CN1965307B - 实现虚拟电源线局域网的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一个电源线网络系统。该系统有一个来自于计算机互联网的外部数据源。一个与外部数据源和第一数据连接相连的路由器。一个与第一数据连接相连的电源线网络交换装置，该装置有一条第二数据源连接，且该连接与第一数据源连接相连。该装置同时还有一个与第二数据源连接相连的电源线装置。较理想的情况下，该电源线装置可调整接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，也调整其来接收和传输属于第二格式的信息。该装置另外还包括有一个第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口的虚拟局域网装置。每个第二输入/输出端口从1至N加以编号，其中N为大于1的整数。数个与虚拟局域网连接的调制解调器装置，且该数个调制解调器从1至N进行编号，每个调制解调器装置分别与一个二次输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线相连，每一条电源线能够从第二数据源连接传递信息或传递信息至第二数据源连接。

Description

实现虚拟电源线局域网的方法及系统
相关申请的交叉索引
该申请声明其对于2003年10月3日申请编号为60/508,482的美国临时申请案具有优先权。
联邦资助研发项目发明的权利声明
该项不适用于本发明
以光盘形式呈交的序列表，表格或电脑程序附录的索引
该项不适用于本发明
背景技术
该发明总体上与电源线网络技术相关，更具体的说，该发明为虚拟环境下高速电源线网络提供了方法和系统。就该例子而言，该发明用于局域网环境，然而其应用应当不限于此。该发明也可以用于区域网络，家庭网络，办公室网络，住所以及上述的任意结合网络的建立，也适用于其他的网络运用方面。
通信技术已经发展了许多年，在早期的时候，电报作为一种通信手段得到了发展。电报主要通过传输线路使用电子信号以“点”和“划线”的形式将信息从一个地理位置传送到另一个地理位置。最常用的电子信号就是摩斯码。后来，电报在很大程度上被电话取代。电话是由贝尔在十九世纪研制成功的，它可以通过电话线使用电子模拟信号传送声音信息，更常见的就是通过单根双绞线来传送。当代主要的工业国家都普遍依赖电话来进行商业或人际间的沟通。
在二十世纪九十年代，通信业的另一个伟大的发明诞生了，人们开始通过电脑来进行相互沟通，电脑连接着电话线、电话网络或其他的通信网络。这些电脑或工作站相互连接，可以实现从一个地理位置到另一个地理位置的各种各样类型信息的传输。总的来说，电脑网络种类不少，包括局域网LAN和广域网WAN。
局域网用于在较广域网小的区域内搭建网络。大部分局域网都依赖精细电缆在网络内传送通信信号。传送信号的另一途径为通过非精细电缆传送，通过供电网传送我们成为电源线通信，常称为PLC。电源线通信利用了已有的向住宅或办公室等建筑物供电的电源线。传统的PLC使用的是无线电频率技术。尽管电源线通信已经取得了部分成功，但是仍然有诸多限制。
例如，总的来说电源线通信的安全性不佳。也就是说，网络容量往往在整个电源线网络内发送，所以任何用户都可以
获得。用户往往会在网络上发现对方，所以没有安全和隐私而言。除此之外，电源线网络也很难实现。没有任何技术可以轻易地在传统电源线系统结构下提供安全和应用。PLC也往往很难有效地运营和支持广域网，甚至用于酒店、医院、飞机场和办公大楼的局域网也是如此。带宽限制也是PLC技术的一个致命弱点。带宽限制以及其他限制将会在本章和以后章节进行描述。
对于上述情况而言，人们确实非常需要提高电源线网络的相关技术。
发明概述
通过该发明，电源线网络技术将得到提高。更具体的说，该发明为虚拟环境下的高速电信网络提供了一套方法和系统。就该例子而言，该发明用于局域网环境，然而其应用应当不限于此。该发明也可以用于区域网络，家庭网络，办公室网络，住所以及上述的任意结合网络的建立，也适用于其他的网络运用方面。
以一具体例子而言，该发明为在网络内使用PLC提供了一套系统，尤其适用于酒店、医院和办公大楼等商业环境下使用的局域网，但其使用范围不限于此。在某些例子下，该系统提供了多个PLC交换机串联，从而实现了安全和隐私的保护。根据上述设计，该发明还提供了PLC转发器、PLCVLAN、墙挂PLC以太网线、PLC无线接入点和PLC网络插座交换机等一起。不仅如此，针对某些具体例子，该发明还提供了的使用电脑软件和硬件来操纵PLC系统的方法和系统。其他的具体实现例子将会在下面进行详细描述。
在某一具体实现例子里，该发明为电源线网络提供了一个系统。该系统拥有外部数据源，该数据源来自互联网。一个路由器用于连接外部数据源，也和一个第一数据源连接。一个网络设备用于连接第一数据源。该设备还拥有一个第二数据源连接，该数据源与第一数据源连接着。该装置同时拥有一个电源线装置，连接上第二数据源。该电源线装置可调整接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，也调整其来接收和传输属于第二格式的信息。该设备还具有一个虚拟局域网装置，包括一个第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口。每个第二输入/输出端口都加以编号，从1至N，其中N为大于1的整数。多个调制解调器装置与该虚拟局域网装置相连。调制解调器装置都加以编号，从1至N。每个调制解调器分别和一个第二输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线相连。这些电源线应全都具有能力从第二数据源连接处交换信息。
