GB/T 40779-2021 信息技术 系统间远程通信和信息交换 应用于城市路灯接入的低压电力线通信协议

　　ICS 35 . 1 10 CCS L 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40779—2021

　　信息技术 系统间远程通信和信息交换

　　应用于城市路灯接入的低压电力线

　　通信协议

　　Informationtechnology—Telecommunicationsandinformationexchange betweensystems—Low-voltagepowerlinecommunicationprotocolfor

　　urbanstreetlightaccess

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40779—202 1

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC 28)提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、深圳市力合微电子股份有限公司、安徽德诺科技股份公司、深圳赛西信息技术有限公司、深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司、深圳市灯光照明管理中心、中国电子技术标准化研究院华东分院、北京卓越信通电子股份有限公司、珠海中慧微电子有限公司、广州市照明建设管理中心、江苏赛西科技发展有限公司、厦门瑞德利校准检测技术有限公司。

　　本文件主要起草人：孙伟、朱永、寇宏、卓兰、杨宏、刘鲲、韩丽、陈丽恒、郜红兵、张弛、彭波、郭雄、寿佳宇、雷根、徐文学、李先怀、谢映海、张晓春、林涛、丘玉蓉、黄亚、王洁、吴春海、徐少辉。

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　　信息技术 系统间远程通信和信息交换

　　应用于城市路灯接入的低压电力线

　　通信协议

　　1 范围

　　本文件规定了应用于城市路灯接入的窄带低压电力线通信应用支持层、数据链路层和物理层协议。本文件适用于经由低压供电线路(220 V/380 V 电压等级)与路灯进行通信的应用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 31983 . 31—2017 低压窄带电力线通信 第 31 部分：窄带正交频分复用电力线通信 物理层规范

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　电力线通信 powerlinecommunication

　　将数据以某种方式调制到合适的载波频率上，以电力线作为物理媒体进行传输，实现在数据终端之间的通信或控制。

　　注 ：电力线通信也称为电力线载波通信。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　AP：应用 (Application)

　　API：应用接口 (Application Interface)

　　APDU：应用协议数据单元(APP Protocol Data Unit)

　　APS：应用支持(Application Support)

　　ASG：有效子载波组(Active Sub-carrier Group)

　　CCA：信道状态评估(Channel Condition Assessment)

　　CFP：无竞争时段(Contention Free Period)

　　CRC：循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)

　　CSMA/CA：带碰撞避免的载波侦听多点接入 (Carrier Sense Multiple Access with Collision A-

　　voidance)

　　DIB：数据信息库(Data Information Base)

　　DID：域标识 (Domain Identification)

　　DLL：数据链路层(Data Link Layer)

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　　DSC：数据子载波(Data Sub-carriers)

　　DSN：数据序列号(Data Sequence Number)

　　FCS：帧检验序列(Frame Check Sequence)

　　LLC：逻辑链路控制子层(Logical Link Control)

　　LPDU：逻辑链路控制子层协议数据单元(LLC Protocol Data Unit)

　　MAC：媒体访问控制(Media Access Control)

　　MIB：管理数据库(Management Infromation Base)

　　MPDU: MAC层协议数据单元(MAC Protocol Data Unit)

　　MSDU: MAC层数据服务单元(MAC Data Service Unit)

　　MSG：被屏蔽子载波组(Masked Sub-carrier Group)

　　OFDM：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

　　PHY：物理(Physical)

　　PSC：导频子载波(Pilot Sub-carriers)

　　PLC：电力线通信(Power Line Communication)

　　RS：里德-所罗门码(Reed-Solomon Code)

　　SCP：竞争时段(Shared Contention Period)

　　5 电力线通信协议栈结构

　　通过电力线通信的城市路灯接入控制系统所采用的协议栈包括 PHY 层 、DLL 层 、APS 层 和AP层，PLC协议栈结构见图 1 。

　　注：本文件中 DLL包括 MAC子层和 LLC子层。 电力线通信协议栈结构模型见 GB/T 31983 . 31—2017 。

　　图 1 电力线通信协议栈结构模型

　　图 1 所示协议栈结构模型如下。

　　a) AP层包括路灯控制、管理、信息采集等应用业务和应用层协议。 应用层协议不属于本文件规定范围。

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　　b ) APS层为 AP层提供数据服务并支持城市路灯接入相关应用层协议。

　　c) DLL 经由 APS 层为 AP 层提供端到端数据传输连接。 DLL 包括 LLC 子层和 MAC 子层。 LLC子层负责建立、管理和控制网络路由，包括节点中继转发控制。 MAC 子层负责电力线接入控制，并支持 CSMA/CA算法。

　　d) PHY层负责将 MAC子层数据通过电力线进行发送，包括信道编码、载波调制、物理层信号帧产生和注入电力线上进行发送。 在接收端向上 PHY层将从电力线上接收到的信号帧进行解调和解码，恢复数据并将其提交给 MAC子层。

　　6 应用支持层

　　6 . 1 总体要求

　　APS层为 AP层提供数据服务，应支持城市路灯接入相关应用层协议;能够将 AP层数据采用 APS层协议进行封装并使用 LLC子层的数据服务进行传输;APS层应提供网络管理功能，供网络管理实体调用。

