风口已来：华为PLC-IoT织起全IP化物联网“最后一公里”

张皓翔

高级营销经理

全球行业数字化转型的浪潮已经到来，其显著特点是将“物”纳入智能互联，触发产业服务及商业模式创新，并对价值链、供应链和行业生态产生深远影响。随着物联网技术和应用的快速发展，人们对通过末端传感器采集数据的需求越来越多，并逐步延伸到对末端执行器的控制场景。而实现这些需求的基础就是物联网的感知层接入技术。感知层技术的首要目标就是将万物互联，保障最后一公里的通信可靠、安全、高效。

常见的物与物之间通信方式主要分为四大类，包括：

1. 工业总线技术：如RS-485、CAN等

2. 电力线通信技术：如IEEE 1901.1、G3-PLC等

3. 微功率无线技术：如ZigBee、Wi-SUN、LoRa等

4. 蜂窝通信技术：如NB-IoT、GPRS等

以上四类通信方式中，前面两种是有线通信技术，后面两种是无线通信技术，有线通信受线路特性影响较多，无线通信则受环境因素影响较大，各有其适用的应用场景。其中电力线通信技术的突出特点是网随电通，对于那些有电力线供电的设备，无需额外部署专门的通信线路即可接入网络，满足了大量物联网设备的通信需求。

电力线通信技术适用的场景包括电力配用电网络、城市智慧路灯、交通路口信号灯、园区楼宇自动化等，在这些场景中，设备有固定位置，通信距离在200米到5公里之内。迄今为止电力线载波通信已经有大量的实践运用，并且技术还在不断优化升级，随着边缘计算技术的同步发展，物联网感知层已经不再局限于传感器的接入，而是进入到完整的智能化领域。华为PLC-IoT创新技术与时俱进，在提供高速、实时、安全的接入能力之外，还基于IPv6和边缘计算能力，使能末端设备智能化。

PLC（Power Line Communication）即电力线通信，是一种以低压电力线或双绞线、同轴电缆等通信介质，通过调制解调技术实现数据传输的通信技术方案。PLC最大的优势就是免布线，在有电力供应的地方，不用额外部署专用通信线路，就可以进行数据通信，也就是我们常说的网随电通，有电就有网。PLC按频段分为窄带、中频带和宽带技术。窄带电力通信技术是最早用在配用电网络中的PLC技术，有一系列国际标准，如G3-PLC、PRIME、IEEE 1901.2等，其频带主要分布在3～500 kHz，主要用于远程抄表场景。中频带PLC技术发源于中国，基于国家电网公司HPLC规范的中频带技术，广泛用于用电信息采集领域，并于2018年发布IEEE 1901.1国际标准。

PLC电力线通信是在加载工频电力信号的通路上传输高速数据信息，受到各种因素影响导致信号在电力线传输过程中受到干扰，加快衰减，甚至丢失，实际情况包括：

• 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用。一般载波信号只能在一个变压器的区域内传输，实际部署存在跨变压器的共零线串扰情况，会使得距离很近的多台变压器间信号互相影响。

• 背景噪声严重干扰正常信号传输。阻性、感性、容性负载和大功率、小功率负载所产生的噪声在电网上形成叠加，对信号影响严重。

• 载波信号受到负荷的影响在传输过程中存在高衰减。当负荷越重时，线路阻抗变小，会造成载波信号高衰减。比如当电力线空载时，载波信号可传输几公里，但负荷重时，只能传输几十米。

• 电力线的分布属性和时变性导致信号发生变形。电力线是分布式网络，不同区域对数据信号影响不一样，同时电力线是时刻变化的，时变性强，因此很难按照统一模式保证载波通信效果。

尽管PLC技术一直受业内人士质疑，比如电网环境复杂、噪声干扰严重以及时变性大等因素，但从商业角度来看，PLC利用无所不在的电力线网络作为通信媒介，极大地降低了高昂的网络建设费用和后续运维管理费用。近年来，随着调制/解调与纠错技术的发展，半导体集成技术的提高，采用复杂数字信号处理技术的PLC通信集成电路在抗干扰能力方面提升很大，因此PLC电力通信的地位是不可取代的。

当前欧洲采用PRIME和G3联盟的新一代OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用）多载波PLC技术已大规模使用。华为公司也推出了自主研发的宽带PLC通信（同样基于OFDM技术），结合华为在通信领域所擅长的路由、交换和安全技术，应用在配电物联网、AMI智能抄表、智慧灯杆等场景，在全球市场成功规模部署。

华为宽带PLC技术通过大量的实测数据，分析电力线信道特性，包括衰减特性、阻抗特性、噪声特性等，开发出自适应最佳信号传输频率的功能，设计出独特的抗噪声专利技术和抗衰减专利技术，实现高速、可靠、安全的长距离的电力线通信。主要技术包括：

1. 通信频段自适应技术

电力通信中的噪声在不同场景，不同时间，分布不同，大部分场景下的噪声集中在1MHz以下，甚至在500KHz以下，少数噪声达到2.5MHz频点，同时低频线路会导致功放效率变低，信号能量损失变大，而高频线路随着传输距离增加信号衰减也在变大，所以电力线通信特点决定了在频段选择上有一定的范围要求。经过大量实际测量工作，我们对信道模型和噪声模型进行分析，在0.7M-12MHz频段范围内，华为采用预定义频段自适应算法，适应低压配电网络复杂环境，达到最佳通信效果。

2. OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）多载波技术

通常数字调制是在单个电力载波上进行，如PSK、QAM等，这种单载波调制方式容易发生码间干扰，从而增加误码率，同时在多径传播的环境中受到瑞利衰落的影响会造成突发误码。而OFDM技术就是将高速率的串行数据转换为若干低速率数据流，每个低速数据流对应一个载波进行调制，组成一个多载波同时调制的并行传输系统，就是将总的信号带宽划分为N个互不重叠的子通道，N个子通道进行正交频分多重调制后，可以克服单个电力载波串行通信缺陷。

