Dé tai cia em là “nghiên cửu lớp điều khiển tuy nhập MAC cho mạng, thông tin trên đường đây hạ thế Power Line Communication PLC”.. Công nghệ truyền thong PLC Power Line Communication là
Trang 1LOT CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và có sự hướng dẫn của Ts
Thạm Văn Binh, được xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc đề hình thành hưởng nghiên cửu Nội dụng nghiên cửu có nguồn gốc rõ ràng tuần thủ dimg
nguyên tắc và kết quá được trinh hày trong luận văn fhu được trong quá trình nghiên
cứu ]à trung thực chưa lừng được ai công bố
Tà Nội, tháng 10 năm 2013
Táo giá luận văn
Tran Thi Nhải
Trang 2LOT NOT BAU
Công nghệ truyền tà trên đường dây điện luc (Power Line Communication — PUC) đã dược thực hiện từ khả lâu ở một số nước trên thẻ giới Ở Việt Nam, công, nghệ này mới được áp đụng và kết quả đạt được chưa cao, mới chỉ dừng lại ở múc truyền dữ liêu đo đạc trong nghành điện Sở dĩ như vậy là do mạng lưới điện nước
ta ban đầu được thiết kế không phái cho mục dich truyền thông, chất lượng đường,
đây kém, thiếu tính quy chuẩn
Dé tai cia em là “nghiên cửu lớp điều khiển tuy nhập (MAC) cho mạng, thông tin trên đường đây hạ thế (Power Line Communication PLC)” Dudi sy din đất và chỉ bảo phương hướng thực hiện công việc một cách tận tỉnh của thây hướng dẫn, em đã tiên hành nghiên cứu lớp MÁC của mạng PC, rồi từ đó Huân khảo cách thức xây dựng lớp MAC của dự án Linky một dự ản nhằm biển khai mạng diện
kế thông minh của Pháp sau đó em tiền hành mô phỏng mạng nhằm tối wu các thông số và dễ xuất giới lạn hoạt động của mạng
lâm xin được gửi lời cắm ơn sảu sắc đến T8 Phạm Văn Binh Trưởng bộ
4 Thông — Đại Học Bách Khoa Hà
Nội Trong quá trình làm luận văn, em dã được T5 Phạra Văn Bình tận tỉnh giúp dỡ
và quan tâm, cũng như cung cấp các tài liệu quý dé em hoản thành luận văn
nôn mạch và xử lý tín hiệu — Khoa Điện Tử V
Em củng xin gửi lời cảm ơn đến tập thé giảng viên Khoa Điện Tử Viễn Thông ĐH Bách Khoa Hả Nội dã giăng dạy vá trang bị cho em những, kiến thức
nnén ting trong suốt quá trình học tập trong Khoa
Trang 3TOM TAT
Hiện nay lĩnh vực truyền thông dang rất phát triển, ngoài các phương tiên truyền dẫn như cáp quang, cáp đồng trục, wireless thi việc sử dụng dây tái điện
cũng là một phương tiện truyền dẫn không kém phân hiệu quả Công nghệ truyền
thong PLC (Power Line Communication) là cóng nghệ sử dụng mạng lưới dường đây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chỉ phí đầu tư Tuy trên thế giới, công nghệ nay đã có từ lâu nhưng ở Việt Nam còn khá ami va cde ding dung mdi chi dùng lại ở mức rất khiêm tốn
Nhiém vụ của em là nghiên cứu giao thức lớp MAC trong mạng truyền thông
TẾ với ứng dụng là đo lường, giảm sát và điều khiến các thiết bị điện trong công, nghiệp Ứng dụng này yêu cầu một cách thức quản ly dơn giản, cho phép áp dụng,
tảo mật, độ ổn định cao; trong điều kiện tắc độ bit thấp, kích thước gói nhỏ, quy mô
xuạng không lớn Qua quá trình nghiên cứu rất nhiều mê hình mạng, em đá xây dựng dược một giao thức phủ hợp với ứng dụng trên Dựa trên kết quã mô phóng, mét mang PLC đơn giản với giao thúc đã xây dụng, Em để nghị một cầu hình phủ
và điển khiến sử dụng đường đây điện hạ áp
Trang 4DANH SÁCH HÌXH VẼ
Tình 2.2 Các nhân tổ tác động lên lớp MAC và các giao thức của nó 2ï
linh 2.3, Cầu trúc lớp MAC 28
Hình 2.4 Phân lớp trong giao thức MAC với cơ chế truy nhập động 30 Tình 2.5 Lược đỗ thời gùm của giao thức ALOHA - 32 Tlinh 3.6 Hiệu năng của mạng khi sử dụng giao thức ALOIIA 32
Hình 2.7 Lược để thời gian của giao thức Slotted ALOHA - 33
Hình 28: Nguyên lý của cơ chế Dynarmie backo[T - 34 Tlinh 3.9: Ví dụ thuật toán chia tách - - 36
Hình 2.10: Biểu đỗ luông của giao thức NonpersislenL CSMA - 37 Hình 2.11: Biểu đỗ luồng của giao thức p-Porsistent CSMA — linh 2.12: Biểu đỗ luông của giao thức 1-Persisteni CSMA se 39 Tình 2.13: Biểu đỗ thời gian của giao thức CSMA - - 40
Hình 2.14: Hiệu năng của mạng với các giao thức CBMIA khác nhau 41
Tinh 2.15: Hiện tượng ân thiết bị trong mạng PLC .12 Tình 2.16: Biểu đỗ luông của giao thức Token-passing, - - 44
Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của giao thức Token-ring c.e.c 48 Tlinh 2.18: Biéu dd luéng của giao thức Polling, 36
8
Trang 5SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 6SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 74.1 Bai toán m6 phong .cecsceserssiessesiisteesseusieesiesiieeistisinsseseneine
4.1.1.Mục đích ¬—- , ¬~"
4.1.2.Điều kiện ban đầu - - - oA
4.1.3.Các tiêu chí khi đánh giá một mẫu mô phỏng, "—-
Trang 8
Hình 4.3: Iaru dỗ thuật toán của tiền trình nút khi nhận được Beacon Request 99
linh 4.4: Lưu để thuật toán khối động thiết bị TH vee seessssse.ev TDU
Hinh 4.5: Tam đồ thuật toán tiến trinh bên thiết bị muốn gia nhập mạng 102
Hình 4.6: Lưu dễ thuật toán tiền trình gia nhập mạng, Coordinator 104
Tỉnh 4.7: Lưu để thuật toán triển trình ra khởi mạng, "¬— -
Hình 48: Mô phỏng kịch bản 1 trên NS NAM - - 108 Hình 4.9: Để thị mất gỏi và trể Backoff series TIỤ
Trang 92.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 10SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 114.1 Bai toán m6 phong .cecsceserssiessesiisteesseusieesiesiieeistisinsseseneine
4.1.1.Mục đích ¬—- , ¬~"
4.1.2.Điều kiện ban đầu - - - oA
4.1.3.Các tiêu chí khi đánh giá một mẫu mô phỏng, "—-
Trang 12DANH SÁCH HÌXH VẼ
Tình 2.2 Các nhân tổ tác động lên lớp MAC và các giao thức của nó 2ï
linh 2.3, Cầu trúc lớp MAC 28
Hình 2.4 Phân lớp trong giao thức MAC với cơ chế truy nhập động 30 Tình 2.5 Lược đỗ thời gùm của giao thức ALOHA - 32 Tlinh 3.6 Hiệu năng của mạng khi sử dụng giao thức ALOIIA 32
Hình 2.7 Lược để thời gian của giao thức Slotted ALOHA - 33
Hình 28: Nguyên lý của cơ chế Dynarmie backo[T - 34 Tlinh 3.9: Ví dụ thuật toán chia tách - - 36
Hình 2.10: Biểu đỗ luông của giao thức NonpersislenL CSMA - 37 Hình 2.11: Biểu đỗ luồng của giao thức p-Porsistent CSMA — linh 2.12: Biểu đỗ luông của giao thức 1-Persisteni CSMA se 39 Tình 2.13: Biểu đỗ thời gian của giao thức CSMA - - 40
Hình 2.14: Hiệu năng của mạng với các giao thức CBMIA khác nhau 41
Tinh 2.15: Hiện tượng ân thiết bị trong mạng PLC .12 Tình 2.16: Biểu đỗ luông của giao thức Token-passing, - - 44
Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của giao thức Token-ring c.e.c 48 Tlinh 2.18: Biéu dd luéng của giao thức Polling, 36
8
Trang 13
Hinh 3.2: Dinh dang tung Frame Contol cccccsecssscssssesscianssstncsceeseeenssseiess SỔ 1Iinh 3.3: Thực hiện FƠS HH HH eerrec seseoreeouro.SU
Hình 3.5: Định đang trường thông tìn Œ[§, cà iceneiersrerrreeecr 0U THinh 3.6: Dịnh đạng trường thông tin Pending address Xieeaeirreueecoro.ÔD Hình 3.7: Định đạng trường Superfame Specification - - él Hình 3.8: Định dang wang GTS Specification 0.0 Xeeearreooe.ÔÐ THỉnh 3.9 : Dinh dang trudng GTS Descriptor - - @ Hình 3.10: Định dạng trường Pending Address Specificatiom - 62 Hinb 3.11: Dinh dang khong Data cccsssssesessseissesussiissinsrseeseenssseies OF
Hình 3.14: Định dạng lệnh yêu cầu beacon co vases sects OF
Tlinh 3.15: Khung lệnh Tone Map Response .cseccscsseseussinsstecsseeneeeessee OF
Hình 3.16: Đmh dạng lệnh yêu cầu kết nói - - 70
Hình 3.17: Định dạng trường Capability Information 1 Tlinh 3.18: Dinh dang khong lệnh Associaion Response 72
Hinh 3.19; Binh dang khung Disassociation Notificaion Command
linh 3.20: Dinh dang khung lệnh yêu cầu data eee ¬ Hình 3.21: Chuỗi bản tin bắt đâu 1 PAN của một Coordinator - 75
Tỉnh 3.23: Chuỗi ban tin xin gia nhập mạng PAN à cu TD
Hình 3.24: Chudi bản tin truyền Data 81 Tình 3.25: Chuỗi bản tím đánh giá chất lượng kênh truyền 83
THỉnh 3.26: Tiên trình thiết bị rời khỏi PAN (do Coordinator) 86 Tỉnh 3.28: Tiên trình thiết bị rời khối PAN (do thiết bị) - - 86 Hình 3.29: Thuật toán CSMA-CA cái seo linh 4.1: Lam để thuật toán tiền trình khới tạo PAN, seo ĐỒ
Tình 4.2: Tauu đồ thuật toán tiên trình Aetive Scan - - 9%
Trang 14SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 15DANH SÁCH HÌXH VẼ
Tình 2.2 Các nhân tổ tác động lên lớp MAC và các giao thức của nó 2ï
linh 2.3, Cầu trúc lớp MAC 28
Hình 2.4 Phân lớp trong giao thức MAC với cơ chế truy nhập động 30 Tình 2.5 Lược đỗ thời gùm của giao thức ALOHA - 32 Tlinh 3.6 Hiệu năng của mạng khi sử dụng giao thức ALOIIA 32
Hình 2.7 Lược để thời gian của giao thức Slotted ALOHA - 33
Hình 28: Nguyên lý của cơ chế Dynarmie backo[T - 34 Tlinh 3.9: Ví dụ thuật toán chia tách - - 36
Hình 2.10: Biểu đỗ luông của giao thức NonpersislenL CSMA - 37 Hình 2.11: Biểu đỗ luồng của giao thức p-Porsistent CSMA — linh 2.12: Biểu đỗ luông của giao thức 1-Persisteni CSMA se 39 Tình 2.13: Biểu đỗ thời gian của giao thức CSMA - - 40
Hình 2.14: Hiệu năng của mạng với các giao thức CBMIA khác nhau 41
Tinh 2.15: Hiện tượng ân thiết bị trong mạng PLC .12 Tình 2.16: Biểu đỗ luông của giao thức Token-passing, - - 44
Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của giao thức Token-ring c.e.c 48 Tlinh 2.18: Biéu dd luéng của giao thức Polling, 36
8
Trang 16
Hình 4.3: Iaru dỗ thuật toán của tiền trình nút khi nhận được Beacon Request 99
linh 4.4: Lưu để thuật toán khối động thiết bị TH vee seessssse.ev TDU
Hinh 4.5: Tam đồ thuật toán tiến trinh bên thiết bị muốn gia nhập mạng 102
Hình 4.6: Lưu dễ thuật toán tiền trình gia nhập mạng, Coordinator 104
Tỉnh 4.7: Lưu để thuật toán triển trình ra khởi mạng, "¬— -
