基于PLC技術(shù)的無線多媒體教學(xué)樓改建方案

朱洪武

(西南民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心，四川 成都 610041)

基于PLC技術(shù)的無線多媒體教學(xué)樓改建方案

朱洪武

(西南民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心，四川 成都 610041)

用電力線取代多媒體教室建設(shè)時(shí)需要的雙絞線，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息和數(shù)據(jù)的傳輸.避免了常規(guī)方法所產(chǎn)生的破壞教室墻體和重復(fù)走線的問題，并能保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速率以及穩(wěn)定性.利用電力線通信調(diào)制解調(diào)設(shè)備上的無線路由模塊，還能連接多媒體教室內(nèi)的無線智能設(shè)備，輔助教師授課，提高其教學(xué)質(zhì)量.

電力線通信；多媒體教室；無線智能設(shè)備

隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，采用多媒體課件來進(jìn)行授課，已經(jīng)是各大高校教師上課的主要手段.但是，全國只有部分高校全部教室均為多媒體教室，大多數(shù)高校正在新建多媒體教學(xué)樓和普通教室的多媒體化改建.此外，隨著無線智能手持設(shè)備在日常生活和教學(xué)活動(dòng)中的大量使用，在多媒體教學(xué)樓內(nèi)配置無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為熱點(diǎn).如何將黑板加粉筆的傳統(tǒng)教學(xué)樓改建成有更高效率的無線多媒體教學(xué)樓，并且實(shí)施遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化管理，是很多高校目前正在進(jìn)行的工作.

近年來，在歐洲、美國和日本各大科研單位和廠商的共同努力下，電力線通信這項(xiàng)誕生于上世紀(jì)的技術(shù)，正受到越來越多人的關(guān)注.技術(shù)人員改進(jìn)通信技術(shù)、完善通信協(xié)議，不斷的有新產(chǎn)品問世，改變和豐富了人們的生活，提升了人們的生活品質(zhì).充分利用電力線通信技術(shù)的優(yōu)勢，筆者提出了一個(gè)將普通教學(xué)樓改建成無線多媒體教學(xué)樓的方案，在保障了網(wǎng)絡(luò)傳輸快速、穩(wěn)定的同時(shí)，還能不破壞教學(xué)樓墻體，減少網(wǎng)絡(luò)布線，節(jié)省改建材料，符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的需求.

1 電力線通信

1.1 電力線通信發(fā)展及現(xiàn)狀

電力線通信(Power Line Communication，英文簡稱PLC)技術(shù)是指利用電力線來代替網(wǎng)線，傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)的一種通信方式.利用該技術(shù)，把載有信息的高頻加載于電流中，然后用電線傳輸.接受信息的適配器把高頻從電流中分離出來，并傳送到計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)信息傳遞.日常生活中的220V低壓電線正好是電力線通信的良好載體.

目前，生活中的數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字監(jiān)控設(shè)備和智能電表等已經(jīng)運(yùn)用了電力線通信技術(shù).電力線通信目前遵循的規(guī)范和協(xié)議，是由歐洲電力線聯(lián)盟指定的HomePlug 1.0，HomePlug 1.0 Trubo和HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn).在HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn)中，電力線中的信息傳輸速度能達(dá)到最高200Mbps以上，此速度已能滿足多媒體教室上課所需的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸要求[1-7].

1.2 PLC調(diào)制解調(diào)器

電力線通信的核心技術(shù)是PLC調(diào)制解調(diào)器，由濾波器、調(diào)制器、耦合電路、功率放大器和解調(diào)器等部分組成.數(shù)據(jù)接收時(shí)，電力線上加載的數(shù)據(jù)信號(hào)通過耦合電路和功率放大后，由解調(diào)器解調(diào)后將數(shù)據(jù)信息提取出，供多媒體設(shè)備使用.數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，待發(fā)數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制器調(diào)質(zhì)后，利用功率放大器將其放大，再通過耦合電路將放大后的信號(hào)加載到電力線中進(jìn)行傳輸[8-13].其原理如圖1所示:

圖1 PLC調(diào)制解調(diào)器工作原理Fig.1 Operating principle of PLC modem

2 傳統(tǒng)多媒體教學(xué)樓改建方案

將普通教室改建成多媒體教室，目前普遍的改建方案如下.利用雙絞線將每一間教室的電腦、投影儀等多媒體設(shè)備連接到該教室所在樓層的接入交換機(jī)上.一般而言，一臺(tái)接入交換機(jī)連接教室數(shù)量不超過10間，如果樓層教室數(shù)量過多，可以考慮將教學(xué)樓按照布局均分為兩部分或者三部分，每一部分單獨(dú)配置樓層接入交換機(jī)設(shè)備.每層樓的接入交換機(jī)再通過雙絞線連接到負(fù)責(zé)整棟樓的匯聚層交換機(jī).教學(xué)樓的匯聚層交換機(jī)再通過光纖連接到學(xué)校的核心交換機(jī)，通過核心交換機(jī)，就能和主干網(wǎng)絡(luò)相連，接入萬維網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行授課[14-15].

