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ST7536的電力載波網絡的路由算法研究
摘要：法國ST公司的ST7536是一個半雙工、同步FSK調制解調器芯片。它專為低壓電力線傳輸而設計，較好地克服了低壓電力載線波傳輸中的技術問題。但是在實際應用中，電力載波網絡的通信距離均無大于其芯片的通信距離，所以必須使用相應的算法來補償，從而更好地應用于實際當中。本文介紹一種簡單可行的路由算法。關鍵詞：ST7536 電力線載波 數據通信 網絡 路由算法
引言
隨著現代化進程的不斷發展，能夠大量節約人力物力的自動化系統得到廣泛的應用，電力載波技術就是在這一形式下推出的一項技術。電力線載波（PLC）是電力系統特有的、基本的通信方式。電力線載波通信是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。由于使用堅固可靠的電力線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、可同時復用遠動信號等特點，是唯一不需要線路投資的有線通信方式。電力線載波通信技術可以進行模擬（語音信號）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化、小型辦公室、家庭辦公室通信（如互聯網、內部信件、游戲、音頻、視頻）等領域，具有節省費用、安裝方便、應用廣泛等特點。
圖1
作為通信技術的一個新興應用領域，電力載波通信技術以其誘人的前景及潛在的巨大市場而為全世界所關注，成為世界各大公司及研究單位爭相研究的熱點。國外許多著名公司和研究單位，如Intellon、Thomson、Atmel等，都在外此進行研究，并開發出相應的器件和產品；而國內的許多企業也緊隨國際步伐，在利用電力線傳輸信息，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。
1 ST7536簡介
ST7536是單芯片Modem，有28個引腳。ST7536芯片的集成度很高，只需要較少的外部元件來完成所有操作：1個晶振，4個電阻和5個電容。表1給出其各主要引腳的功能。
表1 ST7536主要引腳說明
說 明
1 Rx/Tx 發送或接收模式選擇輸入 2 RESET 邏輯復位和電源關閉模式輸入，低有效 5 RxD 同步接收數據輸出 6 CLR/T 和功能模式相關的發送接收時鐘輸出 7 RxDEM 解調后的數據輸出 12 TxD 發送數據輸入 15 CHS 信道選擇輸入 16 AFCF 波特率選擇輸入 17 DVSS 自動頻率控制輸出，連接外部補償電路 19 DEMI 中間頻率濾波器輸出 20 AVSS FSK解調輸入 24 RAI 接收模擬輸入 25 RxFO 接收濾波器輸出 26 TXFI 發送濾波器輸入（TEST4為高時被選中） 27 ALCI 自動等級控制輸入 28 ATO 模擬發送輸出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鐘相關聯。此時鐘信號由ST7536產生。當ST7536工作于發送方式時，發送的數據（TXD）在時鐘的正沿被抽樣，然后進入FSK調制器。它的工作頻率是由時間基準和控制邏輯來設定的。在正常工作狀態，信號混合電路決定送至發送濾波器的FSK調制信號。此濾波器是一開關型的電容帶通濾波器。
在接收方式時，信號通過接收模塊輸入端（RAI）進入，被接收信號經過接收帶通濾波器濾波。接收濾波器與發送濾波器一樣，也是開關電容濾波器，也用自動頻率控制電路來將此濾波器設定于正確的工作頻率上。經過放大之后，此接收信號頻率向下變換并經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完成的，它濾除了失調電壓。時鐘恢復電路從FSK解調器的解調輸出中接收時鐘信號（CLR/T）。同步接收的數據在時鐘正沿被傳送。
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。
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2 路由算法的實現
路由器是網絡層的互聯部件，可提供比網橋更豐富、靈活的網絡互聯功能，是目前使用最多的網絡互聯部件之一。路由算法是用軟件方法實現路由的功能。
路由算法的工作原理及操作過程主要包括下面幾點。
①接收數據包，并將數據包進行分解。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來。最后再根據報頭的不同，選擇進行什么操作。
②對IP數據包進行處理。當接收到有效的報文時，路由器必須決定該數據是本地提交還是向前轉發。當IP廣播或多播時，也可能是一種混合的情況。對這些情況的判斷，主要根據下面三個規則進行處理：
*當IP數據包中有一個源路由選項時，它將被轉發而不進行本地提交；
*當IP目的地址或其非轉發多播地址中的某一個地址與數由器的某個端口地址相符時，將進行地提交；
*當IP目的地址是一個廣播地址，或者是個既要轉發又要本地提交的多播地址時，將同時進行兩個操作。
③轉發尋址。當路由器決定要轉發一個IP數據包時，先要確定下一個路由器的地址。如果數據包中包括路由器選項而且驗證其合法時，則下一個路由器地址可取自自身列表中的一項，而源地址應該是寫成廣播源的地址。
④轉發驗證。在轉發之前，路由器應該對數據包進行一些校驗工作，而只有驗證無誤的時候才能進行轉發，否則將數據包拋棄而重新提示數據包的廣播源重發。這里的校驗分兩個部分：一個是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。
由于電力載波網絡的采集器與集中器之間的距離在實際應用中遠遠超過最大通信距離，所以必須使用路由算法來彌補這個缺點。
由于載波網絡的硬件十分固定，而且相對來說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路由表算法。
圖3為電力載波網絡通信原理。圖中的采集器1、2可以直接和集中器進行通信，而采集器3、4、5由由于通信距離過遠不能直接和集中器進行通信，因而要利用采集器1、2作為中繼器間接與采集器進行通信。采集器1、2中安放的靜態路由表中分別為采集器3和采集器4、5的地址。
在載波網絡當中，傳輸數據包的格式按照現場總線的規定方式：
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，要提示發送包的單元重新發送數據包，直至二者結果一致為止。這一點在流程圖中沒有被強調。
結語
與擴頻載波產品（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際意義。
本文給出了在基于ST7536的電力載波的通信網絡中，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單的路由算法。應用該算法可以使電力載波網絡的通信距離大大算法，從而提高電力載波芯片的應用范圍，具有較高的應用價值，特別是在小區自動抄表系統的實際應用當中有著較好的效果。
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