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PLC-IoT产业发展白皮书 构建万物互联的智能世界 引言 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。近年来随着 PLC 技术的发展，网随电通，更加适合复杂多变的行业 应用场景，成为物联网“最后一公里”关键通信技术之一，受到各行业重点关注。 PLC-IoT 是 PLC 技术应用在物联场景的创新实践，有效解决电力线路信号干扰、衰减问题，支持 IP 化通信能力， 使能终端设备智能化，构建智慧边缘联接，同时 PLC-IoT 的技术标准已经发布，具备广阔的发展前景。按照“开 放、创新、共赢”的宗旨，我们倡议各行业伙伴携手推进 PLC-IoT 的商业成功，凝聚产业共识，加大产业协同互动， 做大产业空间，推动产业健康持续发展。 本白皮书围绕物联网接入技术中的电力线通信技术，以华为 PLC-IoT 生态联盟为依托，重点阐述 PLC-IoT 技术架 构与技术优势，展示典型的应用场景，介绍生态合作开发模式等，为联盟后续的发展提供技术参考。 1 物联网接入技术介绍 01 2 PLC-IoT概述 02 3 PLC-IoT技术 03 3.1 技术架构 03 3.2 技术特点 04 4 PLC-IoT产品 06 6 PLC-IoT被集成方式 10 7 附录：关于华为PLC-IoT生态联盟 11 5 PLC-IoT典型应用场景 07 5.1 配电物联网 07 5.2 智慧用能 08 5.3 智慧路口 09 PLC-IoT产业发展白皮书 PLC-IoT产业发展白皮书 1 | 工业总线技术 如RS-485、CAN等 电力线通信技术 如IEEE 1901.1、 G3-PLC等 微功率无线技术 如ZigBee、Wi-SUN、 LoRa等 蜂窝通信技术 如NB-IoT、GPRS等 01 物联网接入技术介绍 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： 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。PLC-IoT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 和端侧计算能力，有力的支撑了末端设备智能化。 PLC-IoT产业发展白皮书 | 2 02 PLC-IoT概述 PLC（Power Line Communication，电力线通信）是一种利用电力线传输数据的通信方式，按频段可分为窄带、中频 带和宽带技术。窄带电力通信技术是最早用在配电网络中的PLC技术，有一系列国际标准，如G3-PLC、PRIME、IEEE 1901.2等，载波频带主要分布在3500 kHz，主要用于远程抄表。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，广泛用于国内用电信息采集领域，并于2018年在IEEE完成标准化，发布了IEEE 1901.1国际 标准。 PLC-IoT（Power Line Communication Internet of Things）是基于HPLC/IEEE 1901.1，结合华为特有技术的，面向物联 网场景的中频带电力线载波通信技术。PLC-IoT的工作频段范围在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。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。 低压电力线的拓扑结构和物理特性都与传统的通信传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等不同，是在已加载工频电力 信号的通路上传输高速数据信息，因而具有工作环境恶劣、噪声干扰严重以及时变性大等特点。同时，信号很容易产生 反射、驻波和谐振等现象，使信号的衰减特性极其复杂，造成电力线通信信道具有很强的频率选择性。 华为PLC-IoT方案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产业发展白皮书 3 | 03 PLC-IoT技术 技术架构 3.1 基于IPv6的PLC-IoT技术架构，是包含物理层、数据链路层、网络层、传输层以及应用层的5层协议栈架构。如图所示： 应用层 Application CoAP / DTLS 传输层UDP / TCP 网络层 IPv6 6LoWPAN 链路层 DLL Security HPLC/IEEE 1901.1 MAC 物理层HPLC/IEEE 1901.1 PHY PLC-IoT 协议栈架构 其中PLC-IoT物理层和链路层遵从HPLC（Q/GDW 11612.41/42-2016）或IEEE 1901.1规范；物理层基本频段为 0.7MHz12MHz，支持分段使用。链路层支持多级自组网和动态路由技术，最大支持15级中继。 