基于RapidSE平臺(tái)構(gòu)建ZigBee智能能源

　　在過(guò)去 10 年或更長(zhǎng)時(shí)間里，電力公司一直在推動(dòng)升級(jí)到智能電網(wǎng)，這為消費(fèi)者提供了更多獲取信息的途徑，并為電力公司提供了管理電力需求的機(jī)會(huì)。這一推動(dòng)促成了 ZigBee 智能能源開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，并在北美的大多數(shù)智能電表中采用了 ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信。智能能源標(biāo)準(zhǔn)已迅速發(fā)展，以允許智能電表或網(wǎng)關(guān)與家庭內(nèi)的設(shè)備之間進(jìn)行安全、穩(wěn)健和可靠的通信。然而，設(shè)備和電器制造商有責(zé)任使他們的產(chǎn)品適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并確保他們能夠與 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備有效地互操作。

　　盡管對(duì)其產(chǎn)品的功能至關(guān)重要，但集成一個(gè)通用的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)可以說(shuō)是設(shè)備或電器制造商開(kāi)發(fā)工作中增值最少的組件，但它消耗的資源和時(shí)間卻不成比例。不幸的是，那些可能擅長(zhǎng)創(chuàng)造電器和設(shè)備的人通常缺乏無(wú)線(xiàn)和嵌入式技術(shù)方面的類(lèi)似專(zhuān)業(yè)知識(shí)。具體來(lái)說(shuō)，他們需要非常熟悉的智能能源標(biāo)準(zhǔn)，以便構(gòu)建和支持強(qiáng)大且可互操作的解決方案。此外，隨著智能能源的發(fā)展，供應(yīng)商將不得不重新使用這些資源以符合標(biāo)準(zhǔn)的新迭代。

　　MMB Research 使這些公司能夠跨越這一困難階段，通過(guò)基于 RapidSE 平臺(tái)構(gòu)建的一系列智能能源產(chǎn)品和服務(wù)，以具有成本效益、及時(shí)、可靠和良好支持的方式將其產(chǎn)品帶入智能能源市場(chǎng)。

　　RapidSE 嵌入式軟件

　　RapidSE 嵌入式軟件平臺(tái)是 MMB 所有產(chǎn)品和服務(wù)的核心。它采用安裝在 ZigBee 無(wú)線(xiàn)電芯片上的固件包的形式；在其當(dāng)前和最常見(jiàn)的化身中，Ember EM357 芯片。

　　RapidSE 是一個(gè)全面實(shí)施的 ZigBee 智能能源應(yīng)用程序，支持智能能源 1.1 規(guī)范中規(guī)定的所有功能。RapidSE 完全自動(dòng)化智能能源規(guī)范規(guī)定的所有復(fù)雜功能和邏輯，將這些功能抽象為一組包含 RapidSE 串行協(xié)議的簡(jiǎn)單命令，OEM 客戶(hù)設(shè)備中的處理器可以通過(guò)這些命令進(jìn)行接口。

　　自動(dòng)化和抽象應(yīng)用層是智能能源實(shí)施中的一種新方法，但 RapidSE 的獨(dú)特性不僅僅是重新定位智能能源智能。構(gòu)建能夠在現(xiàn)實(shí)世界中可靠運(yùn)行的智能能源應(yīng)用程序不僅僅是實(shí)現(xiàn)規(guī)范的問(wèn)題。該規(guī)范僅定義了信息模型——而不是實(shí)際實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序以管理該信息的最佳（或任何）方法。在 RapidSE 中，我們以高效、穩(wěn)健和容錯(cuò)的方式實(shí)施了 Smart Energy——這是基于我們豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的成就。

　　RapidSE 適合

　　的位置 下圖說(shuō)明了 RapidSE 適合所有 ZigBee 硬件和軟件層并在其之間進(jìn)行交互的位置。

　　應(yīng)用層 | RapidSE

　　應(yīng)用層位于網(wǎng)絡(luò)堆棧之上，并提供堆棧和設(shè)備邏輯之間的接口。該層的位置取決于所使用的技術(shù)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)它的方法；應(yīng)用層可以存在于主機(jī)設(shè)備的處理器上，與更簡(jiǎn)單的 ZigBee 無(wú)線(xiàn)電芯片交互，也可以存在于更高級(jí)的無(wú)線(xiàn)電芯片上，例如我們 RapidSE ZigBee 模塊中使用的 Ember EM357。

　　智能能源配置文件所需的所有邏輯和功能都在此應(yīng)用層內(nèi)實(shí)現(xiàn)。該層是 MMB Research 獨(dú)有的，極大地簡(jiǎn)化了 OEM 的 ZigBee 集成工作。

　　RapidSE 串行協(xié)議

　　MMB 產(chǎn)品專(zhuān)有的 RapidSE 串行協(xié)議是 OEM 設(shè)備的處理器（或在某些情況下，虛擬主機(jī)軟件模塊）與 RapidSE 軟件接口的方式。它類(lèi)似于 API。

