ST7536的電力載波網(wǎng)絡(luò )的路由算法研究

摘要：法國ST公司的ST7536是一個(gè)半雙工、同步FSK調制解調器芯片。它專(zhuān)為低壓電力線(xiàn)傳輸而設計，較好地克服了低壓電力載線(xiàn)波傳輸中的技術(shù)問(wèn)題。但是在實(shí)際應用中，電力載波網(wǎng)絡(luò )的通信距離均無(wú)大于其芯片的通信距離，所以必須使用相應的算法來(lái)補償，從而更好地應用于實(shí)際當中。本文介紹一種簡(jiǎn)單可行的路由算法。

關(guān)鍵詞：ST7536 電力線(xiàn)載波 數據通信 網(wǎng)絡(luò ) 路由算法

引言

隨著(zhù)現代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，能夠大量節約人力物力的自動(dòng)化系統得到廣泛的應用，電力載波技術(shù)就是在這一形式下推出的一項技術(shù)。電力線(xiàn)載波（PLC）是電力系統特有的、基本的通信方式。電力線(xiàn)載波通信是指利用現有電力線(xiàn)，通過(guò)載波方式將模擬或數字信號進(jìn)行高速傳輸的技術(shù)。由于使用堅固可靠的電力線(xiàn)作為載波信號的傳輸媒介，因此具有信號傳輸穩定可靠、路由合理、可同時(shí)復用遠動(dòng)信號等特點(diǎn)，是唯一不需要線(xiàn)路投資的有線(xiàn)通信方式。電力線(xiàn)載波通信技術(shù)可以進(jìn)行模擬（語(yǔ)音信號）或數字信息（如家居控制信號）的半雙工傳輸，可廣泛應用于家居自動(dòng)化、小型辦公室、家庭辦公室通信（如互聯(lián)網(wǎng)、內部信件、游戲、音頻、視頻）等領(lǐng)域，具有節省費用、安裝方便、應用廣泛等特點(diǎn)。

圖1

作為通信技術(shù)的一個(gè)新興應用領(lǐng)域，電力載波通信技術(shù)以其誘人的前景及潛在的巨大市場(chǎng)而為全世界所關(guān)注，成為世界各大公司及研究單位爭相研究的熱點(diǎn)。國外許多著(zhù)名公司和研究單位，如Intellon、Thomson、Atmel等，都在外此進(jìn)行研究，并開(kāi)發(fā)出相應的器件和產(chǎn)品；而國內的許多企業(yè)也緊隨國際步伐，在利用電力線(xiàn)傳輸信息，特別是在遠程抄表及遠程控制系統方面已逐步形成應用研究的熱點(diǎn)。

1 ST7536簡(jiǎn)介

ST7536是單芯片Modem，有28個(gè)引腳。ST7536芯片的集成度很高，只需要較少的外部元件來(lái)完成所有操作：1個(gè)晶振，4個(gè)電阻和5個(gè)電容。表1給出其各主要引腳的功能。

表1 ST7536主要引腳說(shuō)明

ST7536屬于半雙工同步調制解調集成電路，采用低成本的同步FSK調制方式。它有兩種工作方式：接收和發(fā)送數據。工作方式是由Rx/Tx控制輸入端決定的，數據的輸入輸出與時(shí)鐘相關(guān)聯(lián)。此時(shí)鐘信號由ST7536產(chǎn)生。當ST7536工作于發(fā)送方式時(shí)，發(fā)送的數據（TXD）在時(shí)鐘的正沿被抽樣，然后進(jìn)入FSK調制器。它的工作頻率是由時(shí)間基準和控制邏輯來(lái)設定的。在正常工作狀態(tài)，信號混合電路決定送至發(fā)送濾波器的FSK調制信號。此濾波器是一開(kāi)關(guān)型的電容帶通濾波器。

在接收方式時(shí)，信號通過(guò)接收模塊輸入端（RAI）進(jìn)入，被接收信號經(jīng)過(guò)接收帶通濾波器濾波。接收濾波器與發(fā)送濾波器一樣，也是開(kāi)關(guān)電容濾波器，也用自動(dòng)頻率控制電路來(lái)將此濾波器設定于正確的工作頻率上。經(jīng)過(guò)放大之后，此接收信號頻率向下變換并經(jīng)中頻帶通濾波器濾波，得到的信號送至FSK解調器。中頻濾波器（IFQ）輸出和FSK解調器輸入（OEMI）間的耦合是由外部的電容來(lái)完成的，它濾除了失調電壓。時(shí)鐘恢復電路從FSK解調器的解調輸出中接收時(shí)鐘信號（CLR/T）。同步接收的數據在時(shí)鐘正沿被傳送。

ST7536的內部功能結構如圖1所示。

ST7536符合DH028/29ENEL、歐洲CENELECEN50065-1標準以及美國的FCC規定。一個(gè)由ST7536作電力載波通信芯片的系統是由微處理器、接口電路和ST7536本身組成的系統，系統結構如圖2所示。

