摘要

本章主要介紹EC-IoT使用的兩大關鍵技術：電力線通信技術PLC-IoT和容器。

PLC-IoT

概念

PLC（Power Line Communication）技術誕生于上世紀20年代，起步很早，但是由于信號衰減、噪聲嚴重等技術問題，導致PLC技術在21世紀以前未能有大規模應用。近年來隨著智能電網和PLC技術的發展，PLC廣泛應用于智能電網、工業控制、物聯網以及家庭網絡等眾多領域。

PLC-IoT（Power Line Communication Internet of Thing），也是一種利用電力線進行數據通信的技術，是華為推出的面向工業物聯網場景的中頻帶PLC電力線載波通信技術。

相對于傳統PLC，PLC-IoT具備以下特征：

它基于HPLC/IEEE 1901.1，同時將6LoWPAN 技術引入到PLC-IoT協議架構中，使IPv6可以無縫運行在低速網絡上。

它的工作頻段范圍在0.7到12MHz，噪聲低且相對穩定，信道質量好。

它采用正交頻分復用（OFDM）技術，頻帶利用率高，抗干擾能力強；通過將數字信號調制在高頻載波上，實現數據在電力線介質的高速長距離傳輸。

應用層通信速率在100kbps到2Mbps，通過多級組網可將傳輸距離擴展至數公里，基于IPv6可承載豐富的物聯網協議，使能末端設備智能化，實現設備全聯接。

網絡模型

PLC-IoT借鑒了OSI網絡模型，網絡架構如圖4-1所示，包括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，目的是能夠擴展與標準TCP/IP進行對接實現標準IP網絡通信，實現電力線傳輸的數據及不同類型PLC終端之間能夠基于IP網絡通信（即IP化PLC），擴展PLC-IoT的應用場景。

使用場景

PLC-IoT技術作為物聯通信技術，無需額外挖溝埋纜即可構建高速可靠的末端物聯通信網絡，直接復用電力線，可降低通信施工部署成本超過50%，并大幅度縮短部署周期。因此，要求使用PLC-IoT技術的智能終端具備以下特征：

有線供電：范圍涵蓋交流電網系統的發電、輸電、配電和用電所有場景的設備，電網系統的數字化、自動化和智能化離不開發電設備、配變終端和用電設備的聯網數字化。

群簇特征：同類別或相似功能終端共享一個能源網絡線纜，終端有群或簇的特征；能源網絡拓撲有總線形、樹形、星形。范圍一般是一個變壓器下的電源設備，或添加了載波隔離的配電箱下的用電設備，或一個隔離式電源模塊下的直流電源總線上的用電終端。

非移動性：終端位置固定，例如電表和路燈等；即使終端位置相對挪動，也是帶著電源線的小范圍的移動，例如電梯等。

基于PLC-IoT的上述特征，該技術已被廣泛應用于以下領域：

電力能源：AMI智能抄表、充電樁、能效管理、開關柜、中低壓智能配電等。

交通：智慧交通燈、智慧路燈等。

智能樓宇：梯聯網、智慧消防（可視化煙感、應急照明燈和指示燈聯網）等。

智慧家居：智慧照明、智能控制等。

特性價值

PLC-IoT三大關鍵價值特性，助力行業用戶打造智慧邊緣連接：

支持IPv6

將6LoWPAN技術引入到PLC-IoT協議架構中，除實現分片傳輸外，還可將40 字節的IPv6報文頭壓縮至4到12字節，使IPv6可無縫運行在低速網絡上；同時基于IPv6可通過TCP/UDP協議承載豐富的物聯網協議。

共享PLC網絡

基于開放標準的IPv6 技術，不同類型的末端設備可以共享PLC網絡，物聯網關主機側應用和容器內多個應用也可共享同一個PLC網絡，獨立訪問各自管理的末端設備而互不影響，提升PLC網絡的并發能力和通信效率。

數據安全可靠

PLC-IoT支持鏈路層安全機制，通過數據加密保證數據機密性，通過完整性校驗保證數據防篡改，增強鏈路安全性，防止網絡攻擊；同時采用DTLS協議實現PLC節點基于數字證書的接入認證，并通過DTLS加密通道傳輸協商鏈路層加密密鑰，實現鏈路層數據加密傳輸，為應用提供基礎的安全保障。

PLC-IoT組網

PLC-IoT網絡根據實際行業應用場景下布線環境和終端連接方式的不同，可呈現星型與樹型兩種不同的組網拓撲，如圖1-2所示，其中樹形組網最多支持8級組網，可提供更大的載波傳輸距離。

