KI開發(fā)920MHz頻段無線多跳通信系統(tǒng)

沖電氣在日本首次成功開發(fā)了920MHz頻段(1)的無線多跳通信(2)系統(tǒng)。日本總務(wù)省計(jì)劃在2012年7月開放920MHz頻段，該頻段電波到達(dá)性高，有望成為智能社區(qū)、智能住宅、智能儀表(3)的無線多跳通信最適合的頻段。

　　利用信息通信技術(shù)進(jìn)行電力等能量管理的智能電網(wǎng)正備受矚目。在地區(qū)內(nèi)、家庭內(nèi)靈活運(yùn)用綠色電力的智能社區(qū)、智能住宅的研究也有很大進(jìn)展。

　　為實(shí)現(xiàn)智能社區(qū)和智能住宅，傳送電力控制等信息的通信基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺。通信基礎(chǔ)設(shè)施由連接室外建筑物間智能儀表等的室外局域網(wǎng) 和連接家庭、辦公室內(nèi)家電及電力設(shè)備的家庭局域網(wǎng) 構(gòu)成，而無線多跳通信有望實(shí)現(xiàn)這一切。特別是由于智能插座等電力設(shè)備或智能儀表多被設(shè)置在電波難以到達(dá)的地方，因此與通信會(huì)出現(xiàn)中斷的2.4GHz頻段相比，電波到達(dá)性高的920MHz頻段的使用受到關(guān)注。

　　沖電氣開發(fā)的無線多跳通信系統(tǒng)符合日本總務(wù)省正在審議的920MHz頻段IEEE802.15.4(4)標(biāo)準(zhǔn)，并在獲得實(shí)驗(yàn)局許可后實(shí)施了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，以最大規(guī)定的250mW傳輸，通信距離可達(dá)10km，即使在建筑物等障礙物多的城市街道，以70mW傳輸可實(shí)現(xiàn)半徑約150m范圍的直接通信。

　　今后沖電氣將以920MHz頻段無線多跳技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷為智能社區(qū)、智能住宅和智能儀表的普及做貢獻(xiàn)。并通過將該技術(shù)靈活運(yùn)用到防災(zāi)、巡邏、醫(yī)療、護(hù)理等各種新型服務(wù)，努力實(shí)現(xiàn)更舒適、安全、放心的社會(huì)。今后，還將努力以該技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，同時(shí)為了使國際普及的ZigBee(4) 標(biāo)準(zhǔn)也能在日本普及，將制定面向智能住宅的支持920MHz頻段的ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，并繼續(xù)推動(dòng)家電、電力設(shè)備、家庭網(wǎng)關(guān)等互聯(lián)性活動(dòng)。

　　另外，沖電氣研究人員計(jì)劃將于9月14日在北海道大學(xué)舉辦的電子信息通信學(xué)會(huì)社會(huì)團(tuán)體會(huì)(北海道札幌市)上進(jìn)行此次開發(fā)成果的演講。

　　沖電氣開發(fā)的920MHz頻段無線多跳通信系統(tǒng)的特長

　　無線多跳通信技術(shù)，通過利用電波到達(dá)性高的920MHz頻段，可構(gòu)筑覆蓋各個(gè)角落的大范圍網(wǎng)絡(luò)，無須選擇設(shè)置地點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的通信基礎(chǔ)設(shè)施。

　　1)規(guī)模大

　　降低因路徑探索造成的流量控制，通過研究重傳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無線設(shè)備臺(tái)數(shù)的擴(kuò)展性。以這種方式可構(gòu)筑一個(gè)基站由數(shù)千臺(tái)智能儀表等無線設(shè)備構(gòu)成的大規(guī)模無線多跳網(wǎng)絡(luò)。由于基站數(shù)量減少，可降低系統(tǒng)的整體采用成本。沖電氣已擁有利用950MHz頻段通過100 臺(tái)規(guī)模的設(shè)備在室內(nèi)外實(shí)施評(píng)估驗(yàn)證的業(yè)績(jī)，利用本系統(tǒng)預(yù)計(jì)可構(gòu)筑擴(kuò)展到數(shù)千臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)。

　　2)可靠性高

　　針對(duì)因車輛等障礙物造成的小范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)連接的變化，沖電氣通過實(shí)施獨(dú)特的重傳控制和動(dòng)態(tài)路徑控制提高無線設(shè)備間的連接性。而且通過各無線設(shè)備自動(dòng)切換基站的功能，可抵抗基站故障或基站與中心之間的線路故障，即使在基站維護(hù)期間也能不中斷網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)運(yùn)行，因此可構(gòu)筑易于維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)。

