过去，一直有许多因素使电力线（power line）技术无法普及。其中最让人猜疑的是：在110V或220V的电源线上，真的能传输IP封包吗？不会有电磁干扰（EMI）的问题吗？

愈来愈多的数位电子装置是为家庭或客厅设计的，因为消费者喜欢将影音档案从电脑复制到家庭娱乐系统中。这就加速了电脑与电视的整合，以及对电力线通讯（Power Line Communication；PLC）的需求。

技术概况

目前PLC技术领先全球的有两大阵营：一是HomePlug电力线联盟（powerline alliance）、另一是环球电力线协会（Universal Powerline Association；UPA）。此外，还有IEEE-P1901标准（Broadband Over Power Line），但上述两个阵营都有加入IEEE-P1901小组。目前还很难看出哪一个阵营会在市场上占据优势。

目前PLC实体层传输速率最快可达200​​Mbps，而应用层大约是130 Mbps。 HomePlug AV标准或DS2公司专属的（proprietary）PLC技术都可以达到这样的效能。 DS2的PLC晶片是采用具有1536个载波的OFDM调变技术，以及分时双工（TDD）或分频双工（FDD）的频道撷取方法。 DS2晶片可以在1～34MHz之间工作，提供较宽松的动态工作范围（90dB），具有分频和分时的中继（repeating）能力。由于这些特性，可以使用DS2晶片来实现服务品质（quality of service；QoS）和服务类别（class of service；CoS）的功能。

简言之，QoS就是保证能优先提供较大的频宽给影音资讯传输使用。而CoS就是指IEEE 802.1P标准，它可以让用户在ISO的第二层（Layer 2）上，根据需要对不同的通讯协定（protocol）设定个别的传输优先顺序。 QoS或CoS对多媒体传输是非常重要的，尤其是在频宽非常有限的通讯网路中。

技术应用

(图一)是家庭中电力线网路的示意图。其中，与电力线直接连接的有：

《图一 家庭中的电力线网络》

PLC/aDSL闸道器

它对外要能够连接缆线数据机（cable modem）、ADSL、FTTx、WiMAX，对内要连上家庭的电力线。所以设计比较复杂，单价也比较高。和一般的网路闸道器一样，网路处理器和通讯软体是关键技术。如果无法掌握到这两个关键技术，那就只能从事全段代工（turn key）制造了。

PLC数据机（VoIP+data）

这种数据机类似整合型撷取装置（Intergrated Access Device；IAD），可以让用户传收资料和电话，而且都是透过网际网路，所以通讯费用比较低廉。电脑和一般的室内电话都可以与它连接。当然，VoIP技术是其关键技术。和一般的VoIP闸道器之最大差别在于：它可以使用电力线经PLC/xDSL闸道器以电话线对外通讯，也可以完全使用电力线对外通讯（如果输配电网路有支援广域通讯的​​话）。

数位媒体接收器（digital media receiver）

这就是一台数位式机顶盒(STB)。可以将视讯转换成电视或电脑、LCD萤幕可用的讯号。

PLC 802.11x无线桥接器

它的功能和无线区域网路桥接器（WLAN access point）一样。

PLC电话

具有两种通讯埠，一种是电话线、另一种是电力线（就是电源线）。电话埠可以和PLC数据机连接；电力埠可以直接与电源插座连接。

家庭音响和剧院系统

将PLC模组嵌入至MP3播放机、家庭剧院系统等设备中，就可以将电脑、电视、音响、电话，甚至其它家电连接在一起。这正符合数位家庭的概念。

PLC-PCI介面卡

供给具有PCI汇流排的电脑使用。它的一端是PCI介面，另一端是PLC介面。

PLC网路配接器（adapter）

依照功能，大概可以区分为中继器（repeater）、或具有TCP/IP软体的路由器（router）。相较之下，前者不需要复杂的软体，是属于ISO第二层的架构，用于延伸PLC网路的距离，因此是属于头端（head end）设备。而后者又可区分为：户内撷取（in-home access）与对等（peer-to-peer）装置。户内撷取装置就是类似ADSL数据机的用户端设备（CPE），负责对外通讯，所以它是主控装置（master），而和它连接的就是从属（slave）装置；而对等装置是指在户内互相通讯的装置，譬如：两台室内电脑透过PLC网路互相传输资料。

