如何解決智能電表的通信難題？

　　智能電表和其他“智能能源”設備和儀器的通信和連接需求對設計人員和開(kāi)發(fā)人員提出了嚴峻的挑戰。

　　讓我們來(lái)了解一下智能電表的通信難題，并了解當前設備是如何解決這些難題的。然后，我們將考慮應如何解決這些難題來(lái)提供具有成本效益且能滿(mǎn)足未來(lái)需求的實(shí)用智能電網(wǎng)解決方案。

　　靈活性和多模：新一代智能電表的關(guān)鍵部署屬性

　　解決方案基于各種各樣的技術(shù)，因地理位置、當地網(wǎng)絡(luò )基礎設施標準和質(zhì)量而異。

　　HAN(家域網(wǎng))或 BAN(樓域網(wǎng))使用短距離無(wú)線(xiàn)標準(如 ZigBee、Thread、WiFi和藍牙)將家電設備連接到智能電表。它還可以使用PLC(電力線(xiàn)載波)有線(xiàn)技術(shù)。

　　NAN(鄰域網(wǎng))使用星形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，如蜂窩 M2M(GPRS、3G、LTE MTC、NB-IoT、LPWAN)將每個(gè)電表直接連到基站，并使用云或網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結構，如 PLC 或 802.15.4g 將所有智能電表節點(diǎn)聚集到 DAP(數據聚集點(diǎn))，而該 DAP 將使用蜂窩 M2M(GPRS、3G、LTE MTC)直接連接到基站或通過(guò)以太網(wǎng)直接連接到云。

　　靈活性

　　解決方案必須要有足夠的靈活性才能支持上面列出的所有標準，其中的部分標準仍在開(kāi)發(fā)中，可能需要現場(chǎng)更新和遠程升級。

　　例如 PLC 技術(shù)已經(jīng)被多家標準組織進(jìn)行過(guò)標準化，如 IEEE P1901.2、PRIME(基于電力線(xiàn)的智能電表演進(jìn)標準)和 G3，并且這些技術(shù)標準均提供多種不同的數據速率和頻率帶寬。各個(gè)國家也都派生了不同的 PLC技術(shù)分支 版本來(lái)針對自己的電網(wǎng)具體情況進(jìn)行優(yōu)化。

　　迄今為止，仍然沒(méi)有一個(gè)通用的互操作性標準來(lái)管理智能電網(wǎng)的通信，也可能永遠都不會(huì )有!

　　多模

　　多模也是必備的設置，因為大多數使用情況下都要求多個(gè)功能同時(shí)運行。歐洲和亞洲城市部署的NAN網(wǎng)狀拓撲結構需要并發(fā)支持 PLC 和 802.15.4g，因為一個(gè)節點(diǎn)可能通過(guò) PLC 連接到一個(gè)節點(diǎn)，同時(shí)通過(guò) 802.15.4g 連接到另一個(gè)節點(diǎn)。

　　超低功耗

　　雖然插電智能電表有主電源，但不插電計量設備必須要用兩節 AA 電池運行 5 到 10 年，這要求空閑和峰值功耗都要進(jìn)行非常仔細的優(yōu)化。

　　超低成本

　　為使智能電表得到快速而廣泛的部署，整個(gè) HAN/NAN 通信模塊的物料 (BOM) 成本應在 15 到 20 美元之間。

　　現有的通信解決方案使用以硬件為中心的調制解調器。這種調制解調器不能升級以跟上標準的演變和國家特定版本的變化，因此不能支持現場(chǎng)更新。

　　所以多模系統是異構的，因為它們包含眾多零散、獨立的基于硬件的調制解調器。從能耗、性能、成本和面積的角度來(lái)看，這種異構解決方案也不夠完美。另外它們需要的上市時(shí)間也比較長(cháng)。

　　為了使用低成本、低功耗的解決方案解決這些難題，軟件定義調制解調器 (SDM) 應運而生。這些調制解調器應采用一個(gè)統一的高性能處理器，而這個(gè)處理器可以運行多個(gè) PHY 和協(xié)議，并具有真正的實(shí)時(shí)操作系統 (RTOS) 來(lái)支持并行任務(wù)，同時(shí)最大限度地減少任務(wù)切換和MAC 到 PHY的延遲。

　　這些靈活通信引擎的核心是可編程的DSP架構，如 CEVA-XC5 和 CEVA-XC8，因為支持多種通信標準，所以使開(kāi)發(fā)人員能夠實(shí)現軟件定義調制解調器而不必額外使用硬件。這樣使架構不僅能縮短上市時(shí)間，還能降低風(fēng)險，因為它們能滿(mǎn)足未來(lái)的需求，可以在產(chǎn)品生命周期內通過(guò)現場(chǎng)升級固件，跟隨標準的演進(jìn)。不同國家的技術(shù)需求，通過(guò)軟件層面的定制即可滿(mǎn)足，這樣的解決方案有更好的規模經(jīng)濟效益，能進(jìn)一步減少系統解決方案所需的BOM成本。