在另一具体实现例子里，该发明为电源线虚拟局域网提供了一个设备。该设备有一个和某一数据源相连的数据源连接，同时连接该数据源的还配有一电源线装置。该电源线装置可调整接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，也调整其来接收和传输属于第二格式的信息。该设备还具有一个虚拟局域网装置，包括一个第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口。每个第二输入/输出端口都加以编号，从1至N，其中N为大于1的整数。多个调制解调器装置与该虚拟局域网装置相连。调制解调器装置都加以编号，从1至N。每个调制解调器分别和一个第二输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线相连。这些电源线应全都具有能力从数据源连接处交换信息。
在另一具体实现例子里，该发明提供了一个方法，将至少在一个建筑物内的多条电源线改装成可供多个用户通信的网络。该方法让一个通信设备通过电信网络连接一个数据源和多位用户中的至少一位。该设备有一个和某一数据源相连的数据源连接，同时连接该数据源的还配有一电源线装置。该电源线装置可调整接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，也调整其来接收和传输属于第二格式的信息。该设备还具有一个虚拟局域网装置，包括一个第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口。每个第二输入/输出端口都加以编号，从1至N，其中N为大于1的整数。多个调制解调器装置与该虚拟局域网装置相连。调制解调器装置都加以编号，从1至N。每个调制解调器分别和一个第二输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线相连。这些电源线应全都具有能力从数据源连接处交换信息。只要该设备连接到了电源线网络，该方法可使至少一名用户通过其中一条电源线与数据源进行数据通信。同时或在另一情况下，该方法可使至少一名用户无法通过其中一条电源线与数据源进行数据通信。
不仅如此，该发明还提供了用于电信通信的设备。该设备拥有一个面板结构，含有第一部分和第二部分。第一部分包括有一个输出口(例如：CAT5电缆型号)，该口用于数据通信，另外该部分还包括一个电力输出口，连接通信电。该设备还具有一个支架(例如：套子)，该支架连接到面板结构的背部。该支架内连接一个直流电源，并有一含有第一端口和第二端口的网络装置连接支架并位于其内。该网络装置也连接直流电源。另一含有一个第一电线电源线端口和一个第二电线电源线端口的电源线装置也连接支架并位于其内。该电源线装置也连接直流电源。其中，第一电源线端口是和网络装置第二电源线端口相连的，该设备还有一个连接器，连接第二电源线端口和数据通信的输出口。有一通信电连接器和该支架相连，并且也和直流电源相连。该通信电连接器和网络装置的第一端口是相连的。该设备可以用于取代传统的AC面板，使其变成电源线网络装置。
在另一具体实现例子里，该发明为电源线交流提供了一个设备。该设备具有可移除的网络插座交换机结构，包括一个e数据交流输出口。该设备的支架和网络插座交换机结构相连。该支架内连接一个直流电源，并有一含有第一端口和第二端口的网络装置连接支架并位于其内。在理想情况下该网络装置连接直流电源。另一含有一个第一电线电源线端口和一个第二电线电源线端口的电源线装置也连接支架并位于其内。该电源线装置也连接直流电源。其中，第一电源线端口是和第二电源线端口相连的，不仅如此，该设备还有一个连接器，连接第二电源线端口和数据交流的输出口。在理想情况下，该连接器应该连接支架并位于其内。有一交流电连接器和该支架相连，并且也和直流电源相连。该交流电连接器和网络装置的第一端口是相连的。在特定情况下，在执行上该交流电连接器可以通过一个枢纽装置和支架相连。该交流电连接器可调整从支架伸出，从而可以插入交流电在墙输出口。或者该交流电连接器可调整折叠，围绕枢纽装置折向支架。
通过使用该发明，可以获得较传统方法好得多的效果。该发明可用于传统领域，包括电脑网络和硬件技术。不仅如此，该发明也可以在不进行拆换的情况下只凭已有的电源线结构来进行使用。在理想情况下，该系统和方法都简单易用，而且可以有选择地相连，用户可根据具体情况适用。在较好的实现例子里，该发明还实现了用户之间的网络安全。根据该实现例子，像这类的一个或多个优点都会得到实现。这些优点将会在本章介绍，并在下面章节进行详细叙述。
通过以下的详细描述和绘图，该发明的各物件、特性和优点都将得到更好的理解。
附图简述
图1为根据该发明实现的一个例子而绘制的一个电源线系统简化图。
图2为一电源线系统的简化框图，显示根据该发明实现的另一例子的串联方法。
图3为一个较为详尽的框图，显示根据该发明实现的一个例子的电源线虚拟局域网VLAN设备。
图4为一个详尽的图表，显示根据该发明实现的一个例子的电源线芯片集。
图5为一简化框图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备。
图6为一简化框图，显示根据该发明实现的另一个例子的网络插座交换机设备。
图7为一简化框图，显示根据该发明实现的又一个例子的网络插座交换机设备。
图8为一简化侧视图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备。
图9为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备。
图10为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC无线接入点设备。
图11至图15都为简化图，显示根据该发明实现的多个例子的各个系统。
图16为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的转发器设备。
