在最基本的層面來(lái)看，智能電網(wǎng)生產(chǎn)清潔、可持續(xù)的電力并智能地管理這些電力的配送和使用時(shí)有兩個(gè)主要的基本任務(wù)。遷移至清潔發(fā)電需要許多年才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還需要數(shù)十億美元的投資。另一方面，這意味著智能管理電力配送并降低每個(gè)人的電力消耗量目前暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，如果我們希望滿足不斷增長(zhǎng)的全球電力需求，那么使新型的清潔發(fā)電資源投入使用非常關(guān)鍵。電力公司為了智能地平衡和配送電力，需要能夠了解電力消耗地點(diǎn)、消耗量和消耗時(shí)間。為了具備這一能力，智能電網(wǎng)的一個(gè)基本特性是建立電力配送網(wǎng)絡(luò)，以便在配電設(shè)施和電力消耗地點(diǎn)之間同時(shí)支持電力和通信功能的雙向流動(dòng)。更詳細(xì)地來(lái)說(shuō)，這種雙向通信方式從配電中心擴(kuò)展至城區(qū)或附近街區(qū)，然后連接至通過(guò)電表與智能電網(wǎng)連接的個(gè)人住宅和企業(yè)，進(jìn)而連接到樓宇內(nèi)部的各個(gè)設(shè)備。圖1所示為該電力網(wǎng)絡(luò)。就像每臺(tái)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線以太網(wǎng)(Wi-Fi)網(wǎng)絡(luò)連接一樣，智能電網(wǎng)把傳輸、監(jiān)控和消耗電力的設(shè)備連接在一起，它使用多種新的智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包括PLC、M-Bus、ZigBee®技術(shù)和SmartEnergy1.0。

面向能源管理和控制的網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)(pdf)

智能電網(wǎng)設(shè)備使電力公司可以從智能電表中采集客戶的使用數(shù)據(jù)，在圖1中由圖中央的計(jì)量符號(hào)表示。智能電表的升級(jí)正在逐步進(jìn)行，最初集成了短距離RF技術(shù)，它允許“近旁”采集電表讀數(shù)，節(jié)省了時(shí)間并提高了精確度。

圖1-家庭局域網(wǎng)

接下來(lái)，智能電表的改進(jìn)趨勢(shì)是完全不再需要移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)人員采集電表數(shù)據(jù)。最新一輪的智能電表改進(jìn)是基于標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)，由高級(jí)計(jì)量架構(gòu)(advancedmeteringinfrastructureAMI)組織推動(dòng)?；跇?biāo)準(zhǔn)的通信技術(shù)的使用為現(xiàn)有家庭網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)敞開(kāi)大門(mén)，例如住宅網(wǎng)關(guān)和寬帶AP路由器，使其也納入了支持范圍。這種新的平臺(tái)類型被稱為“智能能源網(wǎng)關(guān)”或“家庭能源網(wǎng)關(guān)”，代表了家庭局域網(wǎng)(HAN)的核心。

為了使住宅網(wǎng)關(guān)作為智能能源網(wǎng)關(guān)使用，必須實(shí)施的主要改變是使其支持已經(jīng)在智能電表中采納的、用于通信的PHY和協(xié)議。智能電表中使用的PHY包括PLC、ZigBee和802.11。相關(guān)通信協(xié)議還包括歐洲市場(chǎng)上的DLMS、SmartEnergy1.0和M-Bus。對(duì)智能能源網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，集成這些PHY并支持與其相關(guān)的通信協(xié)議是主要要求。這些相同的PHY技術(shù)在HAN中被越來(lái)越多地快速采用，以便支持家庭自動(dòng)化連接，包括家用電器、照明設(shè)備、安保系統(tǒng)和健康監(jiān)控設(shè)備，如圖1所示。AMI組織和家用電器制造商協(xié)會(huì)(AssociationofHomeAppliancemanufacturersAHAM)均對(duì)這一技術(shù)實(shí)施提供指導(dǎo)。智能能源網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)也必須融入其他注意事項(xiàng)，包括支持廣域網(wǎng)(WAN)接入，另外還需要具備可以通過(guò)互聯(lián)HAN器件實(shí)施訪問(wèn)、監(jiān)控和控制的用戶界面(UI)，也許這是最重要的。

最后一個(gè)因素需要特別注意。如果消費(fèi)者希望成功地管理和節(jié)省他們使用的能源，那么在HAN中訪問(wèn)、監(jiān)控和控制器件是非常重要的功能。UI必須允許客戶明確了解他們使用了多少能源，電力公司為此收取了多少費(fèi)用，并且提供在需要時(shí)能夠通過(guò)HAN互聯(lián)器件實(shí)施控制的功能。為該UI提供的同等重要的功能是可以通過(guò)智能手持設(shè)備或平板電腦隨時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。該功能利用了全球消費(fèi)者都傾向于將一個(gè)智能器件用于所有通信應(yīng)用的偏好，并將其從語(yǔ)音、文本、電子郵件和娛樂(lè)擴(kuò)展至現(xiàn)在也包括家居監(jiān)控、安全和控制。作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者，飛思卡爾目前是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商中最受認(rèn)可的制造商之一。無(wú)論是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送電子郵件、下載電影或交換文件，這些內(nèi)容都很有可能經(jīng)過(guò)多個(gè)飛思卡爾器件，這充分說(shuō)明了飛思卡爾在業(yè)界的地位。

