浅谈电力猫在智能家居场景中使用常见问题

18年03月06日     来源:a&s智慧生活

[导读]电力猫性能处于有线和无线网络之间,其灵活性高于有线,而稳定性相比无线也较出色,在智能家居中应用越来越多,但在实际使用中还应注意一些问题,否则事倍功半。

  在智能家居联网领域,尚没有一项技术能够很好地胜任数据传输的任务:很多家庭没有铺设以太网线,即便有预留接口数量也欠缺,重新布线会对装修造成破坏,并不现实;WiFi信号传输会因墙体屏蔽以及干扰等性能下降,难以胜任高清视频的传送需要;电力猫性能处于有线和无线网络之间,其灵活性高于有线,而稳定性相比无线也较出色,在智能家居中应用越来越多,但在实际使用中还应注意一些问题,否则事倍功半。

  电力猫 (PLC:Power line Communication)是通过电力线进行宽带上网的Modem的俗称,又称电力线适配器、电力网络桥接器,该设备把载有信息的高频加载于电流,然后用电力线传输信息,接受信息的适配器再把高频从电流中分离出来,并传送到计算机等终端设备上以实现信息传递。目前,电力猫作为第三代网络传输设备,不仅具有有线网络的高速稳定,也具备无线网络的移动便捷,解决了同一电表内无网络布线的问题,实现上网、收看高清IPTV、网络视频监控等多种应用,在智能家居中应用越来越多。

  按照传输速率分,目前常见的有200M电力猫(芯片间通讯带宽为200M)、500M电力猫(芯片间通讯带宽为500M)。按照传输媒介分为三类,有线电力猫,即普通电力猫;无线电力猫,也叫WIFI电力猫,指的是带无线功能的电力猫;拨号(pppoE)电力猫,带拨号功能的电力猫,在电力猫的基础上整合无线、路由以及拨号的功能。按以太网口速率分,有百兆网口电力猫,网络链接最大速度为100Mbps;千兆网口电力猫,网络链接最大速度为1000Mbps。按照电源接线方式,有直插式电力猫、延长线电力猫、穿透式电力猫等。

  智能家居场景一

  家庭装修已完毕,各种智能家居以及上网终端分布在不同的房间,但是房间在装修时,并没有布好足够的网线端口。如果重新布线很不方便,此时只要将2个电力猫分别插在不同房间的墙上,不用布线就可以轻松联网,如图1所示。

图1 智能家居场景1

  智能家居场景二

  在复式结构的房间里,家中的电影、音乐等文件都集中存储楼下在NAS中,可以使用手机、平板电脑通过无线路由直接播放NAS中的音乐或视频,可是无线路由的信号不能穿过上下楼层间的承重墙。这时使用电力猫,在上下层房间各插一个,就可以在楼上直接播放楼下NAS中的高清电影了,还可以在电力猫后加装无线路由器,来覆盖以往房间WIFI信号的死角,如图2所示。

图2 智能家居场景2

  智能家居场景三

  在独栋别墅或是小型企业办公环境中,跨越楼层组网有些困难,使用几只电力猫就可以完成整个组网。只需要将电力猫插入房间的插座,整栋别墅或是小型企业的联网就会完成,上下多个楼层之间可以联网开视频会议以及使用视频监控。

图3 智能家居场景3

  近日朋友家里使用华为PT500电力猫时遇到了一些问题:使用小米电视4C55'观看视频时卡顿,使用海康威视萤石C6P全景互联网摄像机时视频不流畅、设备经常掉线,使用海康DL2S智能联网指纹锁经常无法远程开锁,同时反映手机、平板电脑等终端上网速度较慢。开始以为是电信接入带宽20M的问题,将带宽升级到100M后问题依旧。

  由于华为PT500没有无线功能,使用H3C_R300无线路由器以及手机APP“WiFi魔盒”,进行简单的接入速度测试对比,发现H3C的设备放在PT500之后以及直接路由器速度相差很大,如图4所示:

图4 使用电力猫前后网速对比

  由于朋友家房子已装修有十来年了,初步判断电力环境对电力猫有较大的影响,就在电信100M光纤接入猫之后使用H3C_R300,基本上就没有看高清视频卡顿以及其它问题了。由此可以判断,电力猫在智能家居场景中对电力环境有些特殊的要求,我们在日常的使用中要特别注意以下问题:

  1、虽说电力猫能传输的距离较远,官方资料宣称最大回路长度可达300米,但电力猫传输效果还是会受传输距离的影响。若两个电源插座在电力回路上相隔较远,会有一定的衰减,导致电力猫之间无法进行良好通讯,再加上电力线信道的时变性、频率选择性、线路的反射效应和多峰抵消等,影响着电力猫的可靠性,所以电力猫采用的频段越高、传输距离越远,信号的衰减就越大。

  例如将两个电力猫都插入墙壁上的插座,如果距离产生变化,传输速率也会发生变化。以PT500为例,当两个电力猫距离为8米时,并工作在墙插上时,它的传输速率为20Mb/s以上,而将两个电力猫的电线距离缩短到2米,它的传输速率达到了22Mb/s;而如果将电力猫的电线距离拉到10米以上,传输速率也会下降到15Mb/s。

  2、电力猫对电路质量要求较高,最好不要和其他电器在同一个排插上工作,建议将电力猫单独放在墙插上可以发挥最佳性能,墙插是电力猫最佳网络通信接口。如果电力猫接在墙插上不方便,那么请确保电力猫接在排插的第一个插孔,排插上尽量不要接其它电器。若排插不够,用户一定要把电力猫放在排插上的话,那么也不要让电力猫和充电器一起工作。普通充电器的电磁屏蔽做得较差,电磁波对电力猫的影响非常大,会严重影响电力线通信质量。在前面的实验中若将PT500和普通充电器放在一起,其传输速率会进一步降低到5Mb/s。

  3、电力猫无法在拥有滤波电路的插座或者排插上使用,因为在滤波电路下,会过滤掉一部分的高频信号,所以电力猫无法正常传输数据。一般家庭使用的电表也具有滤波作用,电表过滤掉了电力线载波通道的工作频率(默认是2-28MHz),导致数据信息无法传递,致使电力猫无法跨电表使用。应该说电力猫不能穿老式机械式电表,原因是这种电表的感性很强,频率极低的50Hz工频电流通过没问题,而对调制在电力线上的高频信号的阻抗会很大,因此电力猫信号不能穿老式机械电表,信号只能在一户内的电力线路里存在。新式的数字式电表的原理与老式电表不同,相当于在线路上串联了一个微小电阻,然后用高精度运放和AD采样来进行精确计量,因此对电力猫信号的阻隔较小,采用技术手段是可以实现信号穿表的。

  在实际使用中无论是防止电器干扰电力猫,还是防止电力猫干扰电器,都得考虑滤波电路对电力猫的影响。在日常生活中不仅充电器,电源适配器、吹风机、电动钻孔器、卤素灯、电冰箱、吸尘器、洗衣机等以及拥有感应式开关的灯具用品等设备工作时,都会对电力猫的网络传输产生一定的影响,这些电器的电机频繁启动和关机会令电力猫的信号时快时慢,甚至断断续续。如果非要使用这些设备,请务必单独插在滤波接线板上,避免这些电器产生的电力噪声传输到电力线中,影响电力猫通信,同样的道理防浪涌开关、防雷保护开关对电力猫都会产生一定的影响。

  4、电力猫的性能和电路本身质量的关系也很大,劣质的排插就不说了,如果用户的房子电线老化或是陈旧,同样会造成电力猫的性能下滑。电力线是电力猫传输网络信号的通道,所以电力线的优劣,电力线环境决定了其传输速度与信号质量。电力线质量越好,电力环境越纯净,电力猫网络信号就越好越稳定。

