KI920MHz頻段無線多跳通信系統(tǒng)設(shè)計

　　沖電氣(OKI)報道，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)省計劃在2012年7月開放920MHz頻段，該頻段電波到達性高，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)靈活運用綠色電力的智能社區(qū)、智能住宅的研究也有很大進展。

　　為實現(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)置在電波難以到達的地方，因此與通信會出現(xiàn)中斷的2.4GHz頻段相比，電波到達性高的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)標準，并在獲得實驗局許可后實施了驗證實驗。結(jié)果表明，以最大規(guī)定的250mW傳輸，通信距離可達10km，即使在建筑物等障礙物多的城市街道，以70mW傳輸可實現(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。并通過將該技術(shù)靈活運用到防災(zāi)、巡邏、醫(yī)療、護理等各種新型服務(wù)，努力實現(xiàn)更舒適、安全、放心的社會。今后，還將努力以該技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)產(chǎn)品化，同時為了使國際普及的ZigBee(4) 標準也能在日本普及，將制定面向智能住宅的支持920MHz頻段的ZigBee標準，并繼續(xù)推動家電、電力設(shè)備、家庭網(wǎng)關(guān)等互聯(lián)性活動。

　　另外，沖電氣研究人員計劃將于9月14日在北海道大學舉辦的電子信息通信學會社會團體會(北海道札幌市)上進行此次開發(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)，通過利用電波到達性高的920MHz頻段，可構(gòu)筑覆蓋各個角落的大范圍網(wǎng)絡(luò)，無須選擇設(shè)置地點，即可實現(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，實現(xiàn)了無線設(shè)備臺數(shù)的擴展性。以這種方式可構(gòu)筑一個基站由數(shù)千臺智能儀表等無線設(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 臺規(guī)模的設(shè)備在室內(nèi)外實施評估驗證的業(yè)績，利用本系統(tǒng)預(yù)計可構(gòu)筑擴展到數(shù)千臺的網(wǎng)絡(luò)。

　　2)可靠性高

　　針對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，沖電氣通過實施獨特的重傳控制和動態(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，即使在基站維護期間也能不中斷網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)運行，因此可構(gòu)筑易于維護的網(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行實現(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)電效果也會提高。而且通過追加根據(jù)數(shù)據(jù)流自動調(diào)整休眠時間的功能，既可保持節(jié)電效果又能保證低延遲傳輸。另外，IEEE802.15.4e的標準化活動由于日本總務(wù)省實施的“網(wǎng)絡(luò)綜合控制系統(tǒng)標準化推進事業(yè)”而取得成效，于2011年3月構(gòu)筑了基于 IEEE802.15.4e標準的試驗臺，實施了節(jié)電功能的驗證實驗。

　　4)設(shè)置簡單

　　利用自動路徑構(gòu)筑功能，自動連接臨時設(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)害時臨時設(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)置間隔自動調(diào)整傳輸輸出的功能后，從采用初期開始即可實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)運行。特別是此次向920MHz頻段轉(zhuǎn)換時，由于傳輸輸出的上限松動，可使用更高輸出，因此即使在設(shè)置間隔寬闊的場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。不僅能到達很遠，而且即使有障礙物也能迂回到達，適合工廠、醫(yī)院等障礙物較多的場所及室外使用。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。而且傳輸輸出也可從以往的10mW擴大到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

　　為降低對穩(wěn)定的日本供電網(wǎng)的影響，同時為普及可再生能源，以有效管理地區(qū)和家庭內(nèi)部能源、建設(shè)更舒適的社會為目的，日本經(jīng)濟產(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)測量耗電量，通過家庭內(nèi)耗電量的可視化，不僅推動節(jié)電，而且在電力需求高峰時控制家電來降低耗電量，將太陽能發(fā)電的剩余電力儲存在蓄電池或電力汽車中，并在傍晚后使用的方法將會普及。

　　智能儀表是對帶有通信功能的電表、燃氣表、水表等下一代儀表的總稱，從單純的自動查表到能量控制，種類范圍廣泛。現(xiàn)在，各電力公司和燃氣公司針對智能儀表的采用正在推進各種驗證實驗。另外，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省針對智能儀表的早期采用，正實施“智能儀表制度研討會”等各種措施。

　　(4) ZigBee、IEEE802.15.4

　　傳感網(wǎng)絡(luò)等無線多跳通信，作為國際標準，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的物理層的修正標準，沖電氣進行了主要評議并于2009年完成標準化。對智能儀表的物理層的修正標準被稱為IEEE802.15.4g，為2011年12月完成標準化正進行最終評議。另外，面向產(chǎn)業(yè)界的MAC層的修正標準作為 IEEE802.15.4e也正在評議當中，追加了路由器的節(jié)電功能等內(nèi)容，也計劃于2011年12月完成標準化。

　　智能住宅市場中，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。