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自2004年發(fā)布第一個規(guī)范以來，ZigBee標準現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成熟到能夠獲得全世界認可的地步，并開始在市場上發(fā)揮舉足輕重的作用。ZigBee提供了一個高性價比、基于多種標準的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，該方案支持以低數(shù)據(jù)速率、低功耗網(wǎng)絡(luò)通信為重點的技術(shù)。 到目前為止，大多數(shù)ZigBee產(chǎn)品和部署仍然保持著一定的專屬性，它們作為系統(tǒng)出售而非連接公共網(wǎng)絡(luò)的某種設(shè)備。最近人們對于高級電表架構(gòu)(AMI)，或者更具體的說對智能能源管理的關(guān)注，使開放ZigBee標準成為真正可互操作的全球標準的契機，而這正是人們數(shù)年來所一直呼吁的。 圖1 ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 那么，什么是AMI，ZigBee又如何提供一款解決方案呢？ “維基百科”對高級電表架構(gòu)(AMI)的定義是“按照要求或事先定義的方案通過各種通信媒介從一些先進設(shè)備（例如，電表、煤氣計和/或水表等）對能源使用情況進行測量、收集和分析的系統(tǒng)。該架構(gòu)包括硬件、軟件、通信、與消費類電子相關(guān)的系統(tǒng)以及計量表數(shù)據(jù)管理軟件。” 國家和地方政府要求一些電力公司制定支持動態(tài)定價的商業(yè)模型，以此來努力降低能源消耗和成本，并利用負載控制和需求響應來減少系統(tǒng)的峰值能源需求，在這種情況下，AMI計劃便應運而生了。其最初想法是向能源用戶提供信息，鼓勵他們節(jié)約能源，讓他們對家中消耗能源的方式更加負責。很顯然，該AMI計劃遠遠不止是部署ZigBee標準那么簡單，但是就本文而言，我將只重點闡述ZigBee在AMI計劃中的作用。 作為一種標準，ZigBee以及802.15.4標準的PHY和MAC協(xié)議詳細規(guī)定了應用通信的網(wǎng)絡(luò)。這就是說，ZigBee只提供了框架，而并沒有詳細規(guī)定或限制通信的內(nèi)容。所有添加到AMI網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備都將遵循相同的規(guī)則，即基于點對點原則進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)加入、網(wǎng)絡(luò)安全和建立鏈接（綁定）。但是，就全面互操作性而言，僅僅是執(zhí)行相同的組網(wǎng)標準還不夠，為了確保所有設(shè)備都“講”同一種語言，還必須在應用層實現(xiàn)一致性。在ZigBee標準中，其被稱為公共文件。 ZigBee智能能源管理 為了支持AMI，ZigBee聯(lián)盟定義并認可了智能能源管理文件。在一個由電表及自動調(diào)溫器廠商、電力公司和其他相關(guān)各方組成的委員會內(nèi)部對該文件細則進行了討論，并最終確定了下來。“ZigBee智能能源管理”為電力企業(yè)提供了一種和眾多“智能”設(shè)備及裝置通信的安全機制，從而實現(xiàn)了家庭能源管理。 根據(jù)少數(shù)服從多數(shù)的原則，智能能源管理文件對電表、需求響應及負載控制、定價、文本通信及通知、安全和支持設(shè)備清單等進行了定義。更具體地講，該文件定義了允許那些設(shè)備可以添加到 AMI網(wǎng)絡(luò)（例如，家庭用能源顯示設(shè)備的網(wǎng)關(guān)、電表、水表、煤氣表、自動恒溫器、負載控制設(shè)備等），以及這些儀表之間必須支持的、必要的或可選的通信。AMI的一個重要部分就是對實時定價的支持，這樣便可以在一定的間隔時間內(nèi)（如15min）獲得賬單。 在需求高峰期間，能源生產(chǎn)的成本大大增加（當電廠以接近最大效率運行時它就需要花費更多的資金來發(fā)更多的電）。