2 路由算法的實(shí)現

路由器是網(wǎng)絡(luò )層的互聯(lián)部件，可提供比網(wǎng)橋更豐富、靈活的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)功能，是目前使用最多的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)部件之一。路由算法是用軟件方法實(shí)現路由的功能。

路由算法的工作原理及操作過(guò)程主要包括下面幾點(diǎn)。

①接收數據包，并將數據包進(jìn)行分解。當路由器接收到數據包之后，要先驗證其合法性，然后把報頭、報文和校驗字節分離開(kāi)來(lái)。最后再根據報頭的不同，選擇進(jìn)行什么操作。

②對IP數據包進(jìn)行處理。當接收到有效的報文時(shí)，路由器必須決定該數據是本地提交還是向前轉發(fā)。當IP廣播或多播時(shí)，也可能是一種混合的情況。對這些情況的判斷，主要根據下面三個(gè)規則進(jìn)行處理：

*當IP數據包中有一個(gè)源路由選項時(shí)，它將被轉發(fā)而不進(jìn)行本地提交；

*當IP目的地址或其非轉發(fā)多播地址中的某一個(gè)地址與數由器的某個(gè)端口地址相符時(shí)，將進(jìn)行地提交；

*當IP目的地址是一個(gè)廣播地址，或者是個(gè)既要轉發(fā)又要本地提交的多播地址時(shí)，將同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)操作。

③轉發(fā)尋址。當路由器決定要轉發(fā)一個(gè)IP數據包時(shí)，先要確定下一個(gè)路由器的地址。如果數據包中包括路由器選項而且驗證其合法時(shí)，則下一個(gè)路由器地址可取自自身列表中的一項，而源地址應該是寫(xiě)成廣播源的地址。

④轉發(fā)驗證。在轉發(fā)之前，路由器應該對數據包進(jìn)行一些校驗工作，而只有驗證無(wú)誤的時(shí)候才能進(jìn)行轉發(fā)，否則將數據包拋棄而重新提示數據包的廣播源重發(fā)。這里的校驗分兩個(gè)部分：一個(gè)是IP的驗證，看是否接收到的數據包目標IP符合要求；二是具體數據的驗證，看校驗得到的數據是否有誤（筆者使用的是CRC校驗方式）。

⑤同步字節的設置。這一項在通常的路由算法中并不存在，但是在筆者使用的ST7536芯片通信中需要強調使用。因為該芯片是以同步傳輸方式工作的，為了保證其通訊數據的正確傳輸，要首先在報文前面加1～2字節的同步字節位。

由于電力載波網(wǎng)絡(luò )的采集器與集中器之間的距離在實(shí)際應用中遠遠超過(guò)最大通信距離，所以必須使用路由算法來(lái)彌補這個(gè)缺點(diǎn)。

由于載波網(wǎng)絡(luò )的硬件十分固定，而且相對來(lái)說(shuō)傳輸的數據也比較少，所以我們使用路由算法中的中繼器方式和靜態(tài)路由表算法。

圖3為電力載波網(wǎng)絡(luò )通信原理。圖中的采集器1、2可以直接和集中器進(jìn)行通信，而采集器3、4、5由由于通信距離過(guò)遠不能直接和集中器進(jìn)行通信，因而要利用采集器1、2作為中繼器間接與采集器進(jìn)行通信。采集器1、2中安放的靜態(tài)路由表中分別為采集器3和采集器4、5的地址。

在載波網(wǎng)絡(luò )當中，傳輸數據包的格式按照現場(chǎng)總線(xiàn)的規定方式：

圖4給出采集器的1的中繼器算法流程。

圖4

其中需要注意的是，無(wú)論是采集器還是集中器，如果校驗位與校驗結果不一致的話(huà)，要提示發(fā)送包的單元重新發(fā)送數據包，直至二者結果一致為止。這一點(diǎn)在流程圖中沒(méi)有被強調。

結語(yǔ)

與擴頻載波產(chǎn)品（如SSC P300等）相比，盡管ST7536的通信速率與通信距離受到一定的限制；但是由于其具有較好的穩定性與可靠性，因此在國內電力載波市場(chǎng)仍具有很大的份額，對它的應用研究仍然具有重要的理論與實(shí)際意義。

本文給出了在基于ST7536的電力載波的通信網(wǎng)絡(luò )中，為了克服芯片的通信距離離不夠而需要用到的一種相對簡(jiǎn)單的路由算法。應用該算法可以使電力載波網(wǎng)絡(luò )的通信距離大大算法，從而提高電力載波芯片的應用范圍，具有較高的應用價(jià)值，特別是在小區自動(dòng)抄表系統的實(shí)際應用當中有著(zhù)較好的效果。