　　6 . 2 应用支持层协议帧

　　6 . 2 . 1 APS层协议帧格式

　　APS层协议帧格式见表 1 。其中控制域用于对应用帧的控制。 控制域 1 对应用场景控制，包括应用情形、安全加密和支持的应用协议;控制域 2 是对应用帧的分帧传输控制，包括分帧标识和帧序号;载荷域用于承载应用协议。

　　表 1 APS协议帧格式

　　6 . 2 . 2 控制域

　　APS协议帧中的控制域 1 长度为 1 字节，控制域 2 长度为 2 字节，具体含义见表 2 和表 3 。

　　表 2 控制域 1 定义

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　　表 3 控制域 2 定义

　　6 . 2 . 3 载荷域

　　载荷域传递命令和数据。 数据长度可变，由控制域 2 种的“数据长度”域指出具体长度。 最大长度为 511 字节。 载荷域字节自左至右表示为 D1 , D2 , …… 。

　　对于网络管理命令，载荷域中 D1 为命令码，后随与命令相关的命令数据。 对于应用数据传输，载荷域携带要传输的应用数据。

　　6 . 3 数据传输

　　APDU 由 APS层协议帧中的载荷域承载，透明传输。 若 APDU 长度超过 511 字节，APS 层将该APDU分帧发送。 每个分帧中的数据长度不超过 511 字节。 控制域 2 中的分帧标识域中的字段设置为相应的值，以指出该分帧的性质。

　　在接收端，APS层将接收到的 APDU 传递给 AP 层 。 对于分帧发送，接收端在完成整个 APDU (即，该数据单元的所有分帧)的接收后将整个 APDU传递给 AP 层 。

　　6 . 4 网络管理命令

　　6 . 4 . 1 APS命令帧载荷结构

　　APS应具有网络管理功能。 AP 层通过 APS命令对远程节点进行管理操作，例如管理、控制、测试等 。管理操作在接收端 APS层进行。

　　APS命令帧帧头控制域“应用协议”应设置应为 000b, 帧载荷域的第 1 字节为命令码，第 2 字节为命令选项，后随和命令有关的数据，APS命令帧载荷结构见表 4 。

　　表 4 APS命令帧载荷结构

　　其中，命令代码是指网络中节点应用管理功能的代码。 命令选项对命令请求是否确认进行标识。命令数据是指命令功能的具体信息。

　　若命令代码确认标志为 1,则接收端应发送确认。 发送确认时，命令代码使用 0,第 2 字节为 0 表示

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　　肯定确认，非 0 为错误代码，见表 5 。

　　表 5 命令代码

　　节点管理命令见表 6 。若命令本身要求应答，则接收端直接发送应答，不管确认标志是否为 1 都不再发送确认。 发送应答时，命令码为接收到的命令码，第 2 字节为命令选项，后随命令数据。

　　表 6 节点管理命令

　　6 . 4 . 2 复位从节点

　　主节点可使用该命令远程复位从节点。 D1 为命令码，D2 为复位选项，设置为 0 。 收到复位命令后，若确认标志为 1,则先发送确认，然后执行复位。

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　　6 . 4 . 3 激活从节点主动上报

　　从节点主动上报功能(包括主动注册、事件上报等)只有在被主节点“激活”后才能进行。 命令定义待定。

　　6 . 4 . 4 停止从节点主动上报命令

　　当需要停止从节点主动上报时，主节点 APS层广播发送该命令，从端无需应答。

　　6 . 4 . 5 从节点注册请求

　　当从节点接收到“激活从节点主动上报”命令后，如果节点符合命令中的上报控制条件且需要上报，则从节点使用该命令向主节点发送请求。 如果节点不具有上行路径，则应首先进行邻居发现。

　　6 . 4 . 6 从节点注册确认

　　当主节点接收到“从节点请求”，且请求类型为“主动注册”，且接受从节点注册，则使用此命令对从节点注册进行确认和必要的配置。

　　6 . 4 . 7 读节点信息

　　主节点使用该命令读取从节点信息。 命令数据的第 1 字节为信息选项，见表 7 。

　　表 7 信息选项定义

　　从节点接收到“读取节点信息”命令后，根据命令的要求进行应答。

　　6 . 4 . 8 从节点事件上报

　　当从节点检测到所接附属节点的重要事件后，并且从节点的事件主动上报开关为允许时，从节点可使用“从节点事件上报”向主节点主动发送。 “从节点事件上报”APDU 载荷格式如表 8 所示，命令及节点定义见表 8 和表 9 。

　　表 8 从节点事件上报载荷格式

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　　表 9 从节点事件上报命令定义

　　6 . 4 . 9 从节点事件确认

　　当主节点接收到“从节点事件上报”帧后，如果 APS命令中命令应答标志为“应答”，主节点需要使用“从节点事件确认”进行事件确认应答，使从节点在 1 个事件检测周期内(1 个事件检测周期 目前可暂定在 6 h)不再重复上报同一事件(事件状态信息未发生改变表示同一事件)，若有新事件产生，则重新上报，再次等待确认，若事件源已被清除，则从节点无需再等待确认。 从节点事件确认命令格式如表10、表 11 所示 。

