新一代（采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)）E360 系列智能電表

蘭吉爾（Landis&Gyr）：推出新一代（采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)）E360 系列智能電表

中國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)平臺(tái)

撰文 張春暉 翻譯 張震

2022年6月1日

2007年，蘭吉爾在國(guó)際上推出首款 E350系列智能電表：以互動(dòng)為特征的電網(wǎng)基礎(chǔ)測(cè)量及控制新技術(shù)，推進(jìn)國(guó)際上智能電網(wǎng)興起階段的建設(shè)。

2018年前后，為順應(yīng)國(guó)際上智能電網(wǎng)發(fā)展階段對(duì)計(jì)量和電力設(shè)備數(shù)據(jù)的新需求：部署全網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，解決海量數(shù)據(jù)通信不可靠問題，蘭吉爾：推出新一代（采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)）E360 系列智能電表，包括兩個(gè)新款式：E360 CT LTE 、E360 S2 系列智能電表。

本文的內(nèi)容是由網(wǎng)上有關(guān)蘭吉爾E360系列智能電表的英文稿，經(jīng)下載、翻譯后，再摘要、編輯而成。

1、E360系列智能電表解讀

1）E360 CT LTE 系列智能電表

— LTE：LTE是Long Term Evolution的縮寫，長(zhǎng)期演進(jìn)的意思，是網(wǎng)絡(luò)制式。

LTE項(xiàng)目是3G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過渡 ，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)。它改進(jìn)并增強(qiáng)3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326 M bit/s與上行86 M bit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

— LTE CAT：其全名為 LTEUE - Category。其中，LTE是4G LTE 網(wǎng)絡(luò)；UE是用戶設(shè)備；Category 等級(jí)，傳輸速率等級(jí)。就是用戶設(shè)備能夠支持的4G LTE 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的等級(jí)，可以說成是4G 網(wǎng)絡(luò)速率的一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

LTE CAT 影響的就是4G LTE 上行、下行網(wǎng)絡(luò)速率的上限。

在 LTE CAT 中，不僅有4、6兩個(gè)等級(jí)，CAT10 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用開發(fā)。其中：

?Category 4 ：最大下行傳輸速率 150 Mbps；最大上行速率 50 M bps。

?Category 6 ：最大下行速率300 M bps；最大上行速率 50 M bps。

?Category 10：最大下行速率 450 M bps；最大上行速率 100 M bps。

— E360 CT LTE 系列智能電表：支持物聯(lián)網(wǎng)的智能終端，啟用 LTE CAT M1/NB1和 NB2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

?LTE CAT NB1：也稱為窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT），是一種低功耗廣域（LPWA）技術(shù)，可以使用現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將各種設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)中。它可以使用高效、安全和可靠的方式來處理少量的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

NB-IOT只能用于固定小區(qū)，即限于在單個(gè)小區(qū)站點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)應(yīng)用。

NB-IOT通信技術(shù)：下行峰值速率250 k bps ；上行峰值速率250 k bps （多音）和20 k bps （單音）。

?LTE CAT M1/NB2:專為物聯(lián)網(wǎng)（IOT）和機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）通信而專門設(shè)計(jì)的新型低功耗廣域（LPWA）蜂窩技術(shù)，用于支持低于1M bps的下行數(shù)據(jù)速率的低到中等數(shù)據(jù)量應(yīng)用，并可以在半雙工或全雙工模式中使用；上行最大速率365k bps。

它具有從一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)向另一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)之間切換功能。

LTE CAT M1 技術(shù)能夠與2G、3G和4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共存。

?CAT M1/NB2 與 CAT NB-IOT/NB1 通信性能比較：

其一，數(shù)據(jù)傳輸量:CAT NB2 最適合于遠(yuǎn)距離傳輸中、低數(shù)據(jù)量；而 CAT NB1用于處理少量的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

其二，跨區(qū)切換：CAT NB2 支持蜂窩塔式跨區(qū)切換，應(yīng)用范圍廣；而CAT NB1 只適用于單個(gè)小區(qū)站點(diǎn)覆蓋的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)用受限。

其三，吞吐量：CAT NB2 使用1.4 MHz帶寬，具有足夠的吞吐量，可以將固件、軟件和其它安全更新傳輸?shù)絀OT設(shè)備；而 CAT NB1無法執(zhí)行。

注：吞吐量，通信系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際傳輸?shù)挠杏眯畔⒌臄?shù)目（bit）。