图17为一简化图，显示根据该发明实现的另一个例子的转发器设备。
图18为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的挂墙PLC以太网设备。
图19为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC无线接入点设备。
图20为一简化图，图为根据该发明实现的一个例子的用于挂墙PLC以太网设备以及无线接入点装置的支架，描述了一个可这点的插头。
图21为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC虚拟局域网VLAN设备。
图22为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC转发器。
图23和24为一简化流程图，显示根据该发明实现的一个例子的方法。
该发明的详细描述
通过该发明，电源线网络技术将得到提高。更具体的说，该发明为虚拟环境下的高速电信网络提供了一套方法和系统。就该例子而言，该发明用于局域网环境，然而其应用应当不限于此。该发明也可以用于区域网络，家庭网络，办公室网络，住所以及上述的任意结合网络的建立，也适用于其他的网络运用方面。
图1为根据该发明实现的一个例子而绘制的一个电源线系统100的简化图。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还有许多的变化、选择和修改。如图所示，用于电信联网的系统100可得。该系统100含有一个外部数据源103，该数据源来自互联网。一个调制解调器105用于连接外部数据源，也和一个第一数据源107连接。一个电源线路由器109用于连接第一数据源107，从而提供IP地址，并且随之和电源线111相连。该路由器还有一个第二数据源连接，该数据源连接与第一数据源连接着。该第二数据源含有多个用户，后面会有详述。在理想情况下，该路由器可调整接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，也调整其来接收和传输属于第二格式的信息。该设备还具有一个虚拟局域网装置，包括一个第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口。每个第二输入/输出端口都加以编号，从1至N，其中N为大于1的整数。多个调制解调器装置与该虚拟局域网装置相连。调制解调器装置都加以编号，从1至N。每个调制解调器分别和一个第二输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线相连。这些电源线应全都具有能力从第二数据源连接处交换信息。仅就此例子而言，该电源线路由器为加州圣卡洛斯市美国阿育王公司生产的产品，部件号为PL9920-BBR。
如上述所注明，该系统还包括了多条建筑电源线111。这些电源线包括了一级电源线P1，二级电源线P2，三级电源线P3和中线。根据使用，这些电源线可增可减，可以为相同伏数，也可为不同伏数。该系统包括了三层住宅，有一楼115，二楼117以及三楼123。每层楼都含有来自建筑电源线P1、P2和P3的多条电源线。例如，一楼、二楼和三楼都分别和P1相连。每层楼都有多间住宅，每间都有电源线113、119和123。每间住宅都有一个电源线网络交换机，以下将有详细介绍。该系统含有连接器127和PLC转发器125。
在理想的情况下，转发器实为一个恰当的电源线装置，里面有多个兼容的芯片集在他们本地主机界面内互联。在这里，转发器实际安装在两个网络之间，形成两个独立的网络系统。该转发器是电源线网络的可用范围增加了一倍，而且在各网络端点间提供了更高的带宽，否则带宽就会被减弱甚至没有信号出现，这就徒劳了。该转发器也可用于将不在同一电源线上的电源线网络连接起来。这对于在没有天然连接的情况下穿越电源线等级是很有用的。它还可以用于连接住宅和房间等来创建一个共享网络，该网络绕过电表，否则电表将经常造成电源线信号中断。上述每个因素都将在本章再进行描述，并且在下文有更详细介绍。
图2为一电源线系统200的简化框图，显示根据该发明实现的另一例子的串联方法。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该系统显示了用于保证隐私和安全性的PLC虚拟局域网的串联方法。如图所示，该系统包括一个含有特定网络加密钥匙(NEK)的路由器201，并与PLC虚拟局域网203相连。网络加密钥匙是指用于加密在网络被传送的数据的一个独特号码，可用于PLC交换机203、205和207。所以一个网络加密钥匙就是一个主干NEK。每个服务1-N个网络端点的PLC虚拟局域网的每次连接都使用不同的网络加密钥匙。网络加密钥匙已经通过程序装入了每个用户的电源线装置内，例如挂墙PLC以太网设备，PLC无线接入点和PLC网络插座交换机。另外，该PLC虚拟局域网可以和另一个PLC虚拟局域网相连，从而增加终端的数量，如203、205和207所示。这些PLC虚拟局域网将可以通过一个中介网络加密钥匙来进行通信。该PLC虚拟局域网和各路由器可以通过任何网络技术进行连接，也不仅仅限于使用在电源线通信上。该PLC虚拟局域网内部使用非加密数据，为了区分终端用户，避免PLC虚拟局域网将用户连接起来，可使用虚拟局域网技术来限制终端用户和网络连接下行流的数据转送，并且终端用户不可以传送包。该方法适用于网络访问控制处于开或关的状态。如果用户只能访问本地网络，不可以访问像互联网这样的其他网络，那么我们要使用另一种方法，使路由器内增加包过滤功能。每个PLC虚拟局域网都有多个网络端口，一般来说，有8至24个。在此，网络上增加的每个PLC虚拟局域网可以通过插入前一PLC虚拟局域网进行串联，如203、205和207所示。尽管显示有三个PLC虚拟局域网，但事实上还可以增加数量，实行串联。每个端口都通过住宅或其他用户位置的电源线，并使用挂墙PLC以太网设备，PLC无线接入点和PLC网络插座交换机209、211和213和一个输出端口相连。PLC虚拟局域网203含有多个输出端口，每个都有一个独一无二的网络加密钥匙(NEK)NEK2、NEK3、NEK7、NEK8和NEK9。NEK2、NEK3、NEK7和NEK8分别和住宅1、2、7和8相连。输出线NEK9流入二级交换机205，该交换机配置是相同的。此串联设计可以进一步升级使用任何一个交换机的输出端口。这些输出端口将会流入另一个交换机，标号1至N，N为大于1的证书。在理想情况下，在该串联交换机实现中每个用户都察觉不到其他用户的存在。如图所示，该串联交换机实现使得系统可以升级来使用固定端口大小的交换机，例如1至8。用户分享网络的带宽。根据该实现例子，还有另一种串联方法。