因此，相對于今天統(tǒng)一費率的定價，建立和提供按時段定價既有利于電力企業(yè)也有利于消費者。時段定價意味著消費者的用電賬單可以反映其實際用電費用。 對于那些想要省錢的人來說，關(guān)掉不用的電燈、拔下閑置電器的電源插頭、外出時調(diào)低恒溫計設(shè)置，以及在電價便宜時段（及非用電高峰期）使用一些不那么重要的電器，例如，洗碗機和洗衣機等，都可以受益于時段定價。這種用電方式的改變也會給電力企業(yè)帶來好處。全體消費者的這種行為可以降低電的峰值消耗，并避免對于高成本（及低效益）發(fā)電的需求。 智能能源管理網(wǎng)絡(luò) AMI和智能能源管理的運用既節(jié)省費用又有利于環(huán)保，而時段定價僅僅只是個開始。為了再進一步優(yōu)化能源消費，智能能源管理還可支持事件計劃安排以及對智能應用的外部控制，可基于計時定價重啟（適用于HVAC系統(tǒng)）或者關(guān)閉（適用于水泵）這些應用。就智能能源管理而言，其包括負載控制設(shè)備，可以由用戶或者電力企業(yè)直接遠程控制。智能能源管理還將其擴展至一個被稱為OpenHAN的更大的范圍。 OpenHAN的主要功能是支持電力企業(yè)和家庭局域網(wǎng)(HAN)之間的雙向通信。在一些建議方案中（對此還未最終定案），電力企業(yè)會對電表保持一種專有的通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其將作為ZigBee智能能源管理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)絡(luò)包括諸如上述一些設(shè)備，并支持一個負載與能源管理系統(tǒng)，而該負載與能源管理系統(tǒng)又包括智能能源管理網(wǎng)絡(luò)中的負載控制器，以及連接單獨存在的家庭自動化(HA)網(wǎng)絡(luò)。 圖2 ZigBee智能能源管理家庭網(wǎng)絡(luò) 整套系統(tǒng)提供對用電數(shù)據(jù)及定價的直接訪問，并支持負載控制集成和可靠的按需降載雙向通信。另外，它還保證能夠利用未來產(chǎn)品及設(shè)備擴展OpenHAN的功能，使這些產(chǎn)品和設(shè)備可以充分利用來自電力企業(yè)的數(shù)據(jù)。在這種情況下，智能能源管理網(wǎng)絡(luò)基本由電力企業(yè)控制，而HA網(wǎng)絡(luò)則保持對消費者開放。新型設(shè)備可以整合到該系統(tǒng)中，并基于服務提供商所提供的服務向電力企業(yè)注冊。 雖然并非是首次試驗性部署的一部分，也不是智能能源管理的核心，但是電力企業(yè)部署的這種架構(gòu)將會成為未來智能能源管理技術(shù)的起點。我們可以想象，在不遠的將來，洗衣機、干衣機、洗碗機、冰箱、水泵、燈具、空調(diào)、電視和其他電子設(shè)備以及無數(shù)其他家庭設(shè)備，都將連接到這個網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)時間自動地開啟和關(guān)閉，并在電價極高時關(guān)閉或者重啟。 在此情況下，一些設(shè)備將會由戶主來控制，一些由電力企業(yè)控制，其他的設(shè)備則可通過電力企業(yè)擁有控制權(quán)，而戶主也可手動控制可選服務來控制，但是一些諸如醫(yī)療設(shè)備之類的重要設(shè)備將除外。 為了努力實現(xiàn)這一遠景目標，2006年11月的卡特威爾AMR報告(Chartwell AMRReport)預計未來四年內(nèi)AMI技術(shù)將使自動電表的銷量翻一番。美國有1億個家庭，因此這一技術(shù)在美國會擁有廣大的市場。通過部署AMI和智能電表，可以極大地節(jié)省能源和費用。 盡管最初主要是針對美國市場，但是智能能源管理也有望成為一個全球性標準，而其最先考慮是成為歐洲和亞洲市場的解決方案。由于油價和電價幾乎每天都在創(chuàng)新高，以及對煤資源枯竭及環(huán)境惡化的關(guān)注日益增長，我們可能會看到在不遠的將來，對于AMI和其他形式智能能源效益技術(shù)的需求將不斷增加。ZigBee就是這樣一種可以帶來無限可能的技術(shù)。 |