网路架构

(图二)是PLC的网路架构。它可以区分成三大部份，由下而上分别是：实体层、资料链结（data link）层、网路层。

《图二 PLC网络架构》

实体层包含OFDM实体层、乙太实体层和乙太MAC层。其主要工作是通道的估算、传收资料、错误修正。

资料链结层包含基本的MAC层、QoS的MAC层、逻辑链结控制（LLC）。基本的MAC层之任务是执行基本的通道资源分配和汇流仲裁。 QoS的MAC层之任务是请求和分配资源、传输优先等级的管理。逻辑链结控制之任务是组装和拆解封包、逻辑链结的确认。网路层的功能是建立或发现随意型的（ad hoc）PLC网路、转送资料（data forwarding）。

晶片架构

(图三)是PLC晶片内部的功能方块图。它包含三个重要部份：处理器核心、乙太桥接器、数据机。

《图三 PLC芯片功能方块图》

(图四)是PLC晶片内部数据机的架构，它包含四个部份：

《图四 PLC芯片内的调制解调器架构》

(图五)是乙太桥接器的内部架构。支援802.1D桥接标准、802.1Q虚拟区域网路（VLAN）标准和802.1P服务品质标准。主要功能就是将来自于乙太网路上的封包转送至PLC网路，并将PLC网路上的资料封包转送至乙太网路上。同时支援MAC位址过滤、虚拟区域网路和QoS的功能。这是属于ISO第二层（资料链结层）的功能。此外，它还可提供：广播（broadcast）或一对多播放（multicast）支援IPv6；频宽与延迟管理；支援展开树通讯协定（Spanning Tree Protocol）；可以解决隐藏节点（hidden node）的问题等功能。

《图五 以太网桥的内部构造》

在图三中的TDM介面可以外接VoIP DSP和SLIC，借此，可以在PLC网路内互打电话。

802.1D标准中的STP

如前所述，PLC的桥接功能是遵循802.1D标准。而此标准中的STP则决定了最佳的路径。 STP是一种链结管理协定，提供相关的传递路径，并将不需要的路径摒除。理论上，为了提高网路的传输效率，在两台电脑之间，应该只能存在一个传输路径。但实际上，为了预防断线，所以STP演算法必须不断地计算，以选出可用的最佳路径。

STP能让桥接器彼此通讯，共同找出最佳的逻辑路径。因为这种逻辑路径像树状结构一样，蔓延至整个ISO第二层网路，因此得名。对终端设备而言，STP是透明的（transparent），它们根本就不知道自己是连接到哪些区域网路的区段上。桥接器使用桥接通讯协定资料单元（Bridge Protocol Data Unit；BPDU）来交换彼此的讯息。而STP使用BPDU来选择主要的交换器（switch）和通讯埠。简言之，STP的工作步骤有二：

如果从步骤一中所得到的最佳选项没有比步骤二的好，则放弃步骤一所得到的讯息。

STP的通讯协定格式（BPDU）如(表一)所示。

表一的个栏位值,如下之说明:

802.1Q标准中的VLAN

VLAN是指有一群网路装置分别位于不同的网段上，但是透过VLAN的组态设定，可以将它们视为在同一个网段上。由于VLAN是逻辑的观念，而不是实体的观念，所以适用于主从网路的管理、频宽的分配和资源最佳化。而这些应用也是PLC网路所需要的。

目前有四​​种VLAN存在：以通讯埠为基础的VLAN、以MAC为基础的VLAN、以通讯协定为基础的VLAN、ATM VLAN。前三种VLAN都适用于PLC网路。

802.1Q标准可以将大型网路切割成许多小网路，所以，广播和一对多的播放不会消耗掉不必要的频宽。此外，不同VLAN区段是无法通讯的，因此可以提高网路通讯的安全性。符合802.1Q标准的乙太封包内有一个标签（tag）栏位，包含VLAN和802.1P优先等级的资讯。但特别要注意的是，符合802.1Q标准的乙太封包长度已经从1518bytes变成1522bytes了，因此传统的网路卡和交换器会抛弃这些封包。符合802.1Q标准的乙太封包格式如(表二)所示。

表二的个栏位值,如下之说明:

DS2的PLC晶片除支援上述的802.1Q标准格式外，还另外加入了其专属的OVLAN（Optimized VLAN）栏位，如(图六)所示。此外，除了本文所介绍的ISO第二层技术以外，PLC网路装置可能还包含第二层以上的软体堆叠，例如：TCP/IP等等。

《图六 802.1、802.1Q-VALN、OVLAN之间的关系》

技术上的优缺点

在技​​术上，PLC具有下列几项优点：它在较低频段（1～34MHz）工作，所以不会受微波炉、手机射频讯号的干扰；在一般情况下，它适合在恶劣的电力线环境中传输讯号。譬如：具有多路径衰减（multipath fade）效应、阻抗不断变化、阻抗不匹配的电力线环境；它使用既有的家用输配电网路系统传输讯号即可。不同大楼和楼层之间，可以利用电感感应的方法将讯号耦合过去，如(图七)，所以讯号传输不会受到空间的限制。

