KI920MHz頻段無線多跳通信系統(tǒng)設計

　　沖電氣(OKI)報道，沖電氣在日本首次成功開發(fā)了920MHz頻段(1)的無線多跳通信(2)系統(tǒng)。日本總務省計劃在2012年7月開放920MHz頻段，該頻段電波到達性高，有望成為智能社區(qū)、智能住宅、智能儀表(3)的無線多跳通信最適合的頻段。

　　利用信息通信技術進行電力等能量管理的智能電網(wǎng)正備受矚目。在地區(qū)內(nèi)、家庭內(nèi)靈活運用綠色電力的智能社區(qū)、智能住宅的研究也有很大進展。

　　為實現(xiàn)智能社區(qū)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) 和連接家庭、辦公室內(nèi)家電及電力設備的家庭局域網(wǎng) 構成，而無線多跳通信有望實現(xiàn)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，因此與通信會出現(xiàn)中斷的2.4GHz頻段相比，電波到達性高的920MHz頻段的使用受到關注。

　　沖電氣開發(fā)的無線多跳通信系統(tǒng)符合日本總務省正在審議的920MHz頻段IEEE802.15.4(4)標準，并在獲得實驗局許可后實施了驗證實驗。結果表明，以最大規(guī)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傳輸可實現(xiàn)半徑約150m范圍的直接通信。

　　今后沖電氣將以920MHz頻段無線多跳技術為基礎，不斷為智能社區(qū)、智能住宅和智能儀表的普及做貢獻。并通過將該技術靈活運用到防災、巡邏、醫(yī)療、護理等各種新型服務，努力實現(xiàn)更舒適、安全、放心的社會。今后，還將努力以該技術為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品化，同時為了使國際普及的ZigBee(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(xù)推動家電、電力設備、家庭網(wǎng)關等互聯(lián)性活動。

　　另外，沖電氣研究人員計劃將于9月14日在北海道大學舉辦的電子信息通信學會社會團體會(北海道札幌市)上進行此次開發(fā)成果的演講。

　　沖電氣開發(fā)的920MHz頻段無線多跳通信系統(tǒng)的特長

　　無線多跳通信技術，通過利用電波到達性高的920MHz頻段，可構筑覆蓋各個角落的大范圍網(wǎng)絡，無須選擇設置地點，即可實現(xiàn)穩(wěn)定的通信基礎設施。

　　1)規(guī)模大

　　降低因路徑探索造成的流量控制，通過研究重傳結構的設計，實現(xiàn)了無線設備臺數(shù)的擴展性。以這種方式可構筑一個基站由數(shù)千臺智能儀表等無線設備構成的大規(guī)模無線多跳網(wǎng)絡。由于基站數(shù)量減少，可降低系統(tǒng)的整體采用成本。沖電氣已擁有利用950MHz頻段通過100 臺規(guī)模的設備在室內(nèi)外實施評估驗證的業(yè)績，利用本系統(tǒng)預計可構筑擴展到數(shù)千臺的網(wǎng)絡。

　　2)可靠性高

　　針對因車輛等障礙物造成的小范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡連接的變化，沖電氣通過實施獨特的重傳控制和動態(tài)路徑控制提高無線設備間的連接性。而且通過各無線設備自動切換基站的功能，可抵抗基站故障或基站與中心之間的線路故障，即使在基站維護期間也能不中斷網(wǎng)絡繼續(xù)運行，因此可構筑易于維護的網(wǎng)絡。

　　3)節(jié)電

　　迄今為止利用ZigBee，帶中轉功能的路由器不間斷的運行實現(xiàn)了終端無線設備的節(jié)能。而IEEE802.15.4e的節(jié)電功能可讓路由器休眠。因此無須路由器的電源工程，系統(tǒng)整體節(jié)電效果也會提高。而且通過追加根據(jù)數(shù)據(jù)流自動調(diào)整休眠時間的功能，既可保持節(jié)電效果又能保證低延遲傳輸。另外，IEEE802.15.4e的標準化活動由于日本總務省實施的“網(wǎng)絡綜合控制系統(tǒng)標準化推進事業(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，實施了節(jié)電功能的驗證實驗。

　　4)設置簡單

　　利用自動路徑構筑功能，自動連接臨時設置的基站或無線設備，即可輕松構筑網(wǎng)絡。因此可低成本提供災害時臨時設置的網(wǎng)絡。另外，在無線多跳通信中，智能儀表和智能住宅在采用初期無線設備的設置密度如果過低，會出現(xiàn)中繼路徑不足、網(wǎng)絡不穩(wěn)定的問題。但開發(fā)了根據(jù)設置間隔自動調(diào)整傳輸輸出的功能后，從采用初期開始即可實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡運行。特別是此次向920MHz頻段轉換時，由于傳輸輸出的上限松動，可使用更高輸出，因此即使在設置間隔寬闊的場所也可使用無線多跳通信。

　　用語解釋

　　(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、醫(yī)院等障礙物較多的場所及室外使用。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，有望通過國際合作活化市場。而且傳輸輸出也可從以往的10mW擴大到20mW甚至250mW。

　　(2) 無線多跳通信

　　通過其它無線通信設備，像接力一樣傳輸數(shù)據(jù)的方法稱為無線多跳通信。由于沒有基站等通信基礎設施也能進行通信，因此被廣泛應用于傳感網(wǎng)絡等。

　　(3) 智能社區(qū)、智能住宅、智能儀表

　　為降低對穩(wěn)定的日本供電網(wǎng)的影響，同時為普及可再生能源，以有效管理地區(qū)和家庭內(nèi)部能源、建設更舒適的社會為目的，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省正在推行智能社區(qū)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，通過家庭內(nèi)耗電量的可視化，不僅推動節(jié)電，而且在電力需求高峰時控制家電來降低耗電量，將太陽能發(fā)電的剩余電力儲存在蓄電池或電力汽車中，并在傍晚后使用的方法將會普及。

　　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，從單純的自動查表到能量控制，種類范圍廣泛?，F(xiàn)在，各電力公司和燃氣公司針對智能儀表的采用正在推進各種驗證實驗。另外，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省針對智能儀表的早期采用，正實施“智能儀表制度研討會”等各種措施。

　　(4) ZigBee、IEEE802.15.4

　　傳感網(wǎng)絡等無線多跳通信，作為國際標準，無線方式廣泛使用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，追加了被稱為IEEE802.15.4d的物理層的修正標準，沖電氣進行了主要評議并于2009年完成標準化。對智能儀表的物理層的修正標準被稱為IEEE802.15.4g，為2011年12月完成標準化正進行最終評議。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(jié)電功能等內(nèi)容，也計劃于2011年12月完成標準化。

　　智能住宅市場中，雖然ZigBee smart energy profile協(xié)議已經(jīng)普及，但為了920MHz頻段也能使用，相關部門正在研討ZigBee SIG-J。