电力线通信与网络融合解决方案pdf

电力线通信与网络融合解决方案绿色通信有限公司刘本2010/12/23目录2第一章电力线通信技术发展现状.................................................................................................41.1电力线通信发展概述........................................................................................................41.2难点与技术突破................................................................................................................41.3标准制订的最新进展........................................................................................................51.4系列标准............................................................................................................................61.4.1HomePlug1.0技术规范...........................................................................................71.4.2增强型HomePlug1.0技术规范（HomePlug1.0-Turbo）..............................71.4.3HomePlugAV技术规范..........................................................................................81.4.4HomePlugAV2技术规范........................................................................................91.4.4HomePlugBPL技术规范.......................................................................................91.4.5HomePlugHPCC技术规范..................................................................................101.4.5HomePlugGreenPhy技术规范............................................................................111.4.6IEEE1901技术规范.............................................................................................111.5HPA技术标准的方向、兼容性和互操作性..................................................................121.6PLC技术产品的优势......................................................................................................131.7国外PLC产品及应用的新进展....................................................................................141.8影响我国PLC产品及应用的因素.................................................................................15第二章电力线通信技术产品的主流应用...................................................................................162.1主流应用领域..................................................................................................................162.2国家项目一：智能电网或智能能源网..........................................................................172.3国家项目二：家庭网络..................................................................................................212.3国家项目三：多网融合的接入网..................................................................................222.4主流产品..........................................................................................................................23第三章电力线通信的其它应用...................................................................................................263.1现代通信不可或缺的网络和技术产品...........................................................................263.1.1电力线宽带（BPL）通信....................................................................................263.1.2电力线窄带通信....................................................