飛思卡爾高級(jí)副總裁兼網(wǎng)絡(luò)與多媒體事業(yè)部總經(jīng)理LisaSu表示,“智能電網(wǎng)從本質(zhì)來(lái)說(shuō)其核心是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。飛思卡爾被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)解決方案領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者，我們積極地將通信、處理和傳感器技術(shù)應(yīng)用于這一快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。”

這些舉措中的一個(gè)示例是飛思卡爾新型聯(lián)網(wǎng)networkedSmartEnergyGateway(nSEG)參考設(shè)計(jì)，如圖2所示，它基于MPC8308PowerQUICC®IIPro處理器。這一多功能網(wǎng)關(guān)可以支持從智能手持器件建立M2M連接，例如智能手機(jī)、平板電腦連接HAN。通過(guò)這一M2M連接，用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)控能源使用，從電力公司接收與計(jì)費(fèi)和稅費(fèi)更改有關(guān)的警報(bào)信息，并管理其HAN中的智能器件。

圖2所示為創(chuàng)新的MPC8308PowerQUICCIIPro嵌入式處理器，它是飛思卡爾聯(lián)網(wǎng)SmartEnergyGateway參考設(shè)計(jì)的核心。這一多功能處理器采用高性能PowerArchitecture®e300c3核心，可交付卓越的1.99DMIPS/MHz處理性能，還具有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的集成外設(shè)套件和低級(jí)別協(xié)議處理特性，可交付卓越的平臺(tái)靈活性和無(wú)與倫比的性價(jià)比。MPC8308可支持千兆以太網(wǎng)和PCIExpress®互聯(lián)，USB2.0和DDR2內(nèi)存，以低于10美元的零售價(jià)格提供高達(dá)800DMIPS的性能，是希望開(kāi)發(fā)多功能SmartEnergyGateway平臺(tái)的設(shè)計(jì)師的理想選擇。

圖2-SmartEnergyGateway塊圖

圖2所示的飛思卡爾MPC8308nSEG參考設(shè)計(jì)可以在支持ZigBee的多種HAN設(shè)備（具有電力線路調(diào)制解調(diào)器支持配置）之間建立連接，允許通過(guò)圖3所示的圖形用戶界面從任意智能手持設(shè)備通過(guò)M2M鏈路訪問(wèn)和控制。另外，nSEG還可以通過(guò)其PCIExpress端口支持最新的3x3802.11nWi-Fi無(wú)線模塊，通過(guò)高性能千兆以太網(wǎng)還可支持真正的寬帶連接性。使用3G或4GUSB模塊時(shí)，通過(guò)所提供的兩個(gè)高速USB2.0端口中的任意一個(gè)都可以支持無(wú)線寬帶應(yīng)用。nSEG參考設(shè)計(jì)包具有一個(gè)全面的免許可證OSGI軟件套件，包括網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)視頻記錄器(NVR)、NAS和DLMS堆棧。飛思卡爾nSEG參考設(shè)計(jì)提供一個(gè)小巧的4”x5”四層主板，包括一個(gè)具有雙天線和電源的低成本外殼，如圖4所示。

圖3–圖形用戶界面

圖4–飛思卡爾nSEG參考平臺(tái)

針對(duì)不要求高性能寬帶連接性或完整802.11nWi-Fi功能的應(yīng)用，飛思卡爾還提供基于i.MX28的HomeEnergyGateway(HEG)參考設(shè)計(jì)。飛思卡爾HEG參考設(shè)計(jì)是小巧(3.3”x3.0”)、可擴(kuò)展的低功耗器件，基于以下參考平臺(tái)特性：一個(gè)強(qiáng)大、低功耗的應(yīng)用處理器（基于ARM®926），集成了功耗管理單元、加密單元和一組豐富的連接控制器。

雙ZigBee無(wú)線（具有電力線路調(diào)制解調(diào)器支持配置）支持以即插即用的方式無(wú)縫連接至智能電表和HAN自動(dòng)化系統(tǒng)。

通過(guò)寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，WLAN無(wú)線或以太網(wǎng)有線接口（具有3G/GPRS調(diào)制解調(diào)器配置）可支持安全的端到端HAN控制和監(jiān)控，無(wú)論以在線或遠(yuǎn)程的方式。

通過(guò)全面和直觀的用戶界面，可使用一個(gè)顯示屏界面實(shí)現(xiàn)家居管理。