圖1-2 PLC-IoT組網類型

PLC-IoT網絡支持三種角色：

CCO：中央協調器（Central Coordinator），在PLC-IoT通信中的具體體現為頭端通信模塊，負責末端設備的接入以及數據的接收與發送。

PCO：代理協調器（Proxy Coordinator），僅樹型組網下支持，為中央協調器與站點或者站點與站點之間進行數據中繼轉發的站點。

STA：尾端設備（Station），在PLC-IoT通信中的具體體現為尾端通信模塊，接收與發送電力載波信號，為終端設備提供統一的接入PLC-IoT網絡方式。

為了實現快速組網，PLC-IoT組網具備如下特征：

快速逐級收斂，代理認證技術，最短時間完成大規模站點入網。

快速路徑評估，路徑擇優，確保入網后STA通信成功率。

動態時隙管理，自適應臺區多相位規模不平衡問題，最大化利用帶寬。

單網關最大支持節點數512個，支持8級組網，解決大臺區覆蓋。

容器技術

EC-IoT場景中邊緣計算網關支持部署容器，通過容器提供一個隔離的虛擬執行環境，用戶可在部署的容器上安裝自己的業務APP實現不同業務功能。

概念

容器，是一種輕量級的虛擬化技術，但它不需要像傳統虛擬機一樣虛擬出整個操作系統，包括CPU、內存、磁盤、外設，然后當成一個真實機器使用，而是在主機的操作系統上虛擬出一個輕量級與主機系統隔離的虛擬環境。

如圖1-3所示，容器中可以安裝業務APP，并賦予業務功能的獨立性，使其免受外在環境差異（如開發環境）影響，有助于減少運行在相同基礎設施上的不同軟件沖突。容器中包含了APP應用程序運行的完整環境，所需的全部依賴、類庫、其他二進制文件、配置文件等都統一整合在容器鏡像包中，這樣容器就封裝了所有運行APP應用程序所需的資源，使得鏡像從一個環境移植到另外一個環境更加靈活。

分類

容器技術架構主流的有兩種：

一種是Linux Container，即LXC。

LXC起源于Linux內核中的Cgroup和namespace的開發，以支持輕量級虛擬化操作系統環境，是一種操作系統級別的輕量級Linux容器，提供輕量級的虛擬化隔離進程和資源：? 它將應用軟件系統打包成一個軟件容器，內含應用軟件本身的代碼，以及所需要的操作系統核心庫。

? 它通過統一的名字空間和共用API（Application Programming Interface，應用程序編程接口）來分配不同軟件容器的硬件資源，創造出應用程序的獨立沙箱運行環境，使得Linux用戶可以容易的創建和管理系統或應用容器。

一種是Docker公司發布的Docker。

Docker是在LXC基礎上進一步封裝的容器技術架構，它相當與一個應用程序級別的容器，也稱為APP容器，即每個Docker容器是一個獨立的APP，Docker將APP打包成一個鏡像，在其它地方需要使用此APP時，直接獲取到此鏡像即可，方便部署與安裝。如圖1-4所示，Docker與LXC實現容器都是通過Linux kernel的namespace與Cgroup機制實現。

相較于LXC，Docker還提供了一系列更強的功能：

可移植性

Docker定義了一種新的格式，將應用和其依賴環境全部打包到一個單一對象中，這個對象可以在任何安裝有Docker的機器上共享，在任何機器上執行這個對象的效果都是一樣的，而LXC僅僅實現了進程沙盒化，并不能在不同機器上進行移植。Docker將應用的所有配置進行抽象，整合到一個容器中，使得該容器具有可移植性，即在Docker架構下，一個APP應用程序就是一個容器。對于LXC，目前最多支持4個容器，1個容器可以部署多個APP。

以應用為中心

Docker優化了應用的部署，主要表現在API、用戶接口、設計原理等方面。? 自動化構建

Docker中支持Dockerfile，將應用的所有依賴項，構建工具和包都以源碼的形式寫在Dockerfile中，然后Docker可以根據Dockerfile構建鏡像。該鏡像在任何機器上面運行的效果都一樣。

? 版本控制

Docker對容器提供版本控制功能，如版本回退等，同時Docker還實現了增量上傳和下載的功能，節約了上傳和下載時的帶寬資源。

EC-IoT場景中的邊緣計算網關在LXC容器技術基礎上進行了增強，吸收了Docker的一些優勢，增加了構建方式、版本控制、LXC容器內的APP管理、容器簽名校驗等新功能。

原文標題：華為園區EC-IoT的關鍵技術

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責任編輯:pj