Sub-GHz/ZigBee技術(shù)加速整合　智慧能源管理系統(tǒng)漸熱

　　物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的重要驅(qū)動力之一是低功耗無線感測器的出現(xiàn)。從智慧電表（Smart Meter）到運(yùn)輸系統(tǒng)、從保全系統(tǒng)到建筑物自動化，感測器愈來愈廣泛用于各類應(yīng)用中。對無線感測器來說，可擴(kuò)展性、範(fàn)圍、休眠電流和可靠性等特性至關(guān)重要，雖某些終端節(jié)點(diǎn)所需資料傳輸速率相對較低，但是大規(guī)模網(wǎng)路中的即時(shí)報(bào)告匯集，已意味巨量資料（Big Data）時(shí)代來臨。

　　據(jù)全球行動通訊系統(tǒng)（GSM）聯(lián)盟預(yù)測，至2020年將有大約五百億個(gè)搭載無線通訊的裝置，其中，行動裝置和個(gè)人電腦（PC）僅占25%，其余大多為物聯(lián)網(wǎng)裝置，顯見其商機(jī)龐大。

　　在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展熱潮下，智慧電網(wǎng)（Smart Grid）的布建也隨之加速，由于新一代電力網(wǎng)路強(qiáng)調(diào)裝置之間可即時(shí)通訊，因此有很多無線連接技術(shù)備受矚目，最普遍的包括無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）、藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee和基于Sub-GHz技術(shù)的解決方案，每種解決方案都有優(yōu)缺點(diǎn)，在這個(gè)互連世界中，以上無線技術(shù)將會共存（圖 1）。

　　圖1 針對不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，多種無線通訊技術(shù)將同時(shí)并存。

　　實(shí)現(xiàn)智慧能源管理　無線通訊技術(shù)扮要角

　　為提供終端使用者更好的服務(wù)，公共事業(yè)和市政單位開始擴(kuò)展智慧計(jì)量系統(tǒng)，以解決即時(shí)資料不斷增加的問題，公共事業(yè)透過智慧電表，能夠更頻繁和更有效的查看客戶的能源消耗資訊，同時(shí)也能快速識別、隔離以及解決電力失效等問題，而消費(fèi)者也能透過互連來獲取相關(guān)資訊。

　　智慧能源和智慧家居系統(tǒng)中的網(wǎng)路設(shè)備均能即時(shí)報(bào)告其使用狀態(tài)和功耗，且能回應(yīng)公共事業(yè)發(fā)出的控制指令，例如洗碗機(jī)能在電費(fèi)最低時(shí)啟動，或適時(shí)提醒用戶何時(shí)該采買洗潔精，讓電子裝置的使用更加節(jié)能、有效率。同樣的，在鐵路運(yùn)輸網(wǎng)路中，無線感測器可用于遠(yuǎn)端監(jiān)控廣闊的軌道網(wǎng)路，技術(shù)人員能提前識別維護(hù)需求，降低以人工巡視軌道的成本和延遲。

　　對導(dǎo)入許多無線感測器的網(wǎng)路環(huán)境而言，某些感測器每秒進(jìn)行一次狀態(tài)更新，每次僅傳輸幾個(gè)位元組資訊，但單一建筑物可能就有數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，而智慧電網(wǎng)的覆蓋範(fàn)圍更大至數(shù)個(gè)城鎮(zhèn)，因此可靠性、可擴(kuò)展性和電源效率都非常重要。

　　舉例來說，美國拉斯維加斯的Aria酒店部署七萬多個(gè)采用ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)路通訊節(jié)點(diǎn)，以便控制照明、空調(diào)和建筑物周圍的許多其他服務(wù)。在多數(shù)應(yīng)用中，感測器安裝位置大多無法連接主電源，只能以電池供電，因此可靠的網(wǎng)路架構(gòu)要求有能力處理大量匯集的資料，但感測器節(jié)點(diǎn)本身也須以極低功耗運(yùn)行，才能真正實(shí)現(xiàn)智慧能源管理。

　　可靠性、可擴(kuò)展性和電源效率的組合，明確界定無線感測器節(jié)點(diǎn)能采用的通訊技術(shù)需求。系統(tǒng)整合商不僅要考慮所選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無線協(xié)定的優(yōu)缺點(diǎn)，也要考慮無線技術(shù)本身既有的物理屬性，如混凝土墻和多徑衰落對任何無線系統(tǒng)來說都是不利的，但也有辦法減輕影響。為解決這個(gè)問題，各國均有相關(guān)法規(guī)管理無線電頻段和可用頻率範(fàn)圍。

　　其中，2.4GHz為毋須授權(quán)的全球頻段，因此其無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)能服務(wù)于全球主要市場，最普遍的Wi-Fi就是基于2.4GHz頻段的通訊技術(shù)，可在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間快速傳輸大量資料，但其功耗較高，在星型架構(gòu)中，每個(gè)網(wǎng)路接取點(diǎn)（AP）限制在不超過十五到三十二個(gè)用戶端。藍(lán)牙亦采用2.4GHz頻段，做為可攜式裝置點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方案，但僅支援幾個(gè)節(jié)點(diǎn)；至于ZigBee頻段亦然，但僅用于滿足低功耗無線感測器節(jié)點(diǎn)的特殊需求。表1匯總目前的無線網(wǎng)路技術(shù)主要特性和功能。