Hình 48: Mô phỏng kịch bản 1 trên NS NAM - - 108 Hình 4.9: Để thị mất gỏi và trể Backoff series TIỤ
Trang 17
Hình 4.3: Iaru dỗ thuật toán của tiền trình nút khi nhận được Beacon Request 99
linh 4.4: Lưu để thuật toán khối động thiết bị TH vee seessssse.ev TDU
Hinh 4.5: Tam đồ thuật toán tiến trinh bên thiết bị muốn gia nhập mạng 102
Hình 4.6: Lưu dễ thuật toán tiền trình gia nhập mạng, Coordinator 104
Tỉnh 4.7: Lưu để thuật toán triển trình ra khởi mạng, "¬— -
Hình 48: Mô phỏng kịch bản 1 trên NS NAM - - 108 Hình 4.9: Để thị mất gỏi và trể Backoff series TIỤ
Trang 18SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 192.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 20
Hình 4.3: Iaru dỗ thuật toán của tiền trình nút khi nhận được Beacon Request 99
linh 4.4: Lưu để thuật toán khối động thiết bị TH vee seessssse.ev TDU
Hinh 4.5: Tam đồ thuật toán tiến trinh bên thiết bị muốn gia nhập mạng 102
Hình 4.6: Lưu dễ thuật toán tiền trình gia nhập mạng, Coordinator 104
Tỉnh 4.7: Lưu để thuật toán triển trình ra khởi mạng, "¬— -
Hình 48: Mô phỏng kịch bản 1 trên NS NAM - - 108 Hình 4.9: Để thị mất gỏi và trể Backoff series TIỤ
Trang 211.2.4.Mệt số hạn chế trong việc truyền thông tin trên đường dây điện lực
CHƯƠNG 2 LỚP MAC TRONG MẠNG PLC
2.1 Tổng quan về lớp MÁC
2.1.1 Nhiệm vụ của lớp MAC
2.1.2.Các đặc điểm cia lap MAC
2.1.3.Các yêu cầu đối với lớp MÁC co
Trang 222.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 231.2.4.Mệt số hạn chế trong việc truyền thông tin trên đường dây điện lực
CHƯƠNG 2 LỚP MAC TRONG MẠNG PLC
2.1 Tổng quan về lớp MÁC
2.1.1 Nhiệm vụ của lớp MAC
2.1.2.Các đặc điểm cia lap MAC
2.1.3.Các yêu cầu đối với lớp MÁC co
Trang 24SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project
Trang 254.1 Bai toán m6 phong .cecsceserssiessesiisteesseusieesiesiieeistisinsseseneine
4.1.1.Mục đích ¬—- , ¬~"
4.1.2.Điều kiện ban đầu - - - oA
4.1.3.Các tiêu chí khi đánh giá một mẫu mô phỏng, "—-
Trang 262.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 27
Hinh 3.2: Dinh dang tung Frame Contol cccccsecssscssssesscianssstncsceeseeenssseiess SỔ 1Iinh 3.3: Thực hiện FƠS HH HH eerrec seseoreeouro.SU
Hình 3.5: Định đang trường thông tìn Œ[§, cà iceneiersrerrreeecr 0U THinh 3.6: Dịnh đạng trường thông tin Pending address Xieeaeirreueecoro.ÔD Hình 3.7: Định đạng trường Superfame Specification - - él Hình 3.8: Định dang wang GTS Specification 0.0 Xeeearreooe.ÔÐ THỉnh 3.9 : Dinh dang trudng GTS Descriptor - - @ Hình 3.10: Định dạng trường Pending Address Specificatiom - 62 Hinb 3.11: Dinh dang khong Data cccsssssesessseissesussiissinsrseeseenssseies OF
Hình 3.14: Định dạng lệnh yêu cầu beacon co vases sects OF
Tlinh 3.15: Khung lệnh Tone Map Response .cseccscsseseussinsstecsseeneeeessee OF
Hình 3.16: Đmh dạng lệnh yêu cầu kết nói - - 70
Hình 3.17: Định dạng trường Capability Information 1 Tlinh 3.18: Dinh dang khong lệnh Associaion Response 72
Hinh 3.19; Binh dang khung Disassociation Notificaion Command
linh 3.20: Dinh dang khung lệnh yêu cầu data eee ¬ Hình 3.21: Chuỗi bản tin bắt đâu 1 PAN của một Coordinator - 75
Tỉnh 3.23: Chuỗi ban tin xin gia nhập mạng PAN à cu TD
Hình 3.24: Chudi bản tin truyền Data 81 Tình 3.25: Chuỗi bản tím đánh giá chất lượng kênh truyền 83
THỉnh 3.26: Tiên trình thiết bị rời khỏi PAN (do Coordinator) 86 Tỉnh 3.28: Tiên trình thiết bị rời khối PAN (do thiết bị) - - 86 Hình 3.29: Thuật toán CSMA-CA cái seo linh 4.1: Lam để thuật toán tiền trình khới tạo PAN, seo ĐỒ
Tình 4.2: Tauu đồ thuật toán tiên trình Aetive Scan - - 9%
Trang 282.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 294.1 Bai toán m6 phong .cecsceserssiessesiisteesseusieesiesiieeistisinsseseneine
4.1.1.Mục đích ¬—- , ¬~"
4.1.2.Điều kiện ban đầu - - - oA
4.1.3.Các tiêu chí khi đánh giá một mẫu mô phỏng, "—-
Trang 302.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 314.1 Bai toán m6 phong .cecsceserssiessesiisteesseusieesiesiieeistisinsseseneine
4.1.1.Mục đích ¬—- , ¬~"
4.1.2.Điều kiện ban đầu - - - oA
4.1.3.Các tiêu chí khi đánh giá một mẫu mô phỏng, "—-
Trang 32DANH SÁCH HÌXH VẼ
Tình 2.2 Các nhân tổ tác động lên lớp MAC và các giao thức của nó 2ï
linh 2.3, Cầu trúc lớp MAC 28
Hình 2.4 Phân lớp trong giao thức MAC với cơ chế truy nhập động 30 Tình 2.5 Lược đỗ thời gùm của giao thức ALOHA - 32 Tlinh 3.6 Hiệu năng của mạng khi sử dụng giao thức ALOIIA 32
Hình 2.7 Lược để thời gian của giao thức Slotted ALOHA - 33
Hình 28: Nguyên lý của cơ chế Dynarmie backo[T - 34 Tlinh 3.9: Ví dụ thuật toán chia tách - - 36
Hình 2.10: Biểu đỗ luông của giao thức NonpersislenL CSMA - 37 Hình 2.11: Biểu đỗ luồng của giao thức p-Porsistent CSMA — linh 2.12: Biểu đỗ luông của giao thức 1-Persisteni CSMA se 39 Tình 2.13: Biểu đỗ thời gian của giao thức CSMA - - 40
Hình 2.14: Hiệu năng của mạng với các giao thức CBMIA khác nhau 41
Tinh 2.15: Hiện tượng ân thiết bị trong mạng PLC .12 Tình 2.16: Biểu đỗ luông của giao thức Token-passing, - - 44
Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của giao thức Token-ring c.e.c 48 Tlinh 2.18: Biéu dd luéng của giao thức Polling, 36
8
Trang 33
Hinh 3.2: Dinh dang tung Frame Contol cccccsecssscssssesscianssstncsceeseeenssseiess SỔ 1Iinh 3.3: Thực hiện FƠS HH HH eerrec seseoreeouro.SU
Hình 3.5: Định đang trường thông tìn Œ[§, cà iceneiersrerrreeecr 0U THinh 3.6: Dịnh đạng trường thông tin Pending address Xieeaeirreueecoro.ÔD Hình 3.7: Định đạng trường Superfame Specification - - él Hình 3.8: Định dang wang GTS Specification 0.0 Xeeearreooe.ÔÐ THỉnh 3.9 : Dinh dang trudng GTS Descriptor - - @ Hình 3.10: Định dạng trường Pending Address Specificatiom - 62 Hinb 3.11: Dinh dang khong Data cccsssssesessseissesussiissinsrseeseenssseies OF
Hình 3.14: Định dạng lệnh yêu cầu beacon co vases sects OF
Tlinh 3.15: Khung lệnh Tone Map Response .cseccscsseseussinsstecsseeneeeessee OF
Hình 3.16: Đmh dạng lệnh yêu cầu kết nói - - 70
Hình 3.17: Định dạng trường Capability Information 1 Tlinh 3.18: Dinh dang khong lệnh Associaion Response 72
Hinh 3.19; Binh dang khung Disassociation Notificaion Command
linh 3.20: Dinh dang khung lệnh yêu cầu data eee ¬ Hình 3.21: Chuỗi bản tin bắt đâu 1 PAN của một Coordinator - 75
Tỉnh 3.23: Chuỗi ban tin xin gia nhập mạng PAN à cu TD
