過去，一直有許多因素使電力線（power line）技術無法普及。其中最讓人猜疑的是：在110V或220V的電源線上，真的能傳輸IP封包嗎？不會有電磁干擾（EMI）的問題嗎？

愈來愈多的數位電子裝置是為家庭或客廳設計的，因為消費者喜歡將影音檔案從電腦複製到家庭娛樂系統中。這就加速了電腦與電視的整合，以及對電力線通訊（Power Line Communication；PLC）的需求。

技術概況

目前PLC技術領先全球的有兩大陣營：一是HomePlug電力線聯盟（powerline alliance）、另一是環球電力線協會（Universal Powerline Association；UPA）。此外，還有IEEE-P1901標準（Broadband Over Power Line），但上述兩個陣營都有加入IEEE-P1901小組。目前還很難看出哪一個陣營會在市場上佔據優勢。

目前PLC實體層傳輸速率最快可達200Mbps，而應用層大約是130 Mbps。HomePlug AV標準或DS2公司專屬的（proprietary）PLC技術都可以達到這樣的效能。DS2的PLC晶片是採用具有1536個載波的OFDM調變技術，以及分時雙工（TDD）或分頻雙工（FDD）的頻道擷取方法。DS2晶片可以在1～34MHz之間工作，提供較寬鬆的動態工作範圍（90dB），具有分頻和分時的中繼（repeating）能力。由於這些特性，可以使用DS2晶片來實現服務品質（quality of service；QoS）和服務類別（class of service；CoS）的功能。

簡言之，QoS就是保證能優先提供較大的頻寬給影音資訊傳輸使用。而CoS就是指IEEE 802.1P標準，它可以讓用戶在ISO的第二層（Layer 2）上，根據需要對不同的通訊協定（protocol）設定個別的傳輸優先順序。QoS或CoS對多媒體傳輸是非常重要的，尤其是在頻寬非常有限的通訊網路中。

技術應用

(圖一)是家庭中電力線網路的示意圖。其中，與電力線直接連接的有：

《圖一　家庭中的電力線網路》

PLC/xDSL閘道器

它對外要能夠連接纜線數據機（cable modem）、ADSL、FTTx、WiMAX，對內要連上家庭的電力線。所以設計比較複雜，單價也比較高。和一般的網路閘道器一樣，網路處理器和通訊軟體是關鍵技術。如果無法掌握到這兩個關鍵技術，那就只能從事全段代工（turn key）製造了。

PLC數據機（VoIP+data）

這種數據機類似整合型擷取裝置（Intergrated Access Device；IAD），可以讓用戶傳收資料和電話，而且都是透過網際網路，所以通訊費用比較低廉。電腦和一般的室內電話都可以與它連接。當然，VoIP技術是其關鍵技術。和一般的VoIP閘道器之最大差別在於：它可以使用電力線經PLC/xDSL閘道器以電話線對外通訊，也可以完全使用電力線對外通訊（如果輸配電網路有支援廣域通訊的話）。

數位媒體接收器（digital media receiver）

這就是一台數位式機頂盒（DSTB）。可以將視訊轉換成電視或電腦、LCD螢幕可用的訊號。

PLC 802.11x無線橋接器

它的功能和無線區域網路橋接器（WLAN access point）一樣。

PLC電話

具有兩種通訊埠，一種是電話線、另一種是電力線（就是電源線）。電話埠可以和PLC數據機連接；電力埠可以直接與電源插座連接。

家庭音響和劇院系統

將PLC模組嵌入至MP3播放機、家庭劇院系統等設備中，就可以將電腦、電視、音響、電話，甚至其它家電連接在一起。這正符合數位家庭的概念。

PLC-PCI介面卡

供給具有PCI匯流排的電腦使用。它的一端是PCI介面，另一端是PLC介面。

PLC網路配接器（adapter）

依照功能，大概可以區分為中繼器（repeater）、或具有TCP/IP軟體的路由器（router）。相較之下，前者不需要複雜的軟體，是屬於ISO第二層的架構，用於延伸PLC網路的距離，因此是屬於頭端（head end）設備。而後者又可區分為：戶內擷取（in-home access）與對等（peer-to-peer）裝置。戶內擷取裝置就是類似ADSL數據機的用戶端設備（CPE），負責對外通訊，所以它是主控裝置（master），而和它連接的就是從屬（slave）裝置；而對等裝置是指在戶內互相通訊的裝置，譬如：兩台室內電腦透過PLC網路互相傳輸資料。