《图七 不同大楼或楼层之间的PLC讯号耦合》

但是，PLC也不是完全无懈可击，目前它至少还有以下几项缺点尚待克服：如果旧有的输配电网路系统的用电效率不彰的话，则必须更换电力基础设备，其成本将非常高昂。这包含电力公司的变压器、高压输配线，以及用户室内的配电盘、配电线路；如果采用OFDM调变技术，则讯号容易产生抖动（jitter）和频率偏移；由于PLC实体层最多只能支援200Mbps的速率，所以广播或一对多播放的通道总数仍然受到极大的限制。例如：使用PLC网路播放MPEG-2影片时，在同一条PLC网路主干（backbone）上，最多只能容纳10位用户同时观看。因为连同应用层，一个MPEG-2视讯IP链结总共需要20Mbps的频宽。所以，经由PLC网路对众多用户同时广播时，使用MPEG-4或H.264视讯是比较实用些，因为这种视讯的每个IP链结大概只需要1Mbps的频宽。

结语

其实，由于无线区域网路无法穿透大楼的上下各楼层，所以PLC才有存在的价值。但是，PLC仍然得面对802.11g、802.11n、802.16（WiMax）的威胁。尤其许多大厂纷纷投入WiMax阵营，对PLC而言，这势必会造成资源排挤的作用。

虽然PLC产品目前仅占全球家庭网路市场约5％而已，但是国外分析家乐观预估到2008年，它的总产值将成长到1000万美元。这似乎仍然偏低，但当人们习惯于使用乙太和WLAN网路时，PLC将成为另一种大家想要使用的替代技术。

延 伸 阅 读

未来智慧手机的电源管理技术 电力线网路技术是以家里现有的电力线作为骨干网路，使用者无需重新架设网路，具安装容易、即插即用等优点。现今各国家电厂商或通讯网路业者都密切注意此技术的发展。相关介绍请见「 电力线通讯将在智慧家庭扮演要角」一文。 电力线无处不在，利用它来进行资讯的传输一直是人们的梦想。通过多年的研究和发展，利用高压电力线来传输低速数据的技术已相当成熟。随着网路技术及多媒体技术的发展，利用电力线来实现高速Internet接入及多媒体资讯传输是当前的研究重点，国外在相关研究和应用方面已取得了很大进展。你可在「 高速电力线通讯技术发展分析 」一文中得到进一步的介绍。 家庭网路是在家庭范围内，将电脑、家电、消费性电子产品等设备，彼此连接、相互通讯的一种网路。对于家庭骨干网路的技术而言，除了传输速度与距离等一般性的考量外，亦必须站在消费者角度上，考虑到安装容易、使用简单等因素，并且能够提供高画质和高音质的内容传输。在「 家庭网路骨干网路的候选者─电力线网路」一文为你做了相关的评析。

市场动态

联华电子与电力线网路（powerline networking）厂商Intellon宣布以联电0.15微米CMOS制程技术制造下一代Intellon HomePlug 1.0之电力线通讯晶片已经问世，并且命名为INT51X1。此晶片运用了许多IP资源（也包括联电之IP）将数种元件整合至单一系统晶片（SoC）上，其中包含了USB 1.1、Ethernet、MII interfaces、ADC、DAC 及AGC控制器等。相关介绍请见「 联电替Intellon成功制造出INT51X1单晶片电力线网路解决方案」一文。 HomePlug 1.0规格里，传输速率理论值宣称​​14Mbps、实际值为8Mbps，在台湾目前最普遍的ADSL上网方式提供连线速率12Mbps以下来说, 能够解决网路布线困难与无线网路讯号被遮蔽的情况下共用Internet。你可在「 WireLink PL9630 HomePlug电力线网路试用」一文中得到进一步的介绍。 由工研院、旺玖科技等十位股东合资1亿6000万设立的玖鼎电力资讯，正式宣布成立，主要经营业务范围为电子电表数位化模组、住商电力监控仪表及电力线网路通讯平台。玖鼎电力结合旺玖科技的晶片设计技术，在不到一年的时间内完成电子电表模组设计开发及其原型，预计在今年度便可推出第一颗由国人自行研发生产的单相电子电表系统晶片。在「 玖鼎将与旺玖合推首颗国人自制单相电子电表系统晶片」一文为你做了相关的评析。