华为的plc电力线载波通信（华为的plc电力载波通信）

概括

本章主要介绍EC-IoT使用的两项关键技术：电力线通信技术PLC-IoT和容器。

PLC物联网

概念

PLC（电力线通信）技术诞生于20世纪20年代，起步很早。但由于信号衰减、噪声严重等技术问题，PLC技术在21世纪之前并未得到广泛应用。近年来，随着智能电网和PLC技术的发展，PLC广泛应用于智能电网、工业控制、物联网、家庭网络等众多领域。

PLC-IoT（电力线通信物联网）也是一种利用电力线进行数据通信的技术。它是华为针对工业物联网场景推出的中频PLC电力线载波通信技术。

与传统PLC相比，PLC-IoT具有以下特点：

它基于HPLC/IEEE 1901.1，将6LoWPAN技术引入PLC-IoT协议架构中，使IPv6可以在低速网络上无缝运行。

其工作频段为0.712MHz，噪声低且相对稳定，信道质量好。

采用正交频分复用（OFDM）技术，频段利用率高，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上的高速、长距离传输。

应用层通信速率范围为100kbps至2Mbps。通过多级组网，传输距离可延长至数公里。基于IPv6，可承载丰富的物联网协议，使终端设备智能化、全连接。

网络模型

PLC-IoT 借鉴了OSI 网络模型。网络架构如图4-1所示，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。目的是能够扩展与标准TCP/IP的对接，实现标准。 IP网络通信使得电力线传输的数据和不同类型的PLC终端能够基于IP网络进行通信（即基于IP的PLC），扩展了PLC-IoT的应用场景。

使用场景

PLC-IoT技术作为一种物联网通信技术，无需额外挖沟、埋设电缆，即可构建高速、可靠的终端物联网通信网络。可直接重复利用电力线路，可降低50%以上的通信建设和部署成本，并显着缩短部署周期。因此，采用PLC-IoT技术的智能终端需要具备以下特点：

有线供电：范围涵盖交流电网系统发电、输电、配电、用电各场景的设备。电网系统的数字化、自动化、智能化离不开发电设备、配电终端和用电设备的数字化联网。

集群特征：同一类别或相似功能的终端共用一条能源网线，终端具有群组或集群特征；能源网络拓扑结构包括总线型、树型和星型。范围一般为变压器下的供电设备，或加了载波隔离的配电箱下的用电设备，或隔离电源模块下的直流电源母线上的用电端子。

非移动性：终端位置固定，如电表、路灯等；即使终端位置相对移动，也是带电源线的小范围移动，例如电梯。

基于PLC-IoT的上述特点，该技术已广泛应用于以下领域：

电力能源：AMI智能抄表、充电桩、能效管理、开关柜、中低压智能配电等。

交通：智能交通灯、智能路灯等。

智慧建筑：电梯联网、智慧消防（可视化烟感、应急照明、指示灯联网）等。

智能家居：智能照明、智能控制等。

特征值

PLC-IoT的三个关键价值特性帮助行业用户创建智能边缘连接：

支持IPv6

将6LoWPAN技术引入PLC-IoT协议架构中，除了实现分片传输外，还可以将40字节的IPv6报文头压缩至4~12字节，使IPv6能够在低速网络上无缝运行；同时基于IPv6，通过TCP/UDP协议可以承载丰富的物联网协议。

共享PLC网络

基于开放标准IPv6技术，不同类型的终端设备可以共享PLC网络。物联网网关主机端应用和容器内的多个应用也可以共享同一个PLC网络，独立访问各自管理的终端设备，互不影响，提高PLC网络的并发能力和通信效率。

数据安全可靠

PLC-IoT支持链路层安全机制，通过数据加密保证数据机密性，通过完整性验证保证数据防篡改，增强链路安全，防止网络攻击；它还使用DTLS协议实现基于数字证书的PLC节点的连接。进行输入认证，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，为应用提供基本的安全保障。

PLC-物联网网络

PLC-IoT网络根据实际行业应用场景的布线环境和终端连接方式，可以呈现星型和树型两种不同的网络拓扑结构，如图1-2所示。树形网络最多支持8类组网，可以提供更大的载波传输距离。