................................................273.1.3电力线GP通信.....................................................................................................273.2电力线通信技术应用举例..............................................................................................283.2.1节能减排...............................................................................................................283.2.2电网自动化.........................................................................................................293.2.3混合动力汽车.....................................................................................................303.2.4照明系统...............................................................................................................303.2.5智能家电...............................................................................................................30311概论2009年11月，IEEEP1901电力线通信标准工作组，通过了 1901国际标准基于HomePlugAV技术的决议。世界有了第一个基于电力线的通信标准。2010年4月，HPA(国际电力线网络联盟 )完成了一个电力线通信国际标准的制定发布，名称为HomePlugGreenPhy（简称HomePlugGP）。这个标准的目标锁定成本优化的低耗电智能能源解决方案，例如智能电网、冷冻空调系统(HVAC)、家用电器，以及充电式混合动力电动车(PEHV，plug-inelectrichybridvehicles)等。由于HomePlugGP规格以另外一个国际标准HomePlugAV为基础，与新的IEEE1901电力线标准草案之间完全互通。目前，这个智能电网应用关键的新型电力线芯片正在开发，它利用一般家庭中现有的交流配线，提供双向数据通讯。该芯片采用GreenPHY规格，目前已通过家用电力线网络联盟的审核，并由该联盟正式发表，除了合乎公用事业对于低功率、高稳定性的需求，同时也符合IEEE1901全球网络标准。2010年6月，HPA通过了HomePlugAV2技术标准，目标是下一代的宽带应用，例如高清电视多重码流、高端多人游戏及IPTV网络电视。满足HomePlogGP，AV2和IEEE的芯片将在2011年的第一二季上市。在AV2与GP、AV及IEEE1901装置之间将可完全互通，创造了电力线通信持续向前发展的路径。一个新标准的出现，只是世界工业标准化的事件。然而 HomePlug 系列标准的出现，意味着电力线通信的完整和成熟， 引导着一个国际化的电力线通信网络和多个重大项目， 例如智能电网，以及家庭网络（ HomeAreaNetwork ）。国际电力线网络联盟的一整套窄带和宽带电力线通信系列标准的完善和工业界的最新进展，对世界和中国的影响是巨大的。2006 年以来，新兴的电力线通信技术已经取得核心技术、成套标准、专用芯片的综合性突破，其实用化产品包括了窄带和宽带，传输速率已可达 200Mbps 以上，以致于 PLC的新市场应用领域也包括以视频为中心的宽带接入与宽带家庭网络，包括 HDTV、IPTV、VOD的接入与分配网。 美国标准组织已经认定， HomePlugGP 是智能电网的主要标准之一。 不仅是智能电网、智能能源项目，世界许多相关的网络、项目以及应用将产生一系列的改变，这个改变是深刻的，不可逆的。与现有的“有线”和“无线”两类主流组网方式相比，电力线通信以一种全新的组网方式， 利用了目前全球最大的现有网络资源， 同时具备了有线的传2输稳定性，同时避免了有线的繁琐布线和无线信号盲点的缺点，是通讯组网方式的一次提升和革命。电力线通信的发展速度和成熟度，出乎人们预料。从上世纪二十年代开始，电力线通信已经历了很长的发展历史，但是由于电力线是最不稳定、干扰最大、最困难的有线通信媒介，极大地限制了它的应用频带和传输速率，所以一直不成熟，也鲜为人知。长期以来，电力线通信技术只是局限在与电网调度管理相关的特定专业市场应用，如电力负荷的控制和监视，各种自控系统和远程抄表系统，直到最近几年，由于宽带技术的发展及市场竞争的推动，更由于新的调制技术、DSP技术及新的芯片技术的出现，才带来新的应用和解决方案。在我国，电力线窄带载波技术在国内已经有70多年的应用和发展历史，技术标准和管理规程相当完备和成熟，目前尽管在线运行的载波设备总数呈下降趋势，但在电力系统仍然还有相当大的数量，承载着电网通信的某些核心业务。然而，新近发展的电力线数字通信已经与昔日的电力线窄带载波不能同日而语，电力线通信的新技术新产品已经引起通信和应用的一场大变革。我国产业界，对系列的PLC窄带宽带技术的发展不敏感，国家尚无宽带PLC的标准，也还没有与电力线互联互通的规范，产业活动并不活跃，这方面的技术开发和创新步履维艰。在电力线通信技术产品成熟的同时，一个新的技术也正在开发中，它就是融合网络技术和芯片。网络融合，就是将目前的有线、无线、电力线通信技术融合到一个芯片上。单芯片具备两个以上网络的能力，解决了现实中一个网络不能实现应用覆盖和功能拓展。例如，适用于电网和智能电网的HomePlugGP和Zigbee融合芯片，它从电网延伸到电网附近的空间。适用于家庭娱乐的有线电视超宽带和超宽带无线融合芯片，将有线和无线宽带混合和复接。适用于家庭网络的HomePlugAV和WiFi融合芯片，为多媒体应用的提供了新的有竞争力的解决方案。我们已经在一年前投入了产品研发，实际证明，我们的预见是正确的。2010年4月，HomePlugGP获得美国标准组织认可，2010年11月美国家电制造商协会于对智能能源技术评估结果中，WiFi、ZigBee和HomePlugGreenPhy这三种通信技术均获得最高评级。而网络融合的技术和芯片创新，颠覆了传统网关的概念，降低了网络融合的复杂性，为利用现有网络资源组网和开发应用提供了极大的便利，避免了重复建设，可节省大量的投资。