本站点使用Cookies,继续浏览表示您同意我们使用Cookies。 Cookies和隐私政策>

首页 信息速查 百科 在线课堂 智能问答

什么是PLC-IoT?

PLC-IoT(Power Line Communication Internet of Thing),是一种面向工业物联网场景、基于HPLC/IEEE 1901.1协议的适用于低压网络的中频带电力线载波通信技术。PLC-IoT技术直接复用电力线进行数据传输,无需额外部署通信线路,保障物联网“最后一公里”的通信可靠、安全、高效。

为什么需要PLC-IoT?

物联网通信技术

物联网的快速发展,离不开通信技术的不断突破。为了实现万物互联的终极目标,人们对物联终端采集数据的需求越来越多,迫切需要各种物联接入技术,保障物联网最后一公里的通信可靠、安全和高效。

物联网通信方式可分为以下两类:无线通信技术(如蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等)和有线通信技术(工业现场总线和电力线通信技术)。其中,电力线通信技术(Power Line Communication,简称PLC)直接复用电力线,无需部署专用线路,即可实现对物联设备的连接。它避免了无线通信技术受周边环境因素(如信号差)影响大的问题,也不像工业现场总线技术则受线路特性的影响大、开放性和互操作性还难以统一的问题。

电力线通信技术(Power Line Communication,简称PLC)的出现,解决了各通信技术无法共用一张网络、客户额外投资大的问题。电网是世界上覆盖最广的网络,电流过的区域远比人踏足的区域要宽广的多。在人力无法触达的场景下,通过电力线就能实现数据通信,万物互联将逐渐成为现实。

PLC技术按调制的载波通信信号的频段及传输速率可分为窄带、中频带和宽带技术,如下图所示:

PLC分类
PLC分类

PLC-IoT的出现

PLC-IoT是PLC技术应用在物联场景的创新实践,基于HPLC/IEEE 1901.1,面向物联网场景的中频带电力线载波通信技术,有效解决了电力线路信号干扰、衰减问题,同时支持IP化通信能力:

  • 它的工作频段范围在0.7-12MHz,噪声低且相对稳定,信道质量好;
  • 它采用正交频分复用(OFDM)技术,频带利用率高,抗干扰能力强;通过将数字信号调制在高频载波上,实现数据在电力线介质的高速长距离传输。
  • 它的PLC-IoT应用层通信速率在100Kbps到2Mbps,通过多级组网可将传输距离扩展至数公里,基于IPv6可承载丰富的物联网协议,使能末端设备智能化、实现设备全联接。

PLC-IoT精确有效地建立了电力线通信信道传输模型,根据频率选择电力线物理特性确定最佳信号传输频率,同时通过大量的实测数据,分析获得电力线的信道特性,包括信号的衰减特性、阻抗特性、噪声特性等。针对这些特征,设计有效的抗噪声技术和抗衰减技术,最终大大地提高了电力线的通信性能,实现高速、可靠、实时的长距离通信。

PLC-IoT是如何工作的?

PLC-IoT基本通信原理并不复杂,如下图所示:

  1. 在信号源侧,PLC调制模块将需要传输的数据信号经过编码、调制等一系列流程,调制成高频信号通过耦合电路耦合到电力线上。
  2. 在接收端PLC解调模块上将数据信号从电力线上分离出高频信号并解调,恢复出原有的数据信号。

简单的讲,就是将信号源发送的通信数据信息通过PLC模块调制成高频电波传输到电力线上,经过电力线传输到达数据接收端,接收端侧的PLC模块再将高频电波从电流分离出来,完成信息传输。

PLC-IoT网络
PLC-IoT网络

PLC-IoT通信模型

要了解PLC-IoT如何工作,首先需要了解传统PLC的通信模型,及PLC-IoT在传统通信模型上的改进。

传统PLC通信模型由物理层、数据链路层和应用层组成,数据链路层可直接向应用层提供传输服务。PLC-IoT网络则扩展了网路层和传输层,包含了5层结构,网络层与传输层直接借鉴OSI七层模型中的网络层和传输层,在网络层实现了IPv6协议,支持基于TCP/IP的通信与标准TCP/IP进行对接实现标准IP网络通信,使得应用不再直接运行在数据链路层之上,而是应用在网络层(IP层)。

PLC-IoT通信模型
PLC-IoT通信模型
  • 物理层

    PLC-IoT通信信号传输的媒介是电力线,物理层负责将需要数据链路层分发的数据传输报文编码、调制为载波信号,发送到电力线上,同时负责接收电力线上传输的载波信号经解调、解码发送至数据链路层进行传输。

