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家電管理激發多元應用 Wi-SUN搶占家中最後一哩
新通訊 20182 月號 204 期《 封面故事 》
文.陳玉鳳
基於IEEE 802.15.4g發展而來的Wi-SUN,已被日本及台灣採納為智慧電表與家庭閘道器間B Route無線通訊技術的標準,進一步藉由Wi-SUN HAN的串連,則可以讓家庭閘道器連接控制各種電器及電子用品,智慧家庭環境更形完善。
在節能減碳趨勢下,智慧電網在全球各地展開布建,電力生產端至智慧電表端的電力配送路徑,也就是A Route的基礎系統和資訊鏈結獲得極大的關注。然而,若要實現更細緻的能源管理,以及支持各種創新智慧家庭應用的發展,智慧電表與家庭閘道器(Home Gateway)所實現的家庭能源管理系統(Home Energy Management System, HEMS),其實扮演更關鍵的角色。 

圖1 ROHM營業部課長李師誠強調,Wi-SUN的電波穿透穿透力佳,適合用於B Route無線傳輸。
羅姆半導體(ROHM)營業部課長李師誠(圖1)表示,智慧電表和家庭閘道器之間的這段通訊與資料傳輸路徑,就是所謂的B Route,目前傾向於採用具有低功率、抗干擾、長距離傳輸等特性的Sub-GHz低功率廣域網路技術(Low Power Wide-Area Network, LPWAN),例如LoRa、SigFox、NB-IoT及Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)等。 

電力自由化 推升日本智慧電表需求 

其中,基於IEEE 802.15.4g國際標準發展而來的Wi-SUN,已被日本於2013年採納為B Route無線通訊技術標準,採用Wi-SUN Echonet Profile連接B Route智慧電表和HEMS閘道控制器,台灣也已於去年(2017)跟進選定Wi-SUN做為智慧電表B Route無線傳輸技術,有線通訊技術部分則是採用G3-PLC技術。 

日本在2016年4月開始實施電力徹底自由化制度,包含煤氣公司、電信公司、大型商社等業者,都可以成為電力供應公司,供一般家庭自由選擇。隨著此政策的施行,智慧電表需求水漲船高,預期至2023年,日本將有8,000萬戶安裝智慧電表,家庭用戶將能利用Wi-SUN通訊技術實現的HEMS來精準分析用電,經由B Route每6秒傳送1次資料,電力使用可以做到更精密的需量管理及分時計價,家庭用戶也可以根據各自需求採用適合的用電方案。  

台灣方面,台電已規畫2024年完成300萬戶智慧電表布建,未來結合HEMS,並搭配自動需量反應、智慧家庭、智慧城市等應用,可提供民眾查詢即時用電量、節電資訊及相關輔助加值服務等。 

Wi-SUN結合HAN 完善智慧家庭環境 

Wi-SUN技術為何能在眾多LPWAN競爭下雀屏中選為B Route技術?在由通訊、電力、模組、IC等約100家業者組成的Wi-SUN聯盟中,ROHM即為主要成員因此知之甚詳,李師誠說明,「Wi-SUN技術作用於低頻率920MHz,所以具備極佳的電波穿透力,訊號涵蓋範圍大,且在耗電量方面有出色表現。」 

如前所述,2013年Wi-SUN被日本電力公司採納為智慧電表與家庭能源管理系統溝通的通訊技術,更進一步地,日本於2015年1月制定了用以聯繫HEMS與家電產品的Wi-SUN HAN(Home Area Network)標準。相對於Wi-SUN為一對一通訊,Wi-SUN HAN則是一對多通訊規格,屬於家用區域網路(Home Area Network, HAN)專用的無線技術,用以連接閘道器和各式家電產品。藉由Wi-SUN HAN的串連,家庭閘道器可以控制各種電器及電子用品,智慧家庭環境更形完善。 

小型化Wi-SUN模組簡化布建 

針對Wi-SUN及Wi-SUN HAN,ROHM已開業界之先推出一系列小型化模組產品。ROHM台灣設計中心副主任工程師黃郁文強調,「ROHM的模組產品是採用集團內半導體公司LAPIS所製造的無線通訊IC,接收靈敏度相當高。」此一920MHz頻帶特定小功率無線模組系列,面積僅15mm×19mm,符合Wi-SUN規格的B Route與HAN規格,系列產品皆已通過日本電波法認證。 