智能电网、智能能源网、物联网、多网合一，是目前工业界百年一遇的全球工业变革赋予的发展时机。自主创新是国家强盛的必由之路。作为一个大国，无论从国家战略、国家安全、产业优化、提高效益、降低成本哪个角度， 都需要有自己的知识产权和坚实的产业基础。我们希望国家依靠自身的巨大市场，支持和支撑新技术，主导全球的工业变革。3第一章 电力线通信技术发展现状1.1电力线通信发展概述电力线通信（ PowerlineCommunication ，简称“PLC”），是一种利用输电和供电的电力线进行高速数据传输的技术。 PLC技术从上世纪二十年代开始已经历了很长的发展历史，但是由于电力线是最不稳定、干扰最大、最困难的有线通信媒介，极大地限制了它的应用频带和传输速率，所以一直不成熟，也鲜为人知。长期以来，电力线通信技术只是局限在与电网调度管理相关的特定专业市场应用， 如电力负荷的控制和监视， 各种自控系统和远程抄表系统， 9600bps 的低速数据通信 ,以及模拟话音信号传输。典型应用领域是电力线载波（ Power-linecarrier ），它是在中压、高压甚至超高压电力线上，采用高频载波信号传输信息，基本载波频带 4kHz/2.5kHz ，载波频率范围40kHz—500kHz ，用于传送电力调度电话和远动信号。直到最近几年，准确的说是 2006 年以来，由于宽带技术的发展及市场竞争的推动， 更由于新的调制技术、 DSP技术及新型 PLC专用成套芯片的出现，才带来新的应用和解决方案。相关国际电力线网络联盟 PLC全球标准体系的制订情况表明，新兴的电力线通信技术已获得重大技术突破， 其实用化的产品速率已可达 200Mbps 以上，覆盖了宽带和窄带， 以致于PLC的市场应用领域已瞄准以视频为中心的宽带接入与宽带家庭网络，包括 HDTV、IPTV、VOD、DVB、DVR的接入与分配，以及全球的智能电网和其它的电力线相关应用。1.2难点与技术突破遍布城乡的交流电源线是一种最困难的有线通信媒介， 主要干扰通信传输和劣化通信信号的因素是各种来源众多的不可预知的干扰、 衰减和失真，包括宽范围的阻抗变化、 高衰减电平、多路径时延传播等等。例如：开关电源、电灯、电刷的火花噪声，静电噪声，电机、微波、变压器等引入的噪声；分支线路、配电盘、断路器、电感加热器等带来的衰减；不恒定的非线性电力负荷、 阻抗失配等带来的失真。 又如，因为电路分支和负载的互连几乎是随4机的，因而家中任何两个电源插座之间的通路具有不可预知的传递函数， 所以通路的幅度和相位响应随频率呈宽范围变化， 幅值响应可能超过允许范围 （其变化从几个 dB到80dB 以上）；而且，在各种用电设备开机和关机时，通道响应还会随时间变化。要在如此恶劣的条件下可靠、准确、低时延地传输高速宽带数据信号， 必须找到一种能克服各种障碍的综合技术。实现PLC技术突破的基本技术是在物理层采用 OFDM，即“正交频分复用”技术；以及在MAC层采用CSMA/CA ，即半双工以太网采用的 “带碰撞检测的载波监听多路访问 ”技术。OFDM是60年代首次提出的理论，它把可用频谱分成许多窄带载波来用，这类似于XDSL；IEEE802.11 无线LAN委员会也选择 OFDM，未来的4G移动通信也将采用 OFDM技术。PLC采用的OFDM技术，是其克服障碍实现技术突破的核心技术，而且具有如下特点：每个载频能支持几种调制格式：ROBO、BPSK、QPSK、QAM能在恶劣的环境中实现同步单频动态定位以避让无法使用的频段能在带内干扰或冲突下工作支持广播传输极好的抗信道干扰性能不需要信道均衡不需要时钟同步OFDM在频域内的单频定位功能，它能自动避开单频干扰和衰减过大的频点，以实现最佳信噪比。当然，支撑电力线通信的芯片技术不仅是 OFDM，还有许多其它技术。在实现技术突破后，还需要制订成套的 PLC全球统一标准，才能实现芯片和整机的规模化生产，以便显著降低产品成本，真正实现 PLC的大规模推广应用。1.3标准制订的最新进展PLC国际电力线网络联盟和论坛都成立于 2000 年或更晚，这说明 PLC是一项新兴的技术，全世界众多的厂家和公司都看重这个全球覆盖面最广的现成的网络基础设施， 并寄希望于这一颇具潜质的通信媒介。5电力线网络线盟 ”—TheHomePlugPowerlineAlliance ，是标准制订成果最多的主要PLC国际联盟，最初重点在于 PLC家庭网络技术规范的制订， 近两年主要进行中、 低压PLC宽带接入标准的制订。另外值得一提的是 OPERA— 开放式PLC欧州研究联盟（ TheOpenPLCEuropeanResearchAlliance ），它是由欧盟支持的最早制订 PLC宽带接入标准的机构，主要是制订统一的欧州标准。 OPERA在2005 年底就完成了大部分 PLC接入标准的制订，2006 年2月宣布正式批准全球第一个开放式 PLC接入技术规范，也称为BroadbandoverPowerline （BPL），即“宽带电力线接入 ”标准。该标准的制订得到欧盟的支持，由来至OPERA的35个机构（包括 10所大学）的业内专家历经两年的努力得以完成。 OPERA声称，该BPL技术规范的制订将促进高速、低成本的话音、视听业务，以及配电控制与管理业务的规模应用。2006 年3月HomePlug 家庭插电联盟宣布， 该联盟今年已经在 PLC标准领域取得重大进展，HomePlug 将在2006 年3季度正式批准其 “指令与控制技术规范 ”—HPCC（HomePlugCommand&Control ），并计划在 2006 年4季度正式批准其 BPL“宽带接入技术规范”（HomePlugBroadbandoverPowerline ）。这意味着到 2006 年底，基本覆盖PLC各类应用的全套国际标准将制订完毕。有迹象表明，HomePlug与欧州标准是互相参照、相互借鉴的，所以说应该是能兼容的。而且，HomePlug联盟还与IEEE、ETSI等其它国际标准机构有工作联系，以实现其标准和产品在全球范围内的协同工作和共存机制。1.4系列标准家庭插电联盟从 2000 年成立以来，陆续制订了一系列的 PLC技术规范，包括HomePlug1.0 、HomePlug1.0-Turbo 、HomePlugAV 、HomePlugAV2 、HomePlugBPL、HomePlugGreenPhy 、HomePlugCommand&Control ），形成了一套完整的PLC技术标准体系，基本上覆盖了所有电力通信技术的应用领域。61.4.1HomePlug1.0技术规范这是家庭插电联盟 HomePlug 在2001 年6月宣布的第一代高速电力线网络的技术规范，是全球第一个 PLC技术标准。HomePlug1.0 版本发布前，在美国和加拿大进行了 500多个家庭、近 10000 线的现场试验。