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自2004年發(fā)布第一個(gè)規(guī)范以來，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成熟到能夠獲得全世界認(rèn)可的地步，并開始在市場(chǎng)上發(fā)揮舉足輕重的作用。ZigBee提供了一個(gè)高性價(jià)比、基于多種標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，該方案支持以低數(shù)據(jù)速率、低功耗網(wǎng)絡(luò)通信為重點(diǎn)的技術(shù)。 到目前為止，大多數(shù)ZigBee產(chǎn)品和部署仍然保持著一定的專屬性，它們作為系統(tǒng)出售而非連接公共網(wǎng)絡(luò)的某種設(shè)備。最近人們對(duì)于高級(jí)電表架構(gòu)(AMI)，或者更具體的說對(duì)智能能源管理的關(guān)注，使開放ZigBee標(biāo)準(zhǔn)成為真正可互操作的全球標(biāo)準(zhǔn)的契機(jī)，而這正是人們數(shù)年來所一直呼吁的。 圖1 ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 那么，什么是AMI，ZigBee又如何提供一款解決方案呢？ “維基百科”對(duì)高級(jí)電表架構(gòu)(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(jìn)設(shè)備（例如，電表、煤氣計(jì)和/或水表等）對(duì)能源使用情況進(jìn)行測(cè)量、收集和分析的系統(tǒng)。該架構(gòu)包括硬件、軟件、通信、與消費(fèi)類電子相關(guān)的系統(tǒng)以及計(jì)量表數(shù)據(jù)管理軟件。” 國(guó)家和地方政府要求一些電力公司制定支持動(dòng)態(tài)定價(jià)的商業(yè)模型，以此來努力降低能源消耗和成本，并利用負(fù)載控制和需求響應(yīng)來減少系統(tǒng)的峰值能源需求，在這種情況下，AMI計(jì)劃便應(yīng)運(yùn)而生了。其最初想法是向能源用戶提供信息，鼓勵(lì)他們節(jié)約能源，讓他們對(duì)家中消耗能源的方式更加負(fù)責(zé)。很顯然，該AMI計(jì)劃遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是部署ZigBee標(biāo)準(zhǔn)那么簡(jiǎn)單，但是就本文而言，我將只重點(diǎn)闡述ZigBee在AMI計(jì)劃中的作用。 作為一種標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee以及802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的PHY和MAC協(xié)議詳細(xì)規(guī)定了應(yīng)用通信的網(wǎng)絡(luò)。這就是說，ZigBee只提供了框架，而并沒有詳細(xì)規(guī)定或限制通信的內(nèi)容。所有添加到AMI網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備都將遵循相同的規(guī)則，即基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)加入、網(wǎng)絡(luò)安全和建立鏈接（綁定）。但是，就全面互操作性而言，僅僅是執(zhí)行相同的組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還不夠，為了確保所有設(shè)備都“講”同一種語言，還必須在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)一致性。在ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中，其被稱為公共文件。 ZigBee智能能源管理 為了支持AMI，ZigBee聯(lián)盟定義并認(rèn)可了智能能源管理文件。在一個(gè)由電表及自動(dòng)調(diào)溫器廠商、電力公司和其他相關(guān)各方組成的委員會(huì)內(nèi)部對(duì)該文件細(xì)則進(jìn)行了討論，并最終確定了下來。“ZigBee智能能源管理”為電力企業(yè)提供了一種和眾多“智能”設(shè)備及裝置通信的安全機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)了家庭能源管理。 根據(jù)少數(shù)服從多數(shù)的原則，智能能源管理文件對(duì)電表、需求響應(yīng)及負(fù)載控制、定價(jià)、文本通信及通知、安全和支持設(shè)備清單等進(jìn)行了定義。更具體地講，該文件定義了允許那些設(shè)備可以添加到 AMI網(wǎng)絡(luò)（例如，家庭用能源顯示設(shè)備的網(wǎng)關(guān)、電表、水表、煤氣表、自動(dòng)恒溫器、負(fù)載控制設(shè)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(gè)重要部分就是對(duì)實(shí)時(shí)定價(jià)的支持，這樣便可以在一定的間隔時(shí)間內(nèi)（如15min）獲得賬單。 在需求高峰期間，能源生產(chǎn)的成本大大增加（當(dāng)電廠以接近最大效率運(yùn)行時(shí)它就需要花費(fèi)更多的資金來發(fā)更多的電）。