智能风势不可挡电力线通信拓展潜力应用

2014-03-12 10:06:15 大云网　点击量：评论 (0)

几乎所有装置都走向智能化，这股不可阻挡的趋势使得来自网络接入端的技术竞争也日趋激烈。与此同时，消费者需要在数量日益增加的数字设备和电源管理设备之间无缝共享应用，因而他们对家庭网络带宽也有了更高的需

几乎所有装置都走向智能化，这股不可阻挡的趋势使得来自网络接入端的技术竞争也日趋激烈。与此同时，消费者需要在数量日益增加的数字设备和电源管理设备之间无缝共享应用，因而他们对家庭网络带宽也有了更高的需求。

在既要满足互联互通安全可靠，又要满足高速数据传输的前提下，电力线通信(PLC)成为满足这一市场需求的最简易和最可靠的方式之一，它提供全面的宽带解决方案，可优化通过现有电源线、同轴电缆、电话线和其他线缆进行的联网。与花费时间和资金连接家庭以太网或部署无线网络相比，电力线通信的优势表现得较为明显，因为前者无法提供数字视频和其他多媒体内容的流媒体播放所必需的传输速度。

不过，虽然业内人士对PLC持认可态度，但绝大多数认为总线型、无线通信和电力线载波通信这三种不同的技术路线还无法相互替代，并且PLC自身的技术挑战和商用挑战依然存在，因此，目前及未来，有线、无线、电力线多种通信技术并存智能家居网络是产业趋势。

锁定智能家居市场

日前，意法半导体(ST)发布了一款独有的ST2100 STreamPlug系统芯片，目标应用锁定于全球智能家居和智能能源市场。该芯片已被用于意法半导体与智能家居解决方案领导厂商大同股份有限公司合作开发的新一代智能产品。

ST首款智能网关系统芯片

作为全球首款智能网关系统芯片，意法半导体的ST2100 STreamPlug集成高性能处理子系统、电力线通信(PLC，Powerline Communication)和数据安全功能以及外设接口，支持目前普遍使用的固网和无线混合网络。ST2100支持IEEE 1905.1标准，让客户能够在一个新的网关或集线器设计内整合以太网、Wi-Fi 等其它网络标准。ST2100 StreamPlug支持广泛使用的PLC通信协议，例如HomePlug AV和HomePlug Green PHY，以及IEEE 1901宽带电力线接入标准。

ST2100 STreamPlug系统芯片应用处理器基于330MHz ARM926EJ-S内核，并提供一个外部存储器管理子系统，采用12mmx12mm TFBGA 373 BGA封装。在片上还集成一个功能完整的PLC调制解调器和模拟前端、USB2.0接口、以太网接口、彩色LCD液晶控制器和专用安全引擎，支持先进加密算法，例如AES、 DES/3DES和IPSec。

从软件角度看，虚拟机支持功能提供用户操作系统接口，例如意法半导体自行发行的Linux Kernel 2.6。PLC协议支持功能包括最新的IEEE 1901宽带电力线(BPL)标准，以及广泛使用的HomePlug标准，例如承载HDTV和VoIP业务的200Mbps HomePlug AV，为智能电网应用优化的HomePlug Green PHY。

意法半导体与大同的ST2100 STreamPlug系统芯片合作开发项目取得了多项创新成果，例如大同的 Gateway One网络集线器和其它的智能能源产品。Gateway One让用户能够组建整合以太网、WLAN、PLC和多媒体设备的多业务承载家庭网络，可进一步改进整个家居的能效、安全、舒适性和便利性。大同的米线电桥(Meter Bridge)和家庭区域网(HAN，Home-Area Network)让多单元住宅受惠于智能能源应用，同时解决用电量和电费分摊等难题。智能产品M1i和M3为连接电网的设备提供能源管理以及网络连接功能。M1i是为工业应用优化的智能产品，而M3是家用产品，具有插电式电动汽车充电功能。

大同很早以前就认识到，在释放智能能源和智能家居的全部潜能中，一个开放式服务平台发挥着重要作用。大同还表示，Gateway One是一个意义非凡的阶段性胜利，但这只是与意法半导体ST2100 STreamPlug系统芯片合作项目取得的开发成果之一，自CES 2013上联合举行产品发布会后，已经取得了重要成果，整合了多项知识技能。

意法半导体事业部副总裁兼工业和功率转换产品部总经理Matteo Lo Presti表示：“我们与大同的成功合作证明并突显，这款系统芯片作为一个平台，能够实现混合网络，满足横跨消费电子和工业市场的智能能源和物联网应用的需求。现在设计人员可以使用这款具有突破性的芯片，我们将提供确保项目成功所需的技术支持和服务。”

