沖電氣開(kāi)發(fā)面向智能社區的920MHz頻段無(wú)線(xiàn)多跳通信系統
2011/09/06
CTI論壇(ctiforum)9月6日消息（記者 潘婷婷): 沖電氣在日本首次成功開(kāi)發(fā)了920MHz頻段(注1)的無(wú)線(xiàn)多跳通信(注2)系統。日本總務(wù)省計劃在2012年7月開(kāi)放920MHz頻段，該頻段電波到達性高，有望成為智能社區、智能住宅、智能儀表(注3)的無(wú)線(xiàn)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。在地區內、家庭內靈活運用綠色電力的智能社區、智能住宅的研究也有很大進(jìn)展。
為實(shí)現智能社區和智能住宅，傳送電力控制等信息的通信基礎設施不可或缺。通信基礎設施由連接室外建筑物間智能儀表等的室外局域網(wǎng)（圖①）和連接家庭、辦公室內家電及電力設備的家庭局域網(wǎng)（圖②）構成，而無(wú)線(xiàn)多跳通信有望實(shí)現這一切。特別是由于智能插座等電力設備或智能儀表多被設置在電波難以到達的地方，因此與通信會(huì )出現中斷的2.4GHz頻段相比，電波到達性高的920MHz頻段的使用受到關(guān)注。
圖：920MHz無(wú)線(xiàn)多跳通信技術(shù)的適用范圍
沖電氣開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)多跳通信系統符合日本總務(wù)省正在審議的920MHz頻段IEEE802.15.4(注4)標準，并在獲得實(shí)驗局許可后實(shí)施了驗證實(shí)驗。結果表明，以最大規定的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(shí)現半徑約150m范圍的直接通信。
今后沖電氣將以920MHz頻段無(wú)線(xiàn)多跳技術(shù)為基礎，不斷為智能社區、智能住宅和智能儀表的普及做貢獻。并通過(guò)將該技術(shù)靈活運用到防災、巡邏、醫療、護理等各種新型服務(wù)，努力實(shí)現更舒適、安全、放心的社會(huì )。今后，還將努力以該技術(shù)為基礎實(shí)現產(chǎn)品化，同時(shí)為了使國際普及的ZigBee(注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，并繼續推動(dòng)家電、電力設備、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 )團體會(huì )（北海道札幌市）上進(jìn)行此次開(kāi)發(fā)成果的演講。
沖電氣開(kāi)發(fā)的920MHz頻段無(wú)線(xiàn)多跳通信系統的特長(cháng)
無(wú)線(xiàn)多跳通信技術(shù)，通過(guò)利用電波到達性高的920MHz頻段，可構筑覆蓋各個(gè)角落的大范圍網(wǎng)絡(luò )，無(wú)須選擇設置地點(diǎn)，即可實(shí)現穩定的通信基礎設施。
規模大
降低因路徑探索造成的流量控制，通過(guò)研究重傳結構的設計，實(shí)現了無(wú)線(xiàn)設備臺數的擴展性。以這種方式可構筑一個(gè)基站由數千臺智能儀表等無(wú)線(xiàn)設備構成的大規模無(wú)線(xiàn)多跳網(wǎng)絡(luò )。由于基站數量減少，可降低系統的整體采用成本。沖電氣已擁有利用950MHz頻段通過(guò)100 臺規模的設備在室內外實(shí)施評估驗證的業(yè)績(jì)，利用本系統預計可構筑擴展到數千臺的網(wǎng)絡(luò )。
可靠性高
針對因車(chē)輛等障礙物造成的小范圍內無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接的變化，沖電氣通過(guò)實(shí)施獨特的重傳控制和動(dòng)態(tài)路徑控制提高無(wú)線(xiàn)設備間的連接性。而且通過(guò)各無(wú)線(xiàn)設備自動(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(xiàn)路故障，即使在基站維護期間也能不中斷網(wǎng)絡(luò )繼續運行，因此可構筑易于維護的網(wǎng)絡(luò )。
節電
迄今為止利用ZigBee，帶中轉功能的路由器不間斷的運行實(shí)現了終端無(wú)線(xiàn)設備的節能。而IEEE802.15.4e的節電功能可讓路由器休眠。因此無(wú)須路由器的電源工程，系統整體節電效果也會(huì )提高。而且通過(guò)追加根據數據流自動(dòng)調整休眠時(shí)間的功能，既可保持節電效果又能保證低延遲傳輸。另外，IEEE802.15.4e的標準化活動(dòng)由于日本總務(wù)省實(shí)施的“網(wǎng)絡(luò )綜合控制系統標準化推進(jìn)事業(yè)”而取得成效，于2011年3月構筑了基于IEEE802.15.4e標準的試驗臺，實(shí)施了節電功能的驗證實(shí)驗。
設置簡(jiǎn)單
利用自動(dòng)路徑構筑功能，自動(dòng)連接臨時(shí)設置的基站或無(wú)線(xiàn)設備，即可輕松構筑網(wǎng)絡(luò )。因此可低成本提供災害時(shí)臨時(shí)設置的網(wǎng)絡(luò )。另外，在無(wú)線(xiàn)多跳通信中，智能儀表和智能住宅在采用初期無(wú)線(xiàn)設備的設置密度如果過(guò)低，會(huì )出現中繼路徑不足、網(wǎng)絡(luò )不穩定的問(wèn)題。但開(kāi)發(fā)了根據設置間隔自動(dòng)調整傳輸輸出的功能后，從采用初期開(kāi)始即可實(shí)現穩定的網(wǎng)絡(luò )運行。特別是此次向920MHz頻段轉換時(shí)，由于傳輸輸出的上限松動(dòng)，可使用更高輸出，因此即使在設置間隔寬闊的場(chǎng)所也可使用無(wú)線(xiàn)多跳通信。
用語(yǔ)解釋
注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(chǎng)、醫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，轉換成920MHz頻段后，可使用與美國、亞洲相同的頻段，有望通過(guò)國際合作活化市場(chǎng)。而且傳輸輸出也可從以往的10mW擴大到20mW甚至250mW。
注2：無(wú)線(xiàn)多跳通信
通過(guò)其它無(wú)線(xiàn)通信設備，像接力一樣傳輸數據的方法稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)多跳通信。由于沒(méi)有基站等通信基礎設施也能進(jìn)行通信，因此被廣泛應用于傳感網(wǎng)絡(luò )等。
注3：智能社區、智能住宅、智能儀表
為降低對穩定的日本供電網(wǎng)的影響，同時(shí)為普及可再生能源，以有效管理地區和家庭內部能源、建設更舒適的社會(huì )為目的，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省正在推行智能社區和智能住宅措施。
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(guò)家庭內耗電量的可視化，不僅推動(dòng)節電，而且在電力需求高峰時(shí)控制家電來(lái)降低耗電量，將太陽(yáng)能發(fā)電的剩余電力儲存在蓄電池或電力汽車(chē)中，并在傍晚后使用的方法將會(huì )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(chēng)，從單純的自動(dòng)查表到能量控制，種類(lèi)范圍廣泛。現在，各電力公司和燃氣公司針對智能儀表的采用正在推進(jìn)各種驗證實(shí)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(shí)施“智能儀表制度研討會(huì )”等各種措施。
注4：ZigBee、IEEE802.15.4
傳感網(wǎng)絡(luò )等無(wú)線(xiàn)多跳通信，作為國際標準，無(wú)線(xiàn)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(chēng)為IEEE802.15.4d的物理層的修正標準，沖電氣進(jìn)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(chēng)為IEEE802.15.4g，為2011年12月完成標準化正進(jìn)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，追加了路由器的節電功能等內容，也計劃于2011年12月完成標準化。
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(mén)正在研討ZigBee SIG-J。
CTI論壇報道
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