由于OFDM技术抗干扰能力强，频谱利用率高，华为基于自身通讯技术的积累，将OFDM技术运用到宽带电力线载波通信，物理层通信速率的设计能力达到10Mbps以上，满足对海量终端实时并发任务响应。

3. 抗噪声技术

电力线通信的复杂性在很大程度上体现在不同场景下的噪声特点各异，能量强，变化快。因此抗噪声技术一直都是业界各厂商的核心技术之一，也是客户对PLC通信产品能力的重要评价因素之一。

华为宽带PLC技术主要从3个方面提供最具竞争力的方案：

1) 在时域上，设计有效的脉冲噪声检测与消除算法

根据脉冲周期，占空比，峰均比的差异，应对时域噪声微秒级的变化，实时进行脉冲消除策略。

2) 在频域上，设计有效的窄带噪声检测与消除算法

根据噪声在不同频点的功率谱密度分布，采用多种噪声检测处理方式，可以对宽度在1MHz以内的强色噪声进行检测和消除。

3) 针对多相位噪声，采用相位开关策略进行屏蔽

一般PLC网关设备需要在三个相位上进行数据收发，而三个相位的噪声叠加会导致通信性能下降，我们通过对不同相位信号进行监控，屏蔽多相位噪声串扰。

4. 抗信道衰落及负载变化技术

信道衰落及负载变化较为复杂，对电力线通信质量影响非常大，也是电力客户非常关注的通信质量问题之一。华为宽带PLC方案提供频段自适应选择策略，通过频段评估选择，对衰减、噪声、负载综合评定，选取最佳工作频段进行通信。

除了宽带PLC技术以外，华为在业界首创IP化PLC电力通信，即PLC-IoT技术方案，全称是Power Line Communication-Internet of Things，应用在IoT物联网“最后一公里”智慧联接场景。华为PLC-IoT采用IPv6架构，支持6LowPAN数据报文压缩技术，比传统非IP化PLC通信传输效率提升6倍，其内置LiteOS操作系统，可以实现少量业务APP快速部署，如协议解析APP，通过协议转换解决海量终端设备“七国八制”协议适配难题。同时，华为PLC-IoT基于IP化网络能力实现了分领域组网（类似VLAN虚拟局域网技术），未来还将突破电力自动拓扑识别，这个技术非常领先，可以真正做到末端海量设备即插即用，极大提升运维管理效率。

具体来说，华为PLC-IoT带来的价值包括：

1. 基于IPv6，提升PLC网络通信效率和信息化水平

支持开放标准的IPv6技术，不同类型的末端设备可以共享PLC网络，多种APP应用也可共享同一个PLC网络，独立访问各自管理的末端设备而互不影响。同时PLC网络对应用呈现为一个IP网络，多个APP可以并发访问PLC网络，相对于原有非IP化HPLC网络，大大提升并发能力和通信效率。同时，基于IPv6可通过TCP/UDP协议承载丰富的物联网协议，如基于标准化的CoAP（Constrained Application Protocol即受限应用协议）实现高效数据传输。

2. 分领域组网，多个网络共存互不影响

同一区域允许组建不同领域的网络，不同领域的PLC设备之间网络隔离，PLC节点不会加入到本领域之外的PLC网络，PLC网关也不会接纳其他领域的PLC节点加入本网络，从而实现多个不同领域的网络共存，且互不影响。

3. 即插即用，支持设备自发现，简化设备接入流程，提升业务上线效率

PLC-IoT技术结合边缘计算物联网关，提供即插即用框架和SDK二次开发工具，可实现末端设备的自动发现，在物联网关和远端物联网平台进行注册，快速建立物联网关与末端设备之间的业务通道，有效解决传统设备上线流程复杂，安装部署周期长等问题。

4. 无扰台区识别，简化安装部署现场配置，提升部署效率

无扰台区识别是华为推出的台区识别创新技术，无需任何外加设备，根据宽带载波技术特点和电网及信号特性，通过软件实时分析处理，自动识别出末端设备所归属变压器区域，减少现场配置，极大提升设备部署效率。

同时，华为PLC-IoT在网络安全防护方面也做了很多创新，比如支持链路层安全机制，通过AES128数据加密保证数据机密性，支持完整性校验保证数据防篡改，采用序列号校验方式防止重放冲击，增强链路安全性，防止网络攻击。在通信传输安全方面，华为PLC-IoT基于DTLS（Datagram Transport Layer Security即数据包传输层安全性协议）实现PLC节点基于数字证书的接入认证，并通过DTLS加密通道传输协商链路层加密密钥，实现链路层数据加密传输，提供网络安全保障。

华为在2019年成立了PLC-IoT生态联盟，旨在通过邀请高校、厂商伙伴等一起研讨物联网联接创新，共同推进PLC-IoT相关架构、技术、应用的标准研究和制定，加速PLC-IoT技术和产品联合创新，促进技术进步和产业合作，为各行业客户提供基于PLC-IoT场景的优秀产品和解决方案。

随着新基建带来新机遇，数字化、智能化成为各行业未来发展方向，从电力、交通、智慧园区到数字政府，华为PLC-IoT使能海量终端智能化，织起全IP时代物联网“最后一公里”，为整个行业数字化转型带来了价值，我们将继续秉承以客户为中心的理念，坚持开放合作和技术创新，携手行业伙伴，打造园区边缘计算物联网解决方案，服务各行业客户，促进产业发展，实现共赢。