網路架構

(圖二)是PLC的網路架構。它可以區分成三大部份，由下而上分別是：實體層、資料鏈結（data link）層、網路層。

《圖二　PLC網路架構》

實體層包含OFDM實體層、乙太實體層和乙太MAC層。其主要工作是通道的估算、傳收資料、錯誤修正。

資料鏈結層包含基本的MAC層、QoS的MAC層、邏輯鏈結控制（LLC）。基本的MAC層之任務是執行基本的通道資源分配和匯流仲裁。QoS的MAC層之任務是請求和分配資源、傳輸優先等級的管理。邏輯鏈結控制之任務是組裝和拆解封包、邏輯鏈結的確認。網路層的功能是建立或發現隨意型的（ad hoc）PLC網路、轉送資料（data forwarding）。

晶片架構

(圖三)是PLC晶片內部的功能方塊圖。它包含三個重要部份：處理器核心、乙太橋接器、數據機。

《圖三　PLC晶片功能方塊圖》

(圖四)是PLC晶片內部數據機的架構，它包含四個部份：

《圖四　PLC晶片內的數據機架構》

(圖五)是乙太橋接器的內部架構。支援802.1D橋接標準、802.1Q虛擬區域網路（VLAN）標準和802.1P服務品質標準。主要功能就是將來自於乙太網路上的封包轉送至PLC網路，並將PLC網路上的資料封包轉送至乙太網路上。同時支援MAC位址過濾、虛擬區域網路和QoS的功能。這是屬於ISO第二層（資料鏈結層）的功能。此外，它還可提供：廣播（broadcast）或一對多播放（multicast）支援IPv6；頻寬與延遲管理；支援展開樹通訊協定（Spanning Tree Protocol）；可以解決隱藏節點（hidden node）的問題等功能。

《圖五　乙太橋接器的內部構造》

在圖三中的TDM介面可以外接VoIP DSP和SLIC，藉此，可以在PLC網路內互打電話。

802.1D標準中的STP

如前所述，PLC的橋接功能是遵循802.1D標準。而此標準中的STP則決定了最佳的路徑。STP是一種鏈結管理協定，提供相關的傳遞路徑，並將不需要的路徑摒除。理論上，為了提高網路的傳輸效率，在兩台電腦之間，應該只能存在一個傳輸路徑。但實際上，為了預防斷線，所以STP演算法必須不斷地計算，以選出可用的最佳路徑。

STP能讓橋接器彼此通訊，共同找出最佳的邏輯路徑。因為這種邏輯路徑像樹狀結構一樣，蔓延至整個ISO第二層網路，因此得名。對終端設備而言，STP是透明的（transparent），它們根本就不知道自己是連接到哪些區域網路的區段上。橋接器使用橋接通訊協定資料單元（Bridge Protocol Data Unit；BPDU）來交換彼此的訊息。而STP使用BPDU來選擇主要的交換器（switch）和通訊埠。 簡言之，STP的工作步驟有二：

如果從步驟一中所得到的最佳選項沒有比步驟二的好，則放棄步驟一所得到的訊息。

STP的通訊協定格式（BPDU）如(表一)所示。

表一的各欄位值，如下之說明：

802.1Q標準中的VLAN

VLAN是指有一群網路裝置分別位於不同的網段上，但是透過VLAN的組態設定，可以將它們視為在同一個網段上。由於VLAN是邏輯的觀念，而不是實體的觀念，所以適用於主從網路的管理、頻寬的分配和資源最佳化。而這些應用也是PLC網路所需要的。

目前有四種VLAN存在：以通訊埠為基礎的VLAN、以MAC為基礎的VLAN、以通訊協定為基礎的VLAN、ATM VLAN。前三種VLAN都適用於PLC網路。

802.1Q標準可以將大型網路切割成許多小網路，所以，廣播和一對多的播放不會消耗掉不必要的頻寬。此外，不同VLAN區段是無法通訊的，因此可以提高網路通訊的安全性。符合802.1Q標準的乙太封包內有一個標籤（tag）欄位，包含VLAN和802.1P優先等級的資訊。但特別要注意的是，符合802.1Q標準的乙太封包長度已經從1518bytes變成1522bytes了，因此傳統的網路卡和交換器會拋棄這些封包。符合802.1Q標準的乙太封包格式如(表二)所示。

表二的各欄位值，如下之說明：

DS2的PLC晶片除支援上述的802.1Q標準格式外，還另外加入了其專屬的OVLAN（Optimized VLAN）欄位，如(圖六)所示。此外，除了本文所介紹的ISO第二層技術以外，PLC網路裝置可能還包含第二層以上的軟體堆疊，例如：TCP/IP等等。

《圖六　802.1、802.1Q-VALN、OVLAN之間的關係》

技術上的優缺點

在技術上，PLC具有下列幾項優點：它在較低頻段（1～34MHz）工作，所以不會受微波爐、手機射頻訊號的干擾；在一般情況下，它適合在惡劣的電力線環境中傳輸訊號。譬如：具有多路徑衰減（multipath fade）效應、阻抗不斷變化、阻抗不匹配的電力線環境；它使用既有的家用輸配電網路系統傳輸訊號即可。不同大樓和樓層之間，可以利用電感感應的方法將訊號耦合過去，如(圖七)，所以訊號傳輸不會受到空間的限制。

