智能風勢不可擋電力線通信拓展潛力應用

2014-03-12 10:06:15 大云網　點擊量：評論 (0)

幾乎所有裝置都走向智能化，這股不可阻擋的趨勢使得來自網絡接入端的技術競爭也日趨激烈。與此同時，消費者需要在數量日益增加的數字設備和電源管理設備之間無縫共享應用，因而他們對家庭網絡帶寬也有了更高的需

幾乎所有裝置都走向智能化，這股不可阻擋的趨勢使得來自網絡接入端的技術競爭也日趨激烈。與此同時，消費者需要在數量日益增加的數字設備和電源管理設備之間無縫共享應用，因而他們對家庭網絡帶寬也有了更高的需求。

在既要滿足互聯互通安全可靠，又要滿足高速數據傳輸的前提下，電力線通信(PLC)成為滿足這一市場需求的最簡易和最可靠的方式之一，它提供全面的寬帶解決方案，可優化通過現有電源線、同軸電纜、電話線和其他線纜進行的聯網。與花費時間和資金連接家庭以太網或部署無線網絡相比，電力線通信的優勢表現得較為明顯，因為前者無法提供數字視頻和其他多媒體內容的流媒體播放所必需的傳輸速度。

不過，雖然業內人士對PLC持認可態度，但絕大多數認為總線型、無線通信和電力線載波通信這三種不同的技術路線還無法相互替代，并且PLC自身的技術挑戰和商用挑戰依然存在，因此，目前及未來，有線、無線、電力線多種通信技術并存智能家居網絡是產業趨勢。

鎖定智能家居市場

日前，意法半導體(ST)發布了一款獨有的ST2100 STreamPlug系統芯片，目標應用鎖定于全球智能家居和智能能源市場。該芯片已被用于意法半導體與智能家居解決方案領導廠商大同股份有限公司合作開發的新一代智能產品。

ST首款智能網關系統芯片

作為全球首款智能網關系統芯片，意法半導體的ST2100 STreamPlug集成高性能處理子系統、電力線通信(PLC，Powerline Communication)和數據安全功能以及外設接口，支持目前普遍使用的固網和無線混合網絡。ST2100支持IEEE 1905.1標準，讓客戶能夠在一個新的網關或集線器設計內整合以太網、Wi-Fi 等其它網絡標準。ST2100 StreamPlug支持廣泛使用的PLC通信協議，例如HomePlug AV和HomePlug Green PHY，以及IEEE 1901寬帶電力線接入標準。

ST2100 STreamPlug系統芯片應用處理器基于330MHz ARM926EJ-S內核，并提供一個外部存儲器管理子系統，采用12mmx12mm TFBGA 373 BGA封裝。在片上還集成一個功能完整的PLC調制解調器和模擬前端、USB2.0接口、以太網接口、彩色LCD液晶控制器和專用安全引擎，支持先進加密算法，例如AES、 DES/3DES和IPSec。

從軟件角度看，虛擬機支持功能提供用戶操作系統接口，例如意法半導體自行發行的Linux Kernel 2.6。PLC協議支持功能包括最新的IEEE 1901寬帶電力線(BPL)標準，以及廣泛使用的HomePlug標準，例如承載HDTV和VoIP業務的200Mbps HomePlug AV，為智能電網應用優化的HomePlug Green PHY。

意法半導體與大同的ST2100 STreamPlug系統芯片合作開發項目取得了多項創新成果，例如大同的 Gateway One網絡集線器和其它的智能能源產品。Gateway One讓用戶能夠組建整合以太網、WLAN、PLC和多媒體設備的多業務承載家庭網絡，可進一步改進整個家居的能效、安全、舒適性和便利性。大同的米線電橋(Meter Bridge)和家庭區域網(HAN，Home-Area Network)讓多單元住宅受惠于智能能源應用，同時解決用電量和電費分攤等難題。智能產品M1i和M3為連接電網的設備提供能源管理以及網絡連接功能。M1i是為工業應用優化的智能產品，而M3是家用產品，具有插電式電動汽車充電功能。

大同很早以前就認識到，在釋放智能能源和智能家居的全部潛能中，一個開放式服務平臺發揮著重要作用。大同還表示，Gateway One是一個意義非凡的階段性勝利，但這只是與意法半導體ST2100 STreamPlug系統芯片合作項目取得的開發成果之一，自CES 2013上聯合舉行產品發布會后，已經取得了重要成果，整合了多項知識技能。

意法半導體事業部副總裁兼工業和功率轉換產品部總經理Matteo Lo Presti表示：“我們與大同的成功合作證明并突顯，這款系統芯片作為一個平臺，能夠實現混合網絡，滿足橫跨消費電子和工業市場的智能能源和物聯網應用的需求?，F在設計人員可以使用這款具有突破性的芯片，我們將提供確保項目成功所需的技術支持和服務。”