通過上面的改建，已然讓普通教室變成了多媒體教室，利用多媒體設(shè)備，能滿足教師的授課.但是，對于數(shù)量眾多的多媒體教室的管理，卻顯得捉襟見肘.針對這個(gè)問題，西南民族大學(xué)在2003年建設(shè)新校區(qū)多媒體教學(xué)樓的時(shí)候，就提出了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理的方案，并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn).具體方案是，對多媒體教室內(nèi)的電腦和投影儀設(shè)備制定唯一的IP地址，處于不同匯聚層交換機(jī)的電腦和投影儀劃分到一個(gè)IP字段.讓所有教室電腦、投影儀和管理人員的電腦處于同一VLAN內(nèi).教室電腦安裝遠(yuǎn)程控制軟件的被控端，管理人員的電腦安裝遠(yuǎn)程控制軟件的控制端，利用IP地址查找到教室電腦，即能進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，處理教室多媒體設(shè)備故障.

以上的方案，是教學(xué)樓改建的最常用方法，目前幾乎所有高校的教學(xué)樓多媒體化改建，都是用這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來進(jìn)行改建.這樣的改建，也被許多高校，包括筆者所在的學(xué)校驗(yàn)證是穩(wěn)定可靠的.

3 基于PLC技術(shù)的新方案

3.1 傳統(tǒng)教學(xué)樓改建方案的不足

傳統(tǒng)教學(xué)樓改建方案，特別是從接入交換機(jī)到教室多媒體設(shè)備這部分改建.雖然可靠，卻有一些不足之處.

其一，在網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)蓬勃發(fā)展之前，教學(xué)樓的修建通常沒有在教室里預(yù)留網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口，教學(xué)樓樓層之間，也沒有考慮到以后的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展而預(yù)埋管線.所以，利用雙絞線連接教室設(shè)備和交換機(jī)，就必須在每間教室砸墻開洞，從教室天花板穿管走線.這不僅影響美觀，還有一定的安全隱患.

其二，利用雙絞線連接多媒體設(shè)備時(shí)，為了保證連接的穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)接口通常需要被固定住.連接電腦的接口一般都在講桌里，連接投影儀的接口在天花板吊裝處.當(dāng)上課教師需要利用自己的設(shè)備授課時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)固定了的網(wǎng)絡(luò)接口不太方便連接自己的筆記本或是其他多媒體設(shè)備，擴(kuò)展性大打折扣.為了解決連接筆記本的問題，可以考慮在講臺(tái)桌面安裝一個(gè)擴(kuò)展接口.此方案需要上課教師自帶一根視頻連接線連接筆記本和講桌接口，并且對于無線設(shè)備的連接也無能為力.

3.2 對傳統(tǒng)方案的改進(jìn)

針對第一點(diǎn)不足，我提出了基于PLC技術(shù)，采用電力線代替?zhèn)鹘y(tǒng)超五類雙絞線的方案.

從主干網(wǎng)絡(luò)到匯聚層交換機(jī)，有大量數(shù)據(jù)和信息需要傳輸，并且對傳輸速度和穩(wěn)定性要求也非常高，我們還是采用光纖連接，不做更改.我們主要對接入交換機(jī)到每間教室的多媒體設(shè)備之間的雙絞線連接進(jìn)行改進(jìn).

因?yàn)?，即便是很舊的教學(xué)樓，電力線也是每個(gè)教室必不可少的一部分，利用PLC調(diào)制解調(diào)器，即可用教室的電力線代替雙絞線來連接接入層交換機(jī)，將教室的多媒體設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò).用電力線來代替雙絞線，可避免對教學(xué)樓本身的物理破壞.另外，每間教室的設(shè)備到需要連接的接入層交換機(jī)的距離，近則十來米，遠(yuǎn)則四五十米，一棟教學(xué)樓光是這部分雙絞線，都是好幾百米，甚至上千米.用已經(jīng)存在的電力線代替雙絞線，能為教學(xué)樓的改建節(jié)省大量的材料.

為此，我們只需要用雙絞線為接入層交換機(jī)端連接一個(gè)PLC調(diào)制解調(diào)器，將PLC調(diào)制解調(diào)器插上電源.然后，來到需要和這臺(tái)交換機(jī)連接的多媒體教室，在教室的電源插頭上，插上一個(gè)PLC調(diào)制解調(diào)器擴(kuò)展端，對兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行配對.配對成功后，將教室的多媒體設(shè)備和教室里的PLC調(diào)制解調(diào)器連接.這樣，兩個(gè)PLC調(diào)制解調(diào)器就能利用電力線傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和數(shù)據(jù)，讓教室多媒體設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上.并且，接入層交換機(jī)端相連的PLC調(diào)制解調(diào)器還能和多個(gè)教室端的PLC調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行配對.

整棟教學(xué)樓即可用此方案進(jìn)行多媒體化改建.