  • 数据链路层

    分为网络管理子层和媒体访问控制子层:

    • 网络管理子层:负责PLC-IoT通信网络的组网、网络维护、路由管理及网路层报文的汇聚和分发。
    • 媒体访问控制子层:负责所有数据报文的可靠传输。
  • 网络层

    物联网场景下终端数量庞大,且需要轻量级IP报文实现数据高效传输,PLC-IoT网络层支持的是轻量级IPv6协议(IPv6 over Low Power WPAN),实现PLC-IoT网络的IPv6通信。

  • 传输层

    向上层提供可靠的端到端的网络数据流服务。

  • 应用层

    实现通信单元之间(即PLC通信单元)业务数据交互,为了保证电力线传输数据安全可靠,PLC-IoT支持 DTLS(Datagram Transport Layer Security,数据包传输层安全协议)和 CoAP(Constrained Application Protocol,受限制的应用协议)实现数据安全和高效传输。

PLC-IoT 组网方式

PLC-IoT网络根据实际行业应用场景下布线环境和终端连接方式的不同,可呈现星型与树型两种不同的组网拓扑。如下图所示,其中树形组网最多支持8级组网,可提供更大的载波传输距离。

PLC-IoT组网类型
PLC-IoT组网类型

PLC-IoT网络支持三种角色:

  • CCO:中央协调器(Central Coordinator),在PLC-IoT通信中由PLC头端通信模块承担,负责末端设备的接入以及数据的接收与发送。
  • PCO:代理协调器(Proxy Coordinator),仅树型组网下支持,为中央协调器与站点或者站点与站点之间进行数据中继转发的站点。
  • STA:终端设备(Station),在PLC-IoT通信中由PLC尾端通信模块承担,负责接收与发送电力载波信号,为终端设备提供统一的接入PLC-IoT网络方式。

为了实现PLC快速组网,PLC-IoT组网具备如下特征:

  • 快速逐级收敛,代理认证技术,最短时间完成大规模站点入网。
  • 快速路径评估,路径择优,确保入网后STA通信成功率。
  • 动态时隙管理,自适应台区多相位规模不平衡问题,最大化利用带宽。
  • 单网关最大支持节点数512个,支持8级组网,解决大台区覆盖。

PLC-IoT组网流程

以树型组网为例,介绍PLC-IoT的组网流程:

  1. 设备上电,CCO会进行全网PLC检测,根据电力线通信参数、到网络节点的通信参数确定承担PCO和STA角色的节点。
  2. CCO启动侦听STA的请求报文或者主动询问STA,通过载波检测技术进行传输管理和控制。
  3. STA上电后会向头端CCO发起入网请求,根据PLC-IoT网络状态将请求入网报文发送给PCO或直接发送给CCO,PCO收到连接请求并认证成功后上报CCO请求入网,CCO接收到后即认证完成,STA方可加入PLC网络,从而进行数据通信。

PLC-IoT的行业应用

PLC-IoT技术作为物联通信技术,无需额外挖沟埋缆即可构建高速可靠的末端物联通信网络,直接复用电力线,可降低通信施工部署成本超过50%,并大幅度缩短部署周期,已被广泛应用于智能交通灯、智慧路灯等场景。

智慧交通灯

智慧交通灯方案采用PLC-IoT技术,利用电力线传输通信,充分利用旧路口管道、灯线等设施,快速加装新设备,实现交通设备(信号灯、倒计时牌、诱导屏等)的统一管理,同时通过边缘计算技术打破系统间信息孤岛,实现路口级数据互通共享,交通状况智能联动,如信号灯故障智能检测、信号灯信息联网可查等,提高交通管理智能化水平,打造智慧路口。

智慧交通灯
智慧交通灯

智慧路灯

随着全球智慧城市的发展,传统灯杆在面临智慧化转型,智慧灯杆经成为城市物联的最佳载体。智慧路灯方案采用PLC-IoT技术,利用已有的路灯线路,同时利用边缘计算技术可实现路灯亮度智能调控,可以基于时间、周围环境及经纬度进行光控调节,降低能源消耗

利用PLC-IoT进行路灯照明控制
利用PLC-IoT进行路灯照明控制
基于时间、经纬度计划的光控调节
基于时间、经纬度计划的光控调节
词条统计
  • 作者: 崔云龙
  • 最近更新: 2021-10-09
  • 浏览次数: 1591
  • 平均得分: