PLC-IoT或将在智能家居领域取代ZigBee

作者:Ada

物联网智库 原创

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导  读

在全屋智能场景中,需要有线通信技术与无线通信技术互补赋能,“两条腿走路”才能平稳。

2020年,全屋智能的概念再次被送上风口,传统家电企业和科技巨头争相入局。与此同时,海量智能终端落地的“最后一公里”问题日益显现,底层通信作为“万物互联”的重要保障,始终是智能家居产业发展的重中之重。

目前,针对不同的智能家居场景以及不同的智能终端,主流通信技术主要有微功率无线技术(如ZigBee、Lora)以及蜂窝通信技术(如NB-IoT、GPRS)。原本大家各自美丽,然而在不久前举办的华为全屋智能及智慧芯片发布会上,余承东的一句“PLC-IoT性能超越ZigBee”被部分业内人士理解为,“PLC-IoT将在智能家居领域取代ZigBee”,可谓一石激起千层浪。

然而,某位专业人士在接受物联网智库采访时却表示:“各种连接技术都有其存在的价值和意义,他们适用于不同的工作场景,评估各种连接技术的优劣需要设定具体的工作场景才有意义,真实世界中需要多种连接技术互补。”

网随电通 保障稳定

此前,PLC技术已发展多年,但因电网环境复杂、噪声干扰严重、时变性大等因素一直饱受争议,导致其在物联网领域难有作为。对此,华为海思在研发之初就对电力线信道进行了详细的建模,分析得出噪声在不同场景、不同时间的分布差别——大部分场景噪声都集中在1MHz以下,甚至500KHz以下,有少数噪声达到2．5MHz的频点。

海思基于阻抗特性数据的分析得出,低频通信阻抗小,同时线路驱动电路的功放效率也相对较低,对信号上线能量损失较大;基于对信道衰减特性的分析得出,信道衰减随着传输距离的增大而增加,同时信号的衰减随着频率升高而增大。所以,在电力通信领域,采用几百K的频率在一些场景下通信性能较差,而实验测试也表明,在某些场景下10MHz以上频段衰减非常大,传输距离快速下降。故而,海思在频段设计时主要选择了在2～12MHz频段内进行PLC通信,但同时也支持低频带通信与自定义频带。

如今,华为携PLC-IoT技术入局智能家居产业,其优势何在?

首先,传输速率明显提升。在实际应用中,窄带电力线载波传输速率为2Kbps～24Kbps,而宽带电力线载波通信速率可达0．5Mbps以上。海思宽带PLC-IoT芯片支持132通道OFDM子载波,在多通道子载波并发、高速率、高带宽的加持下,数据传输效率大幅提升。

第二,抗干扰能力强。海思拥有的电力线噪声库覆盖面广,并针对不同类型的噪声研发了应对抑制算法。在实际应用中,海思PLC-IoT芯片根据电网干扰信号采用对应的噪声抑制的算法来提高通信的稳定性,根据实验室点对点通信距离测试,基于海思PLC-IoT芯片的模块其传输距离可以达到2400米。

第三,可实现自动组网。海思PLC-IoT芯片采用自动协调技术,以及实时动态带宽协调机制,无需人工干预便可提供基于电力线的双向、实时、高速通讯,保证网络自动组网并独立运行。客户真实场景实测网络规模100节点,发送及接收55万次的控制成功率达99．87%。

功过参半,电力线传输虽保障了信号稳定性,却也限制了其部署位置与安装方式。如今,智能家居终端多以后来者逐步渗透到用户家中,显然ZigBee、NB-IoT、WiFi、蓝牙等无线通信方式更具优势。此外,PLC-IoT的通信速率为百Kbps级别,无法满足大带宽高速率的通信场景。

如此看来,PLC-IoT尚且无法实现“一刀切”的垄断。

“两条腿走路”

橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳。技术落地也应选择最符合其特性的应用场景,才能真正赋能行业,而PLC-IoT之于全屋智能的重要性正是在于它完美适配了家居前装环节的智能化部署条件。

在智能家居场景中,可以细分为前装与后装两个环节。前装设备是指需要和装修施工配合安装的电器设备,主要有照明、开关、插座、净水处理、新风、空调、背景音乐等需要入墙、入天花安装的设备;后装设备是指不需要装修配合、后期可以随时移动的设备,主要有智能电视、洗衣机、音箱、厨用家电、扫地机器人等。

前装设备在智能家居硬件中占比较高,可达80%—90%,由于入墙/入天花安装,所以这类设备对通信可靠性及后期维护成本要求很高。国内住宅以套房为主,屋内的剪力墙、承重墙等实体结构会大幅衰减无线通信信号,此外,照明、新风、空调等电器均需要220V供电,电缆也会在一定程度上影响无线网络信号传输稳定性。

而PLC-IoT技术的传输介质正是电力线,相较无线通信技术以空口作为传输介质,其抗干扰性与可靠性均有大幅提升,且无需单独布线。后装设备数量占比仅为10%,主要是用户入住后自行采购的智能门锁、摄像头、音箱等,对联网可靠性要求相对较低,需要考虑其在屋内任意摆放、随装随用的便利性,且非嵌入型安装也无需过多考虑信号衰减问题,所以应选择ZigBee、NB-IoT、WiFi等无线通信技术。

其中,ZigBee基于2．4GHz频段低功耗无线网络协议,具备低功耗、网络容量大、时延短等优势,但需要单独配置网关,主要用于家居自动化领域,比如说照明系统、安防传感器等;WiFi虽具有高传输率、适合大规模数据传输,但功耗较大且安全性未达到应有强度,智能手机或者音箱通过Wi-Fi连接时不需要网关;NB-IoT是基于蜂窝的窄带物联网,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级,在智能锁、智能水电表、智能安防等设备中应用广泛。

一言概之,在全屋智能场景中,需要有线通信技术与无线通信技术互补赋能,“两条腿走路”才能平稳。PLC-IoT可以与电网完美融合,适用于入墙/入天花的固定式前装场景,以WiFi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT为代表的短距离无线通信技术适用于摆放灵活的后装场景,双方协同合作,共同支撑其全屋智能的整体应用。

生态聚合

此外,品牌捆绑与技术标准不统一是限制全屋智能大规模落地的主要原因,华为作为基础设施提供商,将联合产业合作伙伴共同推进PLC-IoT家庭总线标准化。据余承东透露,华为Hilink生态目前已经覆盖150+品类,4000+SKU,800+合作伙伴,2．2亿+IoT设备。

目前,除全屋智能领域外,华为已经将PLC-IoT技术在配电物联网、智慧用能、智慧路口等场景下落地应用。

配电物联网: PLC-IoT模块可集成于智能配变终端及低压末端设备中,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,支持即插即用、简化设备接入,提升通信效率,且支持停电事件上报,可实现停电主动抢修。

智慧用能:依托末端设备中的PLC-IoT通信模块、结合边缘计算,实现控制、管理、计算和通信等功能,通过PLC通信实现网随电通、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。

智慧路口: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。

写在最后

PLC-IoT凭借与电网的完美融合,已在远程抄表、智慧路灯、消防安防、光伏、充电桩等领域展现了其广域、高抗扰的应用价值,华为此番入局全屋智能,也势必颠覆行业通信架构,开辟全新的赋能模式。