《圖七　不同大樓或樓層之間的PLC訊號耦合》

但是，PLC也不是完全無懈可擊，目前它至少還有以下幾項缺點尚待克服：如果舊有的輸配電網路系統的用電效率不彰的話，則必須更換電力基礎設備，其成本將非常高昂。這包含電力公司的變壓器、高壓輸配線，以及用戶室內的配電盤、配電線路；如果採用OFDM調變技術，則訊號容易產生抖動（jitter）和頻率偏移；由於PLC實體層最多只能支援200Mbps的速率，所以廣播或一對多播放的通道總數仍然受到極大的限制。例如：使用PLC網路播放MPEG-2影片時，在同一條PLC網路主幹（backbone）上，最多只能容納10位用戶同時觀看。因為連同應用層，一個MPEG-2視訊IP鏈結總共需要20Mbps的頻寬。所以，經由PLC網路對眾多用戶同時廣播時，使用MPEG-4或H.264視訊是比較實用些，因為這種視訊的每個IP鏈結大概只需要1Mbps的頻寬。

結語

其實，由於無線區域網路無法穿透大樓的上下各樓層，所以PLC才有存在的價值。但是，PLC仍然得面對802.11g、802.11n、802.16（WiMax）的威脅。尤其許多大廠紛紛投入WiMax陣營，對PLC而言，這勢必會造成資源排擠的作用。

雖然PLC產品目前僅佔全球家庭網路市場約5％而已，但是國外分析家樂觀預估到2008年，它的總產值將成長到1000萬美元。這似乎仍然偏低，但當人們習慣於使用乙太和WLAN網路時，PLC將成為另一種大家想要使用的替代技術。

延 伸 閱 讀

未來智慧手機的電源管理技術 電力線網路技術是以家裡現有的電力線作為骨幹網路，使用者無需重新架設網路，具安裝容易、即插即用等優點。現今各國家電廠商或通訊網路業者都密切注意此技術的發展。相關介紹請見「 電力線通訊將在智慧家庭扮演要角」一文。 電力線無處不在，利用它來進行資訊的傳輸一直是人們的夢想。通過多年的研究和發展，利用高壓電力線來傳輸低速數據的技術已相當成熟。隨著網路技術及多媒體技術的發展，利用電力線來實現高速Internet接入及多媒體資訊傳輸是當前的研究重點，國外在相關研究和應用方面已取得了很大進展。你可在「 高速電力線通訊技術發展分析 」一文中得到進一步的介紹。 家庭網路是在家庭範圍內，將電腦、家電、消費性電子產品等設備，彼此連接、相互通訊的一種網路。對於家庭骨幹網路的技術而言，除了傳輸速度與距離等一般性的考量外，亦必須站在消費者角度上，考慮到安裝容易、使用簡單等因素，並且能夠提供高畫質和高音質的內容傳輸。在「 家庭網路骨幹網路的候選者─電力線網路」一文為你做了相關的評析。

市場動態

聯華電子與電力線網路（powerline networking）廠商Intellon宣佈以聯電0.15微米CMOS製程技術製造下一代Intellon HomePlug 1.0之電力線通訊晶片已經問世，並且命名為INT51X1。此晶片運用了許多IP資源（也包括聯電之IP）將數種元件整合至單一系統晶片（SoC）上，其中包含了USB 1.1、Ethernet、MII interfaces、ADC、DAC 及AGC控制器等。相關介紹請見「 聯電替Intellon成功製造出INT51X1單晶片電力線網路解決方案」一文。 HomePlug 1.0規格裡，傳輸速率理論值宣稱14Mbps、實際值為8Mbps，在台灣目前最普遍的ADSL上網方式提供連線速率12Mbps以下來說, 能夠解決網路佈線困難與無線網路訊號被遮蔽的情況下共用Internet。你可在「 WireLink PL9630 HomePlug電力線網路試用」一文中得到進一步的介紹。 由工研院、旺玖科技等十位股東合資1億6000萬設立的玖鼎電力資訊，正式宣布成立，主要經營業務範圍為電子電表數位化模組、住商電力監控儀表及電力線網路通訊平台。玖鼎電力結合旺玖科技的晶片設計技術，在不到一年的時間內完成電子電表模組設計開發及其原型，預計在今年度便可推出第一顆由國人自行研發生產的單相電子電表系統晶片。在「 玖鼎將與旺玖合推首顆國人自製單相電子電表系統晶片」一文為你做了相關的評析。