CEBus通讯协议标准及技术分析

收稿日期:2002-01

基金项目:云南省自然科学基金资助项目F0003Q

作者简介:刘在强(1976 ),男,硕士研究生,主要从事信息检测技术及信号处理的研究;施心陵(1956 ),男,教授。

CEBus 通讯协议标准及技术分析

刘在强,李

,陈建华,施心陵

(云南大学信息学院电子工程系,云南昆明650091)

摘要:介绍CEBus 协议栈结构和标准,分析CEBus 在电力线传输介质上实现所采用的技术及应用。

关键词:CEBus;电力线;扩频载波

CEBus Transport Protocol Standard and Technology Analysis

LIU Zai qiang,LI Su,C HEN Jian hua,SHI Xin ling

(Electronic &Engineering Department of Information College,Yunnan University,Kunming 650091,China)

Abstract:This article discusses the protocol stack architecture and standards of Consu mer Electronic Bus(CEBus),analyses the technology and application used by CEBus of Power Line mediu m.

Key words:CEBus;power line,spread spectrum carrier

1 CEBus 体系结构

CEBus 采用了简化的OSI 模型。它分为物理层、

数据链路层、网络层和应用层四层。除此以外,CEBus 还包括层系统管理部件。其系统模型如图1所示。

图1 CEBus 节点模型

图1节点模型中,整个物理层的功能已经芯片化,某些芯片还包括了数据链路层的功能。数据链路层中的介质访问控制子层提供带或不带应答的无连接数据传输服务,有时还承担查错任务,同时还要生成数据分组的控制域以表明数据分组的类型、优先级、服务级别和序列号。数据链路层中的逻辑链路控制子层是个空壳,只转发命令无实质性的工作。网络层具有路由、路桥功能,负责确定网址、流量控制、数据分段以及丢弃传输介质收到的重复数据分组等。应用层可以通过原语向网络层指明:优先级、是否需要应答、是否使用流量控制、传输介质类型以及选择路桥和路桥的网址。层系统管理是一个CEBus 部件而不是一个层,它可以与网络节点中的所有协议层进行通讯。层系统管理负责层的复位、层参数的初始化以及接收和发布层故障

信息。层系统管理也能访问各层的参数,如介质访问控制子层中的统计计数器。2 物理层技术分析

CEBus 支持7种不同的物理传输介质:电力线、射频、双绞线、红外线、同轴电缆、光纤以及AV 。物理层分为两个子层:介质依赖物理子层和符号编码子层。

2.1 介质依赖物理子层

CEBus 的电力线介质依赖物理子层通过接收和发送传输介质上的线性调频 chirps !波进行载波来对信号进行扩频,增强信号传输的鲁棒性和抗干扰能力。

使用线性调频 Chirp !波进行扩频载波(Spread Spec trum Carrier,简SSC)的技术多用于类似于以太网的CS

MA 网络,它利用一系列短促的,可自同步的线性调频

Chirp !波作为载体(见图2)。每个线性调频 Chirp !波一般持续100 s,它代表了最基本的通信符号时间(UST)。其输出的最大幅值对120V 设备是7V pp ,对240V 的设备为14V pp 。这些Chirps 覆盖了100kHz~400kHz 的频带,并总是以200kHz~400kHz 的频率开始,以100kHz ~200kHz 的频带结束。由于Chirp 信号的线性调频带宽比信号带宽要大得多,其线性加速度较高,而等幅振荡波干扰(Conitnuous Wave ja mming)的频率加速度一般

图2 线性调频Chirps 波形

7 2002年第3期仪表技术

是稳定的,所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号就可将等幅振荡波干扰排除。另外,此种Chirp 波形还具有很强的自相关特性,这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形,并且不需要在收发和接收设备间进行同步。

接收信号时,介质依赖物理子层接收来自传输介质上的线性调频 Chirp !波信号并把它们翻译成劣态(Inferior)、优态(Superior)(见图4b)。劣态表示在传输介质上没有线性调频 Chirp !波信号,仅用于数据分组包头传输及两个数据分组间隙传输。有线性调频信号的状态为优态。优态还有两种相反的相位,

分别为优图3 CEBus 数据分组结构

1态(Phase 1)、优2态(Phase 2)(见图4a)。优1态与传输数据分组包的第一个线性调频 Chirp !波相位相同;而优2态指与优1态相位相反的线性调频 Chirp !波。由这些状态组成的信息被传输到符号编码子层并进行处理。在发送信号时,介质依物理子层接收来

自符号编码子层的信号,并将其转变为相应的线性调频 Chirp !波进行发送。2.2 符号编码子层

符号编码子层的主要功能:在信号发送、接收时分别进行符号编码和解码。CEBus 在电力线介质上有四种编码符号,分别为: 0!、 1!、 EOF !、 EOP !。表示扩频范围为100kHz~400kHz 的线性调频 Chirp !波信号,其符号及编码长度如表1所示。

表1 C EBus 物理层编码

码元

数据分组报头数据体

UST

时间UST 时间111141100022282200EOF 88003300EOP

无

无

4

400

2.3 CEBus 数据分组

CEBus 物理层的数据分组由报头、数据体和CRC 校验和组成,其中,

报头与数据体编码方式不同。数据分组格式如图3所示。

报头(Prea mble)用来解决多机共享信道时的竞争问题。为了便于检测,在报头中每个UST 为114 s,扫描时间不变。在报头中采用幅移键控(ASK)技术,优劣和劣态交替出现。其中优态仅使用第一相位(Phase 1)。无论是优态还是劣态都可以代表 0!或 1!;在数据体中CEBus 采用反相键控(PRK)技术,没有劣态,而是两个相位交替出现。例如:对于编码 1101!,其在数据分组报头与数据体中的波形不同。波形如图4。

图4 CEBus 数据体中 1101!的波形图(a)和数据分组报头中 1101!的波形图(b)

3 数据链路层及网络层

数据链路层分为两个子层;介质访问控制子层和逻辑链路控制子层。其中,逻辑链路子层不具有任何功能,只用于传输命令。介质访问控制子层的主要功能是控制对传输介质的访问、目的地址的校验和过滤,以及提供可靠的信息传输,使网络层成为一个无差错的数据通道。C EB us 的介质多重访问采用C SMA/CD CR 机制。

网络层管理网络拓扑结构并处理高层优先级请求。在CEBus 中网络层具有数据分段和流量控制功

能。

网络层拓扑结构的维护功能主要由网络中的路由、路桥等基础设备所使用。由于网络层已超然于传输介质之上,所以有信息的跨介质传输问题。又因为CEBus 覆盖了多种物理传输介质,既包括有线的也包括无线的。所以它有路桥(Brouters)的概念。

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8 仪表技术2002年第3期