图3为一个较为详尽的框图，显示根据该发明实现的一个例子的电源线虚拟局域网VLAN设备300。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备200用于电源线局域网。该设备有一个已经和数据源相连的数据源连接301，并有一个与数据源相连的电源线装置311。在某些实现中，其他的部件，例如调制解调器303和路由器307也和数据源相连。调制解调器和路由器连接线305接口，路由器和电源线装置连接线309接口。调整该电源线装置可以接受和转发来自数据源的第一格式信息，也可以接受和转发第二格式信息。第二格式包括了MII、GPSI以及其他技术。
仅为例子而言，该电源线装置可以用佛罗里达州INTELLON企业生产的合成电路芯片来实现。就本例子而言，芯片可以用含有整合的MII/GPSI和USB的单芯片电源线网络控制器。该芯片的接口与众多接口中的以太网接口相连。电源线的数据流率最好大于14Mbps，当然也可能有其他的要求。另外，其特性包括一个整合的10比特ADC，10比特DAC和AGC一个可选MDI/SPI Phy管理接口，多功能8线串行Phy数据接口。为了获得更高的数据可靠性，信号处理最好使用编码正交分频多工技术(OFDM)，并选用自适应信道以及Viterbi码和区块码。在其他实现中，电源线装置还包括了适用于该方法和系统的其他芯片设计。
该设备含有一个虚拟局域网装置315，该装置有通过MII327连接的第一输入/输出端口，以及多个二级的输入/输出端口317。每个二级的输入/输出端口都有一个编号，从1到N，这里N指大于1的证书。该装置还有多个调制解调器装置329，与虚拟局域网装置相连。这些调制解调器都有一个编号，从1到N。每个调制解调器分别和一个第二输入/输出端口相连，同时也分别和编号1-N中的一条电源线325相连。这些电源线应全都具有能力从数据源连接处交换信息。
理想情况下，每个调制解调器都包括一些选取的部件，例如和PLC芯片集相连的接口模块319，而该芯片集又和连接器323相连。该接口模块可以为任意一个以太网Phy转MII的转换器，或者如果交换机319支持MII接口和其他类型，那么甚至连这样的转换器也不需要。该PLC芯片集应从好的商家购入，例如Intellon、Cogency、Velence或其他公司。其耦合器为电容感应式。由此可知，接口模块和PLC芯片集之间的通信方式为MII，但也可以为其他形式。
在本文里面，MII为一项工业标准，提供了MAC和PHY子层之间的界面，例如某些资料中的IEEE802.3以太网MAC的控制器。MII有独立的4位数据道，在接收数据的同时进行载波侦听和冲突检测。MAC和PHY通过每个4位数据道和提供给MAC的时钟信号同步传送信息。MII接口同时也提供了一个双线双检测串行管理数据接口，可以访问MAC的状态和控制寄存器。更多关于MII的详细信息请参考IEEE802.3u标准。该PLC芯片集的输入/输出信息为模拟信号，可以通过耦合器进行传送。当然，也有其他的选择、变化和修改的可能。关于PLC芯片集更多的内容请看以下章节。
图4为一个详尽的图，显示根据该发明实现的一个例子的电源线芯片集。该图仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改.如图所示，PLC芯片集包含多个部件，其中有连接以太网401和一个模拟前端模块(AFE)405的该芯片集本身403。该AFE模块为芯片集和耦合器407的接口。该模块包括和第一放大器相连的第一带通滤波器(BPF)，该放大器和耦合器407相连。该第一放大器和一个第二带通滤波器相连，该第二带通滤波器在联接一个模拟与数字信号转换器(ADC)之前又和另一个放大器相连。该模拟与数字信号转换器和一个数字与模拟信号转换器(DAC)相连，而DAC则向带通滤波器反馈信息。耦合器和电源线409相连。关于该芯片集的更多信息请参考Intellon公司《Technical Reference INT51X1》里面的：带有USB和ETH整合路桥的整合电源线MAC/PHY收发器。请注意，该芯片集仅为一个例子，并不代表该发明局限于此，更多关于该发明的方法和变通在下文有更详细描述。
图5为一简化框图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备500。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。该面板设备500有多个特性，包括模块505。该模块有一个电源线IC515，前文已有描述。该电源线IC和内存513(例如：EEPROM)(网络配置)和一个模拟前端模块517相连。该模拟前端模块和耦合变压器507相连，该变压器插入输入/输出插座511，例如：交流电插座。另外部件还包括一个以太网PHY合成电路503，该电路和以太网连接501耦合。该以太网连接通过电源线网络提供。更多关于该发明的方法和变通在下文有更详细描述。
