基于寬帶電力載波技術的多功能路燈系統

基于寬帶電力載波技術的多功能路燈系統

隨著能源與環保問題日益緊張，我國對城市發展建設的各個方面都提出了節能減排的要求。城市照明作為一個城市的重要基礎設施，具有數量巨大、使用頻繁的特點。為了保障人民群眾正常生活的安全，同時兼顧節約用電，節能減排的目的，各地路燈管理單位紛紛將原有照明燈具換成LED節能照明器具，并對原有照明系統進行LED改造，期望通過使用LED燈具實現節能減排的目的。除了更換燈具的方法，對現有路燈系統根據需求進行節能控制也是一個好的選擇。然而， 現有的很多節能控制方案都是從路燈系統自身出發，重點考慮的是路燈控制指令的傳輸和路燈系統的控制問題，沒有從城市公共設施功能的整體出發考慮，從而導致功能單一，不能為智慧城市的發展提供基礎設施的支撐。

鑒于上述方案的不足，本文從智慧城市整體功能出發，通過對現有城市路燈系統的改造，并兼顧智慧城市的建設需求，提出一種融合信息路燈解決方案。

系統方案

本系統主要由工業級電力貓、WiFi AP無線模塊、視頻監控、路燈控制中心等4個部分構成，系統構成如圖1所示，各模塊主要功能如下：

1.工業級電力貓

工業級電力貓為電力線寬帶載波模塊，是智能路燈視頻監控和WiFi上網系統中的關鍵設備，在路燈之間使用現有電力線作為基礎傳輸線路，實現數據的通信，不需要重新做任何的布線和修改，對輸電線也沒有任何特殊的要求。

模塊無需增加專用網絡線，以路燈供電線路作為無線WiFi的數據和監控視頻流的通信信道，具有成本低，組網簡單的特點，可與Internet外部網絡進行交互通信，實現監控視頻遠程監控和提供無線WiFi免費上網功能。模塊可集成到燈具中，形成一體化智能路燈產品。

2.WiFi AP無線模塊

內置WiFi AP無線模塊，為用戶實現覆蓋范圍內的WIFI無線上網功能，滿足多人網頁瀏覽。

3.視頻監控

通過以太網RJ45接口連接網絡攝像頭設備，在電力線上實現視頻數據的傳輸，用于監控路面，路燈檢查，公安、交警監控，視頻搜索等，可作為城市的智能化管理系統的組成部分。

4.路燈控制中心

路燈控制中心設置在路燈管理部門內，由服務器和相關軟件組成。路燈管理部門通過路燈控制中心的軟件可以對路燈實施遠程管控和監測。路燈控制中心需滿足目前路燈管理部門大部分的管理工作，通過進一步的軟件功能完善，可以通過路燈控制中心軟件完成管理部門更多的工作。

本系統主要用于路燈供電線距離在2kM以內的應用場景。路燈控制中心首先將需要控制的指令發送給調光用的集中器和Master電力貓，二者均安裝于配電室內，通過網絡交互機將整個系統接入外部Internet網絡中。對于工業級電力貓，為滿足最大傳輸速率，在路的兩側分別使用兩個不同“域”，由于兩個“域“會發生串擾，所以需要在配電柜輸出端加電感隔離。

以左側路燈為例，使用單個“A域”，由于Slaver節點的傳輸速率與Master距離和中繼次數有關，靠Master最近的Slaver－1的傳輸速率最高，隨著距離的增加傳輸速率將逐漸降低，所以距Master較近的幾個Slaver節點，

完全可以滿足傳輸視頻和提供wifi信號的需求。但對于距離最遠的Slaver節點，比如在1kM～2kM之間的Slaver節點，需要經過2～5次的中繼，傳輸速率可能會降低到約10Mbps以下，同時伴隨傳輸延時和錯報率增加，基本可以滿足一路視頻的傳輸或者有限的wifi上網需求。

通過綜合評估，對于2kM的傳輸距離，本系統可實現的最大總傳輸速率約為100Mbps ～120Mbps左右。假設路燈間距40m，單側路燈數量為50盞燈，單路視頻的帶寬需求為6Mbps，可滿足約10路視頻傳輸的需求，也就是可滿足每五盞燈之間一路視頻的傳輸需求。另一方面，對于距離Master節點1km以內的Slaver節點，可同時滿足傳輸視頻和wifi上網需求，但對于距離Master節點1kM～2kM之間的Slaver節點，只可滿足一路視頻的傳輸或者有限的wifi上網需求。

圖1 系統構成圖

圖2 工業電力貓工作原理介紹

工業級電力貓工作原理

作為系統的設計核心，工業級電力貓在本系統的作用不言而喻，下面對該設備進行簡單的介紹：

在本系統中，工業電力貓工作原理如圖1 所示：在上圖中，電力貓包含一個Master節點，多個Slaver節點。Master節點通過組網將Slaver節點信息注冊收集。Master節點與Slaver節點的組網結構屬于星形結構，在不加中繼節點的情況下，Master節點到Slaver點對點最遠傳輸距離為500m，點對點最大總傳輸速率可達到200 Mbps左右。對于一Master對多Slaver的情況，Master到各Slaver的傳輸速率會因為不同傳輸距離和環境的不同而不同，但總傳輸速率不會超過200Mbps。

如果傳輸更遠距離需要增加中繼節點，但是增加中繼節點的帶來的缺點是會降低一定的速率；如上圖所示，如果Master節點要和距離超過500m的Slaver－5、Slaver－6、Slaver－7進行通信，首先要通過Slaver－4進行中繼，同時Slaver－4也作為普通Slaver節點進行視頻監控數據的傳輸。

在本系統的電力貓設計中，電力貓核心通信單元采用東軟載波生產的SSC1660芯片。該芯片是一款將模擬前端、基帶調制解調、數字信號處理、CPU 內核及豐富的功能外設高度集成一體的專用通信芯片，可以提供標準以太網接口，無縫對接用戶設備端，可在電力線、同軸電纜、電話線等介質下進行有效的數據傳輸，傳輸帶寬為1.8M－25M/50MHz，物理層最高傳輸速率可達250M/500Mbps，其被廣泛應用于智能安防、智能樓宇、智慧社區等領域。

結束語

本文提出了一種新的智能路燈解決方案。該方案利用電力載波技術，通過在現有路燈線路中加裝電力載波通信模塊，實現了路燈的遠程控制。同時，為了充分利用現有電力網絡的傳輸資源，在本方案中，在原有路燈部分加裝了視頻監控部分和WiFi 模塊，使原有的路燈即具備了傳統的照明功能，同時還具有了現場監控，為居民提供INTERNET接入的功能，大大豐富了現有路燈的服務功能，為智慧城市的建設提供了基礎設施。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.018