其四，CAT NB2 支持全雙工、半雙工，可以選擇半雙工來降低功耗并延長(zhǎng)電池壽命，上行和下行速率更快，降低延遲。

— CT:該系列智能電表用于低壓電網(wǎng)大容量計(jì)量，配置CT（電流互感器）。通常，低壓電網(wǎng)的電能表，采用單相、三相四線接線方式。

2）E360 S2 系列智能電表

該三相系列智能電表允許在SIM卡處理方面有更多的選擇，并且專為支持有線和無線M-Bus儀表和OMS4.xxx的多功能用例而設(shè)計(jì)配置。

3）E360 CT LTE 和 E360 S2 系列智能電表具有智能推送架構(gòu)，以確保近乎實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。

4）這些新一代智能電表提供全面的可互操作軟件、集成多種LTE 通信技術(shù)、端到端數(shù)據(jù)加密和基于角色的訪問，可在最惡劣的環(huán)境或最苛刻的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的AMI操作和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。這些說明，物聯(lián)網(wǎng)用例的邊緣，符合最高安全標(biāo)準(zhǔn)。

2、E360智能電表：為國(guó)際上智能電網(wǎng)公用事業(yè)發(fā)展提供最靈活、最高效的通信解決方案

1）引言

隨著先進(jìn)的E360智能電表的推出，Landis+Gyr推出了歐洲市場(chǎng)上最廣泛的通信產(chǎn)品，其產(chǎn)品組合從G3 PLC和P2P蜂窩擴(kuò)展到包括RF Mesh IP技術(shù)。

對(duì)公用事業(yè)公司來說，由于通信技術(shù)發(fā)展迅速，必須找到面向未來的通信解決方案，以便能夠輕松適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步和變化。當(dāng)今的智能計(jì)量通信要求不僅關(guān)注電表和智能計(jì)量系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，還關(guān)注創(chuàng)建完整的通信網(wǎng)絡(luò)，其中許多連接的設(shè)備和系統(tǒng)以通用且不同的方式相互通信。在考慮智能計(jì)量中的通信技術(shù)時(shí)，對(duì)連接和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的要求以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化，帶寬和安全性的要求是必不可少的方面。

為了滿足這些需求，Landis+Gyr不斷開發(fā)其Gridstream?解決方案。憑借新的模塊化E360智能電表，Landis+Gyr還通過新技術(shù) - RF Mesh IP擴(kuò)展了其在歐洲市場(chǎng)的通信產(chǎn)品組合。

2）E360儀表的RF Mesh IP 通信新技術(shù)

新型Landis+Gyr E360儀表旨在為公用事業(yè)提供先進(jìn)的通信解決方案，無論現(xiàn)場(chǎng)的地理、物理和技術(shù)條件如何。E360 在單一架構(gòu)中支持射頻網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、G3 PLC 和 P2P （4G LTE），同時(shí)允許在同一網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中使用多種通信技術(shù)。全面的產(chǎn)品組合，包括G3 PLC、P2P蜂窩和RF Mesh IP通信技術(shù)，支持公用事業(yè)公司創(chuàng)建經(jīng)濟(jì)高效的智能計(jì)量解決方案，為智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)做好準(zhǔn)備。

Landis+Gyr的RF Meshnet IP解決方案已在全球得到驗(yàn)證

與Landis+Gyr產(chǎn)品組合中的所有通信技術(shù)一樣，RF Mesh IP解決方案基于公認(rèn)的開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而為互操作性、連接性和靈活性奠定了基礎(chǔ)。Landis+Gyr面向歐洲市場(chǎng)的RF Mesh IP解決方案，是基于Ipv6的全球RF Mesh IP解決方案，適用于869 MHz以上的歐洲ISM頻段。RF Mesh IP通信的速度為50 kbps（在監(jiān)管限制范圍內(nèi)），可擴(kuò)展到200 kbps。

Landis+Gyr的RF Mesh IP技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，例如在北美、南美以及亞洲，Landis+Gyr目前參與了世界上最大的智能計(jì)量部署：在與日本東京電力公司的一個(gè)項(xiàng)目中，作為先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的一部分，已經(jīng)安裝了超過1100萬個(gè)計(jì)量點(diǎn)（總共2700萬個(gè)計(jì)量點(diǎn)）。該解決方案基于Landis + Gyr的IPv6多技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)使用RF Mesh IP，G3 PLC和P2P蜂窩通信連接公用事業(yè)和消費(fèi)類設(shè)備。彈性、可靠和自成型技術(shù)，無論使用RF Mesh IP，G3 PLC還是P2P蜂窩技術(shù)，都可以在智能計(jì)量中利用相同的多功能功能。這些功能包括消耗值、實(shí)時(shí)警報(bào)和事件、中斷檢測(cè)和恢復(fù)功能以及繼電器控制和遠(yuǎn)程儀表配置。眾所周知，射頻網(wǎng)格技術(shù)在具有良好射頻接收的郊區(qū)顯示出其優(yōu)勢(shì)。RF Mesh IP還為固件更新提供了有效的通信通道。此外，它還為實(shí)用程序提供了強(qiáng)大的功能，以通過使用新的網(wǎng)絡(luò)管理器應(yīng)用程序來監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