图6为一简化框图，显示根据该发明实现的另一个例子的网络插座交换机设备600。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。该设备包括了一个来自电源线网络的以太网连接601。该以太网连接和以太网变压器603耦合，而变压器和以太网控制器605耦合。有一MII通信总线将以太网控制器和PLC芯片集607相连。该PLC芯片集和像EEPROM这样的内存609耦合，并且和一个模拟前端611耦合。该模拟前端包含一个放大器和一个带通滤波器，从而在信号传送前后对其进行调解。该模拟前端含有接收线RX615和发送线TX613，还包括DAC发送617和在619的自动接收控制(AGC)。另外该模拟前端还与耦合器625耦合。该耦合器包含一个网络插座交换机设备631和一个来自PBX627的电话联接装置。当然还可能有其他部件在此未提及。
图7为一简化框图，显示根据该发明实现的又一个例子的网络插座交换机设备700。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备前方含有一个电力输出和一个以太网插座交换机。该设备的侧部有一条电源线，输出交流电和以太网信号。侧部还含有网络插座交换机以及连接着它的一个模块。在本章及后面内容有关于模块更详细的说明。
图8为一简化侧视图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该网络插座交换机设备有一个外盒811。外盒最好使用塑料材质，但也可以使用金属或金属塑料合成体。该设备含有一个配有以太网连接器803和交流插座805的网络插座交换机801。该网路插座交换机与传统机外形相仿，也含有以太网连接器和其他数据连接。该设备含有两个模块815和809，都连接到一个印制电路807。这些模块是电源线通信模块809和交流转直流电力供应模块815。该模板包括一个以太网Phy芯片，一个DC-DC转换器(例如3.3V)以及一些高压保护部件，使整个电路免受高压突变的损坏。该设备还含有来自电源线网络的交流电源线813。还可能有其他部件在此未提及，或者有的部件已经和其他部件整合或被进一步细分，这要根据实例而定。
在理想情况下，该设备用作一个整合的网络插座交换机，可以使用户即时升级标准的电输出口，使场地具有网络连接功能。以该例子而言，装入该系统可以将以太网信号转化为电源线信号，反之亦然。该设备还可以减少桌面或办公室内大量的网络适配器。另外该设备还可以有很多其他用途，例如，建筑公司和房地产专家可以利用其来升级房产，而不必使用笨重的CAT-5电缆。在某些实例中，只需要把某些标准电力输出口更换为本设备，该发明即可以无缝地增加一个物业的价值。该设备的其他类型在下文有所叙述。
图9为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备900。如图所示，该面板设备包括了面板和模块两个部分，互相嵌入。该免板含有一个交流电输出口和以太网输出口，例如CAT5连接器一类。该设备可以安装在一个建筑结构体上，例如墙壁和屋梁。该设备实际是固定的，且取代了传统的交流输出。该图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。
在理想情况下，该设备应装入合适的材料所制的容器内，例如使用符合UL 94V0要求的材料所造的塑料箱。仅此列举一个例子，如前部分所示，该设备的联网是利用了一个110V交流电源输出以及一个8脚的以太网插座交换机。在背部，该设备含有三条辫子电源线，连接110V交流电源输出。举个例子来说，该110V交流电源输出可以连接到一个以太网络上去。在理想情况下，该设备应有一个固定的外形参数，例如重量、高度和厚度。宽度和高度最好和传统型的用于110V、120V、220V、230V等这些传统电力输出的一致。根据实例，从前板到后板的厚度可以达到4英寸，背部的宽度不应超过16英寸，高度部应超过6英寸，这取决于该实例。该设备的维度最好为大约7厘米(宽)＊11.5厘米(长)＊7.5厘米(高)或者2.75英寸(宽)＊4.50英寸(长)＊3.0英寸(高).下面还有其它的实例。
图10为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的网络插座交换机设备1000。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该网络插座交换机包括一个含有多个交流输出口的标准面板。在本例子里，其中一个输出口改为电源线通信的用途。该电源线通信是通过电源线系统来提供的，在本文已经做出描述。然而仍然有其他的可能存在。该网络插座交换机设备同时还有一个可拆除的远程面板适配器。该适配器包括一对连接体(例如：突体)1001，可插入标准的交流电输出口。该适配器包括一个电源线模块，该模块将通过典型传送的通信信号进行转换。该转换器包括了一个输入/输出插座，用于连接到网络接口装置。如图所示，该装置实际可以拆除，并连接可转换的AC输出口上。下文将会有更多的根据该发明产生的配置方法。
图11至图15为一简化图，显示根据该发明实现的多个例子的各个系统。这些图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。这些系统内的各个部件都贴有标签，例如www(互联网)，路由器，PLC虚拟局域网。