　　表 10 从节点事件确认命令格式

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　　表 1 1 附属节点信息表格式

　　从节点事件确认命令协议类型定义如表 12 所示。

　　表 12 协议类型定义

　　7 数据链路层

　　7 . 1 逻辑链路控制子层

　　7 . 1 . 1 概述

　　LLC子层负责建立基于端到端数据传输链路，为 AP 层提供数据传输服务。 为此，LLC 子层负责网络组网以及路由控制，并支持多种路由方式，包括源路由、盲路由。

　　LLC子层的主要功能如下。

　　a) 组网：网络主节点 LLC子层负责组网，为从节点建立路由并维护路由表。

　　b ) 数据发送：发起节点 LLC子层接受应用层数据请求，通过增加一个合适 LLC子层协议帧头生成 LLC子层协议帧(LPDU),并提交给 MAC子层发送。

　　c) 中继转发控制：中继节点 LLC子层根据指定的路由方式控制中继转发，将 LPDU 转发给朝向目标节点的下一个节点。

　　7 . 1 . 2 逻辑链路控制子层协议帧

　　7 . 1 . 2 . 1 通用帧格式

　　LPDU格式包括 LLC子层帧头及载荷，见表 13 。LLC子层帧头由控制域、帧序号、源地址、目标地址，以及路由域组成。 LLC子层载荷域承载应用层数据。

　　表 13 LPDU 帧格式

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　　7 . 1 . 2 . 2 帧控制域

　　LLC子层帧控制域包括帧类型、源地址类型、目标地址类型、路由方式、要求确认、安全使能、版本标识等网络路由控制相关信息。 格式见表 14,帧控制域定义见表 15 。

　　表 14 LLC子层帧控制域格式

　　表 15 LLC子层帧控制域定义

　　7 . 1 . 2 . 3 帧序号

　　帧序号域出现在每个帧中，长度为 1 字节。 节点 LLC 子层维护一个帧序号计数器，初始化时设置为一个随机数，每次产生新帧时将计数器的值复制到帧序号域，并将计数器加 2,应答时帧序号为当前序号加 1 。

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　　7 . 1 . 2 . 4 源地址

　　源地址发起节点的网络地址，地址类型由控制域中的地址类型域定义。 LLC 子层属性 LLCShort- Address 和 LLCLongAddress分别保存节点的短网络地址和扩展网络地址。 如源地址域为 0xffff,则表示源节点网络地址未定义。

　　7 . 1 . 2 . 5 目标地址

　　目标地址应为最终目标节点的网络地址，或广播地址 0xffff。 地址类型由控制域中的地址类型域定义。 目标地址由 AP层在数据请求时指定。

　　7 . 1 . 2 . 6 路由域

　　路由域携带链路的中继路由信息。 路由域是否出现以及路由域的格式与控制域所规定的路由方式有关。 源路由方式下路由域格式及定义见表 16、表 17 。

　　表 16 源路由方式路由域格式

　　表 17 源路由方式路由域定义

　　中继列表格式见表 18 。

　　表 18 中继列表定义

　　7 . 1 . 2 . 7 扩展路由域

　　扩展路由域包含点对点、源路由、盲路由域的扩展信息。 由扩展标识位定义，当扩展标识位为 1 时，

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　　扩展路由域格式如表 19 所示。

　　表 19 扩展路由域命令格式

　　命令码及命令数据与本层命令帧格式保持一致，如需扩展只需同步扩展命令帧格式。 命令数据为扩展网络路由命令携带的信息。

　　7 . 1 . 2 . 8 帧载荷域

　　7 . 1 . 2 . 8 . 1 数据帧

　　帧载荷域长度可变，承载指定帧类型的帧数据。 数据帧承载 AP 层数据，LLC 子层命令帧承载命令数据或对命令的应答数据。

　　LLC子层数据帧格式建立于通用帧格式的基础上用于传输 AP层数据，格式见表 20 。

　　表 20 LLC子层数据帧格式

　　数据载荷域承载 AP层的发送数据。 如果待发送的数据要求安全处理，则根据相关安全套件对数据载荷进行加密处理。 在最终目标节点(中间转发节点不应进行解密处理)，如果帧控制域中安全使能子域为 0,则数据载荷域包含的字节序列直接传递给 AP层;如果安全使能子域为 1,则需根据所选择的安全套件对载荷域进行解密处理后再传递给 AP 层 。

　　根据路由方式的不同，数据帧各部分的设置包括以下内容。

　　a) 源路由方式数据帧发送：帧头应包含帧控制域、帧序号、源地址、目标地址，以及路由域。 在帧控制域中，帧类型设置为数据帧，路由方式设置为源路由。 其他子域应根据数据帧的要求设置为适当值。 路由域应包含源路由信息并进行初始化。 数据载荷域应包括上层请求传输的字节序列。 当发送本数据帧时，MAC子层帧头应符合以下要求：

　　● DID置为本网络标识;

　　● MAC源地址一开始设置为数据帧发起节点地址，每次中继转发时设置为中继节点的地址;

　　● MAC 目标地址一开始设置为第一级中继节点地址，每次中继转发时设置为 自 中继节点向目标节点方向的下一级中继节点的地址;

　　● 帧控制域中帧类型设置为数据帧，确认请求设置为无确认请求。

　　b ) 盲路由方式数据帧发送：帧头应包含帧控制域、帧序号、源地址、目标地址，以及路由域。 在帧控制域中，帧类型设置为数据帧，路由方式设置为盲路由。 其他子域应根据数据帧的要求设置为适当值。 路由域应包含盲中继参数信息并进行适当初始化。 数据帧的数据载荷域应包括上层请求传输的字节序列。 当发送本数据帧时，MAC子层帧头应符合以下要求：