现场试验证明，该技术规范满足 HomePlug 制定的市场需求文件（ MRD）所规定的各项性能要求，包括：调整、互操作、性能、抗干扰、可靠性、可量测性、维护和故障诊断等。该现场试验是在基于 HomePlug 技术规范的产品和业务的基础上进行的，并且作了节点到节点的文件传送，多节点文件传送， VoIP及流媒体试验。HomePlug1.0 是一种通过家中的电力线完成设备互连的技术规格。 HomePlug1.0 的产品为消费者提供一种不需要增加任何新线路就能简便组成家庭网络的解决方案， 这些产品包括HomePlug 桥接器、HomePlug 适配器以及内置有 HomePlug 技术的网桥和适配器，它们采用以太网、 USB、802.11Wi-Fi 接口将PC机或其它设备与电力线相连接，数据速率为14Mbps 。HomePlug1.0 技术规范的要点为：综合的物理层（ PHY）和媒介接入控制层（ MAC）数据速率：高达 14Mbps频带宽度： 4.3MHz-20.9MHz正交频分复用（ OFDM）符号调制个载频频道自适应前向纠错（FEC）载波调制方法支持：DQPSK,DBPSK,ROBO接入方法支持： CSMA/CA满足FCC第15部分辐射标准安全通信CMOS处理机运行频率： 100MHz1.4.2增强型HomePlug1.0技术规范（HomePlug1.0-Turbo ）这是在HomePlug1.0 的基础上进一步提高速率的技术规范，其数据速率可达 85Mbps，因而可用于快速电力线通信和宽带接入， HomePlug1.0-Turbo 的主要应用目标是：7标准电视（SDTV）分配网络电视（IPTV）高数据速率的宽带共享共享的宽带因特网接入视频、音频流及其转发无线LAN网的覆盖扩展VoIP呼叫PC文件和应用共享打印机和外设的共享网络和在线游戏监视摄像1.4.3HomePlugAV技术规范HomePlugAV 是PLC有关音频-视频宽带家庭网络的技术规范，它支持多个数据和视频流的分配，包括遍布整个家庭的高清晰度电视 (HDTV) 和标准清晰度电视 (SDTV)，支持家庭娱乐应用，包括 HDTV和家庭影院。HomePlugAV 能提供一种方便且低成本的方法，不用重新布线就能在家庭中分配HDTV。HomePlugAV 规格的目标包括提供高质量视频分配的最佳解决方案，并具有安全可靠的连接和内部的服务质量（ QoS）保证，以确保广大用户体验到与其它家庭网络相比的价格竞争力。 HomePlugAV 兼容HomePlug1.0 。HomePlugAV 的设计满足更高的带宽和更低的时延需求，以支持几个同时并发的HDTV 和VoIP流，并且能同时使用家中 90的电源插座。其应用目标是家庭影院和数据网络环境下的家庭音 -视频分配。为此， HomePlugAV 在给定的频率范围内把香农定律用到了极限，它能在PHY层提供200Mbps 等级的服务，考虑开销后，MAC层也能支持100Mbps以上的速率。 HomePlugAV 采用的基本技术特征在于： HomePlugAV 在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的 OFDM 而在MAC层则综合使用具有 QoS保证的TDMA 时分多址有序接入和 CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求（ARQ）可靠传送 HomePlugAV 支持TDMA 和FDMA，即兼容时分多址和频分多址，以便兼容 BPL宽带接入 HomePlugAV 协议栈支持多种上层协议，如 802.3、IPandUPNPHomePlugAV 的主要应用目标在于：分配高清晰度电视（ HDTV）和标准清晰度电视（ SDTV）8交互式电视（IPTV）WiFi，UWB和无线USB的干线传送宽带高速率数据分配共享宽带因特网接入音频和视频流及其传送扩充无线LAN网的覆盖网络电话VoIPPC文件和应用共享打印机和外设共享网络和在线游戏保安监视典型的建立在现有家庭电源线网络上的 PLC宽带家庭网络，几乎包括了所有能插在交流电源插座上的通信、家电、网络及娱乐设施，如： PLC电话、数字电视、 PC机及家庭多媒体服务器、 PLC802.11 无线网桥、DVD/家庭影院、MP3等等。1.4.4HomePlugAV2技术规范2010年4月完成，正式展 示HOMEPLUGAV2 标准，最大的改进在于 MIMO（多入多出）技术的导入，大幅提升数据流量，数据速率提升到 500Mbps。并确定与 IEEE1901 标准的互操作性。1.4.4HomePlugBPL技术规范HomePlugBPL （BroadbandoverPowerline ）宽带电力线接入，是一种连接到家庭的宽带接入技术， 它利用现有交流配电网的中、 低压电力线路，传输和接入因特网的宽带数据业务。HomePlug 联盟成立了 BPL接入工作组，专门负责研究 HomePlugBPL 接入规范的市场需求文件（ MRD）和相关标准，得到了公用供电局、 ISP因特网业务提供商及其它BPL工业团体的协作和支持。事实上全世界的公用供电局、 ISP和各国的政府部门，都对利用无处不在的电力基础设施进行宽带接入传输的潜力颇感兴趣。 作为一种传统接入技术的成功替代方案， BPL市场正在迅速增长。家庭插电联盟选择了 HomePlugAV 的媒体访问控制层（ MAC）和物理层（ PHY）技术作为其 BPL新技术规范的基础，以确保它与家中的 HomePlugAV 网络高性能地协同工作。9HomePlugBPL 接入需要开发出中压线路和低压线路的技术规格。总的要求是 BPL规格的范围要复盖MAC层、PHY层、AFE模拟前端和耦合器的相关构成部分及网元管理，但是并不包括耦合设备的物理执行层或者与安全施工相关的安装程序。该规范还要求注意中压（ MV）和低压（LV）的用法，HomePlugBPL 接入的市场需求文件（MRD）描述了工作在低压和中压两种线路的技术规范要求。 HomePlugBPL 接入工作组还在进行低压和中压两种环境下的 BPL接入和HomePlugAV 规格要求的“差距分析”。低压BPL（LVBPL）是利用电力分配网的低压线段在附近区域传送宽带数据。 BPL信号通过配电变压器的低压线路段， 以及杆线或地下线路直达家中。 家中的任何电源插座都可以用来连接到 BPL网络并接入因特网。安装 BPL时需要采用 BPL网关/桥接器、中继器，以及家中的 CPE设备。配电变压器的骨干连接线路则可采用光纤、无线或中压 BPL设备。中压BPL（MVBPL）则是通过中压线路传送宽带数据信号到多个邻近区域。从中压线段到家中的宽带连接由低压 BPL或无线接入提供。如果使用 LVBPL，安装电极或地下配送变压器会阻挡 BPL信号通过，而无法到达低压区域。这样，就要采用专门的耦合器以让数据通过MV线路到达 LV段。HomePlugBPL 标准主要用于中压和低压线路的接入与分配，而 HomePlugAV 和HomePlug1.0 主要用于家庭网络。