图16为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的转发器设备1600。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备为一个可以实现1比N(N大于1)的转发器。有一电源线路由1603和电源线连接，横跨建筑。随着数据信号逐渐减弱，转发器1601将数据信号增大。该转发器包括了上述实例中的一些部件。在该例子中，转发器包括了一个电源线IC，可以连接1X8交换机。该电源线芯片可以通过MII格式和交换机通信。该交换机包括了八个端口，每个端口通过Phy和一个局域网Phy芯片相连，而该局域网Phy芯片和另一电源线芯片1611相连，并且通过MII进行通信。该电源线芯片连接转发器1613，该转发器又连接一个电源线结构。该电源线结构和多个住宅单元相连APT1，APT2和APT8。每个单元都有一个面板设备1615。该面板设备将电源线信号转化为通信格式，例如以太网格式。根据实例，还可以有许多的变化、选择和修改。
图17为一简化图，显示根据该发明实现的另一个例子的转发器设备1701。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，有三个配置1701、1703和1705。每个配置都包括了一对电源线IC，背对背相连。每个电源线芯片都含有一个电源、连接器、模拟信号前端、内存和电源线芯片本身。这样的芯片是为电源线网络的转发器设计的。配置1701包括2个局域网Phy芯片，连接在每个电源线IC之间。配置1703包括一个MII端口。配置1705包括一个双端口MII交换机。根据实例也可能会存在其他部件。
图18为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的挂墙PLC以太网设备。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该图含有连接连接器的电源线。该连接器与拥有多个部件的模块相连。该模块含有一个模拟前端，而且和一个电源线装置相连。该电源线装置和内存以及时钟相连。如图所示，Phy收发器相连模块和以太网连接器。根据实例也可能会存在其他部件。这些部件都在支架内提供，例如在此所述的部件，但不仅指这些部件。
图19为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC无线接入点设备。这图仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该图含有连接连接器的电源线。该连接器与拥有多个部件的模块相连。该模块含有一个模拟前端，而且和一个电源线装置相连。该电源线装置和内存以及时钟相连。如图所示，802.11控制器和无线802.11收发器相连。该无线接入点可以让电源线通信以无线方式进行。根据实例也可能会存在其他部件。这些部件都在支架内提供，例如在此所述的部件，但不仅指这些部件。
图20为一简化图，图为根据该发明实现的一个例子的用于挂墙PLC以太网设备以及无线接入点装置的支架，描述了一个可这点的插头。这些图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备包括了一个可拆除的网络插座交换机，包括一个数据通信输出口2009。该设备有一个与该网络插座交换机相连的支架。支架内连接一个直流电源。支架内还连接一个具有一个第一端口和一个第二端口的网络装置。在理想的情况下，该网络装置连接直流电源。另外，支架内还连接一个具有一个第一端口和一个第二端口的电源线装置。该网络装置连接直流电源。其中，第一电源线端口是和第二网络端口相连的，不仅如此，该设备还有一个连接器，连接第二电源线端口和数据交流的输出口。在理想情况下，该连接器应该连接支架并位于其内。有一交流电连接器和该支架相连，并且也和直流电源相连。该交流电连接器和网络装置的第一端口是相连的。在特定情况下，在执行上该通信电连接器可以通过一个枢纽装置和支架相连。该通信电连接器可调整从支架伸出2003，从而可以插入通信电在墙输出口。或者该通信电连接器可调整折叠2005，围绕枢纽装置折向支架，如图所示。第二位置2007可以让连接器维持在位于支架结构内的第二位置，如图所示。当然，还可以有许多的变化、选择和修改。
图21为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC虚拟局域网VLAN设备。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备包括了一个支架，该支架包括了各个所述部分，也可能包括其他物件。
图22为一简化图，显示根据该发明实现的一个例子的PLC转发器。这些图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，该设备包括了一个支架2200，该支架包括了各个所述部分，也可能包括其他物件。该转发器也含有一级输入/输出连接2203以及二级输入/输出连接2201，它们根据实例将网络结构一分为二。
本章节及以下章节将会有更多根据该发明实现例子的详细信息。
根据一个具体事例，用于将至少一座建筑内的多条电源线转化为可支持多个用户通信网络的方法可以说明如下：
1.将一个通信设备通过电信网络连接一个数据源和多位用户中的至少一位
2.批准至少一名用户通过其中一条电源线与数据源进行数据交流
3.拒绝至少一名用户无法通过其中一条电源线与数据源进行数据交流
如图所示，该发明提供了一种简便的方法，使已存在的建筑结构，包括多条电源线，转变成了一个虚拟网络。该方法可以通过上述的设备进行应用，但这也不一定，取决于实例。本章节及以下章节将会有更多详细信息。
图23和24都是一个简化流程图，显示根据该发明实现的一个例子的方法。这图表仅为例子之一，并不代表该发明局限于此，应注意到此间还可以有许多的变化、选择和修改。如图所示，这些方法包括用于将至少一座建筑内的多条电源线转化为可支持多个用户通信网络方法2300。该方法让一个通信设备通过电信网络连接(步骤2303)一个数据源和多位用户中的至少一位。在理想情况下，应通过物理方法把电源线设备的输入/输出和建筑内已有的电源线连接起来。该方法可批准(步骤2305)至少一名用户通过其中一条电源线与数据源进行数据交流。在该例子里，该电源线设备和方法都可以进行使用。根据实例，该方法可拒绝(步骤2307)至少一名用户无法通过其中一条电源线与数据源进行数据交流。在该例子里，访问拒绝的原因有多种：例如超时或错误用户。根据该实例还可以有许多的变化、选择和修改。