　　● DID置为本网或全网标识;

　　● MAC源地址一开始设置为数据帧发起节点地址。 每次中继转发时设置为中继节点的地址;

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　　● MAC 目标地址设置为广播地址 0xFFFF;

　　● 帧控制域中的帧类型设置为数据帧，确认请求设置为无确认请求。

　　7 . 1 . 2 . 8 . 2 命令帧

　　LLC子层数据帧格式建立于通用帧格式的基础上，LLC子层命令帧格式见表 21 。

　　表 2 1 LLC子层命令帧格式

　　LLC子层命令帧帧头域应包含帧控制域，并根据需要包含一个合适的路由域。 在帧控制域中，帧类型设置为“LLC子层命令”。

　　7 . 1 . 3 逻辑链路控制子层功能

　　7 . 1 . 3 . 1 发送、接收和中继转发

　　发送、接收和中继转发功能应符合如下要求。

　　a) 发送：LLC子层应支持以下发送。

　　● 节点 LLC子层接受应用层数据请求，生成 LPDU 数据帧，使用 MAC 子层数据服务发送。路由方式由应用层指定，并包括在帧头中。

　　● 节点 LLC子层命令帧发送或发送对命令的回应，生成 LPDU命令帧，使用 MAC子层数据服务发送。 使用合适的路由方式，并包括在帧头中。

　　● 中继转发发送。 LLC子层负责中继转发控制，转发时帧头中有关中继转发控制的信息被更新，其他内容不变，使用 MAC 子层数据服务进行发送。 LLC 子层通过给 MAC 子层发出一个数据发送请求 (Request) 发起一个 LPDU 传输。 MAC 子层通 过 数 据 传 输 确 认(Confirm)返回传输的结果。

　　b ) 接收和中继转发：MAC 子层接收到数据帧后，如网络标识和 MAC 地址匹配或为广播帧，则MAC子层通过数据接收指示(Indication)将数据帧传递给 LLC 子层。 LLC 子层对数据帧进行如下处理。

　　● 如为重复接收(源地址、目标地址和帧序号与之前接收到的相同)，则丢弃。

　　● 检查目标地址：如地址匹配或为广播帧，则本节点为 目标节点。 对于数据帧，传递给上 一层;对于命令帧，进行解析处理，并产生必要的回应。

　　● 中继转发：对于广播帧或目标地址不匹配的单播帧，则根据路由方式和转发条件进行中继转发。

　　7 . 1 . 3 . 2 广播发送、接收和转发

　　网络中的任何节点可以发起一个广播发送。 LPDU 目标地址为广播地址(0xffff) 。使用 MAC 子层发送广播帧时，数据传输服务中 DstAddr参数设置为 0xffff, DID设置为本网络识别。 广播发送不使用 MAC子层接收确认。

　　当节点 LLC子层接收到一个广播帧时，如为重复接收(接收帧序号与记录的广播帧序号相等)，则丢弃;否则，如为数据帧则传递给上层;如为命令帧，则在 LLC子层进行解析处理。 同时，如果帧的生命周期大于 0,则减 1,并进行转发，否则不再转发。

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　　7 . 1 . 3 . 3 源路由发送、接收和中继转发

　　网络中的任何节点可以对数据帧或者命令帧进行源路由发送、接收和中继转发，要求如下：

　　a) 源路由发送：当数据帧或命令帧采用源路由方式发送时，发起节点根据目标地址从路由表中检索路由。 如目标节点的路由不存在，则应通知 AP 层 。如路由存在，LPDU 帧头控制域的路由方式设置为源路由，帧头路由域必须出现，路由域中继列表包含路径上中继节点的地址。 使用MAC子层数据传输服务发送时，DstAddr参数为沿路由的第 1 级中继节点地址。

　　b ) 源路由接收与中继转发：当节点 LLC 子层从 MAC 子层收到一个源路由数据帧时，如果中继索引为 0,则应检查帧头目标地址域。 如果 自 己为 目标节点，那么对于数据帧则传递给上层，对于命令帧，则在 LLC子层进行解析处理。 如果此时目标地址域与 自 己不匹配，则丢弃。 如果中继索引子域值大于 0,则应检查中继列表中继索引所指向的中继节点地址。 如与 自 己不匹配，则丢弃。 否则，自 己是中继节点，应将中继索引减 1,并中继转发。

　　7 . 1 . 4 逻辑链路控制子层服务接口

　　7 . 1 . 4 . 1 数据服务接口

　　LLC子层数据服务接口包括“发送数据请求”“发送数据确认”和“数据指示”命令。 数据帧或命令帧格式要求如下。

　　a) LD-DATA.request：LLC 子层通过“发送数据请求”原语 LD-DATA. request 允许 APS 层向

　　LLC子层请求发送数据。 LLC子层对待发送数据进行必要的处理并进行发送。 LLC 子层通

　　过“发送确认”原语 LD-DATA.confirm 返回发送结果。

　　APS使用 LD-DATA.request请求 DLL发送 APS数据或命令帧，见表 22。

　　LD-DATA.request (

　　addrType,

　　dstAddr ,

　　nsduLength,

　　nsdu ,

　　nsduHandle ,

　　txOptions

　　)