1.4.5HomePlugHPCC技术规范电力线网络联盟批准一种先进的 PLC控制及指令系统的技术规范，称作 HomePlugHPCC（HomePlugCommand&Control ）。HomePlug 控制及指令系统是一种成本很低的低速电力线通信技术， 用以补充联盟的高速电力线通信。 该技术规范可提供整个住宅内的照明、电器、空调、保安以及其它设备的先进的控制系统标准。过去30年，利用电力线进行家用控制的努力，已经到达一个上升的拐点。 2007 年以来，控制及指令设备市场高速增长。所以电力线网络联盟要补充 PLC低速数据标准，以建立一个统一的市场标准，促进控制及指令应用的市场增长。101.4.5HomePlugGreenPhy技术规范HPA批准并由正式发布的 HomePlug Green Phy 技术规范，是2010 年6月才出台的，这个标准的目标锁定成本优化的低耗电智能能源解决方案， 例如智能电网、冷冻空调系统(HVAC) 、家用电器、以及充电式混合动力电动车 (PEHV ，plug-inelectrichybridvehicles) 、家居自动化等，除了满足公共事业低功耗、 高可靠性的要求， 同时也符合 IEEE1901 全球网络标准。主要的技术特点有：可与HomePlugAV 互操作符合IEEE1901 标准低功耗，低成本，比 HomePlugAV 要低75%支持IP网络的802.2,IPv6最低1Mbps 的有效数据速率 (3.8 Mbps 物理层速率)支持在线升级1.4.6IEEE1901技术规范2005年7月，IEEE成立了P1901工作组，致力于统一的电力线宽带通信的技术标准。2009年11月，IEEEP1901电力线通信标准工作组，通过了1901国际标准基于HomePlugAV技术的决议。国际第一个基于交流电力线的高速通信设备的物理层和MAC层标准形成。该标准将符合美国智能电网发展框架和互操作标准。关键问题是解决了各类BPL设备平衡、有效地使用电力线通信信道，解决共存和互操作机制，并提出安全机制。11有了以上国际通用的成套技术标准， 企业可以采用公共的基本技术进行规模生产以提高竞争力。全球市场扩大了，生产厂家和消费者都是最终的赢家。1.5HPA技术标准的方向、兼容性和互操作性HomePlug 代表了电力线通信的发展方向，而就其本身而言，其发展方向如下：1）HomePlug技术支持电力线通信相关的任何应用，主要认证其兼容性和互操作性。2）HomePlug产品应有竞争性的价格。3）采用现有的家庭电力线网络作为通信媒介。4）提供以太网速率的高速和低速互联。5）允许消费者在家庭的任何一个插座输出将计算机及其它设备方便地连接起来。6）HomePlug规范与现有的以电力线路为通信媒介的其它协议不能冲突，其中包括X-10，CEBus，LonWorks 。12HomePlug 的目标是让消费者通过该技术，使信息通信设备使用电力线共享高速的互联网连接。HPA的兼容性主要是通过兼容性认证来确定，兼容性认证包括 1.0，AV，BPL，和CC兼容性认证。HPA的互操作性显然是后期根据实际发展而增加的， 从AV开始，HPA意识到了互操作性的重要，在这方面作了大量的投入。只有互操作性才能保持技术产品的强大生命力。随着越来越多的芯片厂家的加入，只有基于HomeplugAV或P1901标准为基础的EOC产品才越来越有竞争优势。1.6PLC技术产品的优势．成本低，部署快因为有效地利用了已有的配电网作为传输线路，不用敷设额外的线路，从而大大减少线路投资，节约了成本，而且避免了因敷设网络线路带来的一些问题，如打孔，对建筑的破坏作用。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源和时间。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。例如宽带上网，只要带宽高，性能稳定，有极大的市场空间。2．结构灵活，不受环境的限制， 有电即可组建网络， 同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与 WLAN 媲美。3．传输效率高、速度快、带宽稳定，电力线通信的传输速率可以高达到 500Mbps ，比ADSL,ISDN 和拨号快。可以很平顺的在线观赏 DVD影片，它所提供的带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准 HomePlugAV 传输速度已经达到了 200Mbps ，13AV2达到500Mbps；为了确保QoS带有冲突检测机能的载体侦听多路访问

，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。即插即用电力线作为通信信道， 可以灵活地实现即插即用， 不用繁琐的拨号过程， 接入电源就等于接入了网络，只要插上电源就永远在线。应用范围广，民用电力线是世界上最普及的网络， 这是电话线和有线电视不能比拟的优势。 电力线可以轻松地渗透到每个家庭， 为现代家庭智能化和互联网的发展提供了广阔的发展空间。 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。 虽然无线网络可以做到不破墙， 但对于高层建筑来说，其必需布设 N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。 而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。当然，电力线通信也并非十全十美，比如电力线上网也存在易受其它电器干扰，存在泄漏和安全问题，由于网络分布的随意性，对网络管理提出更高的要求等等，就是该方案需要解决的问题。1.7国外PLC产品及应用的新进展值得欣慰的是，PLC这项难度很高的新技术，在核心技术突破后，与成套标准的制订同步，全球多个厂家又同时实现了专用芯片的突破。专用PLC芯片的主要厂家有：美国 Intellon 公司、西班牙 DS2公司、法国 Spidcom公司、以色列 Yitran 公司，以及 Arkados 、Conexant 、Atheros 、Greenvity 等PLC芯片供应商。芯片的传输速率有 224Mbps 、200Mbps 、85Mbps 、45Mbps 、14Mbps 、2.5Mbps 等等，它们可适应各种目的不同、速率不同的 PLC应用领域。其实，这些芯片同14样可以扩展应用到CATV有线电视网络的高速数据传输、其它现有同轴电缆通信网的宽带综合应用，以及中/高压电力线路的宽带高速电力线载波通讯。据称：HomePlug 联盟的成员在 2009 年底增长了 30，公司成员已达 72个。到2010年底止，已有 6000 万套HomePlug 的芯片出货，整机退货率在 1%以下。而且随着全球20个服务提供商的规模安装， 新的HomePlug 产品正以每季度 100 万套以上的速度增长。有两个重要的事件能够证明并将促进 PLC技术的大规模应用。一个是前面提到的欧盟2004 年1月1日启动的 OPERA（OpenPLCEuropeanResearchAlliance ）计划，它表明欧盟致力于将 PLC作为实现“信息化欧洲”（eEurope）的重要技术手段。另一个是美国联邦通信委员会（ FCC）2004 年2月12日批准对某些技术规则的修改意见，其目的就是要鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台， 促进电力线宽带接入技术的推广应用， 把美国电力网的巨大潜力利用起来。事实上随着全球最发达的欧美地区的突破， PLC的试验及商用网络已遍及欧洲、美洲、亚洲、非洲以及大洋洲的 40多个国家和地区。据HPA提供的信息，IEEEP1901 的最终技术标准将于 2010 年底完成。HomePlugGreenPHY 的芯片和产品将于 2010 年1季度供货，HomePlugAV2 的芯片和产品将于2010 年2季度供货。可以预见， 2011 年起，电力线通信的市场开始高速成长，展示她强大的竞争力和潜力。1.8影响我国PLC产品及应用的因素综上所述，PLC宽带电力线通信技术应用种类繁多、前景广阔，对用户使用来说又不需另外布线、简便易行，所以特别为公众所看好；但同时，因为技术难度很大，又存在不少的行政和技术管理壁垒，所以被一些人长期置疑和否定。但是，本文介绍的 PLC成套系列标准制订的情况表明，宽带电力线通信已经实现了重大突破，虽然还存在一些困难和障碍，但这仍然预示着 PLC的全球规模应用正在开始，也预示着一个巨大的、新的市场机遇已经到来。中国在 PLC技术的应用方面，并不落后；而且不少人认为在 PLC的应用试验方面是走在了世界的第一队列。但是，在标准跟踪、芯片技术、电力体制、运营体制、行政管理、相关政策、技术标准等等诸多方面，离 PLC的大规模推广应用就相对落后了。 PLC在竞争激烈的全球宽带接入网中异军突起，我们将如何应对？15我国电力线通信，技术上还是存在着不小的挑战。主要的挑战包括：缺乏通行的技术标准电力线接入网络混乱过高的电力线噪声对于缺乏通行标准，严重制约着产业的发展。 据说国家相关部门已经在加速标准的制订。电力线通信将是国际、国家和产业的大事，是我国的一个重大机遇，不能等闲视之。电力线接入网络混乱 是一个颇为头痛的问题。 这主要表现在楼宇电力线路过乱方面。 由于中国处于发展阶段， 旧式楼宇的比重还比较大， 这些旧式楼宇基于建设的年代和成本， 普遍缺乏系统的综合布线，存在不确定因素，是电力线通信发展的一个不小挑战。电力线噪声过高问题， 是一个随过程发展可以逐步解决的问题。 由于中国的传输线路质量很高，问题就出在由于缺乏标准， 各级比较混乱的负载接入后所造成的问题。 随着标准的推出，对各种电器负载的约束将会大大减轻这方面所引起的问题。第二章 电力线通信技术产品的主流应用2.1主流应用领域PLC主流应用主要有两个，其一是利用家庭中的电源插座进行组网的不重新布线的 “家庭网络”，其二是利用中、低压电力配线网传输宽带信号的 “最后一公里接入 ”，俗称接入网。PLC电力线通信技术的宽带 -窄带综合应用领域，范围广阔、潜力巨大、颇具市场诱惑力，它们包括：因特网接入 Internetaccess家庭网络 HomeNetworking市场信息广播 Marketinginformationbroadcasting网络家电 Networkelectricappliance16家庭自动化 HomeAutomation自动抄表系统 AMR综合计费Integratedbilling供电质量监控 Powerqualitymonitoringandcontrol故障检测与控制 Failuredetectionandcontrol远程开关Remoteswitching远动保护管理 Protectionmanagement负荷控制Loadcontrol能源管理Energymanagement摄像监控应用 CameraApplication安防应用SecurityApplication大楼空调应用 BuildingAir-conditionerapplication智能大楼系统 IntelligentBuildingSystem电力线通信的应用远远不止这些。随着应用的开发和普及，将渗透到人类活动的方方面面，对人类社会产生永远的影响。2.2国家项目一：智能电网或智能能源网能源，是发展国民经济永恒的话题。 研究国家能源发展战略和规划， 研究能源开发与节约、能源应用的最大效益化、 能源安全与应急等是我们当前最主要战略任务之一。 她不仅维系着中国的安全，也影响着世界的稳定。智能能源网主要是通过智能电力网、 智能热力网、智能水务网等条条块块的分行业改革，通过多行业不断整合、体系不断叠加的架构原则推进，其特点是分期、试错、分级追求变革目标。智能能源网的推出也是为中国可再生能源和新能源的大发展奠定并网基础， 以便于实现更大程度地利用可再生能源与新能源，实现 “到2020 年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到 15%左右”这一宏伟目标。智能能源网的具体目标为：1. 实现智能能源网产业的集成化；2. 实现发展标准的国际化；17实现主力能源的兼容化；实现分布式能源管理的现代化和体系化；实现储能技术的实用化；实现发电、输电、配电和用电的互动化；实现复合电力光纤电缆电网为主的通讯化；实现电网升级的芯片技术和兼容标准的择优化；实现信息管理平台的体系管理高端化；实现电力交易的市场化；对智能电网而言，主要的改变如下：分布式发电的接入无处不在的优化能源管理无处不在的通信与智能化新的角色出现，比如用户有可能同时是生产者，服务者等实时管理历时半年、集合了 1500 名有关专家的意见， 2009 年9月25日，美国国家标准与技术研究院（NIST）公布了美国智能网的最新规划《智能网业界标准的总体框架和发展路线图》第一版（草案）。由此表明美国的智能网战略发展计划已经跳出了电力产业窄幅运转的视野演变为美国能源革命的带头主力，该草案也设计了美国智能网实施路线图的总体框架。此草案是奥巴马 2009 年任内能源领域最重要的成就之一， 它初步确立了美国智能网的体系标准，赢得了全球智能网发展的新的制高点。与此同时，欧洲也在加快智能网的建设， IEC等机构也公布了有关标准。由于这个草案以电力体系为第一改革目标， 美国智能网整合的主体也就主要表现为电网利益的调整和转型。 因此，美国的智能网改革基本上是以智能电网为中心的改革， 智能电网的改革正成为其能源结构转型的突破口，而造就智能电网标准也就成为这次变革的领率力量。所以，智能电网既是美国智能网格体系的组构要素之一， 目前也基本上是智能网格的主体框架，也可以说美国联邦政府推进的互动能源体系的建设主要集中在智能电网建设领域。