在另一个特点实例中，该发明提供了收费管理方法，如图24所示。在理想的情况下，该方法可以在该系统或其他类似系统辖使用。根据该发明实例的一个方法2400说明如下：
1.访问(步骤2403)一个在本地服务器下的网页
2.请求(步骤2405)互联网连接
3.连接(步骤2407)本地服务器
4.输出(步骤2409)页面，激活互联网连接
5.要求(步骤2411)个人信息和信用卡号码
6.输入个人信息和信用卡号码
7.输入(步骤2413)所需频率和费用，例如小时、日、月
8.转送服务器
9.处理(步骤2415)信息
10.求证(步骤2417)信息
11.根据信息、频率和费用批准/拒绝(步骤2419)访问
12.检查(步骤2421)频率和费用，停止(步骤2434)或继续允许(步骤2425)
13.返回步骤11，并且
14.执行其他所需步骤
这些步骤提供了一个根据该发明的实例来实现的办法。如你所见，该方法提供了一种技术，可以使用订阅方法来批准或阻止他人对互联网或其他的数据资料进行访问。本章节及以下章节将会有更多详细信息。
根据一个具体事例，该方法应用于多租户的环境，例如酒店、公寓楼、办公大楼和其他建筑。以酒店为例，房间的互联网连接的MAC地址一般都是固定的，所以酒店的用户数据库(如有)可以连接到因特网访问数据库。连接互联网唯一必须要做的就是点击允许将上网帐单算入房费的按键，从而实现帐单后付。酒店的本地服务器也可以提供关于当地餐馆、大事件和其他吸引游客的资料，这些资料往往不需要互联网账户就可以访问，可以通过刊登广告来筹资。在该例子里，用户将基于该方法选择访问。一旦用户决定付费访问，而且可以通过信用卡付费或授权，那么将可引发以下两个动作：
1)信用卡资料将会被存储在数据库内，用户名也会一并存入。
2)远程控制装置将可以使用户连接上互联网。
在这里，本地服务机通过恰当渠道发出信用卡确认请求。如果信用卡付费得到确认，本地服务机将会将连接请求发送到当前请求的电源线网络。根据网络可以通过一系列不同的机制来激活互联网连接，其中：1)发送请求至虚拟互联网交换机，激活用户连接端口的包传递功能，或2)通过MAC地址过滤器来控制路由器的访问。本地服务机可以访问网络控制软件来激活/取消连接状态。
该过程既可以为自动访问，也可以由网络管理员通过当地或远程的安全连接方式进行访问。自动访问必须在付款信息完备的申请下才能实现。当购买时间已过，该方法可以根据账户类型实现以下要求：
1)自动收取账户下一个周期的费用
2)通知用户连接超时，询问是否继续向卡内支付费用。
根据一个具体事例，收账系统包括一个基于网络的用户界面，用以请求因特网连接、数据库搜索连接状态和收费以及远程自动服务的管理。
本文所提供的例子和实现方法仅供说明之用，建议较熟练该技术者对其多加修改和变形。同时所提供的例子和实现方法也属于该应用的思想和范围，包括在所附申请的范围之内。

Claims (41)

1.一种电源线网络系统，该系统包括有：
外部数据源，且该数据源是来自计算机国际网络的数据源；
与外部数据源和第一数据源连接相连的路由器；
电源线网络装置，该装置包括有：
第二数据源连接，该数据源连接与第一数据源连接相连；
与第二数据源连接相连的电源线装置，该电源线装置适于接收和传输来自第二数据源连接的属于第一格式的信息，且适于接收和传输属于第二格式的信息；
包括有第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口的虚拟局域网设备，每个第二输入/输出端口都从1至N加以编号，其中N为大于1的整数；
与虚拟局域网设备连接的多个调制调解器装置，且该多个调制解调器从1至N进行编号，多个调制解调器装置的每一个分别与多个第二输入/输出端口之一相连，多个调制解调器装置的每一个分别和编号1-N中的多条电源线之一相连，每条电源线能够从第二数据源连接传递信息或传递信息至第二数据源连接；
其中，所述虚拟局域网设备被配置成：
通过接收来自至少一个未经授权用户的用户代码、处理所述用户代码并批准所述至少一个未经授权用户的访问，批准至少一名用户通过多条电源线之一与外部数据源进行通信，其中被批准使用电源线网络的所述至少一个经授权用户成为已授权用户；
拒绝至少一名用户的访问使其无法通过多条电源线之一与外部数据源进行通信。
2.如权利要求1所述的系统，每个第二输入/输出端口分别对应从1至N加以编号的多位用户中的每一位。
3.如权利要求1所述的系统，电源线包括形成在至少一个建筑结构里的电源线网格。
4.如权利要求1所述的系统，使用OFDM格式格式化数据源。
5.如权利要求1所述的系统，第一格式为OFDM，第二格式为MII。
6.如权利要求1所述的系统，第二格式是串行格式。
7.如权利要求1所述的系统，电源线装置是电源线调制解调器。
8.如权利要求1所述的系统，每一电源线维持在预先设定的电压和频率。
9.如权利要求8所述的系统，预先设定的电压范围为：100V至120V，预先设定频率范围为：50至60Hz。
10.如权利要求8所述的系统，预先设定的电压范围为：85V至265V，预先设定频率范围为：50至60Hz。
11.如权利要求1所述的系统，每一电源线均为同轴缆线。
12.一种将至少建筑结构里的多个电源线转换成多位用户的通信网络的方法，该方法包括：
连接一装置，用于通过电源线网络在数据源和多位用户中的至少一位用户之间通信，该装置包括有：
数据源连接，且该数据源连接与数据源相连；
与数据源相连的电源线装置，该电源线装置适于接收和传输来自
数据源的属于第一格式的信息，适于接收和传输属于第二格式的信息；
