淺談電力載波通信物聯網絡架構

蘇為斌　孔艷春　鐘賽君

摘要 縱觀物聯網行業發展歷程，電力載波通信技術（PLC）鮮為人知，智能家居是近年來火熱的話題，其衍生的各大技術大多取得了跨越式發展。通信技術的更新換代促進了物聯網行業的發展，比如4G、5G、WiFi、ZigBee、藍牙等無線通信標準逐漸在我們身邊普及。在當下物聯網行業無線通信標準混戰的背景下，電力載波通信正悄然挺進物聯網領域。事實上，電力載波發展由來已久，技術亦趨近成熟，電力載波抄表網絡幾乎覆蓋全國，如若能有效利用電力網絡實現物聯，那么設備與設備的組網無非就是插上電源，構建智能家居物聯網絡顯然要方便得多。

關鍵詞 電力載波通信；物聯網；智能家居

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）13—0083—02

物聯網（IOT），其英文名稱是：“Internet of things”。顧名思義，物聯網就是物與物之間實現通信的互聯網絡。這有兩層意思：其一，物聯網的核心和基礎源于互聯網的擴展；其二，物聯網延伸到物與物之間，存在著機器與機器之間不為人知的信息交互和數據過渡。因此物聯網一方面應與萬維網（Internet）聯網；另一方面又要實現機器與機器之間的相互管理，即M2M（Machine to Machine），顯然電力載波通信物聯網絡應當滿足并具備這兩個條件。

1電力載波通信的發展現狀

1.1國內電力載波芯片研發介紹

在電力載波抄表應用中，由于電度、用戶數據等信息量較小，對通信線路帶寬要求不高，有著廣泛的前景。所以中速率的數據傳輸芯片研發，成為電力載波抄表的主要應用，已經普及到了各級地方電力網絡。主要型號有青島鼎信TCC081系列、深圳力合微LME2200系列、北京福星曉程PL4000系列等，與國外同等芯片相比，具有造價低廉、穩定可靠等優點。

1.2國內電力載波通信面臨的機遇與挑戰

國內載波芯片在電網行業中前景可觀，但若把該類芯片發展為物聯網絡應用芯片，那么載波通信物聯網絡標準與協議的制訂將成為制約其發展的主要核心問題。事實上，物聯網標準化之路任重道遠，軟件和中間件是物聯網的靈魂和關鍵。電力載波通信構建物聯網絡是一個多行業交叉的系統工程，各廠商的不同的接口標準與通信協議導致不同設備之間的互連、互通無法實現，目前該類芯片主要應用于電力載波抄表。比如，TCC081系列芯片載波頻段是401kHz～441kHz，LME2200C的載波頻段是60kHz～150kHz，PL4000X采用120kHz載波頻段。因此，建立各廠商之間共同遵循的標準與通信協議，是電力載波通信技術推廣至物聯網絡面臨的重要挑戰。

我國在“十二五”期間提出了物聯網概念，但經過5年發展，物聯網熱并沒有把智能家居概念廣泛推廣開來，眾多廠商以Zigbee、WiFi無線方式推廣自己的產品，卻忽略了用戶體驗。再看電力載波市場，其最大的客戶應用主要是電網公司，通過載波抄表方式成功替代了人工抄表，大幅提高了效率，節省了很大的人力成本開支，但是在智能家電、工業場合幾乎沒有應用。若是我們從用戶體驗角度來思考，不管哪一種家電設備，只要通上電便可自動加入智能家居控制陣營，不用去為某一個設備單獨配置地址，不用有太復雜而讓用戶分不清的操作，在不改變傳統家居操作模式的前提下，低成本地植入電力載波通信芯片，構造物聯網絡，那么電力載波通信物聯終端架構的推廣與應用將迎來前所未有的機遇。

2電力載波物聯網絡架構設想

2.1實現電力載波通信物聯網絡的技術架構

由于電力載波通信物聯網絡，存在著不同廠家，不同型號的各類通信模塊，所以我們必須構造一中間環節，進行通信的匯總，并聯入Internet。如圖1所示，ARM嵌入式系統（或中科龍芯Mipsel架構），經過電力線可以與各種智能家居設備實現互聯。

由圖l可以看出，“ARM嵌入式系統”中間環節是實現電力載波通信管理的關鍵節點，當然也提出了一系列難題，即系統由誰來建設，誰來運維，誰來推廣，如果把該中間環節交給用戶自己管理，則存在著設備維護難度大、設備接入有沖突、運作成本高等難題；如果把該中間環節交由創新型中小微企業運作，則面臨大量的家電設備不支持電力載波通信，接入標準的不統一，各自為政，重復開發的問題；如果把該中間環節交由大型企業運作，則面臨創新力不足，資源過度壟斷的問題，就像現在的電力載波抄表，只能抄表，沒有高效的發揮該項技術的優勢，形成了極大的資源浪費。

2.2實現電力載波通信物聯網絡的組織架構

實現電力載波通信物聯網絡架設，不管是個人還是企業均難以實現，加之現有的電力系統，存在著國電、南網各類載波抄表系統，如果把電力載波通信這一“肥沃土壤”開放，必將對電度費用管理形成威脅，損害國家利益。

面對這一系列矛盾，實現電力載波通信物聯網絡，不但應當兼顧國電、南網企業利益，避開或禁用該類抄表載波頻段，而且應當由政府牽頭，成立國家級“電力載波通信物聯網絡”標準制訂組織，邀請各大科研機構、院校、企業共同制訂統一的電力載波通信標準體系，設計和研發該類電力載波通信芯片，并對社會開放。該項技術若得以建立和推廣，將對創新型中小微企業提供一個嵌入式開發平臺，這類企業可以依據標準，提供相應的區域化服務，用戶既不用自己開通網絡，也不用關心設備接入問題，只須給設備通上電就能實現智能控制，有效地降低智能家居設備的使用成本；對于家電制造企業來說，依照該標準，植入低成本的載波通信芯片，實現物聯網絡通信，即可充分了解自己產品的運營信息、故障信息，最大限度地做好產品售后服務，實現以服務創造效益，而非一味的依靠產量、價格惡性競爭。

2.3實現電力載波通信物聯網絡的標準架構

在智能電網中，我國電力載波抄表系統主要采用DLT/645-2007通信協議，支持主從問答式半雙工通信，電力載波通信物聯網絡標準的制訂，可充分參考該協議。該協議在從站地址上提供了A0～A5共6個字節，理論上同一總線網段內可支持設備接入數量達到281萬億個以上，完全可滿足廠商代碼分配、家庭區域碼劃分、各從站地址碼劃分等要求。

電力載波通信屬于總線式載波通信架構，不同于點對點的TCP/IP以太網絡。總線型通信是有主、從之分的點對多點或多點對多點的通信網絡，主站正確識別從站以及從站的接入自動管理是總線型通信的技術難題。對于總線型通信而言，從站設備必須保持靜默狀態，隨時等候主站的輪詢訪問，當主站輪詢到它時，才可發送數據。主站輪詢從站獲取數據應當包含詢問從站需求、滿足從站需求、獲取從站常規數據、發送控制指令、結束訪問等五項主要內容；從站應當劃分需求寄存器、常規數據寄存器兩種內存空間以供主站訪問。

總線型網絡架構存在的第二個難題就是從站地址的自動分配，這關系到設備插上電是否能夠自動接入物聯網絡。我們可以重新構建新的電力載波廣播信道，以不同于數據采集控制信道的工作頻段向總線內發送廣播信號，廣播信號中包含從站地址的分配序列，那么新接入智能家居設備，便可根據該分配序列自動遞增分配地址，然后通過數據采集信道頻段告知主站。主站為了發現新加入的從站，在每次輪詢完所有子站后，都應當嘗試自動探索新加入的從站。從站地址在分配完成后應當具備掉電保存功能。

3結論

盡管基于電力載波通信的物聯網絡目前還沒有完全實現，但我們相信，通過規范化的標準制訂和實施，通過統一的部署和不斷的引入新技術、新思維，一定可以低成本、高效率地實現基于電力載波通信的物聯網絡架構。本文本著拋磚引玉原則提出我們的想法和見解，相信該技術的成功推廣必將成為重要的經濟增長點。endprint