該系列包含BP35A1、BP35C0、BP35C2等。其中,表面安裝小型Wi-SUN模組BP35C0可對應Wi-SUN Profile的B Route和HAN,適合使用於HEMS控制器或各種家電。BP35C2則是搭配表面安裝小型Wi-SUN模組BP35C0的USB無線網卡型產品,內建天線,無線功率已最佳化調整,李師誠說,「此網卡可直接插在家庭閘道器等物聯網機器的USB連接埠,簡單就能架構Wi-SUN環境(圖2)。」 

圖2 僅需將Wi-SUN網卡插在閘道器的USB連接埠,簡單就能架構Wi-SUN環境。
BP35A1也是可對應Wi-SUN的920MHz頻帶特定小功率無線模組,內建32bit高功率微控制器,可搭配各種HEMS裝置,且具備最適合HEMS的Wi-SUN用韌體,易於設備製造商使用。李師誠強調,該公司的模組產品已通過Wi-SUN HAN認證及CTBU認證。所謂CTBU(Certified Test Bed Unit)是指Wi-SUN聯盟所認可已參照標準的Wi-SUN無線模組。事實上,ROHM的Wi-SUN模組本身就是Wi-SUN聯盟的黃金樣本(Golden Sample)。 

降低Wi-SUN閘道器價格  提高使用意願 

在日本於2016年4月開放電力自由化後,原本預期智慧電表商機將迅速一飛衝天,但現實與期望卻有落差,究其原因在於Wi-SUN應用價格偏高,因此日本產業嘗試採用電信公司推廣手機的方式,僅收服務的月租費,應用設備則免費贈送或租給用戶,藉以推動服務的普及化。 

此外,為推動智慧家庭服務,更便宜及更方便安裝的Wi-SUN閘道器也是重要關鍵,如此才能加速Wi-SUN的普及,甚至是被日本以外的市場所接受。對此,ROHM與聯齊科技(NextDrive)攜手推出的閘道器NextDrive Wi-SUN Cube,就是為了滿足市場對於Wi-SUN閘道器的價格,以及簡單、小型、擴充性的期待。 

NextDrive Wi-SUN Cube是採用ROHM的外接天線小型表面安裝型Wi-SUN模組BP35C0,因此體積可以做到極小,且外觀設計極為簡潔,此產品做為家庭閘道器,可扮演智慧家庭控制中樞,也能結合智慧電表,同時支援智慧家庭服務及家庭能源管理系統,使用者透過手機應用程式就能隨時查看家中的用電情況、遠端遙控各種智慧家電。閘道器內建Wi-SUN、Wi-Fi、Bluetooth無線通訊,並提供溫濕度感測器、USB攝影機、紅外線遙控和智慧操作等功能,該產品符合ARIB STD-T108,並取得日本的無線電法認證。 

值得一提的,此產品的安裝相當便利,基本上就是將其插入牆壁電源插座即可(圖3),安裝手機應用程式後就能使用,不需進行繁瑣的設定程序。價格便宜及安裝的便利性,有利於提高市場的接受度。隨著日本的電力自由化及智慧電表的需求增加,預期NextDrive Wi-SUN Cube在日本市場將大有可為。 

圖3 插入牆壁電源插座就能使用的家庭閘道器,有利於智慧家庭服務的開展。
實現能源管理 創新加值應用 

透過NextDrive Wi-SUN Cube與智慧電表、家中電器產品的串連,除了能實現能源管理的目標外,更能衍生出各種創新智慧家庭應用。「家庭用電軌跡及用電量起伏,其實能透露許多訊息。」李師誠說,例如在高齡化社會中,銀髮族的獨居安全成為照護重點之一,但是在家中裝監視器似乎太過侵犯個人隱私,而從用電量異常來判斷獨居老人是否出現意外,就顯得較為顧及人性。日本已有電力公司提供此類服務。 

日本電力公司之所以能提供基於智慧電表、家庭閘道器的各種智慧家庭創新服務,前提在於電力自由化;開放各行各業都能從事電力供應服務,因而激發業者開發各種創新服務,透過提高附加價值來提升自身競爭力。現在,台灣的智慧電表B Route已決定採用Wi-SUN技術,標準的統一是第一步,接下來則期待在電力自由化的逐步實現下,能帶來更多智慧家庭的便利服務。

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