双向通信智能电表推动智能联网世界

SEP 2.0指导设备之间如何相互通信。它定义了可以控制的各种设备属性，这些属性（也被称为“资源”）分成逻辑组一起运行，执行SEP 2.0的各种功能（被称为“指令集”）。例如，抄表系统或计费系统都是专用指令集。智能电表等设备执行一个或多个指令集，提供用量统计和趋势等增值服务。能源提供商或者消费者可以利用这些费用统计与趋势，分别加强对服务或者使用情况的管理。

　　指令集及其在设备中的资源可以通过HTTP URL访问。这些设备利用mDNS和DNS-SD等技术，动态地寻找网络中的相关服务，然后自行注册，进一步访问其它资源来执行SEP 2.0功能。为了创造真正的可以互操作的联网智能能源设备生态系统，必须使用基于TCP/UDP和IP的网络技术。设备支持安全特性非常重要，因为外围网络可能带来安全隐患，而且更重要的是，设备还向能源网络提供访问权限。由于许多智能设备提供连续的、可靠的和实时的数据，所以他们必须“永远在线”和“保持连接”，这要求所有智能能源设备自身必须节能。最后，他们也必须支持有线及无线联网。

　　多数现有家用电器不支持M2M的先进功能，因此要把许多不同的功能整合到一个单一设备之中，意味着要进行大幅度的和代价高昂的硬件升级，这将导致材料费用和成本上涨。制造商必须权衡提供支持智能能源的电器所带来的好处，以及随之而来的额外成本。

　　将来，家电厂商将拥有更多的选择，可以找到具有成本效益的解决方案来设计支持通知能源的家电。这些家用电器可以选择系统芯片（SoC）硬件，因其功能、外形尺寸、软件支持和成本之间可以实现适当的平衡。32位微控制器（MCU）兼具处理能力、内存和连接性，也是一个有力的候选者。当前一代的微控制器，比如飞思卡尔Kinetis、意法半导体STM32或德州仪器Stellaris（ARM Cortex-M内核），以非常具有竞争力的价格提供众多特点和功能。选择合适的硬件只是一个开端，软件选择才是决定产品差异化的要素。

　　SEP 2.0标准提出的软件技术要求包括：一个支持UDP的多功能TCP/IP堆栈；具有mDNS和DNS-SD等动态服务发现能力的IPv6服务；支持GET、PUT、POST和DELETE等简单指令的HTTP执行。SEP 2.0也要求支持SSL/TLS等安全标准，以及几种现代互联网技术，比如RESTful架构、XML和EXI编码。Linux就广泛支持这些软件，但不幸的是，使用RAM为96K至128K的微控制器，把Linux排除在外了。而自己开发这样的技术需要大笔资金和大量时间，这促使人们可能在这些设备中采用实时操作系统（RTOS）。

　　图2：一个可以支持多种外设的硬件设计例子，采用Nucleus RTOS这样的实时操作系统，提供SEP 2.0所要求的所有服务。

　　RTOS不仅速度快和效率高，而且稳定可靠，他们通常包括一个广泛的网络堆栈、支持使用SSL或TLS等安全技术，而且肯定会符合对占位面积的严格限制以及这些设备对于内存的其它要求。Mentor Graphics公司推出的Nucleus RTOS这是这样一种解决方案。Nucleus是一种得到广泛采用的可以扩展的RTOS，符合所有智能电网设备的要求。它既有稳固的实时性能，也有集成的电源管理服务。这样的RTOS可以入驻内存局促的MCU，同时仍能提供联网的智能电网设备所要求的大多数功能。

　　结论

　　预计智能电网技术将迅速得到采纳，因此设计出把材料成本控制在最低水平的联网设备，将是制造商面临的重大挑战。为了开发出符合SEP 2.0标准的一款设备，自己开展软件设计可能并不可行，因为需要满足大量的功能要求，而且自己需要投入大量的开发精力。而另一个极端，即采用一种通用操作系统，则需对硬件资源进行大幅升级，这将带来不可接受的成本增长。设备制造商在选择软件设计与硬件平台时，必须做出正确的平衡。采用一种提供全面联网支持（有线和无线）、可扩展的、节能的、实时操作系统，配以现在市场上有售的一款32位MCU，是最接近满足上述这些要求的一种方案。根据这种设计模式，设计师将大大缩短产品上市时间，同时仍能实现全部智能电网应用的目标。