由此客观评价美国这个模式，它已经演变为“分级登顶式”的渐进改革，今后从智能电网到智能网的发展路线，它也许只能择选体系不断叠加的架构原则予以实现。18然而，富有创造力的美国人也不排除加速完善并调整这种发展模式。 拥有美国最大的煤气及电力设施的太平洋燃气电力公司（ PacificGasandElectricCo. ），在初期智能电网的投资之中，由于有关业务标准设计过低、 特别是通讯标准存在问题， 造成了可再生能源难以顺利入网，这个教训迫使美国业者正在提升智能网标准和修正智能网的建设路线图。智能电网和智能能源网对世界电力生产和使用，对于人类和地球资源的优化密切相关。世界性的行动和分享已经成为各国的共识。 对我国的体制和工业的影响也将是深刻的。 对我国既是机会，又是挑战。我们按我国的情况，按照现有的国家、大区网局级、省级、地区和县级分层的方式循序改进，分布到位。但这是一个开放的世界，落后了就意味着利益的转移，这是国家利益。明确一个概念，智能能源网并非智能电网，实际上目前我们使用的智能电网一词的英文原文为SmartGrid，原意应为智能网格或智能网，这个概念又包括智能家电网格、智能电力网格、智能数据网格、智能热力网格、未来网格等多种涵义，智能电网是其中的重要组成部分而非全部。由于翻译问题，误将SmartGrid 翻译为智能电网， 由此国内许多人一直认定国内的智能电网建设就是英文的 SmartGrid 之意，并以智能电力网这样一个专业网的改革而与国际上的智能网的体系建设相比肩及接踵， 进行不对称的体系竞争， 这种认识导致我们以局部产业的智能化改革而与国际上产业整体化的智能网建设错位互动， 于中国把握世界产业制高点是不利的，中国不能以智能电网的建设代替智能网、智能能源网的建设。美国目前制定的是智能网的标准和路线图，而中国攻关的主体改革目标主要是智能电网，这个改革之中又有着重要的体系区别。美国智能电力网的标准设计早于、也领先中国，中国智能电网的诸多设计虽然有别于美国， 但是在许多标准设计方面仍然处于吸收和模仿阶段，其中国内一种顽强的观点就是反对将电力、水务、热力、燃气、数据、有线电视等资源捆绑为一体化改革， 并认为中国能够推进智能电网建设已经不易了， 倘任其观点发酵， 将使中国失去一次占领世界知识产权制高点的机会，而这个局面应力争尽快转变。就国内而言，智能电网建设的推进是迅速和高效的， 但是这个智能电力网的建设仅仅是智能能源网的架构建设的主要部分而非全部。 我们不能以智能电网的局部竞争而放弃在智能网领域的整体创造，而且，这个体系建设所缺憾的就是还没有一个世界领先的技术标准体系。因此，于改革之步骤，可照顾分行业渐进式建设的实际；而于标准，则必须照顾从智能能源网的制高点的基架之巅优先建造。这也是考验 100 多年来中国工业和技术创造力水平的关键，也是中国生产力不可多得的领先世界的机遇。19建构中国智能能源网的标准应该成为当代中国知识产权最高的创造性使命之一， 它也应该成为中国智能能源网建设的战略高点，这个高点应该成为中国国家利益的核心要素。但是，这个制高点建设的难点不在于市场的潜力、政府的力量、资本的投入，而在于管理的习惯，特别是部分来自各种管理岗位、 源于狭隘的本位知识坚决反对改革的力量。 为此，中国智能能源网的建设就需要勇敢地跨越这个历史障碍线。中国应该依靠自身的巨大市场成为主导全球智能网变革的领先国家， 建造影响未来百年的智能网标准，在百年一遇的全球工业变革中发挥主导作用。世界智能电网的发展现状目前，智能电网正处于试验阶段，在全世界有 90个试点项目正在全球推进，同时，还有近90个项目正在筹建中。试点主要集中在北美、澳大利亚、欧洲。南非、中国、印度、日本和韩国的试点活动也非常活 跃。中国：中国2010年智能电网投资：73亿美元美国：美国2009年智能电网投资：40亿美元美国2010年智能电网投资：70亿美元财政刺激方案，包括增强劳动技能的投入美国国家标准局与技术研究院（NIST）标准制定资金建设美国第一座全集成智能电网城市博尔德欧洲：欧洲启动了超级智能网络英国：英国2010年智能电网投资：2.9亿美元2020年，每个家庭都必须安装“智能表”德国：德国2010年智能电网投资：3.97亿美元? 《国家电动汽车发展计划》目标是到 2020 年拥有100万辆电动汽车西班牙：? 西班牙政府拨款 5.9亿欧元，计划出台刺激政策以促进电动车的消费20巴西：巴西2010年智能电网投资：2.04亿美元肯尼亚：肯尼亚向世界银行贷款3.3亿美元，以促进该国电力行业发展澳大利亚：澳大利亚2010年智能电网投资：3.6亿美元? 2009 年通过新法案规定到 2020 年，澳大利亚 20%电力来自可再生能源从2007年开始，在全国范围内推行智能电网高级量测体系项目，引入分时电价日本：日本2010年智能电网投资：8.49亿美元建设智能城市横滨，主要通过大量引入可再生能源与电动汽车，实施智能能源管理韩国：韩国2010年智能电网投资：8.24亿美元韩国-伊利诺伊智能电网合作项目智能城市新建筑——韩国松岛市印度：印度：电力行业转型路线图阿联酋：马斯达尔城将成为全球首座“零碳城市”2.3国家项目二：家庭网络家庭网络，HomeAreaNetwork. 有多种说法，如数字家庭、智能家庭，这是狭义的。众多家庭网络或智能家庭的组合， 加上政府的意志，综合所有的智能应用， 就成为智能城市、智能国家。从行业的角度说，有智能农业、智能交通、智能水利、智能物流、智能机场 /码头/港口等。家庭网络，目前尚未普及。在国外，由于建筑的标准化，有比较多的方法和选择。可以通过无线、有线电视、电话线、电力线组网。在中国，根据目前的分析， 最佳方法是电力线，21在很多地方甚至是唯一的方法。因为我国建筑多为砖土结构，无线覆盖不了。有线电视和电话线的覆盖远低于电力线。家庭网络，是家庭/公司内部所有网络的总称，包括通信网、信息网、娱乐网、能源网、监控网等。通过电力线组网实现我国是最好的解决方案。就是利用家庭内部的电器、智能电气控制中心、宽带网络等设备，通过综合布线，将电、水、气等设备连成一体，并与外部互联网相连，从而达到自主控制、管理，并实现如宽带上网，网络高清影视游戏、家庭防盗、报警、通过互联网遥控家电等强大的功能的现代化家居集成系统。提供一种富有人性化的服务。例如：通过开关控制系统，可以对灯光照明的行进自动调节和开关遥控，轻松实现在任何地方控制任何一组灯。三表(电、水、气)的远程抄送，避免了人工抄表的不便；通过自动监控系统，对火警、煤气泄漏等家居安全监控，避免不必要的损失。数字家庭是指以计算机技术和网络技术为基础，各种家电通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家用电器之间的“互联互通”,使人们足不出户就可以更加方便快捷地获取信息,从而极大提高人类居住的舒适性和娱乐性。