This paper proposes a novel media access control (MAC) mechanism, called the robust preamble-based MAC mechanism (R-PMAC), which can be applied to power line communication (PLC) networks in the context of the Industrial Internet of Things (IIoT). Compared with other MAC mechanisms such as P-MAC and the MAC layer of IEEE1901.1, R-PMAC has higher networking speed. Besides, it supports whitelist authentication and functions properly in the presence of data frame loss. Firstly, we outline three basic mechanisms of R-PMAC, containing precise time difference calculation, preambles generation and short ID allocation. Secondly, we elaborate its networking process of single layer and multiple layers. Thirdly, we illustrate its robust mechanisms, including collision handling and data retransmission. Moreover, a low-cost hardware platform is established to measure the time of connecting hundreds of PLC nodes for the R-PMAC, P-MAC, and IEEE1901.1 mechanisms in a real power line environment. The experiment results show that R-PMAC outperforms the other mechanisms by achieving a 50% reduction in networking time. These findings indicate that the R-PMAC mechanism holds great potential for quickly and effectively building a PLC network in actual industrial scenarios.


翻译:本文提出了一种新颖的媒体访问控制(MAC)机制,即基于鲁棒前导码的MAC机制(R-PMAC),可应用于工业物联网(IIoT)背景下的电力线通信(PLC)网络。与P-MAC及IEEE1901.1的MAC层等其他MAC机制相比,R-PMAC具有更高的组网速度。此外,它支持白名单认证,并在发生数据帧丢失时仍能正常工作。首先,我们概述了R-PMAC的三种基本机制,包括精确时间差计算、前导码生成和短ID分配。其次,详细阐述了其单层和多层组网过程。第三,说明了其鲁棒机制,包括冲突处理和数据重传。此外,建立了一个低成本硬件平台,用于在真实电力线环境中测量R-PMAC、P-MAC和IEEE1901.1三种机制连接数百个PLC节点的时间。实验结果表明,R-PMAC的组网时间缩短了50%,优于其他机制。这些发现表明,R-PMAC机制在实际工业场景中快速高效构建PLC网络具有巨大潜力。

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