一种基于电力线的家庭以太网络实现方法

随着科技的进步，网络已经开始涉及人们生活的方方面面。将网络延伸到家庭，实现家庭网络化、家用电器的上网和家庭的智能化等，越来越受到国内外众多公司和开发商的关注并已成为网络技术发展、竞争的又一新目标。家庭电器、各种家庭设备和计算机之间互联，实现Internet的接入是未来家庭网络的发展趋势。

1 家庭网络的实现技术

家庭网络的提出已有多年。目前国际上比较成熟和流行的有几种解决方案都基于不同的物理媒介，实现家庭内部的网络互联，具有各自的特点和不足之处。

No New Wire：电话线、电力线。 New Wires：以太网、光纤、USB、IEEE1394。 Wireless：家庭射频、蓝牙技术、无线以太网（IEEE802.11）。

电话线和电力线技术，在构建家庭网络中，因安装方便、维护简单、成本低等特点被许多家庭网络设备制造商看好。但是由于电话线、电力线不是专门为信号传输设计的，传输质量无法保证，容量受到其他信号的干扰，带宽有限，网络的安全问题很难保证。

以太网、不纤技术是非常成熟的技术。将它引入到家庭网络中，可以保证信号传输的质量。光纤有很高的带宽，对于实现未来家庭网络的多媒体应用有非常大的潜力。但是一般家庭不会在设计时预先辅助设以太网线或是光纤，所以必须在构建网络时重新布线，而且对于需要接入家庭网络的设备，必须要安装在铺设好的信号线附近，安装比较复杂。

无线家庭网络也是目前一种比较好的解决方案，它不需要重新架线，但是带宽和成本的比率很低。

为使家庭网络能真正走进普通家庭，必须在考虑通讯质量的同时。兼顾成本。因此，可以考虑将各种解决方案融合，建立基于不同媒介的家庭网络系统。

目前宽带进入家庭有两种接入方式：ADSL和Ethernet。而Ethernet接入与ADSL相比有更好的扩展性、更高的带宽。目前，中国网通公司就是运用此技术提供宽带服务的。家庭中，如何将Ethernet最便捷和高效地延伸到各个角落是家庭网络要解决的主要问题。在家庭环境下，将电力线作为近距离高速数据传输的媒介来解决这个问题有很大的优势。首先，它在家庭的分布最广、接入容易。在家庭各个房间都安装有电源插座，可以作为网络的接入点。对于需要接入网络的设备放置没特殊要求，凡是需要电源的网络设备就可以通过它的电源插座接入家庭网络。而实现这些只需要在电源插头上接上一个信号的中继装置。其次，成本低、安装方便正是家庭网络所追求的。通过电力线传输信号，不必再辅设额外的通讯线，这点对于刚装修好的家庭尤为重要。最后，它适应多种接口的接入。将接入家庭的Ethernet信号。通过特殊的中断装置传送到电力线上，在家庭网络设备端，通过同样的中继装置再将电力线上的信号还原成Ethernet信号，或是通过建有其它接口的中继装置（如USB接口）将来自电力线的数据从特定接口传给家庭设备（如上网家电），实现家庭设备的互联。此技术中，最为关键的就是不同媒介之间的中继装置。

2 网络中继装置的实现

2.1 基于电力线的高速信号传输技术

使用Intellon公司的PowerPacket技术，可以实现在电力线上的传输带宽达到14Mbps，而这种技术将来可以在电力线上实现100Mbps的传输速率。这为未来家庭网络向多媒体应用方向发展提供了支持。为实现基于电力线的高速信号传输，Intellon公司采用了其新的专利技术--正交频分多路调制（OFDM）技术。它可以自适应地调整载波频率，避开受干扰严重的频率；多载波同时传输，实现高速的数据传输。Intellon公司新推出的INT5130和INT1000就是采用这种技术的专用于低压电力线信号高速传输的芯片。

2.2 实现方案及工作过程

家庭网络组网如图1所示。网络接入服务营运商将10Mbps以太网接到每个家庭，实现宽带到户即Ethernet 1段。中继器实现以太网数据包的检测、缓冲和转发，实现两边所连接的不同段的网络状态的传播。通过中继器可以实现用电力线子网将两个以太网段相连接，在任一网段之间实现数据包的透明传输。当Ethernet1上的数据由中继器的以太网端口接收后，中继器将做出判断，缓冲接收到的数据，再从电力线端口发送出去。同时，以太网端口和电力线端口都符合CSMA/CD规范。

中继装置的电力线端有MAC控制，但有别于以太网的MAC。它是一个比以太网MAC更低层次的MAC，如图2所示。它将以太网的MAC包视为数据包，再对它进行一次封装，将电力线MAC的信息封装到新的数据包中，然后在电力线上传输。电力线端口的INT5130中内建有RISC，可以实现以太网数据包的Bridge功能，它使用一种源识别交换（source-aware bridging）技术。当一个节点需要发送以太网包，可以确定这个包的目标点是否在电力线上。如果不在本电力线段，而是需要中继装置进行转发，它会以中继器的地址为目标地址进行发送。在中断装置收到这个包后，会自动判断是否需要处理SA和DA。中继器的INT5130芯片内部有一个地址列表，提供BDA（Bridged Destination Address）信息。它把从MII口收到的以太网包的SA和自己的地址（BA）比较，如果不相同，则说明这个包是从其他节点发送的。在图1中可以认为是从Ethernet1段上的节点A发送的，它的SA为SA1，INT5130自动将这个SA1加入到BDA表中然后通过Channel Estimation Response数据帧，将它的地址BA和它的BDA表发送给电力线上的其他节点。这样其他节点就知道如果要发送DA=SA1的包就需要向地址为BA的中继装置发送。而在发送前先对这个数据包进行修改，在保留原来SA和DA的基础上，封装进新的DA=BA、SA=本节点地址。这样在中继装置收到后，去掉由电力线上发送节点添加的信息，还原成原来的数据包，再从以太网端口发送到以太风上去。

由于将电力线作为传输媒介，因此每个连接到电力线上的网络设备都可以将收到其他设备发出信号。为解决网络的安全问题，INT5130会将信号加密发送，在接收端再解密。收发双方有相同的密码钥匙才可以互相通讯。而且，一个设备可以有多个密码钥匙，可以通过网络配置这些密码。可以实现同时与不同设备的通讯，而互不干扰。
有了这些技术。INT5130可以实现通过家庭电力线以带宽共计方式接入Internet、Internet应用、PC文件和应用共享、打印机共享、网络游戏等。