蜂窝通信和智能仪表的未来

蜂窝通信和 智能仪表的未来 2© 2011 Sierra Wireless Inc. 本文将重点说明作为智能电网愿景重要组分之一的智能仪 表。将对智能仪表在智能电网中的推动因素和优势进行探 讨，并研究蜂窝技术在这些项目中所发挥的作用。此外， 本文还将讨论智能仪表通信基础 架构 酒店人事架构图下载公司架构图下载企业应用架构模式pdf监理组织架构图免费下载银行管理与it架构pdf 的重要成功因素，并 详细介绍在设计无线智能仪表解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时应考虑的最佳实 践。 智能仪表：概述 智能仪表可通过更频繁、更可靠地远程监控和传输能耗及 电能品质信息来帮助实现电网的现代化。这样，能源企业 便可后台执行工作，与客户一起更高效地管理配电网络。 通过收集实时能耗信息，智能仪表基础架构使供应商能 够： • 远程管理手动操作（仪表读取、服务断连等）， 从而降低运营开支 • 改进预测能力，使能耗过程更顺畅 • 通过概要分析和分段改进客户服务 • 降低能源偷窃（这在某些市场是一个严重问题） • 简化微发电监控，跟踪生成和消耗的电力 蜂窝通信和智能仪表的未来 “智能电网”的时代已经到来，全球的能源供应商都在对新技术大力投资，对陈旧电网进行优化。通过端到端数字双向 智能通信基础架构，能源企业将能够实时了解能源的转换和消耗方式。这样，他们将能够提高发电和配电水平，通过转 移需求负载来降低峰值能耗，并借助改进的诊断技术提升效率，从而用更少的能源服务更多的客户。 智能电网理念包含一整套先进技术，其中包括： • 能源生成（可再生能源、分布式电源等） • 传输与分配（负载管理、需求响应） • 智能仪表（民用、商用、工业用） • 电动车辆（充电站管理） 智能仪表全球趋势 • ABI Research 预计，到 2014 年前，全球 将部署 2.12 亿台智能仪表（截至 2009 年有 7600 万台）。 • 截止到 2020 年，欧盟成员国需将 80% 的计量基础架构更换为智能仪表。 • 2009 年《美国恢复和再投资法案》 (American Recovery and Reinvestment Act) 计划投资约 110 亿美元用于智能电网 和智能仪表项目，其中 71 亿将用于 2010 年。 • 据 Berg Insights 调查，亚太地区具备最 多、增长速度最快的智能仪表数量，现已 接近 10 亿台。 • Berg Insights的调查又称，覆盖 80% 人 口的电力机构——中国国家电网公司 (SGCC) 将在 2020 年前每年投资 2000 亿 美元用于智能电网基础架构的建设。 3© 2011 Sierra Wireless Inc. 智能仪表还能通过节省能源、降低碳排放、提高服务可靠性以及改善客户服务质量及响应能力来惠及最终客户。 但是，要让所有这些优势成为现实，能源企业需要一种安全灵活的双向通信基础架构来连接智能仪表并与之通信。市场 上存在多种选择，包括电力线通信 (PLC)、低功率无线射频 (RF) 网解决方案，以及蜂窝无线广域网 (WAN) 技术。 智能电网中的无线通信 能源供应商长期以来使用无线 WAN 解决方案与集中器进行通信，从而监控邻近区域网 (NAN) 中的大量仪表。目前， 他们正越来越多地将蜂窝解决方案用于与单个仪表的点对点通信。因此，蜂窝技术正逐渐成为智能仪表部署以及整个智 能电网的一个重要组成部分。 能源供应商具有两个主要的 WAN/蜂窝技术选择：第二代 (2G) 和第三代 (3G)。