日系厂商也在聚焦智能家庭嵌入式方案，前不久于横滨举行的日本嵌入式技术大会(Embedded Technology 2013，ET2013)上，不少日本半导体业者增加了许多模块与开发板的展示，这些解决方案包含完整的软件、传感器与连接芯片。透露出产业界正在关注那些具备立即应用潜力的关键功能，例如Echonet Lite(让不同厂商家电联网的新标准)、蓝牙低功耗、ZigBee、Sub-GHz、电力线网络(PLC)，还有各种传感器、传感器融合(sensor fusions)与能量采集方案。

现在最大股东是日本政府的瑞萨(Renesas)展示的智能家庭解决方案内含与一个智能家庭控制器无线连结的各种传感器;而家中的空调、LED照明等设备，也可透过同一个控制器、以电力线网络(PLC)连接。

瑞萨展示智能家庭解决方案

这种智能家庭方案是采用ECONET Lite通讯协议，该协议支持多种物理层包括Sub-GHz、ZigBee与PLC等等。ECONET Lite协议目标是为能源管理与智能公用事业网络，打造互操作性的无线解决方案。ECHONET标准是一个全球通用的家电连网标准，2013年8月底发表，而ECONET Lite则获得日本政府经济产业省认可，视为日本的智慧家庭标准(Japanese Smart House Standard)。

本土厂商也不甘落后，高通创锐讯(Qualcomm Atheros)在PLC领域耕耘多年，其PLC技术进入智能家庭的一个典型应用案例来自海信(Hisense)。作为国内智能家电的领军企业，海信行业首家在其旗舰级智能电视XT800中提供完整Easy-Link无线网络连接方案，包括内置PLC电力载波装置、Wi-Fi(2.4G/5G双频段)、Wi-Fi Direct和DLNA方式，全部采用高通创锐讯单芯片无线解决方案QCA6410。

深圳市力合微电子有限公司的方案主要基于窄带OFDM电力线载波通信芯片，构造一个完整的由各节点组成的家居PLC网络平台，可在此基础上实现各种通信和控制应用。该公司董事总经理刘鲲指出，在家庭控制管理系统中，智能照明和智能家电系统的特点是网络节点无处不在，但数据速率要求并不会太高，因此电力线载波的方式很适宜。节点可方便地置入各种照明开关、家用电器、安防传感器等，节点之间以及节点与服务器节点之间通过既有电力线实现通信。通过互联网，可通过电脑或智能手机实现对家居网络各节点的通信和控制。

双向通信智能电表

随着家庭电表、个人设备和电器开始相互连接，机器到机器(M2M)通信具有无限的可能性，对于正在兴起的智能能源来说是一个比较突出的技术领域。把家庭与本地互联网中的联网设备连接到智能电网，可以实现业主与电力公司之间的双向通信，这样的情景正在日益成为趋势。

市场调研公司IHS预测指出，到2016年年底，全球智能电表的安装量将翻番，推动通信电表达到35%左右的渗透率。事实上在全球已安装的电表中，带有“智能”通信功能的电表占比还很低，特别是可提供双向通信的住宅用智能电表。

IHS预计，随着欧洲智能电表项目的投入运行，全球智能电表出货量将在2015年出现强劲增长。IHS公司表示，预计各种固定网络技术的电表将在全球各地安装，从比较简单的RS485有线型电表到下一代智能双向PLC-OFDM电表。其中，中国目前被视为“高级电表唯一的一个重要市场”。

IMS Research公司的首席分析师Markides也评论道：“未来五年，多数发达国家和正在进行工业化的发展中国家，其智能电表市场将蓬勃发展。不论是为了节省劳动力成本，配合其它智能电网计划，还是为了降低非技术性损耗，全球各地的电力企业都在加快采用智能电表。”

德州仪器(TI)去年第三季度量产的一款面向智能电表的全集成优化型片上系统(SoC)，充分利用了多年丰富的专业技术并捍卫了其在智能电网市场的主流地位。一个单芯片集计量、应用和通信功能于一身，帮助开发人员为智能电子计量应用简化设计、提高灵活性并降低系统成本。无需额外的分立组件和冗余接口，其高集成度可为智能电子式电表设计提高可靠性。

