雙向通信智能電表推動(dòng)智能聯(lián)網(wǎng)世界

　　SEP 2.0指導(dǎo)設(shè)備之間如何相互通信。它定義了可以控制的各種設(shè)備屬性，這些屬性（也被稱為“資源”）分成邏輯組一起運(yùn)行，執(zhí)行SEP 2.0的各種功能（被稱為“指令集”）。例如，抄表系統(tǒng)或計(jì)費(fèi)系統(tǒng)都是專用指令集。智能電表等設(shè)備執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)指令集，提供用量統(tǒng)計(jì)和趨勢(shì)等增值服務(wù)。能源提供商或者消費(fèi)者可以利用這些費(fèi)用統(tǒng)計(jì)與趨勢(shì)，分別加強(qiáng)對(duì)服務(wù)或者使用情況的管理。

　　指令集及其在設(shè)備中的資源可以通過HTTP URL訪問。這些設(shè)備利用mDNS和DNS-SD等技術(shù)，動(dòng)態(tài)地尋找網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)服務(wù)，然后自行注冊(cè)，進(jìn)一步訪問其它資源來執(zhí)行SEP 2.0功能。為了創(chuàng)造真正的可以互操作的聯(lián)網(wǎng)智能能源設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，必須使用基于TCP/UDP和IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。設(shè)備支持安全特性非常重要，因?yàn)橥鈬W(wǎng)絡(luò)可能帶來安全隱患，而且更重要的是，設(shè)備還向能源網(wǎng)絡(luò)提供訪問權(quán)限。由于許多智能設(shè)備提供連續(xù)的、可靠的和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，所以他們必須“永遠(yuǎn)在線”和“保持連接”，這要求所有智能能源設(shè)備自身必須節(jié)能。最后，他們也必須支持有線及無線聯(lián)網(wǎng)。

　　多數(shù)現(xiàn)有家用電器不支持M2M的先進(jìn)功能，因此要把許多不同的功能整合到一個(gè)單一設(shè)備之中，意味著要進(jìn)行大幅度的和代價(jià)高昂的硬件升級(jí)，這將導(dǎo)致材料費(fèi)用和成本上漲。制造商必須權(quán)衡提供支持智能能源的電器所帶來的好處，以及隨之而來的額外成本。

　　將來，家電廠商將擁有更多的選擇，可以找到具有成本效益的解決方案來設(shè)計(jì)支持通知能源的家電。這些家用電器可以選擇系統(tǒng)芯片（SoC）硬件，因其功能、外形尺寸、軟件支持和成本之間可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶狻?2位微控制器（MCU）兼具處理能力、內(nèi)存和連接性，也是一個(gè)有力的候選者。當(dāng)前一代的微控制器，比如飛思卡爾Kinetis、意法半導(dǎo)體STM32或德州儀器Stellaris（ARM Cortex-M內(nèi)核），以非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供眾多特點(diǎn)和功能。選擇合適的硬件只是一個(gè)開端，軟件選擇才是決定產(chǎn)品差異化的要素。

　　SEP 2.0標(biāo)準(zhǔn)提出的軟件技術(shù)要求包括：一個(gè)支持UDP的多功能TCP/IP堆棧；具有mDNS和DNS-SD等動(dòng)態(tài)服務(wù)發(fā)現(xiàn)能力的IPv6服務(wù)；支持GET、PUT、POST和DELETE等簡(jiǎn)單指令的HTTP執(zhí)行。SEP 2.0也要求支持SSL/TLS等安全標(biāo)準(zhǔn)，以及幾種現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，比如RESTful架構(gòu)、XML和EXI編碼。Linux就廣泛支持這些軟件，但不幸的是，使用RAM為96K至128K的微控制器，把Linux排除在外了。而自己開發(fā)這樣的技術(shù)需要大筆資金和大量時(shí)間，這促使人們可能在這些設(shè)備中采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。

　　圖2：一個(gè)可以支持多種外設(shè)的硬件設(shè)計(jì)例子，采用Nucleus RTOS這樣的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，提供SEP 2.0所要求的所有服務(wù)。

　　RTOS不僅速度快和效率高，而且穩(wěn)定可靠，他們通常包括一個(gè)廣泛的網(wǎng)絡(luò)堆棧、支持使用SSL或TLS等安全技術(shù)，而且肯定會(huì)符合對(duì)占位面積的嚴(yán)格限制以及這些設(shè)備對(duì)于內(nèi)存的其它要求。Mentor Graphics公司推出的Nucleus RTOS這是這樣一種解決方案。Nucleus是一種得到廣泛采用的可以擴(kuò)展的RTOS，符合所有智能電網(wǎng)設(shè)備的要求。它既有穩(wěn)固的實(shí)時(shí)性能，也有集成的電源管理服務(wù)。這樣的RTOS可以入駐內(nèi)存局促的MCU，同時(shí)仍能提供聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)設(shè)備所要求的大多數(shù)功能。

　　結(jié)論

　　預(yù)計(jì)智能電網(wǎng)技術(shù)將迅速得到采納，因此設(shè)計(jì)出把材料成本控制在最低水平的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將是制造商面臨的重大挑戰(zhàn)。為了開發(fā)出符合SEP 2.0標(biāo)準(zhǔn)的一款設(shè)備，自己開展軟件設(shè)計(jì)可能并不可行，因?yàn)樾枰獫M足大量的功能要求，而且自己需要投入大量的開發(fā)精力。而另一個(gè)極端，即采用一種通用操作系統(tǒng)，則需對(duì)硬件資源進(jìn)行大幅升級(jí)，這將帶來不可接受的成本增長(zhǎng)。設(shè)備制造商在選擇軟件設(shè)計(jì)與硬件平臺(tái)時(shí)，必須做出正確的平衡。采用一種提供全面聯(lián)網(wǎng)支持（有線和無線）、可擴(kuò)展的、節(jié)能的、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配以現(xiàn)在市場(chǎng)上有售的一款32位MCU，是最接近滿足上述這些要求的一種方案。根據(jù)這種設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)師將大大縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，同時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)全部智能電網(wǎng)應(yīng)用的目標(biāo)。