PLC-IoT支持链路层安全机制，通过AES-128数据加密保证数据机密性，通过完整性校验保证数据防篡改，通过序列号 校验防止重放冲击，增强链路安全性，防止网络攻击。 网络层支持IPv6和6LoWPAN。6LoWPAN即IPv6 over Low Power WPAN，是一种报文分片和压缩技术，通过对IPv6 报头压缩和解压缩、 IPv6报文分片和重组的机制，将IPv6报文承载在低速链路上。由于IPv6报文最小MTU为1280字节， 而HPLC链路层最大帧长为520字节，我们将6LoWPAN技术引入到PLC-IoT协议架构中，除实现分片传输外，还可将 40字节的IPv6报头压缩到低至4字节，使IPv6无缝运行在低速网络上。 传输层支持TCP/UDP技术，可通过多个传输层端口承载多种业务，连接多种类型设备。 应用层支持DTLS和CoAP。DTLS即Datagram Transport Layer Security，数据包传输层安全协议，是一种承载于UDP 之上的安全认证和加密传输协议。PLC-IoT采用DTLS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，为应用提供基础的安全保障。 CoAP即The Constrained Application Protocol，受限应用协议，是一种在物联网世界的类Web协议，它基于UDP的 应用层协议，采用REST架构，使用请求/响应工作模式。非常适合用于PLC网络内承载业务。 PLC-IoT产业发展白皮书 | 4 技术特点 3.2 PLC-IoT技术具有如下显著特点： 1、基于IPv6，提升PLC网络通信效率和信息化水平 基于开放标准的IPv6技术，不同类型的末端设备可以共享PLC网络，物联网关主机侧应用和容器内多个应用也可共享同 一个PLC网络，独立访问各自管理的末端设备而互不影响，提升PLC网络的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协议实现高效数据传输，以及通 过DTLS协议实现末端设备接入认证和数据加密传输，加固了HPLC/IEEE 1901.1的安全性。 开发者可以在网关的容器中和尾端模块的SDK上，参考以太网开发方式，基于Socket接口访问PLC网络节点，并且可 以借助大量开源软件的成熟能力，快速开发应用，大大简化了PLC的开发难度。 2、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主推的新一代台区识别技术，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，仅通 过软件分析处理，在模块本地自动分析出末端设备所归属的变压器区域。利用无扰台区识别的结果，可免除白名单配置， 从而减少现场配置，提升设备部署效率。 PLC-IoT产业发展白皮书 5 | 3、PLC-IoT + RF双模通信，扩大通信覆盖范围，解决设备组网盲点 双模通信采用宽带电力线载波（PLC-IoT）与微功率无线(RF)通信技术融合，在高频次采集的场景下，PLC-IoT与RF双 通道并行采集不同节点的数据，提升效率40%左右。关键信息交互时，双通道可同时传输关键信息，形成冗余通道，实 现可靠通信。并且当设备发生停电故障，PLC链路断开时，可通过RF通信及时上报停电事件。 4、利用旁路耦合技术，可靠上报停电事件，提升精细化管理水平 PLC-IoT模块配合旁路耦合电路，为PLC-IoT通信提供了又一种逃生通道。当电力线开关断开后，PLC-IoT模块可通过旁 路耦合单元继续通信，将停电事件等重要信息上报给物联网关，实现停电主动抢修，提升运营效率和客户满意度，解决 停电后如何将信息上报并及时进行处理的问题。 5、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模块结合边缘计算网关，提供即插即用框架，PLC-IoT尾端模块开放SDK，第三方应用通过简单函数调用，即可 实现自身末端设备的自动发现，以及向容器中业务APP与远端物联网平台的注册，使能物联网关与末端设备快速建立业 务通道，有效解决传统末端设备上线流程复杂，安装部署耗时的问题。 PLC-IoT产业发展白皮书 | 6 华为PLC-IoT系列通信模块是面向于电力线宽带载波通信的通信模块产品，采用华为PLC-IoT宽带电力线载波技术，广 泛适用于电力、交通、工业制造等领域。PLC-IoT通信模块包括头端和尾端两种类型，头端配合边缘计算核心板使用， 尾端集成在各种行业终端设备中，从而实现复用电力线进行数据传输，免布线，可靠性高。 04 PLC-IoT产品 PLC头端 null IP化PLC头端通信模块（配套核心板使用） null作为PLC网络的中央协调器，负责组建PLC网络 null尺寸：92.62mm*67.62mm*24.5mm PLC小型化尾端 null IP化PLC尾端通信模组（集成在末端设备中） null作为PLC网络的组网节点，受协调器管理 null支持合作伙伴二次开发 null尺寸：36mm*27mm*17.55mm（不含pin针） PLC标准化尾端 null IP化PLC尾端通信模块 null作为PLC网络的组网节点，受协调器管理 null尺寸：65.5mm*45.3mm*20mm 物联网关核心板 null边缘计算核心板，支持虚拟化和容器技术 null支持合作伙伴基于容器开发APP应用 null尺寸：92.6mm*80mm*13.9mm PLC-IoT产业发展白皮书 7 | 05 PLC-IoT典型应用场景 配电物联网 5.1 华为IP化PLC-IoT头端模块应用于智能配变终端中，IP化PLC-IoT尾端模块被集成于开关、漏保等低压末端设备中，利 用电力线，实现智能配变终端与不同低压设备之间的通信。与传统载波模块相比，IP化PLC-IoT模块具有如下优势： null基于IPv6进行低压末端设备访问，支持不同类型末端设备共享PLC网络，提升通信效率。 null支持即插即用，配合智能配变终端、IoT平台和配电自动化主站，实现低压设备“自注册，自发现”，简化低压设备接入。 null PLC单模支持停电事件上报，实现停电主动抢修，改善供电服务质量。 无功 补偿 分支 漏保 换相 开关 台区 总保 环境 监测 分布式 光伏 智能 通信单元 PT100RS485 RS485 PLC-IoT尾端模块 智能配变 终端 边缘计算核心板 (含P LC-IoT头端) 配电管理平台应用层 管理层 网络层 设备层 Huawei Inside PLC-IoT产业发展白皮书 | 8 智慧用能 5.2 边缘计算核心板集成在智慧用能物联网关中，华为IP化PLC-IoT通信模块集成在末端设备中，实现控制、管理、计算和 通信等功能，核心板内置多容器，支持业务APP随需部署，通过PLC实现网随电通，海量设备即插即用。同时与后端平 台联动实现全网告警状态、站点状态、设备状态展示，远程可视化管理, 实时监控全网状态。 Huawei Inside 水 表 气表电表 流量计 能源云边路由器 边缘计算核心板 PLC-IoT头端模块 能效管理 空调监控 新能源接入 配电运维 + 应用层 管理层 网络层 设备层 PLC-IoT产业发展白皮书 9 | 智慧路口 5.3 华为IP化PLC-IoT通信模块利用电力线实现交通路口显示屏、信号灯、倒计时牌、行人过街按钮等设备的全联接，解决 了交通设备网络信号的传输问题。同时配套华为边缘计算核心板实现交通路口数据本地预处理，各业务系统高效联动， 有效解决当前路口信号、电警、诱导、交通信息采集等系统独立建设、数据难共享、智能联动缺失等问题。 Huawei Inside 边缘计算核心板 PLC-IoT头端模块 综合路口监控系统 智能信号机 + 应用层 管理层 网络层 设备层 流量采集 诱导屏 电子车牌 信号灯 PLC-IoT尾端模块 粤B 6666 PLC-IoT产业发展白皮书 | 10 06 PLC-IoT被集成方式 华为引入PLC-IoT系列产品被集成模式，开放软硬件资源，提供二次开发指南，指导合作伙伴进行开发形成最终产品。 PLC-IoT模块内置LiteOS操作系统，并提供小型化SDK软件包，支持第三方自行开发上层应用，实现更多协议，接入丰 富的末端设备。华为通过开发者论坛和专业的FAE技术团队进行支持。 二次开发套件包括： null PLC-IoT小型化软件SDK（mSDK） null PLC-IoT硬件二次开发指南 null PLC-IoT软件二次开发指南 null边缘计算网关二次开发指南 null软件编译、烧录工具 null Demo代码示例 二次开发相关材料下载地址： 开发者论坛地址： PLC-IoT产业发展白皮书 11 | 07 附录：关于华为PLC-IoT生态联盟 联盟使命： null加速PLC-IoT技术和产品联合创新，为各行业客户提供基于PLC-IoT场景的优秀产品和解决方案，实现商业共赢。 null凝聚产业共识，加大产业协同互动，做大产业空间，推动产业健康持续发展。 联盟宗旨： 联盟由华为公司发起，携手各行业产业伙伴，按照“开放、创新、共赢”的宗旨共同发起创建和运营。 联盟工作： null持续挖掘各行业场景和需求，发布产业报告和白皮书。倾听客户声音，凝聚产业共识，解决产业痛点，做大产业蛋糕。 null产业伙伴携手联合创新，解决PLC-IoT实际应用部署中的关键技术、商业和产业课题，促进技术进步和产业成熟。 null协同各行业组织和机构，共同推进PLC-IoT相关架构、技术、应用的标准研究和制定，推动行业快速健康发展。 null开展PLC-IoT生态联盟技术对接测试和认证，加快技术赋能和价值赋值，打造行业最优产品和解决方案。 null共同宣传推广，提升产业影响力和产业认同度，在产业方向和节奏的演进中做出积极贡献。 更多信息，请访问“华为 PLC-IoT 生态联盟”官网： PLC-IoT产业发展白皮书 | 12 华为技术有限公司 深圳龙岗区坂田华为基地 电话：+86 755 28780808 邮编：518129 免责声明 本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、产品系列、新技术等信息。由于实践中存在很多不确定因素， 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