　　一個(gè)例子可以幫助說(shuō)明這種簡(jiǎn)化?？紤]一個(gè)使用 RapidSE 的智能能源設(shè)備，例如恒溫器，它想要加入用戶(hù)的智能能源網(wǎng)絡(luò)。用戶(hù)通過(guò)按下設(shè)備上的按鈕啟動(dòng)了加入過(guò)程。OEM設(shè)備

　　向嵌入式 RapidSE 模塊發(fā)出帶有一些參數(shù)的“加入網(wǎng)絡(luò)”RapidSE 命令。

　　RapidSE 應(yīng)用程序 ：

　　掃描網(wǎng)絡(luò)的所有通道（除非指定了特定通道）。

　　篩選每個(gè)返回的信標(biāo)以驗(yàn)證它是具有有效堆棧配置文件的合規(guī)網(wǎng)絡(luò)。

　　嘗試加入找到的網(wǎng)絡(luò)。

　　如果網(wǎng)絡(luò)拒絕它，則繼續(xù)嘗試加入在初始搜索期間找到的任何其他有效網(wǎng)絡(luò)。

　　加入后，發(fā)現(xiàn)加入設(shè)備（通常是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器）上的所有端點(diǎn)和集群（服務(wù)）。

　　驗(yàn)證所述設(shè)備至少支持強(qiáng)制的最小集群集。

　　啟動(dòng) CBKE（基于證書(shū)的密鑰建立，應(yīng)用 ECC）。

　　搜索網(wǎng)絡(luò)上的其他服務(wù)器集群（在多 ESI 網(wǎng)絡(luò)的情況下）。

　　使用找到的任何服務(wù)器集群和主機(jī)指定它想要支持的服務(wù)進(jìn)行注冊(cè)。

　　調(diào)用各種“獲取”查詢(xún)命令（即獲取預(yù)定價(jià)格、獲取最后消息等）以確保設(shè)備具有來(lái)自網(wǎng)絡(luò)上所有各種來(lái)源的最新智能能源信息。

　　處理對(duì)這些命令的任何響應(yīng)，在將它們中繼到主機(jī)之前驗(yàn)證它們的業(yè)務(wù)邏輯和安全性。

　　向主機(jī)報(bào)告成功加入。

　　OEM 設(shè)備現(xiàn)已加入 。

　　從這個(gè)示例中可以清楚地看出，RapidSE 應(yīng)用程序通過(guò)根據(jù) ZigBee 智能能源配置文件自動(dòng)執(zhí)行一系列必須發(fā)生的事件，從而大大減少了主機(jī)所需的輸入量，從而消除了很大一部分開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)。除了使用 RapidSE 串行協(xié)議帶來(lái)的廣泛簡(jiǎn)化之外，RapidSE 應(yīng)用程序還讓人相信該解決方案將能夠與來(lái)自眾多供應(yīng)商的 Smart Energy 設(shè)備進(jìn)行互操作。在上述許多步驟中，對(duì) ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的不同解釋可能會(huì)帶來(lái)互操作性挑戰(zhàn)。在 MMB，我們已經(jīng)在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、公用事業(yè)試點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)學(xué)到了這些經(jīng)驗(yàn)，

　　RapidSE 咨詢(xún)服務(wù)

　　虛擬主機(jī)是 RapidSE 獨(dú)有的可選層，也是我們平臺(tái)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。通常，開(kāi)發(fā)人員會(huì)對(duì)他們的設(shè)備進(jìn)行編程，以通過(guò)我們的 RapidSE 串行協(xié)議與我們的軟件進(jìn)行交互。對(duì)于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或?yàn)閺奈淳哂型ㄐ呕蚩刂乒δ艿漠a(chǎn)品添加連接的客戶(hù)而言，通常會(huì)出現(xiàn)這種情況。

　　在我們的虛擬主機(jī)層中，我們創(chuàng)建了使 RapidSE 適應(yīng)綁定到舊系統(tǒng)的客戶(hù)使用的預(yù)先存在的串行協(xié)議的能力。如果客戶(hù)的協(xié)議具有與 Smart Energy 中存在的功能或命令相當(dāng)相似的功能或命令，我們就可以創(chuàng)建與現(xiàn)有功能的邏輯映射。這允許開(kāi)發(fā)人員集成 RapidSE 和 ZigBee Smart Energy，而無(wú)需對(duì)其硬件/軟件進(jìn)行任何修改，從而避免伴隨的政治或官僚障礙。

　　為了利用這一優(yōu)勢(shì)，客戶(hù)與我們簽訂了非重復(fù)性工程 （NRE） 合同，以編寫(xiě)與其協(xié)議兼容的虛擬主機(jī)層。

