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自2004年發布第一個規范以來，ZigBee標準現在已經發展成熟到能夠獲得全世界認可的地步，并開始在市場上發揮舉足輕重的作用。ZigBee提供了一個高性價比、基于多種標準的無線網絡解決方案，該方案支持以低數據速率、低功耗網絡通信為重點的技術。 到目前為止，大多數ZigBee產品和部署仍然保持著一定的專屬性，它們作為系統出售而非連接公共網絡的某種設備。最近人們對于高級電表架構(AMI)，或者更具體的說對智能能源管理的關注，使開放ZigBee標準成為真正可互操作的全球標準的契機，而這正是人們數年來所一直呼吁的。  圖1 ZigBee網狀網絡 那么，什么是AMI，ZigBee又如何提供一款解決方案呢？ “維基百科”對高級電表架構(AMI)的定義是“按照要求或事先定義的方案通過各種通信媒介從一些先進設備（例如，電表、煤氣計和/或水表等）對能源使用情況進行測量、收集和分析的系統。該架構包括硬件、軟件、通信、與消費類電子相關的系統以及計量表數據管理軟件。” 國家和地方政府要求一些電力公司制定支持動態定價的商業模型，以此來努力降低能源消耗和成本，并利用負載控制和需求響應來減少系統的峰值能源需求，在這種情況下，AMI計劃便應運而生了。其最初想法是向能源用戶提供信息，鼓勵他們節約能源，讓他們對家中消耗能源的方式更加負責。很顯然，該AMI計劃遠遠不止是部署ZigBee標準那么簡單，但是就本文而言，我將只重點闡述ZigBee在AMI計劃中的作用。 作為一種標準，ZigBee以及802.15.4標準的PHY和MAC協議詳細規定了應用通信的網絡。這就是說，ZigBee只提供了框架，而并沒有詳細規定或限制通信的內容。所有添加到AMI網絡的ZigBee設備都將遵循相同的規則，即基于點對點原則進行網絡發現、網絡加入、網絡安全和建立鏈接（綁定）。但是，就全面互操作性而言，僅僅是執行相同的組網標準還不夠，為了確保所有設備都“講”同一種語言，還必須在應用層實現一致性。在ZigBee標準中，其被稱為公共文件。 ZigBee智能能源管理 為了支持AMI，ZigBee聯盟定義并認可了智能能源管理文件。在一個由電表及自動調溫器廠商、電力公司和其他相關各方組成的委員會內部對該文件細則進行了討論，并最終確定了下來。“ZigBee智能能源管理”為電力企業提供了一種和眾多“智能”設備及裝置通信的安全機制，從而實現了家庭能源管理。 根據少數服從多數的原則，智能能源管理文件對電表、需求響應及負載控制、定價、文本通信及通知、安全和支持設備清單等進行了定義。更具體地講，該文件定義了允許那些設備可以添加到 AMI網絡（例如，家庭用能源顯示設備的網關、電表、水表、煤氣表、自動恒溫器、負載控制設備等），以及這些儀表之間必須支持的、必要的或可選的通信。AMI的一個重要部分就是對實時定價的支持，這樣便可以在一定的間隔時間內（如15min）獲得賬單。 在需求高峰期間，能源生產的成本大大增加（當電廠以接近最大效率運行時它就需要花費更多的資金來發更多的電）。因此，相對于今天統一費率的定價，建立和提供按時段定價既有利于電力企業也有利于消費者。時段定價意味著消費者的用電賬單可以反映其實際用電費用。 對于那些想要省錢的人來說，關掉不用的電燈、拔下閑置電器的電源插頭、外出時調低恒溫計設置，以及在電價便宜時段（及非用電高峰期）使用一些不那么重要的電器，例如，洗碗機和洗衣機等，都可以受益于時段定價。這種用電方式的改變也會給電力企業帶來好處。全體消費者的這種行為可以降低電的峰值消耗，并避免對于高成本（及低效益）發電的需求。 智能能源管理網絡 AMI和智能能源管理的運用既節省費用又有利于環保，而時段定價僅僅只是個開始。為了再進一步優化能源消費，智能能源管理還可支持事件計劃安排以及對智能應用的外部控制，可基于計時定價重啟（適用于HVAC系統）或者關閉（適用于水泵）這些應用。就智能能源管理而言，其包括負載控制設備，可以由用戶或者電力企業直接遠程控制。智能能源管理還將其擴展至一個被稱為OpenHAN的更大的范圍。 OpenHAN的主要功能是支持電力企業和家庭局域網(HAN)之間的雙向通信。在一些建議方案中（對此還未最終定案），電力企業會對電表保持一種專有的通信基礎結構，其將作為ZigBee智能能源管理網絡的網關。該網絡包括諸如上述一些設備，并支持一個負載與能源管理系統，而該負載與能源管理系統又包括智能能源管理網絡中的負載控制器，以及連接單獨存在的家庭自動化(HA)網絡。 圖2 ZigBee智能能源管理家庭網絡 整套系統提供對用電數據及定價的直接訪問，并支持負載控制集成和可靠的按需降載雙向通信。另外，它還保證能夠利用未來產品及設備擴展OpenHAN的功能，使這些產品和設備可以充分利用來自電力企業的數據。在這種情況下，智能能源管理網絡基本由電力企業控制，而HA網絡則保持對消費者開放。新型設備可以整合到該系統中，并基于服務提供商所提供的服務向電力企業注冊。 雖然并非是首次試驗性部署的一部分，也不是智能能源管理的核心，但是電力企業部署的這種架構將會成為未來智能能源管理技術的起點。我們可以想象，在不遠的將來，洗衣機、干衣機、洗碗機、冰箱、水泵、燈具、空調、電視和其他電子設備以及無數其他家庭設備，都將連接到這個網絡，可根據時間自動地開啟和關閉，并在電價極高時關閉或者重啟。 在此情況下，一些設備將會由戶主來控制，一些由電力企業控制，其他的設備則可通過電力企業擁有控制權，而戶主也可手動控制可選服務來控制，但是一些諸如醫療設備之類的重要設備將除外。 為了努力實現這一遠景目標，2006年11月的卡特威爾AMR報告(Chartwell AMRReport)預計未來四年內AMI技術將使自動電表的銷量翻一番。美國有1億個家庭，因此這一技術在美國會擁有廣大的市場。通過部署AMI和智能電表，可以極大地節省能源和費用。 盡管最初主要是針對美國市場，但是智能能源管理也有望成為一個全球性標準，而其最先考慮是成為歐洲和亞洲市場的解決方案。由于油價和電價幾乎每天都在創新高，以及對煤資源枯竭及環境惡化的關注日益增長，我們可能會看到在不遠的將來，對于AMI和其他形式智能能源效益技術的需求將不斷增加。ZigBee就是這樣一種可以帶來無限可能的技術。 |
