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【智能仪表】(3)需考虑兼容,两种通信路径渐成国际标准主流【2】

2012年11月29日11:05    来源:人民网-财经频道

(注1)燃气表的目标是10年无需更换电池。

(3)是利用电力线通信,把输电线作为通信基础设施的方法。因此,使用这种方法的前提是用于电表。利用输电线构成1对N的星形网络传输智能仪表的抄表值,并汇集到数据汇总设备。从全球范围来看,利用的频带大多是10千赫~500千赫左右。传输速度虽然不快,仅为每秒数百千比特,但与无线通信相比,这种方式具有不易受传输环境变化影响的优势。而且,因为可以使用已有输电线作为传输媒体,所以还可以降低基础设施建设成本。但是,由于智能仪表与数据汇总设备是有线连接,因此,与无线相比,容纳效率较差,不适合覆盖大范围。

在电力线通信的传输方式方面,已有了“G3-PLC”、“PRIME”等前景看好的规格。与家用的HD-PLC*等相比,这些规格虽然速度慢,但抗噪性好,适合长距离数据传输。G3-PLC是法国电力公司(Electricitede France)的子公司法国电网输送公司(Electricite Reseau Distribution France),PRIME是西班牙电力企业伊维尔德罗拉公司(Iberdrola)主导开发的技术。其中,G3-PLC已经成为国际标准IEC 61334和IEEE P1901.2,并于2011年12月被国际电信联盟(ITU)认证为标准规格。

*HD-PLC(High Definition Power LineCommunication):松下主导开发的电力线通信方式。特点是利用2M~28兆赫的频率,最大数据传输速度高达每秒240兆比特。

G3-PLC通过采用正交频分复用(OFDM)调制方式,实现了最大每秒300千比特的数据传输速度,通过利用卷积码和里德所罗门码进行二级纠错,提高了抗噪性。其优势在于传输距离最大可达6公里,可以跨变压器进行通信。现在,开发G3-PLC收发芯片组的美国飞思卡尔半导体、美国美信集成、意法半导体、美国德州仪器、瑞萨电子这5家公司正在进行互连性试验。美信日本公司多网段专家工藤一彦称:“物理层的连接性试验已经结束,MAC层的验证还在进行之中。”

B路径

连接智能仪表与家庭、企业中的能源管理系统(EMS)的B路径如今还在发展之中,实际采用的案例并不算多。各个国家和地区都在对各种各样的技术进行研究。

现在,B路径的候选输技术大致分成近距离无线和电力线通信两种。这两种方式采用的技术都与A路径如出一辙(表1)。

表1:B路径使用的主要传输技术标准

首先,在近距离无线通信标准之中,前景最受看好的是“ZigBee”和“Wi-SUN”。尤其是Wi-SUN,因为其使用的物理层“IEEE802.15.4g”以及MAC层“IEEE802.15.4e”即将成为配备于智能仪表的国际标准,因此在世界市场上很可能得到广泛使用。除了B路径之外,估计也会在构筑A路径的网状网络中大量采用。

IEEE802.15.4g是规定物理层,IEEE802.15.4e是规定在物理层上面的MAC层的通信标准,标准化已于2012年3月完成。二者以ZigBee使用的IEEE802.15.4的物理层与MAC层为基础,为进一步降低功耗,更改了通信顺序和收发方式。

能符合多个国家的规定

过去的IEEE802.15.4物理层可以使用的频率包括868兆赫、902兆赫,以及2.4吉赫频带,一级调制方式也仅限于2FSK(868兆赫和902兆赫)和O-QPSK(2.4吉赫频带)。

而IEEE802.15.4g支持400兆赫~2.4吉赫等多种频带,调制方式还可以选择4FSK和OFDM(图3(a))。能够使用传输速度、传输距离、易达性均衡的700M~900兆赫频带域,这是非常大的优势。美国模拟器件公司日本法人的工业&基础设施部门工业部RF系统专家椿原润吾说:“虽然各个国家和地区可以使用的频带各异,但是,只要使用能够支持各种频带的IEEE802.15.4g,就可以在很多国家和地区的智能仪表中配备。”另外,IEEE802.15.4g还设想在IP网络中应用,最大帧长扩展到了2048个八位组(IEEE802.15.4为127个八位组)。

图3:面向智能电网制定的近距离无线国际标准“IEEE 802.15.4g”

为了灵活应对各国规定,该标准支持多种频带和调制方式(a)。(b)是配备了IEEE802.15.4g收发器IC的无线模块。由NICT开发。(表:《日经电子》根据IEEE资料制作。摄影:NICT。)

IEEE802.15.4e以IEEE802.15.4的MAC层为基础,通过增加配合无线收发器之间的通信等待动作与数据收发动作,间歇性进行收发等功能,实现了节能化。前面提到的燃气公司的工作人员说:“即便是以电池驱动为前提的燃气表,也有望可以多年无需更换电池进行工作。”另外,美国模拟器件公司和意法半导体公司等已经开发出了能够支持IEEE802.15.4g/e的RF收发器IC产品,日本信息通信研究机构(NICT)等也在开发智能仪表使用的无线收发器(图3(b))。(日经能源环境网 供稿) 

(责任编辑:财经实习、刘阳)

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