  5、电力猫只能在同一块电表同一相电下才能正常通信。常用电力系统主要有单相二线和三相四线:单相二线主要用于家庭用电,提供的电压为220V;三相四线主要用于工业用电,提供的电压为380V,也有部分家庭使用三相四线。由于电力猫设备工作原理以及三相四线电路的特性,可能会出现不同相线下的设备不能相互通信。

  6、电力猫传输信号的衰减和空气开关里面的电感有一定的关系,理论上电感越多空开越多,衰减越多。空气开关是串联有一个检流线圈的,高频率的脉冲经过这个线圈可能会被过滤掉部分,所以空气开关会对电力猫的传输速率和传输距离有较大的影响,穿越空气开关之后有时虽然可以正常的使用,但是穿越更多的空气开关可能会导致速率下降严重或者不能正常通信。

  7、因为UPS一般具有滤波作用,会影响电力猫网络传输,所以不建议接在UPS后面。UPS(不间断电源系统)是当正常交流供电中断时,将蓄电池输出的直流变换成交流持续供电的电源设备。后备式UPS平时处于蓄电池充电状态,在停电时逆变器紧急切换到工作状态,将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,有继电器切换,就会导致信号衰减或丢失,只是衰减或丢失信号多少的问题。在线式UPS一直使其逆变器处于工作状态,它首先通过电路将外部交流电转变为直流电,再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰,在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电,这样电力猫在接收信号的时候遇到阻碍,传输的网络数据包就会造成丢失,进而电力猫不能够正常使用。

  8、随着电力猫的逐渐普及,其传输速率从最初的不足100Mbps,逐步提升到主流的200Mbps和500Mbps,目前传输速率更是达到了1Gbps,远超普通百兆网线。电力猫设备大部分支持HomePlug AV标准,有的标称理论传输速率可达500Mbps,然而HomePlug AV本身是个半双工的技术,和WiFi一样,协议上来来**大大小小的报文传输都要占用信道时间,导致信道利用率不高,和无线网卡一样,电力猫标的是物理速率,和实际的TCP、UDP速率还有区别,虽然有时可以达到500M的握手速率,但有可能实际的TCP协议的传输中由于芯片的处理能力不够,而导致速率不够。还有很多500M电力猫配置上采用了百兆接口(RJ45)设计,也就是说无论其在电力线上的传输速率如何,用户体验到的最高传输速率不会超过100Mbps。

  9、电力猫信号的载波频率范围通常是2~30MHz,这正好是短波通信的频段,而电力线又没有屏蔽层,墙壁中几米到几十米长的电力线还与短波波长匹配,这简直成为了良好的短波天线,电力猫会把2~30MHz的短波信号向空中辐射,其频谱覆盖了业余无线电、专业电台、短波广播等广泛的业务频率,并对这个频段的无线电接收设备造成直接干扰,电力猫信号对外界有较大的电磁环境污染。最讨厌这种干扰的是业余无线电爱好者,他们家里肯定不会用电力猫,但如果邻居家用了电力猫,也会对他在家里架设的短波电台造成全频段的干扰。

  综合来看,电力猫表现还是不错的,它的性能处于有线和无线网络之间,但它的灵活性好于有线网络,而稳定性相比无线网络也较出色。如果家里的承重墙多或是自建的多层小楼等情况,当WiFi的穿墙不给力时,建议不必再试其它款的WiFi了,即使某款无线性能有所改善,效果也不会有厂家宣传的那样显著,这是其技术体制本身所决定的。要想彻底解决问题就要布网线,如果不愿意在墙上打孔抠槽,电力猫就是最佳的替代性选择。因此用户只要是在同一个电表下使用,并且尽量做到单独使用一个插座,注意到以上相关的问题,就可以享受到不逊于有线网络的“新生活”。

  文/刘本军,湖北三峡职业技术学院互联网教研室;

  杨君,中船重工七一〇研究所

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编辑:邱婷丽
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