包括有第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口的虚拟局域网设备，每个第二输入/输出端口都从1至N加以编号，其中N为大于1的整数；
与虚拟局域网设备连接的多个调制解调器装置，且该多个调制解调器从1至N进行编号，多个调制解调器装置的每一个分别与多个第二输入/输出端口之一相连，多个调制解调器装置的每一个分别和编号1-N中的多条电源线之一相连，每条电源线能够从数据源传递信息或传递信息至数据源；
批准至少一名用户通过多条电源线之一与数据源进行通信；以及拒绝至少一名用户使其无法通过电源线之一与数据源进行通信，
其中，批准至少一名用户包括：
接收来自与电源线网络相连的未经授权用户的用户代码；
处理用户代码；和
批准未经授权用户的访问，且被批准使用电源线网络的未经授权的用户成为已授权用户。
13.如权利要求12所述的方法，建筑结构为办公大楼。
14.如权利要求12所述的方法，建筑结构为民用住宅。
15.如权利要求12所述的方法，建筑结构为有多个租赁用户的大楼。
16.如权利要求12所述的方法，拒绝至少一名用户的访问包括：接收来自与电源线网络相连的未经授权用户的用户代码；处理用户代码；拒绝未经授权用户的访问，且将被拒绝使用电源线网络的未经授权用户维持为未经授权用户。
17.一种电源线虚拟局域网的装置，该装置包括：
数据源连接；
与数据源连接相连的电源线装置，该电源线装置适于接收和传输来自数据源的属于第一格式的信息，适于接收和传输属于第二格式的信息；
包括有第一输入/输出端口和多个第二输入/输出端口的虚拟局域网设备，每个第二输入/输出端口都从1至N加以编号，其中N为大于1的整数；
与虚拟局域网设备连接的多个调制解调器装置，且该多个调制解调器从1至N进行编号，多个调制解调器装置的每一个分别与多个第二输入/输出端口之一相连，多个调制解调器装置的每一个适于分别和编号1-N中的多条电源线之一相连，每一条电源线能够从数据源传递信息或传递信息至数据源；
其中，所述虚拟局域网设备被配置成使用网络加密钥匙(NEK)来通过多条电源线之一与远程电源线网络设备建立加密连接，其中所述NEK与所述远程电源线网络设备相关联并用于加密传送到所述远程电源线网络设备的数据。
18.如权利要求17所述的装置，数据源是调制解调器，且该调制解调器与通信网络相连。
19.如权利要求17所述的装置，另外还包括与至少一条电源线相连的转发器，且该转发器适于放大与来自数据源的信息相关联的信号。
20.如权利要求17所述的装置，数据源连接是电源线连接和以太网连接。
21.如权利要求17所述的装置，数据源连接是双线连接。
22.如权利要求17所述的装置，第二输入/输出端口的每一个分别对应从1至N加以编号的多位用户之一。
23.如权利要求17所述的装置，电源线包括形成在至少一个建筑结构里的电源线网格。
24.如权利要求17所述的装置，使用OFDM格式格式化数据源。
25.如权利要求17所述的装置，第一格式为OFDM，第二格式为MII。
26.如权利要求17所述的装置，第二格式为串行格式。
27.如权利要求17所述的装置，电源线装置是电源线调制解调器。
28.如权利要求17所述的装置，每一条电源线维持在预先设定的电压和频率。
29.如权利要求28所述的装置，预先设定的电压范围为：100V至120V，预先设定频率范围为：50至60Hz。
30.如权利要求28所述的装置，预先设定的电压范围为：85V至265V，预先设定频率范围为：50至60Hz。
31.如权利要求17所述的装置，每一电源线均为同轴缆线。
32.一种电源线通信装置，包括有：
包括有第一面和第二面的面平台结构，第一面包括有数据通信出口和交流电源出口；
耦合到面平台结构的背侧的支架；
与支架连接并位于其内部的直流供电电源；
包括有第一端口和第二端口的网络装置，该网络装置与支架连接并位于支架内部，该网络装置与直流供电电源相连；
包括有第一电线电源线端口和第二电线电源线端口的电源线装置，该电源线装置与支架连接并位于支架内，该电源线装置与直流供电电源相连，第一电线电源线端口与网络装置的第二端口相连；
与第二电源线端口和数据通信出口相连的耦合器，该耦合器与支架相连并位于支架内部；和
与支架和直流供电电源相连的交流连结器，该交流连结器与网络装置第一端口相连。
33.如权利要求32所述的装置，面平台结构和支架的厚度应小于四英寸，宽度应小于三英寸且高度低于五英寸。
34.如权利要求32所述的装置，第二端口与MII总线相连，且MII总线连接在第二电源线端口和第一电源线端之间。
35.如权利要求32所述的装置，支架由塑料材料制成。
36.如权利要求32所述的装置，支架是可拆卸的。
37.如权利要求32所述的装置，还包括有与耦合器相连的模拟前端模块，该模拟前端模块放置于耦合器与电源线装置之间。
38.如权利要求32所述的装置，出口是CAT5连结器装置。
39.一种电源线通信装置，包括有：
包括有数据通信出口的可拆卸式网络插孔结构：
与网络插孔结构相连的支架；
与支架相连并位于支架内部的直流供电电源；
包括有第一端口和第二端口的网络装置，网络装置与支架相连并位于支架内部，网络装置与直流供电电源相连；
包括有第一电源线端口和第二电源线端口的电源线装置，该电源线装置与支架相连并位于支架内部，该电源线装置与直流供电电源相连，该电源线装置与网络装置第二端口相连；
与第二电源线端口和数据通信出口相连的耦合器，耦合器与支架相连并位于支架内部；和
与支架和直流供电电源相连的交流连结器，该交流连结器与网络装置的第一端口相连。
40.如权利要求39所述的装置，交流连结器可通过枢轴装置与支架相连，交流连结器适于在第一位置从支架突出以插入交流壁装电源插座，且交流连结器适于在第二位置绕枢轴装置向支架折弯。
41.如权利要求40所述的装置，交流连结器在第二位置被放置于支架区域内。
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