RF Mesh IP的優(yōu)勢(shì)還包括由于具有自動(dòng)路由功能，易于安裝和部署，這使得該技術(shù)具有自形成和自愈性。憑借其不斷尋求提高通信質(zhì)量的能力，該技術(shù)具有高度的彈性：電表（基于RF Mesh IP技術(shù)）自動(dòng)尋求智能計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖肪€。該功能被利用，例如，在鏈路中斷的情況下，儀表自動(dòng)找到通信的替代路由。憑借其跳頻特性，RF Mesh IP技術(shù)還具有高度的可靠性，因?yàn)樗鼘?duì)射頻干擾具有極強(qiáng)的耐受性。RF Mesh IP還具有自適應(yīng)功率控制功能，使其能夠?qū)鬏敼β收{(diào)整到盡可能低的水平。作為一種優(yōu)越的特性，Landis+Gyr RF Mesh IP采用優(yōu)勢(shì)技術(shù)，提高電表與網(wǎng)關(guān)之間直接連接的比例，減少跳頻。重復(fù)次數(shù)越少，網(wǎng)絡(luò)越快、越可靠。通過這種方式，RF Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎騊2P拓?fù)涓艘徊?，但成本更低。如果需要，任何Landis +Gyr的E360 RF Mesh智能電表都可以通過在電表中添加模塊靈活地更改為蜂窩P2P電表。

3）E360儀表的智能網(wǎng)關(guān)解決方案，降低成本

RF Mesh是一種具有成本效益的技術(shù)，其通信成本包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)關(guān)設(shè)備中SIM卡的訂閱費(fèi)。它利用869 MHz頻段以上的ISM頻段，從而消除了運(yùn)營(yíng)商的每月訂閱費(fèi)。通常，RF Mesh通信網(wǎng)絡(luò)包括智能電表和單獨(dú)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它們收集智能計(jì)量數(shù)據(jù)并將其傳送到智能計(jì)量系統(tǒng)。使用Landis+Gyr E360射頻網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)IP解決方案，無需單獨(dú)的射頻采集器或網(wǎng)關(guān)設(shè)備，因?yàn)橹恍杼砑泳W(wǎng)關(guān)模塊，儀表即可用作電表和網(wǎng)關(guān)。該模塊安裝簡(jiǎn)單快捷，無需切斷客戶的電力供應(yīng)。E360 通過射頻網(wǎng)格 IP 技術(shù)最大限度地降低了通信成本。這種方法使Landis+Gyr RF Mesh IP概念極具成本效益。

3、E360儀表：確保面向未來的設(shè)計(jì)

1）引言

智能電表的預(yù)期壽命約為15年。這期間，可能會(huì)發(fā)生很多事情。在能源行業(yè)，事情正在迅速發(fā)展。減少二氧化碳排放的目標(biāo)以及增加可再生能源份額或電動(dòng)汽車充電設(shè)施數(shù)量的需求，推動(dòng)了高效和安全能源管理領(lǐng)域的更快技術(shù)發(fā)展。

智能電表投資周期長(zhǎng)，智能電網(wǎng)發(fā)展快

因此，當(dāng)計(jì)量業(yè)務(wù)的漫長(zhǎng)投資周期遇到數(shù)字能源管理解決方案的動(dòng)態(tài)環(huán)境時(shí)，就遇到了必須解決的情況沖突。電表設(shè)計(jì)和固件結(jié)構(gòu)需要足夠靈活，以適應(yīng)新的要求，而無需對(duì)現(xiàn)有智能電表基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行復(fù)雜的重新參數(shù)化和重新認(rèn)證。

2）儀表模塊化固件設(shè)計(jì)

蘭吉爾在E360儀表的新固件設(shè)計(jì)中解決了這一挑戰(zhàn)。目標(biāo)是確保使公用事業(yè)公司能夠通過升級(jí)電表功能來滿足未來的智能電網(wǎng)解決方案需求，從而最大限度地提高其資產(chǎn)利用率。目前計(jì)費(fèi)和安全可能是現(xiàn)在的優(yōu)先事項(xiàng)，具有多個(gè)內(nèi)部和外部系統(tǒng)和數(shù)據(jù)源的復(fù)雜互連性的高級(jí)智能電網(wǎng)用例可能會(huì)在三年，五年或十年內(nèi)轉(zhuǎn)移到前臺(tái)。

儀表模塊化固件設(shè)計(jì)更進(jìn)一步。該設(shè)備需要被視為智能電網(wǎng)的一個(gè)組成部分，并應(yīng)作為整個(gè)解決方案堆棧的組件進(jìn)行管理。模塊化固件結(jié)構(gòu)使這成為可能。能夠?yàn)椴煌膽?yīng)用程序和數(shù)據(jù)使用者托管“功能塊”，再加上強(qiáng)化的安全方面，支持這種方法。

E360 具有通用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的基于 RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）的模塊化固件結(jié)構(gòu)，使升級(jí)更簡(jiǎn)單、更高效，可提供額外的容量，并為未來的系統(tǒng)集成敞開大門。根據(jù)MID標(biāo)準(zhǔn)，它不僅將固件中與法律相關(guān)的部分分開，當(dāng)某些內(nèi)容與非法律相關(guān)的部分發(fā)生更改時(shí)，需要重新認(rèn)證這些部分。這些“非法律相關(guān)部件”對(duì)測(cè)量精度沒有影響。因此公用事業(yè)公司在更新通信堆棧時(shí)不需要重新認(rèn)證其計(jì)量部分。固件的這種分離本身并不新鮮，但是對(duì)于E360，蘭吉爾進(jìn)一步推動(dòng)了這一概念。創(chuàng)建了不影響認(rèn)證的升級(jí)附加模塊，例如用于本地強(qiáng)制功能的國(guó)家/地區(qū)特定模塊和用于可選應(yīng)用的模塊。通過這樣做，我們還將最不穩(wěn)定的部分與更穩(wěn)定的部分分開，以減少在現(xiàn)場(chǎng)部署或操作調(diào)整方面的麻煩和干擾。

3）為未來的第三方提供參與的空間

為接下來的事情做好準(zhǔn)備：一個(gè)額外的固件模塊。這里的獨(dú)特之處在于一個(gè)額外的固件模塊，它為未來的發(fā)展提供了受控的余量，因?yàn)樾鹿δ艿拈_發(fā)方式和方式也在發(fā)生變化。今天，發(fā)展是與電表制造商合作，但在未來，這勢(shì)必會(huì)開放。第三方開發(fā)將進(jìn)入智能電網(wǎng)解決方案，因此，額外的模塊可以成為第三方應(yīng)用的空間。憑借重新設(shè)計(jì)的模塊化固件概念的靈活性，電表成為更大，快速移動(dòng)的能源管理環(huán)境的重要組成部分，同時(shí)依賴于其使用壽命的長(zhǎng)短。

4、本文點(diǎn)評(píng)：由蘭吉爾E360智能電表設(shè)計(jì)的啟示

E360儀表的設(shè)計(jì)特征是深度融入國(guó)際上智能電網(wǎng)發(fā)展階段的建設(shè)，適應(yīng)未來智能電網(wǎng)再發(fā)展的新需求。

1）E360:適應(yīng)當(dāng)下國(guó)際上智能電網(wǎng)發(fā)展的需求，不僅關(guān)注儀表和智能計(jì)量系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，還采用通信新技術(shù)，創(chuàng)立完整的通信網(wǎng)絡(luò)。由此，蘭吉爾推出基于IPv6的全球 RF Mesh IP通信解決方案，具有自適應(yīng)功能、自動(dòng)路由功能，具有自形成和自愈能力，自動(dòng)尋求智能計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂?。同時(shí)，還使用 G3 PLC 和P2P蜂窩通信連接公用事業(yè)公司和消費(fèi)者設(shè)備。

2）E360:適應(yīng)在智能電表使用壽命周期內(nèi)出現(xiàn)的新情況，采用基于RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）的模塊化固件設(shè)計(jì)，為未來系統(tǒng)集成鋪路。為此，不但按MID標(biāo)準(zhǔn)，將法制部分與非法制部分設(shè)計(jì)分開；而且，在非法制部分，將最不穩(wěn)定部分與更穩(wěn)定部分設(shè)計(jì)分開。

3）E360:為未來第三方應(yīng)用提供空間，即采用額外的固件模塊設(shè)計(jì)。這是很有預(yù)見性的設(shè)計(jì)觀念。

可以說，新一代E360智能電表設(shè)計(jì)比原E350儀表有諸多創(chuàng)新，可供國(guó)產(chǎn)高質(zhì)量智能電表出口產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參考。

聲明

本文為張春暉先生原創(chuàng)內(nèi)容，歡迎原文轉(zhuǎn)發(fā)，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)?jiān)谖恼麻_頭注明作者姓名并注明“本文轉(zhuǎn)載于中國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)微信公眾平臺(tái)，電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)微信公眾號(hào)為dianwangliangce”字樣

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