Page 33 - 网络电信2023年4月刊
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光 通 信
器件，与传统的全双工相比，该方案仅使用一根光纤即可实现 VLC系统的架构（图4）由VLC主机、VLC集线器及中继器、
双向通信。单刀双掷开关处于Rx侧时，半双工可见光收发电路 VLC设备三类装置构成。
工作在接收状态，由三极管构成的放大器将LED产生的电流放大 3.1.1VLC主机
比较后送入物理层（PHY）进行处理；单刀双掷开关处于Tx侧 VLC主机是整个系统的信息处理中枢和调配器。它的主要工
时，半双工可见光收发器工作在发射状态，N沟道MOSFET将物理 作内容包括：（1）对新连接的VLC设备、集线器和中继器进行
层（PHY）输出的电信号放大后驱动LED变成光信号输出。 准入验证；（2）对自身时域相同的装置发起时间同步；3）收
该方式实现的通信速率并不会特别高，但完全可以满足家庭场景 集各节点装置的数据；（4）向下游节点传递服务器信息。
内传感器的数据量和通信频次的需求，同时降低了布设难度和成本。 3.1.2 VLC设备
2.2 简洁的帧结构 VLC设备是联通物联网传感器、执行器与VLC系统的单元。
应用于智慧家庭网络的通信协议应当拥有简洁的帧结构， 它负责将物联网设备上报的数据转成符合VLC协议的帧格式，并
对于传感器和执行器而言，单次传递的信息量通常只有几个字 以可见光的形式接入VLC网络。
节，冗长的协议头相当于降低了通信效率。下面（如图3）展示 3.1.3 VLC集线器和中继器
了针对这种信息量级设计的帧结构，帧头大约5字节长度，包 VLC中继器的主要作用是对VLC网络的延长。有需要时中继
含前缀码（PRE）、CRC8校验、长度、目的地址（DA）、源地址 器也可以拥有VLC设备的某些功能，这种情况下中继器可以看成
（SA）、类型（Type），保证组网和寻址逻辑的同时，能够提 是某种特殊的VLC设备。
升通信效率，降低通信时延。 VLC集线器的作为一个相对简易的多通道复用装置，可以看
作是一种特殊的中继器。其除了可以延长VLC网络外，还可以增
图3 可见光通信协议的帧格式
加接入系统的设备数量，用作具有协议准入功能的多通道中继
装置。它控制时钟域的同步，将其连接设备的上行报文封包，
并能够根据寻址规则转发主机发出的下行报文。
集线器与中继器最大的不同在于，集线器具有VLC协议准入
的功能。中继器不会解析协议包，也不具备封包的功能，它只
会将收到的数据向另一侧端口传输。但它可以增强可见光通信
质量，修复时序、并在校验报文的正确与否。
3.2 VLC网络拓扑与定寻址
VLC网络的各个下游装置通过树型拓扑与主机连接，如图
三、可见光通信组建智慧家庭网络的方案 5。VLC设备可直接连在主机的下游端口，也可以通过集线器或
3.1 系统组成 中继器连接。VLC网络的定址空间由2个4bit地址组成，适应家
基于可见光通信（VLC）技术的组网方案可以采用的是一种轻 庭网络这种较小的网络规模。
量级、低时延的通信协议，括：物理层、数据链路层、网络协议层 VLC定址方案中每个树节点下配置最多15个直接从属节点。
和应用层。协议规范了主机和各种VLC装置之间的链路建立和数据 此外，为支持VLC信息的广播，将目标地址为0xFF报文定义为广
交互规则。VLC系统的通信方式采用时分多址（TDMA）的半双工通 播。采用这种定址方案的VLC系统最多可向下拓展两层网络，并
信方式，系统内各节点装置按照主机分配的时隙共享带宽。 能支持最多254个网络装置的接入。
图4 VLC 系统架构
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