雙向通信智能電表推動智能聯(lián)網世界

　　SEP 2.0指導設備之間如何相互通信。它定義了可以控制的各種設備屬性，這些屬性（也被稱為“資源”）分成邏輯組一起運行，執(zhí)行SEP 2.0的各種功能（被稱為“指令集”）。例如，抄表系統(tǒng)或計費系統(tǒng)都是專用指令集。智能電表等設備執(zhí)行一個或多個指令集，提供用量統(tǒng)計和趨勢等增值服務。能源提供商或者消費者可以利用這些費用統(tǒng)計與趨勢，分別加強對服務或者使用情況的管理。

　　指令集及其在設備中的資源可以通過HTTP URL訪問。這些設備利用mDNS和DNS-SD等技術，動態(tài)地尋找網絡中的相關服務，然后自行注冊，進一步訪問其它資源來執(zhí)行SEP 2.0功能。為了創(chuàng)造真正的可以互操作的聯(lián)網智能能源設備生態(tài)系統(tǒng)，必須使用基于TCP/UDP和IP的網絡技術。設備支持安全特性非常重要，因為外圍網絡可能帶來安全隱患，而且更重要的是，設備還向能源網絡提供訪問權限。由于許多智能設備提供連續(xù)的、可靠的和實時的數據，所以他們必須“永遠在線”和“保持連接”，這要求所有智能能源設備自身必須節(jié)能。最后，他們也必須支持有線及無線聯(lián)網。

　　多數現有家用電器不支持M2M的先進功能，因此要把許多不同的功能整合到一個單一設備之中，意味著要進行大幅度的和代價高昂的硬件升級，這將導致材料費用和成本上漲。制造商必須權衡提供支持智能能源的電器所帶來的好處，以及隨之而來的額外成本。

　　將來，家電廠商將擁有更多的選擇，可以找到具有成本效益的解決方案來設計支持通知能源的家電。這些家用電器可以選擇系統(tǒng)芯片（SoC）硬件，因其功能、外形尺寸、軟件支持和成本之間可以實現適當的平衡。32位微控制器（MCU）兼具處理能力、內存和連接性，也是一個有力的候選者。當前一代的微控制器，比如飛思卡爾Kinetis、意法半導體STM32或德州儀器Stellaris（ARM Cortex-M內核），以非常具有競爭力的價格提供眾多特點和功能。選擇合適的硬件只是一個開端，軟件選擇才是決定產品差異化的要素。

　　SEP 2.0標準提出的軟件技術要求包括：一個支持UDP的多功能TCP/IP堆棧；具有mDNS和DNS-SD等動態(tài)服務發(fā)現能力的IPv6服務；支持GET、PUT、POST和DELETE等簡單指令的HTTP執(zhí)行。SEP 2.0也要求支持SSL/TLS等安全標準，以及幾種現代互聯(lián)網技術，比如RESTful架構、XML和EXI編碼。Linux就廣泛支持這些軟件，但不幸的是，使用RAM為96K至128K的微控制器，把Linux排除在外了。而自己開發(fā)這樣的技術需要大筆資金和大量時間，這促使人們可能在這些設備中采用實時操作系統(tǒng)（RTOS）。

　　圖2：一個可以支持多種外設的硬件設計例子，采用Nucleus RTOS這樣的實時操作系統(tǒng)，提供SEP 2.0所要求的所有服務。

　　RTOS不僅速度快和效率高，而且穩(wěn)定可靠，他們通常包括一個廣泛的網絡堆棧、支持使用SSL或TLS等安全技術，而且肯定會符合對占位面積的嚴格限制以及這些設備對于內存的其它要求。Mentor Graphics公司推出的Nucleus RTOS這是這樣一種解決方案。Nucleus是一種得到廣泛采用的可以擴展的RTOS，符合所有智能電網設備的要求。它既有穩(wěn)固的實時性能，也有集成的電源管理服務。這樣的RTOS可以入駐內存局促的MCU，同時仍能提供聯(lián)網的智能電網設備所要求的大多數功能。

　　結論

　　預計智能電網技術將迅速得到采納，因此設計出把材料成本控制在最低水平的聯(lián)網設備，將是制造商面臨的重大挑戰(zhàn)。為了開發(fā)出符合SEP 2.0標準的一款設備，自己開展軟件設計可能并不可行，因為需要滿足大量的功能要求，而且自己需要投入大量的開發(fā)精力。而另一個極端，即采用一種通用操作系統(tǒng)，則需對硬件資源進行大幅升級，這將帶來不可接受的成本增長。設備制造商在選擇軟件設計與硬件平臺時，必須做出正確的平衡。采用一種提供全面聯(lián)網支持（有線和無線）、可擴展的、節(jié)能的、實時操作系統(tǒng)，配以現在市場上有售的一款32位MCU，是最接近滿足上述這些要求的一種方案。根據這種設計模式，設計師將大大縮短產品上市時間，同時仍能實現全部智能電網應用的目標。