　　表 22 LLC-DATA.request参数

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　　LLC 子层收到请求后，根据指定的路由方式组建 LPDU 帧并使用 MAC 子层数据服务发送。对于源路由方式，LLC子层首先应检查通向 目标节点的路由是否存在。

　　b) LD-DATA.confirm：LLC子层使用 LD-DATA.confirm 原语向上级子层报告先前 LD-DATA. request 的执行结果，见表 23 。如 LD-DATA.request有错误(例如，无路由、数据错误等)则立

　　即返回错误结果;否则，对于无确认发送，返回 MAC 子层的返回结果;对于有确认发送，则等待 LLC子层接收确认或超时后，返回结果。

　　LD-DATA.confirm (

　　dsduHandle ,

　　status

　　)

　　表 23 LD-DATA.confirm参数

　　c) LD-DATA.indication：LLC子层通过“数据指示”原语 LD-DATA.indication 允许 LLC 子层将

　　数据或命令主动向 APS层发送数据，使用 LD-DATA.indication 向 APS层传递所收到的数据帧或命令帧，见表 24 。

　　LD-DATA.indication (

　　addrType,

　　scrAddr ,

　　dsduLength,

　　dsdu

　　)

　　表 24 LD-DATA.indication参数

　　7 . 1 . 4 . 2 管理服务接口

　　LLC子层管理服务接口包括“获取管理服务请求”“获取管理服务确认”“设置管理服务请求”和“设置管理服务确认”命令。 数据帧或命令帧格式要求如下。

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　　a) NLME–GET.request：LLC子层通过“获取管理服务请求”原语 NLME-GET.request 允许高层

　　获取 LLC子层相关指定属性，使用 NLME-GET.request读取 DIB指定属性的值，见表 25 。

　　NLME-GET.request (

　　DIBAttribute

　　)

　　表 25 NLME–GET.request参数

　　b) NLME–GET.confirm：LLC 子层通过“获取管理服务确认”原语 NLME-GET. confirm 先前的NLME-GET.request 请 求 进 行 回 应，使 用 NLME-GET. confirm 对 先 前 的 NLME-GET. request请求进行回应，见表 26 。

　　NLME-GET.confirm (

　　status ,

　　DIBAttribute ,

　　DIBAttributeValue

　　)

　　表 26 NLME–GET.confirm参数

　　c) NLME–SET.request：LLC子层通过“设置管理服务请求”原语 NLME-SET.request允许高层对

　　指定的 DIB属性进行设置，见表 27 。

　　NLME-SET.request (

　　DIBAttribute ,

　　DIBAttributeValue

　　)

　　表 27 NLME–SET.request参数

　　d) NLME–SET.confirm：LLC子层通过“设置管理服务确认”原语使用 NLME-SET.confirm 给出先前 NLME-SET.request 的执行结果，见表 28。

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　　NLME-SET.confirm (

　　status ,

　　)

　　表 28 NLME-SET.confirm参数

　　7 . 1 . 5 逻辑链路控制子层属性 LLC子层属性要求见表 29 。

　　表 29 LLC子层属性

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　　7 . 2 媒体访问控制子层

　　7 . 2 . 1 总体要求

　　基于路灯供电线路的通信环境是一个由主节点和若干个从节点组成的网络，在该网络中包括以下内容。

　　a) 节点在发送时可能会发生冲突，例如：

　　● 主节点和从节点作为启动方发送时可能发生冲突(主节点发送命令，从节点主动注册或事件上报);

　　● 多个从节点启动发送时可能发生冲突;

　　● 盲路由转发时多个从节点竞争信道。

　　b ) MAC子层负责控制节点在发送时的信道接入方式，控制冲突，实现数据帧的可靠传输。 MAC为网络层提供的数据传输服务及信道接入方式包括：

　　● 无竞争发送;

　　● CSMA/CA发送;

　　● 盲路由转发;

　　● 源路由转发;

　　● 广播发送;

　　● 有确认或无确认单播发送。

　　7 . 2 . 2 MAC子层协议帧

　　7 . 2 . 2 . 1 MPDU通用帧格式

　　MAC子层协议数据帧(MPDU)包括以下部分：MAC 帧头(包含帧控制域、帧序号和地址信息)、帧载荷、帧尾(帧校验)，通用帧格式见表 30 。

　　表 30 MPDU通用帧格式

　　7 . 2 . 2 . 2 帧控制域

　　帧控制域帧控制域承载 MAC 子层帧类型、确认请求、地址标志、发送相位、协议版本等帧控制信息 。长度为 16 位，命令格式及定义见表 31、表 32 。

　　表 3 1 MAC帧控制域格式

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　　表 32 MAC帧控制域定义

　　7 . 2 . 2 . 3 长地址和短地址

　　长地址为 48 位且具有 PLC 域所有节点唯一性，用于节点进行全网唯一寻址。 长地址范围为

　　0x000000000000~0xFFFFFFFFFFFE, 0xFFFFFFFFFFFF 用于广播地址。MAC 短地址为 16 位，在

　　终端节点入网后，由主节点分配的所在 PLC域内短地址且在网络中具有唯一性，用于在网络中对节点进行唯一寻址。

　　7 . 2 . 2 . 4 帧序号

　　MAC子层维护一个帧序号计数器 macDSN,在初始化时赋予一个随机值。 当节点发送一个新的MPDU 帧时，复制 macDSN值到帧序号域中，并将 macDSN 加 1 。 帧序号在转发过程中不改变。 确认帧使用与所接收到的帧相同的序号。 在重发的情况下，帧序号不变。

　　7 . 2 . 2 . 5 域标识 DID

　　DID 为 16 位，唯一标识一个载波网络。 如 DID 为 0xFFFF,则全域的节点都可以接收。 否则 DID标识一个载波网络，节点在组网时被配置的 DID与接收帧中的 DID必须匹配才能响应。

　　7 . 2 . 2 . 6 源地址

　　源地址域是本 MAC 帧发送节点的地址，在每次中继转发时被设置为中继节点的地址。 地址格式由控制域中的地址类型定义。 0xFFFF表示源节点地址不确定。 当源节点为主节点时，应使用短地址。

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　　7 . 2 . 2 . 7 目标地址

　　目标地址是由网络层指定的下一个接收节点的地址或广播地址。 地址的格式由控制域中的地址类型定义。 该值为 0xFFFF 时表示广播。 如目标节点是主节点，应使用主节点短地址。

　　7 . 2 . 2 . 8 帧载荷

　　载荷域的长度可变，它根据帧类型包含不同的信息。 如果帧控制域中的安全子域设置为 1,则有效载荷部分的数据受到安全组件的保护。

　　7 . 2 . 2 . 9 校验域

　　帧校验域为一个 16 位 CRC 序列。 帧校验域的数值是通过对 MAC 帧头和有效载荷域计算得到的 。CRC产生多项式见公式(1) :

　　G(x)=x16 + x15 + x2 + 1 …………………………( 1 )

　　帧校验域的计算将在物理层实现。 因此，在向物理层提交 MPDU 发送数据时不包括 FCS。 FCS域将由物理层添加。 在接收端，物理层传递给 MAC 的接收数据也不包括 FCS部分。

　　7 . 2 . 3 MAC子层功能描述

　　7 . 2 . 3 . 1 信道接入

　　信道接入描述如下。

　　a) CSMA/CA信道接入：窄带高速低压电力线通信技术主要采用 CSMA/CA信道接入方式。 在路灯低压供电线路通信网络中，存在以下几种可能的发送冲突。

　　● 由于从节点可以启动主动注册及事件上报，因而主节点和从节点作为启动方发送时可能发生冲突。

　　● 多个从节点启动发送时发生冲突。

　　● 盲路由转发时多个从节点竞争信道。

　　CSMA/CA是解决上述冲突的一种机制。 CSMA/CA 的基本原理是：节点 MAC 子层进行载波侦听，如信道空闲被占用(即别的节点在发送)，则进行避让，等待信道空闲时再发送。

　　针对 CSMA/CA机制对电力线信道时间划分如图 2 所示。

　　图 2 CSMA对电力线信道时间划分

　　以前一帧发送结束为时间基准，后随 CFP 及 SCP。 在无竞争时段，只有特定的节点可以发送，不产生竞争。 在竞争时段，待发送节点根据自己的优先级进行退让，让优先级高的节点先发。

　　基于 CSMA/CA机制，MAC子层支持以下几种信道接入方式(MAC 子层接入方式由网络层在数据发送请求时指定)。

　　● 无竞争发送。 MAC子层不进行载波侦听，立即发送。 在已知网络中不存在竞争的情况下使用该方式，例如，在盲路由模式下，目标节点在 CFP 使用该接入方式发送接收确认。 在其他情况下不应使用该接入方式，这是因为可能存在邻居台区载波信号串扰，主节点与从节点同时发送，或多个从节点同时发送等冲突情况。

　　● CSMA/CA 发送。 MAC 子层进行载波侦听，如信道空闲则立即发送;否则，在 CFP 后根

　　GB/T 40779—202 1

　　据优先级竞争发送。 节点作为启动方发送(例如，主节点发送命令或从节点主动注册或事件上报)，节 点 作 为 从 动 方 应 答，节 点 源 路 由 中 继 转 发 等 情 况 下 应 使 用 该 方 式。 采 用CSMA/CA方式发送可避免邻居网络信号串扰的影响。

　　● 盲路由转发：在盲路由模式下，多个中继节点竞争发送，节点 MAC子层采用该方式进行中继转发。

　　b ) 信道状态评估：节点 MAC子层利用物理层的载波信号检测服务对信道状态进行评估。 节点所检测到的信道状态有以下几种情况：

　　● 空闲(IDLE) ：无节点发送;

　　● 发送忙(TXBUSY)：本节点在发送，信道被占用;

　　● 接收忙(RXBUSY)：本节点在接收，信道被占用;

　　● CFP：接收结束，并处于 CFP。

　　7 . 2 . 3 . 2 MAC子层接收

　　MAC子层接收描述如下。

　　a) 无确认接收和处理：MPDU 帧控制域中“确认请求域”等于 0 。 MAC 子层从物理层接收到 一个完整的数据帧 MPDU后，首先进行帧校验。 如校验错误则丢弃，如校验正确，则进行如下处理：

　　● 确认帧控制域的帧类型为合法的帧类型值;

　　● 检查帧头中的 DID 标识，应与 macDID 的值一致或等于广播标识 0xFFFF;