因此，相對(duì)于今天統(tǒng)一費(fèi)率的定價(jià)，建立和提供按時(shí)段定價(jià)既有利于電力企業(yè)也有利于消費(fèi)者。時(shí)段定價(jià)意味著消費(fèi)者的用電賬單可以反映其實(shí)際用電費(fèi)用。 對(duì)于那些想要省錢的人來說，關(guān)掉不用的電燈、拔下閑置電器的電源插頭、外出時(shí)調(diào)低恒溫計(jì)設(shè)置，以及在電價(jià)便宜時(shí)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(jī)和洗衣機(jī)等，都可以受益于時(shí)段定價(jià)。這種用電方式的改變也會(huì)給電力企業(yè)帶來好處。全體消費(fèi)者的這種行為可以降低電的峰值消耗，并避免對(duì)于高成本（及低效益）發(fā)電的需求。 智能能源管理網(wǎng)絡(luò) AMI和智能能源管理的運(yùn)用既節(jié)省費(fèi)用又有利于環(huán)保，而時(shí)段定價(jià)僅僅只是個(gè)開始。為了再進(jìn)一步優(yōu)化能源消費(fèi)，智能能源管理還可支持事件計(jì)劃安排以及對(duì)智能應(yīng)用的外部控制，可基于計(jì)時(shí)定價(jià)重啟（適用于HVAC系統(tǒng)）或者關(guān)閉（適用于水泵）這些應(yīng)用。就智能能源管理而言，其包括負(fù)載控制設(shè)備，可以由用戶或者電力企業(yè)直接遠(yuǎn)程控制。智能能源管理還將其擴(kuò)展至一個(gè)被稱為OpenHAN的更大的范圍。 OpenHAN的主要功能是支持電力企業(yè)和家庭局域網(wǎng)(HAN)之間的雙向通信。在一些建議方案中（對(duì)此還未最終定案），電力企業(yè)會(huì)對(duì)電表保持一種專有的通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其將作為ZigBee智能能源管理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)絡(luò)包括諸如上述一些設(shè)備，并支持一個(gè)負(fù)載與能源管理系統(tǒng)，而該負(fù)載與能源管理系統(tǒng)又包括智能能源管理網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載控制器，以及連接單獨(dú)存在的家庭自動(dòng)化(HA)網(wǎng)絡(luò)。 圖2 ZigBee智能能源管理家庭網(wǎng)絡(luò) 整套系統(tǒng)提供對(duì)用電數(shù)據(jù)及定價(jià)的直接訪問，并支持負(fù)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(chǎn)品及設(shè)備擴(kuò)展OpenHAN的功能，使這些產(chǎn)品和設(shè)備可以充分利用來自電力企業(yè)的數(shù)據(jù)。在這種情況下，智能能源管理網(wǎng)絡(luò)基本由電力企業(yè)控制，而HA網(wǎng)絡(luò)則保持對(duì)消費(fèi)者開放。新型設(shè)備可以整合到該系統(tǒng)中，并基于服務(wù)提供商所提供的服務(wù)向電力企業(yè)注冊(cè)。 雖然并非是首次試驗(yàn)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(yè)部署的這種架構(gòu)將會(huì)成為未來智能能源管理技術(shù)的起點(diǎn)。我們可以想象，在不遠(yuǎn)的將來，洗衣機(jī)、干衣機(jī)、洗碗機(jī)、冰箱、水泵、燈具、空調(diào)、電視和其他電子設(shè)備以及無數(shù)其他家庭設(shè)備，都將連接到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)時(shí)間自動(dòng)地開啟和關(guān)閉，并在電價(jià)極高時(shí)關(guān)閉或者重啟。 在此情況下，一些設(shè)備將會(huì)由戶主來控制，一些由電力企業(yè)控制，其他的設(shè)備則可通過電力企業(yè)擁有控制權(quán)，而戶主也可手動(dòng)控制可選服務(wù)來控制，但是一些諸如醫(yī)療設(shè)備之類的重要設(shè)備將除外。 為了努力實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)景目標(biāo)，2006年11月的卡特威爾AMR報(bào)告(Chartwell AMRReport)預(yù)計(jì)未來四年內(nèi)AMI技術(shù)將使自動(dòng)電表的銷量翻一番。美國(guó)有1億個(gè)家庭，因此這一技術(shù)在美國(guó)會(huì)擁有廣大的市場(chǎng)。通過部署AMI和智能電表，可以極大地節(jié)省能源和費(fèi)用。 盡管最初主要是針對(duì)美國(guó)市場(chǎng)，但是智能能源管理也有望成為一個(gè)全球性標(biāo)準(zhǔn)，而其最先考慮是成為歐洲和亞洲市場(chǎng)的解決方案。由于油價(jià)和電價(jià)幾乎每天都在創(chuàng)新高，以及對(duì)煤資源枯竭及環(huán)境惡化的關(guān)注日益增長(zhǎng)，我們可能會(huì)看到在不遠(yuǎn)的將來，對(duì)于AMI和其他形式智能能源效益技術(shù)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(shù)。 |