用户可以利用连接到网络中的电视机，来选择收看来自网络的节目，并通过电视实现网络上的互动，以及用户希望从电视来查看存储在计算机上的图片或照片等；借助于家庭网络和互联网，可以在家中任何地方或远程来对家中的电器进行控制。家庭用户可以通过家庭网络实现质量更高的通信服务，例如上网、网络电话、家庭安防、远程医疗服务、三表缴费等。例如通过网络可视电话，用户可以实现在网上面对面聊天，而且可以通过因特网拨号到世界各地直通长途电话，并且收费非常便宜。可以方便的与小区物业中心和安保中心实现实时的交流，物业中心可以对家庭中的三表进行查看，家庭用户可以通过家庭网络实现缴费，而在发生意外情况的时候自动即时通知安保中心。2.4国家项目三：多网融合的接入网利用中、低压电力配线网传输宽带信号的 “最后一公里接入 ”，成为接入网。在当今‘光进铜退’的大趋势下， “最后一公里接入 ”将演变为最后几百米。利用电力线作为接入网， 最大的好处是接入网和家庭网可以融为一体。 这一点特别适合我国的网络环境。在我国建筑中，仅有电力线 100% 遍布每一个房间，每一个角落。电力线能否作为接入网的媒介或总线，承载信息、娱乐、监控、节能业务，主要的优势如下：电力线通信满足国际标准 IEEE 1901；22带宽满足，有不同档次的带宽选择，最高为 AV2的500Mbps ；距离基本满足。当光纤到楼 /村时，最后通常小于 300米；可以分流其它通信媒介如有线电视电缆、 电话线、无线等的带宽压力， 与之共享和互补；这是一个成本低、 效率高的完整解决方案。 如果采用网络融合技术和芯片， 更加完美。当然，电力线 BPL还需要解决以下问题：电力线接线的不规范造成的干扰和噪声汇聚；家用电器造成的干扰；中国很多房屋建筑把零线和保护地线短接，人为造成零线带电；网络管理和安全问题。总体来说，电力线作为接入网媒介是可行的， 有极大的优势，巨大市场和竞争力。 目前，满足规范的芯片厂家很少，但 2011 年后情况会逐步好转。2.5主流产品随着应用的普及， 电力线通信产品将覆盖专业和消费市场， 成为新的产品系列。 电力线通信的主流产品图示如下：23发电、输电、配电、服务系统智能分布式双向电网管理系统智能SCADA 系统智能发电系统智能配电系统智能储电系统智能表计采集系统智能控制系统智能安全监控系统智能应急反应系统智能计费系统智能电网运行的主流设备电力线通信软交换设备电力线网桥/网关电力猫智能表计：智能电表、智能检测器智能机顶盒：24智能家电智能开关电力猫+传感器+控制器融合网络电力猫 +无线传感器+无线控制器家庭混合电动车充电器基于电动车的家庭应急供电系统家庭发电（太阳能、风能等）机 /器产品的定位贯穿技术开发的整个过程，包括基础理论、芯片、固件、软件和配套。而产业的建立和完善是一个长期的过程，需要长期的关注、投入、呵护和支持。国内有一种观点，就是站在巨人肩上，不认耕耘，只认收获。等你发展好了，一切水到渠成，我择机进入，坐享其成。这种观点，对于个人，公司不为过。对于国家，是要不得的，等待只能丧失时机，失去的是国家利益。对于一个产业，需要产业界的共同参与，需要人才和积累，需要核心技术，需要知识产权，需要可管可控。网是国家的命脉之一，任何国家，特别是大国，安全是根本，都不希望失控，这就需要超前的领先的眼光和意识，重视核心技术的投入和研发，积小胜为大胜，最终成就领先的实力。25第三章 电力线通信的其它应用3.1现代通信不可或缺的网络和技术产品现代通信技术的种类繁多 ,常见的类型有 Internet 、光纤、电力线宽带通信 (BPL)和窄带通信、有线电视电缆通信、电话线通信、无线通信等。这些技术近年来都以惊人的速度迅速发展,受到广泛关注。建立高速、双向、实时、集成的通信系统是现代化的基础 ,没有这样的通信系统,任何智能都无法实现，因为网络的建设、网络的数据获取、控制和安全保护都需要强大的通信系统来支持。 在智能网中的应用中 ,不同的技术则各有利弊， 应当取长补短，因地制宜，而不能以偏概全。下面对电力线通信术及其应用前景做简要介绍 :3.1.1电力线宽带（BPL）通信PLC电力线通信技术的宽带 -窄带综合应用领域，范围广阔、潜力巨大、极具市场诱惑力。事实上全世界的公用供电局、 ISP和各国的政府部门， 都对利用无处不在的电力基础设施进行宽带接入传输的潜力甚感兴趣。作为一种传统接入技术的成功替代方案， BPL市场正在迅速增长之中。利用在 2～50MHz 下短距离 BPL 通信,在用户入口处可以实现 200Mbit/s 甚至500Mbit/s 的数据传输,甚至是运行维护和恐怖袭击检测的高清视频监控也是可以实现的。现在BPL 标准已经完善,并需要更广泛的市场认可， 择优汰劣的过程。 使用家庭电源插头和室内布线通过宽带的通信 ,家庭插座允许像以太网网络一样的即插即用。这项技术目前正处于产品开发和初步应用阶段 ,2011 年后开始大量普及。这一由电力线网络发展起来的通信方式 ,由于其网络覆盖面广、 安全性高等优点 ,正在受到越来越多的关注。在克服了标准统一及通信质量等问题后 ,很有可能在所有与电力相关的应用中大有所为。IEEE1901 ，HomePlugAV 和AV2都超过了百兆，加入了千兆的行列。带宽最高的HomePlugAV2 ，带宽高达 500Mbps 。HomePlugAV ，最高带宽 200Mbps 。高带宽可以应用于高速上网、高清视音频、多设备多通道的多媒体应用。而中间带宽和窄带则以低成本和实用取胜。26中国大多数地区电网的电压序列为 500／220／110／35／10／0.38/0.22kV ，其他电压等级仅在局部地区使用。 BPL适用于电力线的低压段和中压段，即 35KV 以下的电压段。PLC的BPL技术产品可以让使用者以极低的价格，快速地利用现有的遍及家庭每一角落的电力线路（电话线，同轴电缆）来架设家庭网络系统。无论在客厅，卧室，厨房甚至于家中的每个具有电源插座的地方都可以立即连线上网， 是小型办公室或家庭中整合数据、 语音、视频及控制最佳网络解决方案的产品。 高达百兆以上的宽带， 足以承载对带宽要求高的高清视频、3D视频、网络游戏，再线点播 /直播等多通道的多媒体应用。BPL技术产品的主要局限是距离较短，因此比较适合作为家庭 /公司内部使用。外接或联网主干适宜采用有源或无源光网。3.1.2电力线窄带通信2007 年以来，控制及指令设备市场高速增长。电力线网络联盟补充了 PLC低速数据标准，以建立一个统一的市场技术标准，促进控制及指令应用的市场增长。其实，电力线窄带通信的应用前景更加广阔。可以用到所有的家用电器、传感器、检测器、智能开关。前提是性能足够稳定和价格足够低。满足HomePlugHPCC （HomePlugCommand&Control ）规范的低速电力线通信技术产品可承担电力网内部的发电、输电、配电、送电，整合清洁能源、反向供电、储电操控等系统控制。用于家庭用户端，可提供整个住宅内的照明、电器、空调、保安以及其它设备的先进的系统控制。3.1.3电力线GP通信Ho