日系廠商也在聚焦智能家庭嵌入式方案，前不久于橫濱舉行的日本嵌入式技術大會(Embedded Technology 2013，ET2013)上，不少日本半導體業者增加了許多模塊與開發板的展示，這些解決方案包含完整的軟件、傳感器與連接芯片。透露出產業界正在關注那些具備立即應用潛力的關鍵功能，例如Echonet Lite(讓不同廠商家電聯網的新標準)、藍牙低功耗、ZigBee、Sub-GHz、電力線網絡(PLC)，還有各種傳感器、傳感器融合(sensor fusions)與能量采集方案。

現在最大股東是日本政府的瑞薩(Renesas)展示的智能家庭解決方案內含與一個智能家庭控制器無線連結的各種傳感器;而家中的空調、LED照明等設備，也可透過同一個控制器、以電力線網絡(PLC)連接。

瑞薩展示智能家庭解決方案

這種智能家庭方案是采用ECONET Lite通訊協議，該協議支持多種物理層包括Sub-GHz、ZigBee與PLC等等。ECONET Lite協議目標是為能源管理與智能公用事業網絡，打造互操作性的無線解決方案。ECHONET標準是一個全球通用的家電連網標準，2013年8月底發表，而ECONET Lite則獲得日本政府經濟產業省認可，視為日本的智慧家庭標準(Japanese Smart House Standard)。

本土廠商也不甘落后，高通創銳訊(Qualcomm Atheros)在PLC領域耕耘多年，其PLC技術進入智能家庭的一個典型應用案例來自海信(Hisense)。作為國內智能家電的領軍企業，海信行業首家在其旗艦級智能電視XT800中提供完整Easy-Link無線網絡連接方案，包括內置PLC電力載波裝置、Wi-Fi(2.4G/5G雙頻段)、Wi-Fi Direct和DLNA方式，全部采用高通創銳訊單芯片無線解決方案QCA6410。

深圳市力合微電子有限公司的方案主要基于窄帶OFDM電力線載波通信芯片，構造一個完整的由各節點組成的家居PLC網絡平臺，可在此基礎上實現各種通信和控制應用。該公司董事總經理劉鯤指出，在家庭控制管理系統中，智能照明和智能家電系統的特點是網絡節點無處不在，但數據速率要求并不會太高，因此電力線載波的方式很適宜。節點可方便地置入各種照明開關、家用電器、安防傳感器等，節點之間以及節點與服務器節點之間通過既有電力線實現通信。通過互聯網，可通過電腦或智能手機實現對家居網絡各節點的通信和控制。

雙向通信智能電表

隨著家庭電表、個人設備和電器開始相互連接，機器到機器(M2M)通信具有無限的可能性，對于正在興起的智能能源來說是一個比較突出的技術領域。把家庭與本地互聯網中的聯網設備連接到智能電網，可以實現業主與電力公司之間的雙向通信，這樣的情景正在日益成為趨勢。

市場調研公司IHS預測指出，到2016年年底，全球智能電表的安裝量將翻番，推動通信電表達到35%左右的滲透率。事實上在全球已安裝的電表中，帶有“智能”通信功能的電表占比還很低，特別是可提供雙向通信的住宅用智能電表。

IHS預計，隨著歐洲智能電表項目的投入運行，全球智能電表出貨量將在2015年出現強勁增長。IHS公司表示，預計各種固定網絡技術的電表將在全球各地安裝，從比較簡單的RS485有線型電表到下一代智能雙向PLC-OFDM電表。其中，中國目前被視為“高級電表唯一的一個重要市場”。

IMS Research公司的首席分析師Markides也評論道：“未來五年，多數發達國家和正在進行工業化的發展中國家，其智能電表市場將蓬勃發展。不論是為了節省勞動力成本，配合其它智能電網計劃，還是為了降低非技術性損耗，全球各地的電力企業都在加快采用智能電表。”

德州儀器(TI)去年第三季度量產的一款面向智能電表的全集成優化型片上系統(SoC)，充分利用了多年豐富的專業技術并捍衛了其在智能電網市場的主流地位。一個單芯片集計量、應用和通信功能于一身，幫助開發人員為智能電子計量應用簡化設計、提高靈活性并降低系統成本。無需額外的分立組件和冗余接口，其高集成度可為智能電子式電表設計提高可靠性。