　　適應(yīng)設(shè)備邏輯

　　設(shè)備邏輯是指 OEM 設(shè)備本身的智能和邏輯。這是唯一仍由 OEM 負(fù)責(zé)的部分；這是正確的，因?yàn)樗嵌x其特定設(shè)備獨(dú)特行為的唯一部分。例如，RapidSE 可能會(huì)報(bào)告要求減少 25% 的負(fù)載，但只有 OEM 可以決定這對(duì)他們的設(shè)備意味著什么。不同設(shè)備邏輯的一些示例包括：

　　池泵 - 減少水流量

　　空調(diào) - 調(diào)整溫度設(shè)定點(diǎn)

　　能量顯示 - 指示已收到事件

　　綜合能源管理系統(tǒng) - 協(xié)調(diào)各種設(shè)備以實(shí)現(xiàn)負(fù)載減少。

　　每個(gè)供應(yīng)商都必須決定他們的設(shè)備如何與智能能源信息交互。事實(shí)上，這就是供應(yīng)商的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)所在。通常，此邏輯駐留在設(shè)備的處理器本身上。

　　是否總是需要定制？

　　我們已經(jīng)討論了虛擬主機(jī)、增值功能的合同工程以及其他定制。然而，我們也傾向于使用交鑰匙和現(xiàn)成的術(shù)語(yǔ)來(lái)指代 RapidSE，這可能會(huì)造成一些混淆或?qū)е氯藗兿嘈?RapidSE 必須針對(duì)個(gè)別 OEM、產(chǎn)品或應(yīng)用程序進(jìn)行定制。

　　澄清一下，RapidSE 的工作方式與開(kāi)箱即用的描述一樣，是一種無(wú)需定制的全自動(dòng)智能能源解決方案。然而，它也是一個(gè)可以適應(yīng)客戶(hù)需求的靈活平臺(tái)。當(dāng)今市場(chǎng)上獨(dú)特應(yīng)用程序的數(shù)量需要靈活性。借助 RapidSE，增值功能可以建立在我們平臺(tái)已經(jīng)執(zhí)行的大量工作之上。此外，我們以多種方式適應(yīng)了這種靈活性。虛擬主機(jī)使我們能夠適應(yīng)客戶(hù)現(xiàn)有的產(chǎn)品；自定義集群允許我們代表客戶(hù)開(kāi)發(fā)自定義增值功能，以定制我們的軟件；RapidSE 內(nèi)置的自定義消息傳遞功能允許客戶(hù)通過(guò) RapidSE 傳遞他們自己的有效負(fù)載，如果他們希望將該功能添加到他們的設(shè)備。

　　定制示例

　　例如，一家自動(dòng)化窗簾控制制造商與我們簽訂了合同，以開(kāi)發(fā)一個(gè)完全定制的組件（包含我們的模塊），該組件將使用他們預(yù)先存在的專(zhuān)有協(xié)議進(jìn)行通信。除了節(jié)省時(shí)間之外，我們對(duì) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和 HAN 設(shè)備的了解使我們能夠?yàn)檫@些項(xiàng)目（及其產(chǎn)品）開(kāi)發(fā)實(shí)用且強(qiáng)大的測(cè)試和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。但是，我們的服務(wù)不僅限于資源重新分配和測(cè)試。

　　RapidSE 使我們的客戶(hù)能夠跨越實(shí)現(xiàn)基線(xiàn) ZigBee 連接所需的廣泛活動(dòng)，并利用我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)更直接地追求先進(jìn)的增值開(kāi)發(fā)。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列特定于制造商的增值功能并將其集成到他們基于 RapidSE 的應(yīng)用程序中。

　　我們的合同服務(wù)使我們能夠與客戶(hù)互動(dòng)，否則他們?cè)谡衔覀兊钠脚_(tái)時(shí)會(huì)面臨技術(shù)或政治障礙。有時(shí)，客戶(hù)已經(jīng)擁有我們可以努力適應(yīng)的通信模塊的專(zhuān)有或傳統(tǒng)硬件配置。例如，負(fù)載控制器供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)計(jì)了他們的產(chǎn)品以適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)硬件模塊。我們能夠快速構(gòu)建“子板”，使我們的模塊適應(yīng)他們的插座——這是我們?yōu)楦鞣N供應(yīng)商多次從事的任務(wù)。

　　結(jié)論

　　智能能源市場(chǎng)正在迅速發(fā)展。公用事業(yè)和電器供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)自己在其核心專(zhuān)業(yè)知識(shí)之外的領(lǐng)域開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，所有這些都是為了讓消費(fèi)者能夠訪(fǎng)問(wèn)他們需要的信息和控制程度。鑒于以穩(wěn)健可靠的解決方案快速進(jìn)入市場(chǎng)的重要性，MMB 的 RapidSE 產(chǎn)品系列必不可少。RapidSE 通過(guò)將 ZigBee Smart Energy 的復(fù)雜功能和邏輯抽象到易于掌握的 RapidSE 串行協(xié)議中，顯著減輕了開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)，同時(shí)最大限度地提高了靈活性和與幕后不斷發(fā)展的解決方案的互操作性。