天然气表、气表和电表的抄表使命正正正在向遥控和自动化地位发展,这一趋势获得了计量表消耗商和能源配送相关服务商的积极促进,而没有少机构也认识到了远程抄表和配电网远程管理的优势之所正正在,因而也大力支持。此外,这种趋势还催生了若干专为新一代计量表制定规范的委员会的成立。
朱文引用地方:计量表必须存正正在安全稳健的通信协议,以应对于恶劣的安装格式,况且还必须拥有防潮湿和防的按钮和显示器,以及用回电磁阀和/或者许旋绕传感器(需求角信息)定位的编码器。这些按钮、显示器和编码器必须存正正在防止直接或者许许通过或者许电场的能力。计量表还必须拥有长达数月的事件记录功能,以关于付短时间无法与接入点中止通信的情况。另一个稀有的要求则与计量次第有关,就是计量表必须正正在固件升级时也能如常中止使命,并确保抵达某些安全参数。于是,正正在必须配备电池组组供电的情况下(至少正正在燃气表中是如此),设备的总能耗必须非常低。
无线电协议
正正在分析本节的这些要求和选择时,我们可以列出对于准于计量运用的通信协议所必须存正在的一些特性。首先,家用计量表的首选解决方案应该是采用射频通信。其最主要的参数包括:
高能效:以确保电池组组寿命较长,并减少抄表人员的使命量;数据可靠且稳健,因为信息的完整性是绝对于于关键的要素;
安全性:必须采用容易的加密算法以确保安全性,更次要的是,编码密钥的管理和分发必须符合公用事业自身圆满定义的要求;
网络必须可配置:其自身必须能够自动中止配置和重配置,以适应使命,并按照使命的要求而演进。这是因为条件可以随时间而发生变化,譬如,两座建筑物原来采用无线电中止通信,然后来两者之间兴建了第三座建筑物,阻断了这种联系,而一个可盲目展并自动重配置的锐敏网络就可以解决这些成就;
安装及简便:计量表网络注定存正正在多个节点,而网络本身也非常容易。下一代计量表需要通过协议来管理网络,该协议必须能够涵盖所有可以的情况,同时最大的锐敏性,使操作人员仅需执行计量表节点的定位和启动等基本操作;
式协议:协议没有应是专有协议、而应是式协议,以预防正正在潜正正在供应商之间出现竞业(non-competition)的成就。协议必须能够认证,且能够各供应商产品之间的互操作性。
欲完全中意上述所有要求,ZigBee可以说是最佳的选择。正正在美国,ZigBee已被选为智能电网的标准。ZigBee基于IEEE 802.15.4标准,并拥有一个堆栈结构。全球授权使用的频率为2.4GHz,而没有同地区的1GHz以下(sub-GHz)频率区分为:中国783MHz,欧洲868MHz,美国915MHz。正正在计量运用,尤其是正正在室外的计量运用中,最好存正正在优质的传输范围和一定的抗衰减源(钢筋水泥、湿气、无线电频带过载)能力。考虑到这个原因,sub-GHz是最适合的解决方案。譬如,868MHz频率没有易受到与多个径相关的相消困扰(衍射和反射是其主要原因)的反响。况且没有同于2.4GHz,它也没有易受到水(雪、雨、雾)构成的固有衰减的反响,并且存正正在更好的工夫衰减特性(工夫衰减将随波长的平方而减小)。此外,采用最新代的收发器可以扩大点到点的范围,这将有助于简化网络,减少存正正在由功能的节点数目。Atmel公司的IEEE 802.15.4兼容收发器AT86RF212就是一例,能够需求高达120dBm的链预算。
正正在意大利、西班牙、英国及其它许多国家,安装电表常容易的事情。原因正正在于电表常格式正正在无法获得点到点链的,或者许是无法简单地运用桥接来增大距离。正正在这些情况下,网状型网络就能发挥出次要的作用。童稚且可靠的网状网络协议,加上sub-GHz链的可靠性,使这种解决方案变迁众多理论情况的事实选择。
ZigBee Sub-GHz收发器
Atmel拥有多种2.4GHz收发器(如AT86RF231)及sub-GHz收发器(如AT86RF212),这两类产品均能最大的灵敏度和输出功率,及极低的功耗。二者的封装和引脚分配均相同,同时,也采用了相同的ZigBee协议。这些收发器需要一个存正正在适宜存储器水平的低功耗微主宰器(MCU)。同时,Atmel还需求了嵌入式解决方案,即更锐敏的收发器关于加一个外部MCU。AVR XMEGA就是中意要求的一个微主宰器系列,正正在引脚分配和软件上完全兼容,存正正在16KB至384KB的闪存和32KB的RAM。XMEGA次第存储器带有一个额外的8KB存储工夫,既可用于启动加载次第,又可用于诸如正正在设备升级固件时运转计量之类的次第。
为此,我们可以加入一组免费供应的ZigBee PRO和Smart Energy Profile库。ZigBee PRO和Smart Energy Profile均刚刚才过认证。
这种解决方案正正在功耗范畴性能极好,正正在轮询状态下,整个系统的匀称电流值可小至数百纳安。正正在无外部缩大度的情况下,链预算可达120dBm,这一参数直接体现出了可通过的距离,故可降低由器的使用。所需由器越少,便越能降低成本、和电池组组消耗。然而,存正正在由选择关于解决棘手的网络配置成就也至关次要,适宜的点到点传输距离和有限的由器部门都有助于优化解散度。如果各节点主要是精简功能设备(RFD),并且波特率又盈余高(譬如100kbps),则可考虑增加单个接入点下的解散度。
表1所示为IEEE 802.15.4规范下各种可以的无线电配置。过程感兴趣的配置之一是带有O-QPSK调制及100kbs波特率的868MHz。正正在这种配置之下,就有可以充足发挥波长所的范围和灵敏度范畴的优势,同时,优化传输速度、降低功耗,齐头并退步解散度。
没有过必须留意的是,没有管是2.4GHz或者许是sub-GHz,协议均相同。正正在这两种情况下,所有重传和应答于机制都将被采用,譬如载波侦听多点接入/冲突预防(CSMA/CA),以及安全机制(AES128加密和高安全性密钥分发,视乎公用事业本身所需而采用的“认证中心”的要求而定)等。
正正在2.4GHz和sub-GHz上还采用了直接序列扩频(DSSS)技艺。得益于DSSS,我们毋庸议论单个868MHz信道。0到868MHz信道拥有盈余宽的频带,能够发送出若干条谱间冗余的频率线,这有点类似于采用多个子信道并正正在其上发送冗余数据。这样,正正在一个子信道上出现的困扰就没有会反响到传输性能。此外,没有可忽略的另一点是,正正在868MHz下,由于占空比的,没有准许将该频带用于数据流服务。
链预算是吸引灵敏度、传输功率和天线升值的总和。链预算定义了正正在点到点链上两个无线电设备之间的链失去事前,准许发作哪些径耗费。由于无线电通信与亲切相关,一个能关于无线电设备中止参数化及比较的客观方法是使用Friis来测量它们正正在工夫中吸引信号的能力: