北京2019年6月25日 /美通社/ -- 伴隨著近期的技術(shù)進(jìn)步和向數(shù)字電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的浪潮，無(wú)線連接作為電網(wǎng)設(shè)備有線連接的拓展正在日益獲得人們的關(guān)注。這些電網(wǎng)設(shè)備包括斷路器、并網(wǎng)設(shè)備、光伏逆變器、電動(dòng)汽車充電器和其它資產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等。如果它能縮短電網(wǎng)保護(hù)與控制的部署時(shí)間，則無(wú)線連接對(duì)于分布式能源資源管理和電網(wǎng)資產(chǎn)健康監(jiān)控可說(shuō)是成本誘人的解決方案。

諸如Wi-Fi、Sub-1 GHz和藍(lán)牙^®低能量及多頻段標(biāo)準(zhǔn)等無(wú)線技術(shù)，能夠在可管理的功率水平流式傳送大量數(shù)據(jù)。用戶能夠通過(guò)藉由資產(chǎn)或云訪問(wèn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，無(wú)縫監(jiān)控、保護(hù)和控制本地或遠(yuǎn)程電網(wǎng)設(shè)備，而不犧牲電網(wǎng)安全性。用戶可以輕松地為現(xiàn)有設(shè)備改裝無(wú)線資產(chǎn)監(jiān)控，而省去了因?yàn)榉笤O(shè)地下電纜所帶來(lái)的復(fù)雜性。

請(qǐng)閱讀德州儀器新發(fā)布的白皮書“結(jié)合利用有線和無(wú)線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互操作性”。

本文會(huì)討論在將Wi-Fi與電網(wǎng)設(shè)備融合時(shí)需要考慮的五大關(guān)鍵注意事項(xiàng)。

第1個(gè)注意事項(xiàng)：選擇Wi-Fi架構(gòu)

選擇合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，取決于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的類型及資產(chǎn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和終端用戶的位置。您有兩種架構(gòu)可以選擇：

• 連接至外部接入點(diǎn)（AP）和/或云。如果您想要連接至已經(jīng)建立的外部AP和訪問(wèn)云數(shù)據(jù)，則帶有Wi-Fi裝置的設(shè)備，例如德州儀器的CC3235S、CC3235SF 或CC3220S和CC3220SF，可配置為站級(jí)（STA）模式。該設(shè)備連接至已經(jīng)搭建好的外部AP。電網(wǎng)資產(chǎn)可以與遠(yuǎn)程手持設(shè)備往返發(fā)送或接收信息，遠(yuǎn)程手持設(shè)備則連接至同一AP或互聯(lián)網(wǎng)，如圖 1所示。

圖1：通過(guò)外部AP實(shí)現(xiàn)云連接

• 連接至本地網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于私有網(wǎng)絡(luò)，如果您希望網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最小化，以防止外部入侵或如果外部AP不可得，TI設(shè)備能夠搭建其自己的本地網(wǎng)絡(luò)并與其它資產(chǎn)通信。一個(gè)設(shè)備設(shè)置為AP，其它STA模式的設(shè)備連接至AP，如圖 2所示。您可以在搭建網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)本地維護(hù)對(duì)資產(chǎn)和數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。此架構(gòu)將連接至一個(gè)SimpleLink? AP的站數(shù)量限制為四個(gè)。

圖2：設(shè)備通過(guò)SimpleLink AP接入網(wǎng)絡(luò)

第2個(gè)注意事項(xiàng)：配置

配置是為設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)登錄資料的過(guò)程，以便設(shè)備能夠首次連接至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。CC3220和CC3235提供兩種安全的配置方式：

• AP配置。在該模式下，未經(jīng)過(guò)配置的Wi-Fi設(shè)備初次是作為AP被喚醒的。這使得設(shè)備能夠創(chuàng)建其自己的具有預(yù)定義網(wǎng)絡(luò)名稱的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，讓用戶可以連接至外部設(shè)備并添加配置文件以配置該設(shè)備。通過(guò)這種模式，用戶應(yīng)該知道連接至哪個(gè)設(shè)備，以加密鑒權(quán)方式進(jìn)行配置。
• SmartConfig?配置。這是TI專有的配置方式。它利用智能手機(jī)或平板電腦來(lái)向未經(jīng)過(guò)配置的TI Wi-Fi設(shè)備廣播網(wǎng)絡(luò)登錄資料。該設(shè)備會(huì)在掃描SmartConfig廣播的同時(shí)以STA或AP模式運(yùn)行。

第3個(gè)注意事項(xiàng)：數(shù)據(jù)傳輸

Wi-Fi連接的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一是按需訪問(wèn)大型電網(wǎng)數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)可以包括諸如相電壓、電流、功率等參數(shù)，及工作溫度、振動(dòng)和絕緣擊穿等因素，因而可指示資產(chǎn)的健康情況。數(shù)據(jù)還可以用于監(jiān)控系統(tǒng)/設(shè)備狀態(tài)。

對(duì)于其它應(yīng)用，通過(guò)經(jīng)由云向遠(yuǎn)程電網(wǎng)資產(chǎn)發(fā)送指令的方式，無(wú)線接入支持控制設(shè)備的設(shè)置。此外，還可以利用無(wú)線更新方式通過(guò)云來(lái)更新設(shè)備固件。

第4個(gè)注意事項(xiàng)：功耗

雖然接入電源不是擔(dān)心的問(wèn)題，但是過(guò)去幾十年來(lái)，使無(wú)線子系統(tǒng)電流消耗最低，也是伴隨著大部分電網(wǎng)資產(chǎn)運(yùn)行的重要課題。Wi-Fi技術(shù)的平均功耗取決于包括數(shù)據(jù)規(guī)模、間隔和延時(shí)在內(nèi)的多種因素。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸間隔與延時(shí)，有兩種運(yùn)行模式可以選擇：

該設(shè)備處于“永遠(yuǎn)連接”模式，能夠?qū)?yīng)用的延時(shí)降至最低。它按規(guī)定的時(shí)間間隔從AP接收信標(biāo)。使用長(zhǎng)睡眠間隔（LSI）策略的設(shè)置，在兩個(gè)信標(biāo)之間會(huì)啟用低功耗深睡眠（LPDS）模式。AP可以在兩個(gè)信標(biāo)間隔期間請(qǐng)求數(shù)據(jù)，因?yàn)镾TA一直處于偵聽(tīng)模式。另外，必要時(shí)，STA能在兩個(gè)信標(biāo)間隔期間傳輸數(shù)據(jù)。此模式期間的電流消耗特征如下所示。

- CC3220 Wi-Fi MCU解決方案的平均電流消耗為~700 µA（0.1s 信標(biāo)），有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)為2 mA。
- 電源應(yīng)設(shè)計(jì)為適應(yīng)尖峰負(fù)荷，如表 1所示。

• 設(shè)備可以設(shè)置為“間歇性連接”模式，這能使以較長(zhǎng)間隔（≥10s）傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用的功耗降至最低。不過(guò)，在此種模式下，AP不能請(qǐng)求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)請(qǐng)求由STA發(fā)起。STA需時(shí)~250 ms喚醒并建立連接。

表1：CC3220 Wi-Fi功耗圖表

第5個(gè)注意事項(xiàng)：可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)安全性

安全性是電網(wǎng)的首要議題，它可減輕來(lái)自未經(jīng)授權(quán)用戶訪問(wèn)敏感數(shù)據(jù)和控制電網(wǎng)設(shè)備的威脅。一個(gè)暴露于威脅之下的弱點(diǎn)是電網(wǎng)設(shè)備接入云端的網(wǎng)絡(luò)層。德州儀器的SimpleLink Wi-Fi設(shè)備支持不同級(jí)別連接的網(wǎng)絡(luò)安全性、本地局域網(wǎng)（LAN）安全性和物理設(shè)備層安全性。有關(guān)設(shè)備安全功能的詳細(xì)信息，請(qǐng)查閱應(yīng)用報(bào)告。

TI的下一代SimpleLink Wi-Fi設(shè)備

CC3235S和CC3235SF SimpleLink Wi-Fi設(shè)備支持5 GHz及2.4 Ghz，可與藍(lán)牙^®低能量/2.4 GHz共存。盡管安全性是無(wú)線通信的最大挑戰(zhàn)之一，但是諸如硬件加密加速器、文件加密、文件鑒權(quán)、克隆保護(hù)和安全引導(dǎo)等技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)融入到CC3235S和CC3235SF中，這有助防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問(wèn)和控制電網(wǎng)設(shè)備。這些設(shè)備通過(guò)了聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)（FIPS）140-2 1級(jí)認(rèn)證，并且采用高達(dá)16個(gè)并發(fā)安全套階層技術(shù)，可提供增強(qiáng)的安全性。

結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)工程師可以使用Wi-Fi連接，作為有線連接以外的擴(kuò)展或冗余通信路徑。Wi-Fi可用于增強(qiáng)連接性，以便通過(guò)云端從遠(yuǎn)程位置監(jiān)測(cè)和控制任何資產(chǎn)。德州儀器的CC3220S、CC3220SF、CC3235S和CC3235SF Wi-Fi無(wú)線設(shè)備，與集成式網(wǎng)絡(luò)處理器、應(yīng)用處理器（ARM^® Cortex^®-M4）、豐富的安全功能和德州儀器的參考合計(jì)結(jié)合使用，可輕松、快捷和安全地添加至民用電網(wǎng)設(shè)備或子站電網(wǎng)設(shè)備的Wi-Fi連接。

其他資源

• 查閱德州儀器的參考設(shè)計(jì)“萬(wàn)物互聯(lián)型電網(wǎng)參考設(shè)計(jì)：通過(guò)Wi-Fi^®把斷路器和傳感器連接至其它設(shè)備。”
• 請(qǐng)閱讀德州儀器的電子書“打造應(yīng)用時(shí)牢記安全性。”