图1-2 PLC-IoT组网类型

PLC-IoT网络支持三种角色：

CCO：Central Coordinator，在PLC-IoT通信中体现为头端通信模块，负责终端设备的接入以及数据的接收和发送。

PCO：代理协调器，仅在树形网络中支持。它是中心协调器与站点之间或站点之间进行数据中继和转发的站点。

STA：终端设备（Station），在PLC-IoT通信中体现为端端通信模块，接收和发送电力载波信号，为终端设备接入PLC-IoT网络提供统一的方式。

为了实现快速组网，PLC-IoT组网具有以下特点：

快速逐级收敛和代理认证技术，可以让大规模站点在最短的时间内接入网络。

快速的路径评估和路径选择保证了STA入网后通信的成功率。

动态时隙管理，自适应站区多期规模不平衡问题，最大化带宽利用率。

单网关最大支持512个节点，支持8级组网，覆盖大台湾地区。

容器技术

在EC-IoT场景中，边缘计算网关支持容器部署，提供隔离的虚拟执行环境。用户可以在部署的容器上安装自己的业务APP来实现不同的业务功能。

概念

容器是一种轻量级的虚拟化技术，但它并不需要像传统虚拟机那样虚拟出整个操作系统，包括CPU、内存、磁盘和外设，然后把它当作真实的机器来使用，而是在宿主机上。在操作系统上虚拟出一个与主机系统隔离的轻量级虚拟环境。

如图1-3所示，业务APP可以安装在容器中，并赋予业务功能独立性，使其不受外部环境（如开发环境）差异的影响，有助于减少在同一基础设施上运行的差异。软件冲突。容器包含了APP应用程序运行的完整环境。所有需要的依赖项、类库、其他二进制文件、配置文件等都集成到容器镜像包中。这样容器就封装了APP应用运行的所有需求。资源使得将图像从一种环境移植到另一种环境更加灵活。

分类

主流的容器技术架构有两种：

一种是Linux 容器，即LXC。

LXC起源于Linux内核中Cgroup和命名空间的开发，以支持轻量级虚拟化操作系统环境。它是操作系统级的轻量级Linux容器，提供轻量级的虚拟化隔离进程和资源： 将应用软件系统打包到软件容器中，其中包含应用软件本身的代码和所需的操作系统核心库。

通过统一的命名空间和共享的API（应用程序编程接口）分配不同软件容器的硬件资源，为应用程序创建独立的沙箱运行环境，让Linux用户可以轻松创建和管理系统或应用程序容器。

一种是Docker公司发布的Docker。

Docker是在LXC的基础上进一步封装的容器技术架构。相当于应用程序级容器，也称为APP容器。也就是说，每个Docker容器都是一个独立的APP。 Docker将APP打包成镜像。当某个地方需要使用这个APP时，可以直接获取这个镜像，方便部署和安装。如图1-4所示，Docker和LXC通过Linux内核的命名空间和Cgroup机制来实现容器。

与LXC相比，Docker还提供了一系列更强的功能：

可移植性

Docker 定义了一种新格式，将应用程序及其依赖环境打包到单个对象中。该对象可以在任何安装了Docker 的机器上共享。在任何机器上执行这个对象的效果都是一样的。 LXC仅实现进程沙箱，无法在不同机器上移植。 Docker将应用程序的所有配置抽象出来，集成到容器中，使容器具有可移植性。也就是说，在Docker架构下，一个APP应用就是一个容器。对于LXC来说，目前最多支持4个容器，一个容器可以部署多个APP。

以应用为中心

Docker对应用部署进行优化，主要是在API、用户界面、设计原理等方面- 自动化构建

Docker 支持Dockerfile。应用程序的所有依赖项、构建工具和包都以源代码的形式写入Dockerfile中，然后Docker可以基于Dockerfile构建镜像。该映像在任何机器上运行都是相同的。

版本控制

Docker为容器提供了版本控制功能，比如版本回滚等。Docker还实现了增量上传下载功能，节省上传下载过程中的带宽资源。

EC-IoT场景中的边缘计算网关基于LXC容器技术进行增强，吸收了Docker的一些优点，并增加了构建方法、版本控制、LXC容器内APP管理、容器签名验证等新功能。

原标题：华为园区EC-IoT关键技术

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责任编辑：pj