网络重叠、无特别的传输优势、又非专门的通信载体，而导致发展前景不十分明朗。前几年互联网的飞速发展把网络电视(IPT V)推向了潮头。人们憧憬着在将传统的媒体方式电视与互联网融合后带来新颖的数字服务体系和丰富的网络内容，网络运营商和设备制造商们也表现出了饱满的热情，现已在许多地区实验证明了其技术的可行性。但是目前网络运营商们陷入了两难局面B T软件的资源占用高使得带宽紧张，保证高质量的IP T v服务变得更加困难;然而 B T软件已经成为目前最流行的网络软件，禁止

4、B T的行为将会遭到来自网络用户的抵制。电力线通信宽带接人服务和 IPT V业务在各自的应用领域受阻，但二者优点同样鲜明。在宽带领域，人们总是更加依赖由光纤组成的主干网络，电力线通信技术更多地被局限在低压配电网的接人业务上，而信道环境更加有利的中高压网络在这一领域却往往被忽视。本文将探讨由电力网参与主干网组网实现 IPT V服务的可行性与优越性。收稿 日期:2 0 0 6一 0 5一1 7;修回日期:2 0 0 6一 0 6一 0 21 电力线通信技术分析1.1 电力线通信的优越性 电力线通信技术是指在电力线上传输电能的同时传输数据信号，为用电设备提供电能的电力网是现代生活中不可或缺的基础设施

5、，如果能实现通过电力网承载各种通信信息，将大大减少建筑施工难度，减少不同网络间互扰，比采用其他媒介通信有着先天的优越性。电力网是世界上覆盖面积最广的有线网络，充分利用该网络，周边可节省大量对其他网络的敷设成本。无论任何一种有线网络，包括 P S T N和广播电视网、互联网等，都需要专用的通信介质，网络硬件资源共享性差，网络敷设成本很高，而电力线通信技术的成本主要体现在调制解调设备。其次，电力线有比光纤更好的机械性能，使其更能适应恶劣的环境。电力线与用电设备直接连通，采用电力线通信技术后，使得其对用电设备进行有线遥控更加方便易行，目前已在消防、家庭自动化、工业控制等领域进行研究与应用。此外，变压

6、器隔离了各级网络，使得局部干扰不易外扩，低压网络的复杂信道环境对中压和高压的信道环境影响不大，就如同为了让电能更加有效而组建不同电压等级的输配电网络一样。为实现更快、更可靠的宽带业务，对各级电压网络可以实施不同的调制方式。目 前电力网的带宽还有大量富余，尤其在中高压网络中，除了避开交流电采用的50 H:附近的低频段外，可用通信带宽范围广。而以光纤为主干网6 4电力系佼通桔2 0 0 6，2 7(1 7 0)的互联网，在 B T 软件的大量应用后已经凸现出带宽紧张的问题。，.2 电力线通信的缺点 在电力线上进行数据通信也有不利的因素。变压器是天然的屏障，电信号无法直接通过其形成网络。在末级变压器

7、下端的负载，都无法直接通过由电力线和变压器组成的电力网来实现与另一个末级变压器下的负载相互通信。目前低压电网的互联网接人方案，需要专用的转接设备过渡。各电压等级网络的信道环境不同。低压电网电磁兼容性差，而中高压网络由于很少直接下接负载，电磁兼容性好得多。有些区域用户非常密集，信道质量差，电力线上信号衰减严重，致使通信距离相对较短。由于电力线并不是专业的通信线，设计时主要考虑了机械和输电性能的好坏，并未考虑通信性能，当距离增加时，信号强度大幅削弱。编码方式下需要3 一 4M bi t/S，或 M P E G一 4 方式下的ZM bi t/s 的下行接人带宽，即使采用 H.264标准，带宽需求下降

8、一半，要想达到目前广播电视网覆盖范围，光纤主干网的负荷仍然过重，在互联网上推广IP T V，即使采用先进的多媒体传输技术，也无法从根本上解决问题。IP T V是种商业服务，需要完整的运营支撑系统，这包括系统管理、用户管理、统计分析和内容管理等多方面内容。但 IP 网络资源有限，IPT v采用动态的IP带宽分配方法，增加了管理的难度。随着 IPv6 的推行，这一问题将得到缓解，但对于如此广泛的商务性质网络应用，其安全问题令人担心。2 实现 IP 丁 V的技术要求 以前，IP T V是以P C为显示终端，用户通过互联网享受多媒体服务业务，内容丰富、互动性强是其最大的特点。现在出现了以“普通电视机+

9、机顶盒”的接收端方案，并逐渐开始普及。但现有互联网基础设施是否能够承受得起 I P T V服务带来的带宽压力，是目前最大的问题。在IP T v体系中，多媒体信息有点播和广播2种接收方式。点播方式采用视频分发技术，而广播方式采用多播技术，前者是交互性的，而后者与传统电视系统的服务方式区别不大，只不过网络载体不同。由于在互联网上涉及到网络安全以及异构性问题，大范围、综合业务的多播不易实现，点播方式将成为主流。广播方式中，主干带宽取决于传统意义上的服务器的容量，而不随用户增加而增加，但点播方式恰好相反，这就形成带宽原本就紧张的互联网与 IPT V发展需要高带宽间的矛盾。原广电网络有巨大带宽，传递的是

10、模拟信号。广电网络要达到清晰流畅的视觉效果，相对于IPT V的数字信号，网络容量要大许多。但A D S L 仅能提供 1.ZM bi t/s，用双绞线人户不超过10 oM bi t/s。我国没有自主知识产权的多媒体技术标准，运营商必须承担 M P E G一 4 或 H.2 64 的专利费用。而要达到流畅视觉效果，用户在 M PEG一 23 基于电力线通信的 IPT V组网设计 由上可知，电力网具有承载 I PTV业务的能力，当采取了电力网承担 IP T V业务，可缓解以互联网为承载主体时存在的问题，并充分利用了现有的网络资源。此时，互联网的光纤主干网和电力网的关系要做出相应调整，充分发挥光纤主

11、干网专业宽带线路的优越性能，用来承担跨度大、信息交换困难的中高压电网间数据通信，并为直接从互联网获取 I PTV资源的用户提供服务，如图1 所示。承载 I PTVINe t W0 r k业务时电力网与互联网主干网间的连接S t r UC t Ur el o a d i n gI P T V b u s i n e ssb e t w e e nthee l e c t r i cp o w e rn e ta n d 比 etru n k o fl n t e r】e t 依靠这种方式实现开放式的互联网与电力网的互通，同时由于硬件的隔离，保障了电力网的相对独立。电力网成为主干网络的最主要特征就

12、是把IPT V内容服务器直接架设在中高压电网上，一方面使JP T V商业运作的安全性将得到保证，用信号路由器互通不同地域的中高压电网，使 IP T v服务通过电力网实现，另一方面，带宽有了保障。网络拓扑结构如图2所示。在 IPT V业务中，电力网的主干地位是由性价比来决定的。当用户在家中使用电力线通信技术获取 IPT V服务时，花费更少，而取得优良的服务 设计与开发 张铁肩，等基于 P L C的 I PTV组网设计与探讨6 5 图 2 电力网承载的 I Pr V业务主干网络F i g.2 T r unks t r u c t u r eo f thee l e c t r i cP o w e

13、 rn e t级电网的相互隔离，在每段电网上的频带使用情况是相互独立的，开发具有 自适应能力或者易于现场调整工作频段的电力线通信产品，有效利用频率资源也是必要的。理论上，IPT V数据直接藕合到高压网络上效果更好，经过的路由中转最少，但到达低压网络时依然要经多次变换，因此，具体在哪个等级的电网上祸合信号更高效，还有待测试与研究。l o a d i n gT h eIPT Vb u s i n e s s质量。这既分担了光纤主干网的传输压力，又突破了IPT v业务瓶颈，充分发挥电力线通信技术的自身优势，降低运营成本，扩大服务范围。在跨电压等级的电网间，电能通过变压器转换与以往并无不同，无须改变，

14、而信号则可通过专用的信号藕合器连接，形成的网络结构如图3 所示。中高压电网信号藕合器割酬 土 遴 兰 年 童 兰酬 酬 甲 匣应 巫器!器!压网匕Tv端低电、-IP终缉黔低压电网I P T V终端器H洲躺 图 3F i g.3电力网承载的 IPT V业务组网局部结构P a rtla l s t r u c 妞r eo f thee l e c t r i cP o w e rn e tl o a d i n gthe1 P T Vb u s ine s s4 组网问题及措施 采用电力网承载 I PTV的组网方案，兼顾了电力线通信技术和 I PTV的优点，但还有问题需要解决。电力线通信技术还没有

15、形成国际化的统一标准。目前欧洲正着力完善推广自己的标准，而我国的电力网与欧美的电力网有着巨大差别，曾在电力线集抄系统的引进过程中就发生了问题，因此，不只要吸收国外的经验，还必须做好调研，确保建立的标准切实可行。只有标准明确了，才能有利于研发相应的技术和产品，降低生产与施工成本。配电网的信道环境使组网的复杂性增加，采用先进的调制解调方案是不改变现有电网基础建设来提高通信质量的首要方法，如 O F D M方式等。同时，由于各5 结束语 采用电力线通信技术，以电力网为主体承载I PTV业务的组网方式，既吸收了电力网的优点，减缓光纤主干网的压力，又促进了IPT V的推广。目前，在组网实现的基本技术上已