Hình 3.24: Chudi bản tin truyền Data 81 Tình 3.25: Chuỗi bản tím đánh giá chất lượng kênh truyền 83
THỉnh 3.26: Tiên trình thiết bị rời khỏi PAN (do Coordinator) 86 Tỉnh 3.28: Tiên trình thiết bị rời khối PAN (do thiết bị) - - 86 Hình 3.29: Thuật toán CSMA-CA cái seo linh 4.1: Lam để thuật toán tiền trình khới tạo PAN, seo ĐỒ
Tình 4.2: Tauu đồ thuật toán tiên trình Aetive Scan - - 9%
Trang 341.2.4.Mệt số hạn chế trong việc truyền thông tin trên đường dây điện lực
CHƯƠNG 2 LỚP MAC TRONG MẠNG PLC
2.1 Tổng quan về lớp MÁC
2.1.1 Nhiệm vụ của lớp MAC
2.1.2.Các đặc điểm cia lap MAC
2.1.3.Các yêu cầu đối với lớp MÁC co
Trang 351.2.4.Mệt số hạn chế trong việc truyền thông tin trên đường dây điện lực
CHƯƠNG 2 LỚP MAC TRONG MẠNG PLC
2.1 Tổng quan về lớp MÁC
2.1.1 Nhiệm vụ của lớp MAC
2.1.2.Các đặc điểm cia lap MAC
2.1.3.Các yêu cầu đối với lớp MÁC co
Trang 362.2.Giao thite Polling ¬— 2,2.2.3.Giao thức lại ghép cọ tnineninrrrre event nennvseentne AT
2.3.Bảng so sảnh cáo giao thức eeerrirrsrererooooa.49
3.3.Kết luận chương, cà ccnnireererrerre ad CHUONG 3.” UNG DUNG LOP MAC TRONG DU AN LINEY 33 3.1.Giới thiệu dự án c cnneerriiirriirrerierarirooee 58
3.3.1 Định đạng khung MÁC chung àà Seeeereeeeirreeoe 8
3.3.4.Khủng Aclnowledgmeit ào cnreiiirere ¬— 3.3.5.Các khung MAC Command ccnseierierrereoeeioeeÔ
3.4 Các tiên trình thời gian - - - 75
3.4.1.Khói tạo một mạng PAN cv sHereerererrrrrrrrirreooeo ED
3.4.3.Thiết bị gia nhập mạng PAN
3.4.4 Truyền DA cnchHHHHnHH He g ae seeereeoee.BỤ, 3.4.5.Đánh giá chất lượng kênh truyền - - 82
3.5.Truy nhập kênh và rrức tru tiền cekiereirraeeireroeo BE 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA 87
3.6 ling s6 va cac thude tính PIB của lớp MAC 89
3.6.2.Céc thude tinh PIB op MAC eesesseessesciseeuneeeie seeeeereoue ĐỒ)
3.7,Kết luận chương, nh nrrrrrrrrrrrrrrersre U3' CHƯƠNG 4 MO PHONG - - - - 94
Trang 37SUMMARY
Nowadays, with the rapid development of ihe field of information
transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid This technology enables
information to travel through the low-voltage power line, thus saving much budget
on infrastruchue Although in Kurope, especially in France, the system has been widely deployed; in Vietnam, due to many sethacks, the application of PLC is very
Tanited
Our goal is to research a Medium Access Control (MAC) protocol suit for
TLC-based network, with the specific applications of metering, monitoring and
controlling These applications require simple management methods, high scourily
and stability; providing a low-rate physical layer in Vietuam After studying many
network models, I have built a MAC protocol suit that meets the requirement and is
lested int simulation T have also proposed a configuration for this suil, which can be
used as reference for manufacturers or network service provider when designing
TLC networks for other purposes
This research if applicd would allow the management of devices, channels
and the secured transmission process it will connect the researched physical layer with the desired application of metering, monitoring and controlling: two others amodules of the Smart Grid project