　　3)節(jié)電

　　迄今為止利用ZigBee，帶中轉(zhuǎn)功能的路由器不間斷的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了終端無線設(shè)備的節(jié)能。而IEEE802.15.4e的節(jié)電功能可讓路由器休眠。因此無須路由器的電源工程，系統(tǒng)整體節(jié)電效果也會(huì)提高。而且通過追加根據(jù)數(shù)據(jù)流自動(dòng)調(diào)整休眠時(shí)間的功能，既可保持節(jié)電效果又能保證低延遲傳輸。另外，IEEE802.15.4e的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)由于日本總務(wù)省實(shí)施的“網(wǎng)絡(luò)綜合控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)事業(yè)”而取得成效，于2011年3月構(gòu)筑了基于IEEE802.15.4e標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)施了節(jié)電功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

　　4)設(shè)置簡(jiǎn)單

　　利用自動(dòng)路徑構(gòu)筑功能，自動(dòng)連接臨時(shí)設(shè)置的基站或無線設(shè)備，即可輕松構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)。因此可低成本提供災(zāi)害時(shí)臨時(shí)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)。另外，在無線多跳通信中，智能儀表和智能住宅在采用初期無線設(shè)備的設(shè)置密度如果過低，會(huì)出現(xiàn)中繼路徑不足、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題。但開發(fā)了根據(jù)設(shè)置間隔自動(dòng)調(diào)整傳輸輸出的功能后，從采用初期開始即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。特別是此次向920MHz頻段轉(zhuǎn)換時(shí)，由于傳輸輸出的上限松動(dòng)，可使用更高輸出，因此即使在設(shè)置間隔寬闊的場(chǎng)所也可使用無線多跳通信。

　　用語解釋

　　(1) 920MHz頻段

　　在日本使用915.9～929.7MHz的頻段，與主要用于傳感網(wǎng)絡(luò)的2.4GHz頻段相比電波到達(dá)性高，因此在海外相同頻段也能廣泛應(yīng)用于智能儀表等。不僅能到達(dá)很遠(yuǎn)，而且即使有障礙物也能迂回到達(dá)，適合工廠、醫(yī)院等障礙物較多的場(chǎng)所及室外使用。日本一直在使用2008年制定的950MHz頻段，轉(zhuǎn)換成920MHz頻段后，可使用與美國、亞洲相同的頻段，有望通過國際合作活化市場(chǎng)。而且傳輸輸出也可從以往的10mW擴(kuò)大到20mW甚至250mW。

　　(2) 無線多跳通信

　　通過其它無線通信設(shè)備，像接力一樣傳輸數(shù)據(jù)的方法稱為無線多跳通信。由于沒有基站等通信基礎(chǔ)設(shè)施也能進(jìn)行通信，因此被廣泛應(yīng)用于傳感網(wǎng)絡(luò)等。

　　(3) 智能社區(qū)、智能住宅、智能儀表

　　為降低對(duì)穩(wěn)定的日本供電網(wǎng)的影響，同時(shí)為普及可再生能源，以有效管理地區(qū)和家庭內(nèi)部能源、建設(shè)更舒適的社會(huì)為目的，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省正在推行智能社區(qū)和智能住宅措施。

　　智能住宅中，利用分電表或智能插座(帶通信功能的電源插座)測(cè)量耗電量，通過家庭內(nèi)耗電量的可視化，不僅推動(dòng)節(jié)電，而且在電力需求高峰時(shí)控制家電來降低耗電量，將太陽能發(fā)電的剩余電力儲(chǔ)存在蓄電池或電力汽車中，并在傍晚后使用的方法將會(huì)普及。

　　智能儀表是對(duì)帶有通信功能的電表、燃?xì)獗?、水表等下一代儀表的總稱，從單純的自動(dòng)查表到能量控制，種類范圍廣泛?，F(xiàn)在，各電力公司和燃?xì)夤踞槍?duì)智能儀表的采用正在推進(jìn)各種驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。另外，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省針對(duì)智能儀表的早期采用，正實(shí)施“智能儀表制度研討會(huì)”等各種措施。

　　(4) ZigBee、IEEE802.15.4

　　傳感網(wǎng)絡(luò)等無線多跳通信，作為國際標(biāo)準(zhǔn)，無線方式廣泛使用IEEE802.15.4，NW方式廣泛使用ZigBee。IEEE802.15.4為了能使用日本的950MHz頻段，追加了被稱為IEEE802.15.4d的物理層的修正標(biāo)準(zhǔn)，沖電氣進(jìn)行了主要評(píng)議并于2009年完成標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)智能儀表的物理層的修正標(biāo)準(zhǔn)被稱為IEEE802.15.4g，為2011年12月完成標(biāo)準(zhǔn)化正進(jìn)行最終評(píng)議。另外，面向產(chǎn)業(yè)界的MAC層的修正標(biāo)準(zhǔn)作為IEEE802.15.4e也正在評(píng)議當(dāng)中，追加了路由器的節(jié)電功能等內(nèi)容，也計(jì)劃于2011年12月完成標(biāo)準(zhǔn)化。

　　智能住宅市場(chǎng)中，雖然ZigBee smart energy profile協(xié)議已經(jīng)普及，但為了920MHz頻段也能使用，相關(guān)部門正在研討ZigBee SIG-J。