新型智能電表SoC是一個全集成解決方案，整合了三個獨立的引擎。計量引擎可提供0.5%的米級精度，包括對單相或三相電表的支持。符合工業標準的獨立ARM Cortex-M3內核允許輕松開發電表管理固件(DLMS/COSEM、高級計量、應用配置文件、網絡堆棧)和安全性，內存中閃存高達1MB。獨立靈活的通信引擎包括支持多種標準的電力線通信(PLC)與射頻(RF)通信，旨在幫開發人員設計出能和廣域網(WAN)、家用網(HAN)域以及啟用設備實現通信的產品。

該SoC的特性與優勢還包括：支持TI適用于G1、G3、PRIME、IEEE P1901.2、ITU–G.9903及G.9904等所有窄帶PLC標準的plcSUITE軟件;包括多種通信接口，可輕松連接TI的RF收發器等外部組件，以便在一個單芯片(低于1GHz或2.4GHz)上實現對WAN與HAN的橋接;插裝TI新型智能電表電路板(SMB)3.0，以便支持先進功能及近場通信(NFC)、低于1GHz、ZigBee和Wi-Fi連接選項。

此外，還支持下列TI智能電網軟件：符合EN 50470-1/3、IEC62053-21/22/23、ANSIC12.1/10/20 對單相和三相電表標準的計量庫或metroSUITE;plcSUITE;低于1GHz頻段(包括802.15.4g)的RF通信;在Cortex-M3內核上運行的ZigBee智能能源規范(SEP) 1.x與SEP2.0;為實現設計易用性和靈活性的預付費MIFARE、NFC及加密。

PLC商用挑戰

同軸電纜多媒體聯盟(MoCA)首席技術官Anton Monk認為，在目前的家庭網絡中，無線及電力線(PLC)適用于聲音及數據傳輸，而同軸電纜則是高清視頻應用的最佳搭載媒介。原因在于其特有的屏蔽能力能夠消除任何干擾及未授權訪問，而通常這些問題都是無線及電力線所面臨的挑戰。

而作為電力線通信標準制訂成果最多的主要PLC國際聯盟，從2000年成立以來，HomePlug聯盟(HPA)陸續制訂了一系列的PLC技術規范，包括HomePlug 1.0、HomePlug AV、下一代GB等級HomePlug AV2標準、針對智能電網應用的HomePlug Green PHY(GP)標準等，形成了一套完整的PLC技術標準體系，基本上覆蓋了所有電力通信技術的應用領域。

挑戰還來自市場對窄帶PLC電力線載波通信技術的接受程度。TI智能電網業務部市場營銷經理James Hao說，與傳統FSK方案不同，窄帶OFDM(正交頻分復用)技術能夠提供比較高的數據傳輸速率和網絡安全性，也可以通過多種射頻技術，例如ZigBee、Wi-Fi、1GHz以下無線射頻技術，進行實時的數據信號傳輸和采集。但因為成本原因，它在中國的商用化進程，仍然需要通過更多的試驗和市場推廣。

美滿電子(Marvell)高級技術方案經理羅勇在此前接受《國際電子商情》采訪時曾表示，無論是同軸電纜(MoCA或HomePNA)，還是電力線(HD-PLC、HomePlug或UPA)，其最顯著的限制就是不同技術之間存在著很大的差異(調變機制、錯誤修正機制、信號封包方式、加密方式，以及不同的QoS架構等)。如果運營商要在客戶家中安裝一種以上的聯機方式，就需要安裝多個收發器。除了增加系統成本之外，對IC廠商來說，也很難通過單一芯片來同時支持這么多技術標準。而由于沒有國際標準組織強制互通性測試，甚至采用同一種技術的不同廠商終端也很難互通。

他分析稱，正是這些原因造成了廠商只能選擇單一的有線家庭聯網技術，導致其長期在封閉的技術環境里打轉，而無法享受開放標準帶來的優勢。更為嚴重的是，如果基于單一標準的產品出貨量不足，制造與開發成本居高不下，消費者將最終因為價格等因素放棄此類產品。

力合微的劉鯤也認為，當前目前智能家居高成本的一個很重要原因是封閉式系統，系統不透明，存在華而不實、全而無用的情況。他說：“智能家居系統要采用模塊化設計，系統可擴展，讓客戶在需要時添加，不需要的功能不安裝。就通信方案來說，存在盲目追求‘高速通信’的問題，使系統造價沒必要地增加。”

他強調智能家居市場的最終啟動和發展一定要是開放的、可擴展系統：“開放的標準是智能家居發展的關鍵，包括使用各種介質的網絡標準，以及各種應用標準。”以智能照明為例，如果有了開放和統一的網絡標準，包括電力線載波或RF無線，以及開放和統一的智能照明應用層協議，那么用戶應該可以購買任何廠家的開關，安裝上去就可接入網絡和操作。不過，他透露國內自主研發的基于窄帶OFDM電力線載波通信技術(PLC)網絡平臺的標準化工作正在進行中。