　　● 检查帧头中的目标地址，如果 目标地址不匹配，则丢弃;如果与本节点地址一致或等于广播地址 0xFFFF,则本节点为 MAC子层目标节点;

　　● 如为重复接收(源地址及帧序号相同)，则丢弃。

　　b ) 确认的使用和重传：当 MAC子层单播发送时，可根据需要设置帧控制域中的确认请求子域为1 或 0(广播发送及盲路由发送时，应设置为 0) 。 当设置为 0 时，接收端 MAC 子层不发送确认;当设置为 1 时，接收端 MAC子层发送接收确认。

　　如果确认请求子域设为 1,则节点 MAC 子层发送完成后等待接收相应的确认帧。 如果在macAckWaitDuration周期的时限内，收到了一个确认帧，并且该确认帧的 DSN 与发送帧的DSN相同，则表示帧发送成功;如果在这个时限内没有收到确认帧或确认帧的 DSN 与发送帧的 DSN 不一致，则表示帧发送失败，设备将重新发送数据帧或命令帧，最多可以重发 aMax- FrameRetries 次 。重发的帧包含和第一次发送帧相同的 DSN。 如果一个数据帧或 MAC命令帧重发 aMaxFrameRetries 次仍然没有收到确认帧，则 MAC 子层判断为发送失败，并报告给上层。

　　由于电力线载波信道的非理想特性，发送帧不会总是被接收端成功接收。 源路由、点对点传输过程中可能出现下面三种情况。

　　● 数据发送成功：发送节点 MAC子层确认物理层成功发送后，启动一个定时器，计时时间为macAckWaitDuration周期。 接收节点 MAC子层收到数据帧后，向发送节点回送一个确认帧，并把收到的帧提交给上层。 发送节点 MAC 在计时结束前收到接收端发回的确认后，就关闭和复位定时器。 数据发送完成，发送节点 MAC 子层向上层传递一个发送成功确认。

　　● 数据帧丢失：接收节点 MAC子层没有收到数据帧，因此也不会向发送节点回馈确认。 发送方在计时结束前没有收到确认帧，帧发送失败，发送方将再次发送该数据帧，最多可以重复 aMaxFrameRetries 次。如果(1+aMaxFrameRetries) 次传输尝试都失败了，发送节点 MAC就向上层传递一个发送失败确认。

　　GB/T 40779—202 1

　　● 确认帧丢失：接收节点 MAC子层收到数据帧，并向发送节点回送了确认帧。 发送方 MAC子层没有收到确认帧，定时器超时，帧发送失败，发送节点将再次发送该数据帧，最多可以重复 aMaxFrameRetries。如果 (1+aMaxFrameRetries) 次传输尝试都失败了，发送节点MAC就向上层传递一个发送失败确认。

　　7 . 2 . 4 MAC子层服务接口

　　7.2.4. 1 MAC子层数据服务

　　MAC子层数据服务接口包括“发送数据请求”“发送数据确认”“接收数据指示”“终止处理请求”和“终止处理指示”命令。 数据帧或命令帧格式要求如下。

　　a) MD-DATA.request：MAC子层通过“发送数据请求”原语 MD-DATA.request 允许逻辑链路控

　　制子层向 MAC子层请求发送数据。 逻辑链路控制子层发出该请求 MAC子层对待发送数据进行必要的处理并进行发送。 MAC子层通过“发送确认”原语 MD-DATA. confirm 返回发送结果，参数见表 33 。

　　网络层使用 MD-DATA.request原语向 MAC子层请求发送网络层协议数据单元。

　　MD-DATA.request (

　　addrType,

　　dstAddr ,

　　msduLength,

　　msdu ,

　　msduHandle ,

　　txOptions

　　)

　　表 33 MD-DATA.request参数

　　GB/T 40779—202 1

　　发送触发沿通过属性 macEdgeMode 设置。 MAC 子层收到请求后，组建 MPDU 帧并提交给PHY层。 然后根据所指定的信道接入方式，MAC 子层进行信道接入控制。 对于竞争方式，在等到所要求的触发沿后可立即发送;对于 CSMA/CA方式，按 CSMA/CA算法竞争信道发送;对于时分多址方式，则按源路由机制的路由表确定发送时隙并控制发送。

　　MAC子层对触发沿及信道状态的评估在 CCA 中断处理中进行。 MAC 子层延时处理后，通过PD-SEND.request启动 PHY层发送。 在分帧发送情况下，后续分帧发送的定时控制由 PHY 层负责。

　　b) MD-DATA.confirm：MAC 子层接收到“发送数据确认”原语 MD-DATA.confirm 确认后进行

　　PHY层发送。 若发送失败，则返回“发送失败”。若发送成功，则返回“发送成功”。MAC 子

　　层使用 MD-DATA. confirm 原语向高层报告先前 MD-DATA. request 的执行结果，参数见

　　表 34 。

　　MD-DATA.confirm (

　　msduHandle ,

　　status

　　)

　　表 34 MD-DATA.confirm参数

　　c) MD-DATA.indication：MAC 子层执行“接收数据指示”原语 MD-DATA.indication 向 LLC 子

　　层传递所接收到的 MSDU数据，参数见表 35 。

　　MAC子层使用 MD-DATA.indication原语向高层传递所收到的数据。

　　MD-DATA.indication (

　　addrType,

　　scrAddr ,

　　msduLength,

　　msdu ,

　　RSSI

　　)

　　表 35 MD-DATA.indication参数

　　GB/T 40779—202 1

　　d) MD-STOP-RELAY.request：在帧转发情况下，如信号帧到达最终目标节点，则节点 LLC 层使用 MD-STOP-RELAY.request 原语指示 MAC 子层发送“终止处 理 请 求”命 令 帧，参 数 见

　　表 36 。

　　MD-STOP-RELAY.request (

　　addrType,

　　scrAddr ,

　　procType

　　)

　　表 36 MD-STOP-RELAY.request参数

　　e) MD-STOP-RELAY.indication：MAC 子层接收到“终止处理指示”命令帧后，使用 MD-STOP- RELAY.Indication原语通知 LLC层。

　　MD-STOP-RELAY. Indication ( )

　　7.2.4.2 MAC子层管理服务

　　MAC子层管理服务接口包括“MAC子层读属性请求”“MAC子层读确认”“MAC子层设置属性请求”和“MAC子层设置属性确认”命令。 数据帧或命令帧格式要求如下。

　　a) MLME-GET.request：MAC子层执行“MAC子层读属性请求”原语 MLME-GET.request 允许

　　高层获取 MAC子层属性值，参数见表 37 。

　　MLEM-GET.request (

　　MIBAttribute

　　)

　　表 37 MLME-GET.request参数

　　b) MLME-GET.confirm：MAC 子层执行“MAC 子层读确认”原语 MLME-GET.confirm 对先前的 MLME-GET.request请求进行回应，参数见表 38。

　　MLME-GET.confirm (

　　status ,

　　MIBAttribute ,

　　MIBAttributeValue

　　)

　　GB/T 40779—202 1

　　表 38 MLME-GET.confirm参数

　　c) MLME-SET.request：MAC子层执行“MAC 子层设置属性请求”原语 MLME-SET.request 允

　　许高层获取 MAC子层属性值，设置指定的 MIB属性，参数见表 39 。

　　MLME-SET.request (

　　MIBAttribute ,

　　MIBAttributeValue

　　)

　　表 39 MLME-SET.request参数

　　d) MLME-SET.confirm：MAC子层执行“MAC子层设置属性确认”原语 MLME-SET.confirm 返回先前 MLME-SET.request 的执行结果，参数见表 40。

　　MLME-SET.confirm(

　　status ,

　　)

　　表 40 MLME-SET.confirm参数

　　7 . 2 . 5 MAC子层常量与属性

　　7.2.5. 1 MAC子层常量

　　MAC子层常量设置要求见表 41 。

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　　表 4 1 MAC子层常量

　　7 . 2 . 5 . 2 MAC子层属性库

　　MAC子层属性要求见表 42 。

　　表 42 MAC子层属性

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　　表 42 MAC子层属性(续)

　　8 物理层

　　8 . 1 总体要求

　　本文件中描述的物理层基于窄带 OFDM技术，采用工作带宽 66 . 015 6 kHz,支持物理层信号以连续方式或工频过零时隙方式传输，将 MAC子层数据通过电力线在节点之间进行传输。

　　8 . 2 物理层编码和调制

　　8 . 2 . 1 物理层框图

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 2 的规定。

　　8 . 2 . 2 数据预处理

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 3 的规定。

　　8 . 3 物理层帧格式

　　8 . 3 . 1 概述

　　物理层帧由前导、物理帧头(PFH)和载荷组成，见图 3 。

　　图 3 物理层帧结构

　　前导供接收端进行帧检测、帧同步和定时，并携带传输模式识别。 物理帧头携带帧类型、编码和调制方式等信息供接收端对所接收到的物理层信号帧进行解调和解码。 帧载荷域承载 MAC子层协议数据单元(MPDU),其长度可变。

　　GB/T 40779—202 1

　　8 . 3 . 2 前导

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 4 . 2 的规定 。

　　8 . 3 . 3 物理帧头

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 4 . 3 的规定 。

　　8 . 3 . 4 载荷

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 4 . 5 的规定 。

　　8 . 4 子载波

　　8 . 4 . 1 子载波类型

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 5 . 1 的规定 。

　　8 . 4 . 2 子载波组

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 5 . 2 的规定 。

　　8 . 4 . 3 子载波超级组

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 5 . 3 的规定 。

　　8 . 4 . 4 子载波屏蔽

　　子载波屏蔽为静态屏蔽，是指收发双方已约定并固定不使用的子载波。 静态屏蔽适用于前导、物理帧头和载荷。

　　当静态屏蔽带内子载波时，应将子载波所在的整个子载波组及其左右相邻的组屏蔽，称为 MSG。带内没有被屏蔽的子载波组称为 ASG。 一个有效子载波组包括 1 个 PSC,其余子载波承载数据位，即 DSC。

　　8 . 4 . 5 工作频率

　　频率由起始频率 Fstart 和终止频率 Fend 确定，均为子载波间隔的整数倍，带宽包含整数个子载波组。工作频率宜按表 43 规定执行。

　　表 43 工作频率

　　8 . 5 信道编码

　　8 . 5 . 1 位加扰

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中 5 . 6 . 1 的规定 。

　　GB/T 40779—202 1

　　8 . 8 物理层服务

　　应符合 GB/T 31983 . 31—2017 中第 7 章的规定。