16、无大问题，高速率宽带电力线通信设备的接人速率已经超过 A D SL方式，而流媒体等数字化多媒体技术大大降低了承载网络的负荷，电力网完全可以承担这一业务。通信行业的业内垄断性较强，采取这种组网方式必将引人电力部门对其的竞争，促使市场向着多样化多极化方向发展。这能为 I PrV内容服务商争取更大的利润空间，从而提供更好的服务，使用户最终受益，同时也必将会给未来媒体服务市场和通信市场带来新的活力。(5)参考文献:1 J o h nN e w b u 叮，Wi l l i am M i l l e r，P o t e n t i alC o m m u n i c a-ti o ns e rv i c

17、 e s U s i n gP o w e r l i n eC a 币e rsa n dB ro a d b a n d I n t e g r a t e ds e rv i c e s D i g i t alN e two rk J .I E E ET ra n s o n p o w e r D e l i v e 叮，1 9 9 9，1 4(4):1 1 9 7 一 1 2 0 1.2 程晓荣，苑津莎，侯思祖，等.中压宽带电力线通信接 人及信道特性测试与分析 J .电力系统自动化，2 0 0 5，2 9(1 4):6 9一 7 2.【3 j 冀常鹏.影响I PTv发展的若干因素分析

18、【J .现代通 信，2 0 0 5，(6):2 5 一 2 6.4 G O TZ M，R A P PM，D O S T E R TK.P o w e r L i n e C h ann e l C h arac t e ri s t i c s a n dT h e i r E ffec t o nC o m m u n i c a t i o nS y s-t e m D e s i g n J .I E E E C o m m u n i c a t i o n sM a g a z i n e，2 0 04，4 2(4):7 8一 8 6.【5 段炼，唐海娜，李俊.针对 IP视频会议基于

19、网络的 Q o s 综述 J .通信学报，2 0 0 5，2 6(3):1 1 1 一 1 1 6.6 C H O I BK，x U A ND，L I C，e t al.U t i l i z at io n 一 b a s e d a d mi s s i o n c o n l r o lfors c 月 1 只 卜 l ereal一 ti mec o mmu n i c a t i o n J .J o u rnalo f R e a l 一 T u n es y s t e m s，2 0 0 3，2 4(2):1 7 1 一 2 0 2.(下转第7 0页)7 0 电力豫佼通枯2 0

20、0 6，2 7(1 7 0)6 7 n o d e c l a s s e s a n d d a t a c l a s s e s 5 .2 0 0 2.A.A p o s t o l o v.0 bje c tm o d e l sfo rq u a l i ty m o n i t o ri n gi nU C A Z.oa n dI E C6 1 8 5 0 仁 A.D i s t r i b u T e c h C .L a sV e g a s:fe b rua ry，2 0 0 3:4一 6.殷志良，刘万顺，杨奇逊，等.基于 IEC61850的通用变电站事件模型【J .电力系统

21、自动化，2 0 05，29(1 9):4 5一 5 0.蒋年德，魏育成.变电站综合自动化系统体系结构研究 J 电网技术，2 0 0 3，2 7(1 0):4 5 一 5 1.I E C6 1 8 5 0.C o m m u n i c a t i o nN e t w o rksa n dS y s t e m si nS u b s t at i o n，P a rt7一2:B a s i cc o m m u n i c a t i o ns t ruc t u r efo r s u b s t a t i o na n dfe e d e r e q u i P m e n t 一A

22、b s tr a c t c o m m u-n i c a t i o ns e rV i c e i n t e rfac e(A C S I)5 .2 0 0 2lllesesl0八9r.Lr卫L务映射到具体的通信网络及协议上，从而使得通信得以实现。(2)参考文献:1 吴在军，胡敏强.基于 IEC618 50 标准的变电站自动 化系统研究 J .电网技术，2 0 0 3，2 7(1 0):5 9 一 6 5 2 谭文恕.变电站通信网络和系统协议 IEc 6 1 8 5 0 介绍 J .电网技术，2 0 0 1，2 5(9):8 一 1 5.【3 辛建波，段献忠.基于优先级标签的变电站过程

23、层交 换式以太网的信息传输方案【J 电网技术，2 0 04，28 (2 2):2 6一 3 0，4 7.4 I E C6 1 8 5 0.C o m m u n i c a t i o nN e two r k sa n dS y s t e m si n S u b s t a t i o n，P a ri7一3:B a s i cc o m m u n i c a t i o ns trU c t u r e fo rs u b s t a t i o n sa n dfe e d e re q u i P m e n t 一C o m m o nd a t a c l a s s e s