新型智能电表SoC是一个全集成解决方案，整合了三个独立的引擎。计量引擎可提供0.5%的米级精度，包括对单相或三相电表的支持。符合工业标准的独立ARM Cortex-M3内核允许轻松开发电表管理固件(DLMS/COSEM、高级计量、应用配置文件、网络堆栈)和安全性，内存中闪存高达1MB。独立灵活的通信引擎包括支持多种标准的电力线通信(PLC)与射频(RF)通信，旨在帮开发人员设计出能和广域网(WAN)、家用网(HAN)域以及启用设备实现通信的产品。

该SoC的特性与优势还包括：支持TI适用于G1、G3、PRIME、IEEE P1901.2、ITU–G.9903及G.9904等所有窄带PLC标准的plcSUITE软件;包括多种通信接口，可轻松连接TI的RF收发器等外部组件，以便在一个单芯片(低于1GHz或2.4GHz)上实现对WAN与HAN的桥接;插装TI新型智能电表电路板(SMB)3.0，以便支持先进功能及近场通信(NFC)、低于1GHz、ZigBee和Wi-Fi连接选项。

此外，还支持下列TI智能电网软件：符合EN 50470-1/3、IEC62053-21/22/23、ANSIC12.1/10/20 对单相和三相电表标准的计量库或metroSUITE;plcSUITE;低于1GHz频段(包括802.15.4g)的RF通信;在Cortex-M3内核上运行的ZigBee智能能源规范(SEP) 1.x与SEP2.0;为实现设计易用性和灵活性的预付费MIFARE、NFC及加密。

PLC商用挑战

同轴电缆多媒体联盟(MoCA)首席技术官Anton Monk认为，在目前的家庭网络中，无线及电力线(PLC)适用于声音及数据传输，而同轴电缆则是高清视频应用的最佳搭载媒介。原因在于其特有的屏蔽能力能够消除任何干扰及未授权访问，而通常这些问题都是无线及电力线所面临的挑战。

而作为电力线通信标准制订成果最多的主要PLC国际联盟，从2000年成立以来，HomePlug联盟(HPA)陆续制订了一系列的PLC技术规范，包括HomePlug 1.0、HomePlug AV、下一代GB等级HomePlug AV2标准、针对智能电网应用的HomePlug Green PHY(GP)标准等，形成了一套完整的PLC技术标准体系，基本上覆盖了所有电力通信技术的应用领域。

挑战还来自市场对窄带PLC电力线载波通信技术的接受程度。TI智能电网业务部市场营销经理James Hao说，与传统FSK方案不同，窄带OFDM(正交频分复用)技术能够提供比较高的数据传输速率和网络安全性，也可以通过多种射频技术，例如ZigBee、Wi-Fi、1GHz以下无线射频技术，进行实时的数据信号传输和采集。但因为成本原因，它在中国的商用化进程，仍然需要通过更多的试验和市场推广。

美满电子(Marvell)高级技术方案经理罗勇在此前接受《国际电子商情》采访时曾表示，无论是同轴电缆(MoCA或HomePNA)，还是电力线(HD-PLC、HomePlug或UPA)，其最显著的限制就是不同技术之间存在着很大的差异(调变机制、错误修正机制、信号封包方式、加密方式，以及不同的QoS架构等)。如果运营商要在客户家中安装一种以上的联机方式，就需要安装多个收发器。除了增加系统成本之外，对IC厂商来说，也很难通过单一芯片来同时支持这么多技术标准。而由于没有国际标准组织强制互通性测试，甚至采用同一种技术的不同厂商终端也很难互通。

他分析称，正是这些原因造成了厂商只能选择单一的有线家庭联网技术，导致其长期在封闭的技术环境里打转，而无法享受开放标准带来的优势。更为严重的是，如果基于单一标准的产品出货量不足，制造与开发成本居高不下，消费者将最终因为价格等因素放弃此类产品。

力合微的刘鲲也认为，当前目前智能家居高成本的一个很重要原因是封闭式系统，系统不透明，存在华而不实、全而无用的情况。他说：“智能家居系统要采用模块化设计，系统可扩展，让客户在需要时添加，不需要的功能不安装。就通信方案来说，存在盲目追求‘高速通信’的问题，使系统造价没必要地增加。”

他强调智能家居市场的最终启动和发展一定要是开放的、可扩展系统：“开放的标准是智能家居发展的关键，包括使用各种介质的网络标准，以及各种应用标准。”以智能照明为例，如果有了开放和统一的网络标准，包括电力线载波或RF无线，以及开放和统一的智能照明应用层协议，那么用户应该可以购买任何厂家的开关，安装上去就可接入网络和操作。不过，他透露国内自主研发的基于窄带OFDM电力线载波通信技术(PLC)网络平台的标准化工作正在进行中。