如今，大多数蜂窝点对点智能仪表基础 架构都是全球移动通信系统 (GSM) 网络的一部分，使用一种低成本的 2G 解决方案：通用分组无线服务 (GPRS) 数据服 务。但是，新的 2G 蜂窝智能仪表基础架构却更有可能使用 GPRS 的演进版，即 GSM 演进版增强型数据速率 (EDGE) 。与 GPRS 相比，EDGE 技术可实现更高的带宽和更高的连接速度，现在二者的价格相当。此外，从运营商的角度 看，EDGE 也是首选的 2G 技术，因为其较高的带宽允许在网络上连接更多的设备。在北美（特别是美国），码分多址 1 x无线传输技术 (CDMA 1x RTT) 同样是一种非常流行、可靠、应用广泛的 2G 连接选择。 凭借很高的带宽和数据速率，3G 技术在智能仪表部署中也扮演着重要的角色。3G 解决方案过去仅为 NAN 级别预 留——连接用于发送大量数据的无线集中器。对于包含很少量消息的点对点计量通信，3G 通常被视作一项不必要的额 外花销。但是，如今的移动运营商出于自身成本和容量的原因，正努力将更多的客户转往 3G 网络，因此他们目前更可 能与能源供应商合作，使 3G 网络更具吸引力、更加经济高效，以适应智能仪表项目的要求。因此，能源供应商的仪表 部署中可能拥有多余的可用无线带宽，这为其他盈利服务提供了机会，如面向消费者的 HAN 设备，甚至是将无线容量 转售给作为 HAN 部署一部分的其他能源企业。 与 GPRS 和 EDGE 一样，供应商在 3G 网络方面有一系列数据服务选择，包括宽频 CDMA (W-CDMA)、高速下行分组接 入 (HSDPA)、演进数据优化 (EVDO) 修订版 A。现在，更新的 HSDPA 技术能以与 W-CDMA 同等的价格获得，已经成 为首选解决方案。在 CDMA 网络中，EVDO 设备比 1x RTT技术的应用更广，但 1x RTT凭借更低的价格以及数据速度 一般没必要太高的事实，仍然是智能仪表应用的首选。 4© 2011 Sierra Wireless Inc. 不论采用何种通信技术，智能仪表通信基础架构必须满足若干核心要求。其中 包括： • 高可靠性和长使用期限：智能仪表（以及支持这些仪表的通信技术）应能 够在无需更换或直接维护组件的情况下，维持 10 年、15 年甚至 20 年的平 稳运作。因此，仪表通信技术必须高度可靠，并且在设计时将工业级规范考 虑在内，以满足撞击、腐蚀、温度、振动和湿度等极端环境条件。 • 低维护需求： 在智能仪表通信设备 10 到 20 年的使用期限中，通信模 块的固件将很可能进行升级——例如，添加新特性、增强安全性或与最新的 无线通信 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 保持兼容。能源企业需要能够利用自己或服务提供商可轻松部 署的安全无线设备管理服务，以无线的方式对固件进行远程管理、配置、测 试、验证和升级。智能仪表解决方案还应该采用模块化设计，以便在无需更 换整个仪表的情况下进行 WAN 模块更改等操作。 • 互操作性：智能仪表解决方案需要采用标准计量协议，以确保在仪表的整 个使用期限内能与不断变化的能源供应商设备以及消费设备进行互操作。 • 成本效益：用于大规模部署的智能仪表通信技术必须能够最大限度降低这 些成本并提供出色的价值。 • 安全性：在将双向命令和控制系统嵌入到能源管理系统中时，必须解决若干安全威胁。这包括消费者隐私、数据完 整性，以及保持整个电网的服务连续性。 • 低功耗：在模块化设计中，WAN 或其他通信模块将依赖于仪表提供的电力，也就是说必须满足某些设计要求。首 先，通信模块必须设计用于能利用仪表所提供的较低电流运行。其次，出于成本方面的原因，供应商需要确保通信系 统具有极高的能效。最后，即使智能仪表及其通信系统仅消耗相对较少的电能，但数百万仪表点对点连接起来的总耗 电量也十分可观。 • 低安装成本：Beecham 预计安装成本可占到任何智能仪表项目总系统成本的 30%。供应商需要能够简化安装并缩 短部署智能仪表所需的时间并减少所需技术知识的解决方案。例如，在低功耗 RF 部署中，安装技术人员需要用到一 系列高级技能和多种设备来验证智能仪表通信系统和天线的部署是否合适、运行是否符合预期。事实上，众多能源供 应商目前使用蜂窝通信的一个原因就是其安装成本较低。蜂窝通信模块可采用内建的网络分析技术设计，从而具备部 署更快捷、更简便的特点。 • 支持家庭区域网 (HAN)：能源供应商和分析师预计，将“智能”调温器、电器用品、电动汽车等链接到仪表基础架 构的家庭网络 HAN，将在影响消费者行为方面发挥重要作用。有了 HAN，消费者将能实时获悉能源的价格变化，并 以远程方式在非高峰时段购入，这时的可用能源更多，价格也更低。但是，为实现这些优势，智能仪表及其通信系统 必须能与 HAN 进行互操作。这意味着必须能够支持多公用事业配置（即整合水、燃气和其他服务）并具备 IP 路由功 能。 成功部署智能仪表的要求 智能仪表通信的 成功因素 • 高可靠性 • 低维护需求 • 互操作性 • 成本效益 • 高安全性 • 低功耗 • 低安装成本 • HAN 互操作性 5© 2011 Sierra Wireless Inc. 过去，众多能源企业都依赖蜂窝技术来连接集中器和工业站点，而经常使用其 他通信网络来连接仪表本身。现在，随着蜂窝技术的发展，运营商采纳了更具 吸引力的费率计划，越来越多的供应商正在将无线 WAN 解决方案部署到仪表 领域。 蜂窝 WAN 解决方案能为智能仪表部署带来一系列的优势。首先，能源企业选 择了蜂窝通信，即可依靠移动运营商来提供网络，无需承担自行部署、运营以 及维护整个通信基础架构的成本。通过将通信网络外包给移动运营商，能源供 应商可大大降低智能仪表项目的安装成本并减少实施次数。此外，移动运营商 逐渐将机器到机器 (M2M) 通信视为一个重要且不断发展的用户市场，并且正 在实施新型服务产品和计费方案，针对此业务中展开竞争。因此，基于 WAN 的智能仪表通信的数据速率现在极具竞争力。 如今，蜂窝通信的覆盖范围几乎在任何地方不断扩展，覆盖着智能仪表基础架 构中约 99% 的可寻址用户。事实上，大部分区域都在多个蜂窝网络的覆盖之 下，这使能源企业能够根据位置选择最佳的蜂窝网络来部署智能仪表，并实现网络备份功能。 最后，蜂窝 WAN 现在已经是一项成熟的技术，而不只是能够支持智能仪表基础架构。蜂窝技术的存在时间已超过 20 年，无线通信的安全性和灵活性毋庸置疑。事实上，如今已有 10 亿台机器在使用蜂窝网络，数据通信（一般基于 IP） 现已占到全球所有蜂窝通信的 20%。 无线智能仪表设计的最佳实践 随着越来越多的供应商将无线 WAN 技术纳入其智能电网计划中，该行业正在为蜂窝智能仪表基础架构设立一系列“最 佳实践”设计准则，下面将对此进行说明。遵照这些准则，能源公司、仪表制造商及其他利益相关者可帮助确保蜂窝智 能仪表技术提供高性能、高价值和较长的服务期限。 蜂窝技术在智能仪表部署中的优势 为何选择蜂窝通信？ • 网络部署、运营和维护可 外包。 • 低安装成本 • 快速实施 • 全球覆盖率 • 经过实践检验的安全技术 • 大多数位置均有多个网络 可用，可实现备份功能 6© 2011 Sierra Wireless Inc. 目前业内广为认可的最基础的最佳实践，应该将智能内建到通信模块中，而不 是仪表中。在该设计中，仪表仅负责计量。通信模块负责处理与计量信息管理 有关的所有较为复杂的决策，例如： • 打开与后端服务器的连接 • 监控信号强度 • 管理连接安全性 • 作为 WAN 和 HAN 之间的网关 • 如果主路径不可用，选择备用的通信路径 • 检测仪表上的干扰攻击 该模块可为能源供应商带来一系列优势。首先，它允许供应商使用这样一种模 块化架构，其中相同的仪表可用于任何通信技术（蜂窝、PLC、RF 网等）。 此外，通过将智能内建到通信模块而非仪表，还能使解决方案更加“面向未 来”。这样，供应商便具备了足够的灵活性，日后无需更换仪表便能更换通信 技术，甚至是整套的模块（例如，将来从 2G 蜂窝技术迁移到 3G 时）。通过 避免在仪表本身对功能进行硬编码，他们还能通过软件更新来添加新功能或满 足新要求 （如符合新的安全标准）。 为使通信模块提供这一级别的适应性和智能，该模块应内建有类似操作系统的 处理功能，可能是一个实际的轻量操作系统。 信息安全性 无线和蜂窝基础架构必须包括强大、成熟的安全技术。它们不仅应集成如今关键的公共安全和政府无线应用所采用的成 熟防御机制，还应采取专门针对智能仪表制定的安全 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。这些安全措施包括： • 安全连接和加密：在任何通信系统中，确保敏感信息到达其目标接收者，且不会被尝试截取该信息的个人或设备 窃取或识别，这是至关重要的。如果该信息是用于计费的合同数据，这尤其如此。此外，还必须采取强有力的鉴 定流程，旨在防止黑客访问敏感数据、上传恶意软件或开关仪表。无线通信系统应采用强大、成熟的加密协议， 如安全套接字层 (SSL)——已广泛用于保护零售和基于 Web 的付款卡交易，或者 Internet 协议安全性 (IPSec) 加 密——已广泛用于保护虚拟专用网 (VPN) 连接的安全。 • 干扰检测：在某些风险较高的环境中，需要使用防御性系统来阻拦蓄意网络攻击。现代的智能仪表应配备一系列先 进的无线技术，可快速检测这类攻击并采取适当的行动，如触发警报，通过另一个通信信道发送警报，记录事件以 供进一步调查等。 • 自主运作：一旦仪表与无线通信网络失去连接，该仪表也必须能够继续正常运作。 智能通信模块 蜂窝智能仪表 最佳实践 • 将智能内建到通信模块， 而不是仪表中。 • 采用强大的基于 IP 的安全 机制。 • 允许通过补丁进行软件升 级——而不是只进行完整 的固件升级。 • 利用嵌入式 SIM 来符合工 业级规范。 • 选择配备强大开发平台的 解决方案来实现持续增值。 • 确保备份通信路径始终可 用。 • 利用包括网络质量分析工 具的模块来简化安装。 • 使用具有较高能效的特性 和设计。 • 采用与 HAN 相集成的设 计。 7© 2011 Sierra Wireless Inc. 其他成功实施智能仪表项目的最佳实践包括： • 软件补丁可升级性：所有人都认同远程升级固件、软件和容量对于任何智能 仪表通信技术都很关键的说法。但是， 支持基本的固件升级并不足以实现大规模部署。总之，如果能源企业必须更换数百万台智能仪表上的整个 1 Mb大小的 固件文件来执行小规模升级，那么蜂窝数据成本将很快变得非常高昂。但是，如果能够通过补丁的方式进行软件更改， 供应商便能利用大小仅几 Kb 的软件包仅对已更改的固件代码部分进行升级。一般而言，软件补丁的大小通常仅为升级 整个固件包的规模的十分之一甚至更少。 • 嵌入式 SIM：如今，用于某些蜂窝网络的可拆卸塑料用户识别模块（也称 SIM 卡）常见于移动电话市场，预期使用期 限只有短短几年。智能仪表通信必须满足工业级规范，应使用嵌入无线模块的 SIM 卡。 • 强大而全面的开发平台：为提供能源供应商所需的智能通信模块，蜂窝模块应该可以编程，并允许能源供应商和仪表 制造商根据需求添加容量和价值。沿着这一思路，蜂窝通信厂商应提供成熟而全面的开发平台，整合构建客户定制解决 方案的所有必要元件。通过使用该平台，仪表制造商还应该能将经过实践检验的成熟技术充分用于无线通信和管理的各 个方面，而无需从头开发这些功能。 • 备份通信路径：智能仪表通信系统应提供在主要机制不可用的情况下采用备用通信路径的能力和智能。例如，如果 GPRS IP 通信因故掉线，仪表则应能够通过短消息服务 (SMS)（即文本消息）来进行通信。 • 网络质量分析功能：要简化部署并降低安装成本，通信模块应能对无线网络质量进行分析，并将结果明确地传达给安 装人员。例如，技术人员无需像当今常见的那样通过检查蜂窝电话上的多个 SIM 卡来测量信号强度，而是可以使用模 块能够扫描并评估不同可用网络的信号强度，并将此信息传达给技术人员。即使是这样简单的一款工具，都能让安装技 术人员更快、更简单地确定仪表的适当位置，最适合该位置的蜂窝网络，需要使用外置天线的情况及天线的摆放位置 等。 • 低功耗：通信模块的设计应始终注重优化能效。例如，此类模块应包括一个低功耗模式，以便在不使用时关闭蜂窝通 信模块。这在通信模块使用电池供电（如在天然气或水智能计量部署中）时尤为重要。 • HAN 互操作性：通信模块应能作为 HAN 网关与其他家用设备通信，从天然气表和水表收集信息，并将数据传输到家 中的远程显示屏。为此，通信模块必须具备对 IP 协议和路由的嵌入式支持，并且还应符合 IEEE 802.15.4、Zigbee 和 无线计量总线 (Wireless M-Bus) 等通用低功耗无线通信标准。 其他最佳实践设计考虑 8© 2011 Sierra Wireless Inc. 由于众多原因，无线 WAN 技术正日益成为智能仪表通信的一个上佳选择，并 将继续在这些项目中发挥重要作用。有些供应商正在寻求更灵活、适应性更 强、更为经济高效的智能仪表部署，他们逐渐看到将网络运营外包给成熟的无 线 WAN 运营商的价值，并且正将智能蜂窝通信基础架构融入其智能仪表项 目。 要充分利用无线解决方案安装成本低、灵活、实施速度快等优势，能源供应商 和仪表制造商应对蜂窝技术在其智能电网计划中可提供最高价值的领域进行仔 细评估。他们应该寻找能提供耐用的预包装无线管理、配置和安全能力的解决 方案，无需自己从头构建这些功能。此外，他们还应确保与能够满足现代无线 智能仪表设计关键要求和最佳实践的蜂窝技术合作伙伴进行合作。 如需了解有关无线通信技术如何促进智能电网部署的更多信息，请访问 www.sierrawireless.com/energy。 展望未来的无线智能电网 Sierra Wireless: 智 能仪表通信领域的强 大合作伙伴 Sierra Wireless 在面向智能 仪表部署的无线 WAN 通信技 术领域处于领先地位。Sierra Wireless 的 AirPrime™ 智能 嵌入式模块、AirLink™ 智能网 关和路由器、嵌入式 SIM 以及 AirVantage™ 管理服务平台， 为能源供应商和仪表制造商提供 了能够满足当前严格的智能电网 通信要求的、全面的解决方案组 合。 Sierra Wireless 可提供： • 能源无线数据通信领域十 余年的丰富经验 • 资金雄厚、技术过硬的厂 商的领导力，将支持整个 生命周期的智能仪表技术 • 能源行业技术知识，包括 关键行业协会会员资格 • 与多家蜂窝网络运营商和 技术审批机构建立的合作 关系 • 广泛的技术解决方案，包 含各种无线技术和平台， 服务所有区域 • 在提供工业级通信解决方 案上取得的辉煌成就，可 靠性经过实践检验