24、【5 .2 0 0 2.【5 I E C6 1 8 5 0.C o m m u n i c at i o nN e t w o r k sa n dS y s t e m si n S u b s t a t i o n，P a rt7一4:B a s i cc o m m u n i c a t i o ns truc t u re fo r s u b s t a t i o n s a n dfe e d e r e q u i p m e n t 一 C o m p a t i b l e l o g i c a l李鹏(1 9 8 2一)，男，湖北监利人，硕士研究生，主要研究方向为变

25、电站 自动化和微机继电保护。游大海(1 9 5 7一)，男，福建福州人，博士生导师，主要研 究方向为数字化水 电站以及微机继 电保护。A P P l i c a t i o no f o bje c t mo d e l b a s e do nI E C6 1 8 5 0i nP o w e r q u a l i t ymo n i t o r i n gI E D Ll 尸 e ng，y 口 UD a 一 h a i (S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n dE l e c t ro n i c E n g i n e e r i n g，H U

26、 S T，Wu h a n 4 3 0 0 7 4，C h i n a)A b s t r a c t:M o d e l i n g o f I E Du s i n g o bj e c t 一 o ri e n t e dm e t h o db a s e do nI E C6 l 8 5 0c a n r e a l i z e t h e i n t e r o p e ra t i o na n d t h e s e a m l e s s i n t e-g r a t i o na m o n g I E D s frOmd i ffere n t m a n u fa c

27、 t u r e r s B e c a u s e o f t h e w i d e l y u s e o f P o w e r q u a l i tym o n i t o r i n g I E Di np o w e r s y s t e ma n di t sr e l a t i v e l ys i m P l e fu n c t i o n s，t h e m o d e l i n g o f t h e I E Dg i v e s a v a l u a b l e c o n fe r e n c e t o o th e r I E Dm o d e l.

28、T h i s p a p e r fi rs t l y i n t ro d u c e s t h eo bj e c t 一 o ri e n t e d m e t h o d b a s e d o n I E C6 1 8 5 0，t h e n t a k e p o w e r q u a l i t y m o n i t o ri n g I E Da s a ne x a m p l e t o d e s c ri b e t h e p ro c e s s o f m o d e l-i n g o f t h e I E Dm e a s u ri n g fu

29、 n c t i o ni nd e t a i l.T h e p ro c e s s i n c l u d e s t h em o d e l i n g o f l o g i c ald e v i c e s，l o g i c a l n o d e s，d a t ao b j e c t s a n dc o m m u n i c a t i o ns e rv i c e m o d e l.F i n a l l y，t h e p a p e r g i v e s a ni m p ro v e da n do p t i m i z e dI E Dm o d

30、 e l.K e yw o r d s:I E C6 1 8 5 0;I E D;o b j e c t m o d e l;P o w e r Q u a l i t y M o n i t o ri n g(P Q M)(上接第65 页)张铁肩(1 9 7 8 一)，男，辽宁营口人，硕士研究生，主要研究方向为电力线通信。王宇鹏(1 979一)，男，辽宁率新人，助理工程师，主要研究方向为电力线通信。肖志飞(197 夕 一)，男，内蒙古乌兰察布盟人，硕士研究生，主要研 究方向为通信与信息工程。D i s c u s s i o no nI P T Vn e t w o r kd e s i g

31、 nb a s e do nP L C(1.G r a d u a t e 2.Fz H A N CTi e 一 a n，2，WAN C介，e 鳍，尤“oz h i 一1，I n s t i t u t e，L i a o n i n gT e c h n i c a l U n i v e r s i t y，H u l u d a ol 2 5 1 0 5，C h i n a;a nj i nP ri s o no f L i a o n i n gP r o v i n c e，F u x i n1 2 4 0 0 0，C h i n a;3F u x i nP o w e r s u

32、p p l y，F u x i nl 2 3 0 0 0，C h i n a)A b s tr a c t:T h i s p a p e r m a k e s a d e t a i l e da n a l y s i s o nt h e a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s o f p o w e r L i n eC o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o 群 a n dt h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t o f t h e

33、I PTVb u s i n e s s.B a s e do nt h e s p e c i a l t yo f w i d e r b a n d w i d t ha n dl o w e r u t i l i z a t i o ni np o w e r 幼d，t h ep a p e r d e s c r i b e s t h e n e t w o r km o d e l o f I P T Vo nm e d i u m一 h i g hv o l t a g ep o w e r gr i da n dt h es t ruc t u rea s w e l l.S o m es o l u t i o n s a r ep u tfo rwa r da n dt h e a v a i l a b i l i t y，a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s a r e a l s o d i s c u s s e di nt h e p a p e r.K e yw o r d s:P L C;I PTV;n e t w o rk s t ruc t u r e;b ro a d b a n dn e t w o r k