3.3 無線多媒體教室改建

隨著無線智能設(shè)備的普及，除了傳統(tǒng)的電腦、投影儀和監(jiān)控?cái)z像頭等多媒體設(shè)備以外，無線智能設(shè)備也被更多的老師使用，作為課堂教學(xué)的輔助.具有無線網(wǎng)卡的筆記本、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐队皟x、IPad和智能手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，都是未來多媒體教室必不可少的重要組成部分.所以，改建多媒體教室時(shí)，我們也有必要在教室內(nèi)添加無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入口.在利用PLC調(diào)制解調(diào)器連接的基礎(chǔ)上，我們可以很輕松的解決無線設(shè)備的接入問題.

如果采用傳統(tǒng)方案，用雙絞線連接教室設(shè)備和接入層交換機(jī)，我們只能在教學(xué)樓內(nèi)安裝無線路由器，來解決教師無線上網(wǎng)的問題.教室墻壁對無線信號(hào)的阻礙是很嚴(yán)重的，為了讓整棟教學(xué)樓都具有無線信號(hào)，我們需要布置多個(gè)無線路由器，并且做無線路由橋接(WDS)，以保障每個(gè)教室都有較強(qiáng)的無線信號(hào).當(dāng)作為橋接的某一個(gè)無線路由器出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致通過此路由橋接上網(wǎng)的教室信號(hào)很弱，甚至沒有無線信號(hào).

當(dāng)我們利用PLC方案改建多媒體教室時(shí)，就能較容易解決教師無線上網(wǎng)問題.我們只需要在教室端插入的PLC調(diào)制解調(diào)器里，加入無線路由模塊，即可以實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的有線和無線同時(shí)傳輸?shù)墓δ?具有無線路由功能的PLC調(diào)制解調(diào)接入設(shè)備，能滿足多媒體教室內(nèi)多個(gè)無線智能設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的需求.并且能夠?qū)o線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密設(shè)置，以免學(xué)生上課時(shí)利用教室無線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)，影響聽課.目前，網(wǎng)件(Netgear)、華為、中興、普聯(lián)技術(shù)有限公司(TP—Link)等公司已經(jīng)成功開發(fā)出基于PLC技術(shù)，具有無線路由擴(kuò)展功能的電力線連接設(shè)備.華為PT500/PT530電力線無線適配器已經(jīng)能達(dá)到電力線上500Mbps和無線300Mbps的傳輸速度，以及一個(gè)PLC路由器與多達(dá)7個(gè)無線PLC擴(kuò)展器的配對連接.

以一個(gè)東西方走向的舊式教學(xué)樓的改建為例，其無線接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇閳D2所示:

4 總結(jié)

基于PLC技術(shù)的多媒體教學(xué)樓改建方案，充分利用了分布廣泛的電力線，相比于傳統(tǒng)方案，有如下優(yōu)點(diǎn):1)不需要破壞墻體，縮短改建時(shí)間.2)較少使用超五類雙絞線，也不需要為每間教室安裝無線路由設(shè)備，節(jié)約了改建資金.3)安裝調(diào)試方便快捷.4)易于連接智能無線設(shè)備.不過，雖然PLC技術(shù)一直在發(fā)展，其自身的一些劣勢也限制了其更快速的發(fā)展.比如，基于PLC的網(wǎng)絡(luò)連接方案，由于加載到電力線上的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)有其固有的載波通道工作頻率，會(huì)被電表過濾掉，所以PLC調(diào)制解調(diào)器不能跨電表使用.此外，由于其他用電設(shè)備的干擾，也會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)傳輸偶有不穩(wěn)定的情況出現(xiàn).不過，隨著PLC技術(shù)的不斷成熟，以及通信協(xié)議的不斷完善，相信上述劣勢會(huì)被逐漸克服，這項(xiàng)技術(shù)是有著非常廣闊的應(yīng)用前景的.

圖2 多媒體教學(xué)樓改建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.2 Network topology of multimedia teaching building reconstruction

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(責(zé)任編輯:張陽，付強(qiáng)，李建忠，羅敏；英文編輯:周序林)

Transformation plan of wireless multimedia teaching building based on PLC technology

ZHU Hong-wu
(Modern Education Technology Center，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

The power line replaces the twisted-pair in construction of the multimedia classroom and it can transmit the network information and data.It can avoid making the destruction and re-alignment of the classroom walls，and wasting material and other issues.It can ensure the network to transfer rate and to keep its stability.With the wireless routing module PLC modem device which can connect the wireless smart device in the multimedia classrooms and assist teachers in teaching and improve the quality of teaching.

power line communication；multimedia classroom；wireless smart device

TP273

A

2095-4271(2015)04-0474-04

10.11920/xnmdzk.2015.04.014

2014-12-03

朱洪武(1982-)，男，漢族，四川成都人，實(shí)驗(yàn)師.研究方向:信息安全，多媒體技術(shù)，計(jì)算數(shù)學(xué).E-mail:zhuhongwu99＠163.com

2015年度西南民族大學(xué)教育教學(xué)改革青年項(xiàng)目(編號(hào):2015QN20)；2014年度西南民族大學(xué)教育教學(xué)改革一般項(xiàng)目(編號(hào):2014YB10)；2014年度西南民族大學(xué)教育教學(xué)改革青年項(xiàng)目(編號(hào):2014QN04).