基于RapidSE平台构建ZigBee智能能源

　　在过去 10 年或更长时间里，电力公司一直在推动升级到智能电网，这为消费者提供了更多获取信息的途径，并为电力公司提供了管理电力需求的机会。这一推动促成了 ZigBee 智能能源开放标准的发展，并在北美的大多数智能电表中采用了 ZigBee 无线通信。智能能源标准已迅速发展，以允许智能电表或网关与家庭内的设备之间进行安全、稳健和可靠的通信。然而，设备和电器制造商有责任使他们的产品适应标准，并确保他们能够与 ZigBee 网络上的其他设备有效地互操作。

　　尽管对其产品的功能至关重要，但集成一个通用的开放标准可以说是设备或电器制造商开发工作中增值最少的组件，但它消耗的资源和时间却不成比例。不幸的是，那些可能擅长创造电器和设备的人通常缺乏无线和嵌入式技术方面的类似专业知识。具体来说，他们需要非常熟悉的智能能源标准，以便构建和支持强大且可互操作的解决方案。此外，随着智能能源的发展，供应商将不得不重新使用这些资源以符合标准的新迭代。

　　MMB Research 使这些公司能够跨越这一困难阶段，通过基于 RapidSE 平台构建的一系列智能能源产品和服务，以具有成本效益、及时、可靠和良好支持的方式将其产品带入智能能源市场。

　　RapidSE 嵌入式软件

　　RapidSE 嵌入式软件平台是 MMB 所有产品和服务的核心。它采用安装在 ZigBee 无线电芯片上的固件包的形式；在其当前和最常见的化身中，Ember EM357 芯片。

　　RapidSE 是一个全面实施的 ZigBee 智能能源应用程序，支持智能能源 1.1 规范中规定的所有功能。RapidSE 完全自动化智能能源规范规定的所有复杂功能和逻辑，将这些功能抽象为一组包含 RapidSE 串行协议的简单命令，OEM 客户设备中的处理器可以通过这些命令进行接口。

　　自动化和抽象应用层是智能能源实施中的一种新方法，但 RapidSE 的独特性不仅仅是重新定位智能能源智能。构建能够在现实世界中可靠运行的智能能源应用程序不仅仅是实现规范的问题。该规范仅定义了信息模型——而不是实际实现应用程序以管理该信息的最佳（或任何）方法。在 RapidSE 中，我们以高效、稳健和容错的方式实施了 Smart Energy——这是基于我们丰富的专业知识和经验的成就。

　　RapidSE 适合

　　的位置 下图说明了 RapidSE 适合所有 ZigBee 硬件和软件层并在其之间进行交互的位置。

　　应用层 | RapidSE

　　应用层位于网络堆栈之上，并提供堆栈和设备逻辑之间的接口。该层的位置取决于所使用的技术平台和开发者实现它的方法；应用层可以存在于主机设备的处理器上，与更简单的 ZigBee 无线电芯片交互，也可以存在于更高级的无线电芯片上，例如我们 RapidSE ZigBee 模块中使用的 Ember EM357。

　　智能能源配置文件所需的所有逻辑和功能都在此应用层内实现。该层是 MMB Research 独有的，极大地简化了 OEM 的 ZigBee 集成工作。

　　RapidSE 串行协议

　　MMB 产品专有的 RapidSE 串行协议是 OEM 设备的处理器（或在某些情况下，虚拟主机软件模块）与 RapidSE 软件接口的方式。它类似于 API。

　　一个例子可以帮助说明这种简化。考虑一个使用 RapidSE 的智能能源设备，例如恒温器，它想要加入用户的智能能源网络。用户通过按下设备上的按钮启动了加入过程。OEM设备

　　向嵌入式 RapidSE 模块发出带有一些参数的“加入网络”RapidSE 命令。

　　RapidSE 应用程序 ：

　　扫描网络的所有通道（除非指定了特定通道）。

　　筛选每个返回的信标以验证它是具有有效堆栈配置文件的合规网络。

　　尝试加入找到的网络。

　　如果网络拒绝它，则继续尝试加入在初始搜索期间找到的任何其他有效网络。

　　加入后，发现加入设备（通常是网络协调器）上的所有端点和集群（服务）。

　　验证所述设备至少支持强制的最小集群集。

　　启动 CBKE（基于证书的密钥建立，应用 ECC）。

　　搜索网络上的其他服务器集群（在多 ESI 网络的情况下）。

　　使用找到的任何服务器集群和主机指定它想要支持的服务进行注册。

　　调用各种“获取”查询命令（即获取预定价格、获取最后消息等）以确保设备具有来自网络上所有各种来源的最新智能能源信息。

　　处理对这些命令的任何响应，在将它们中继到主机之前验证它们的业务逻辑和安全性。

　　向主机报告成功加入。

　　OEM 设备现已加入 。

　　从这个示例中可以清楚地看出，RapidSE 应用程序通过根据 ZigBee 智能能源配置文件自动执行一系列必须发生的事件，从而大大减少了主机所需的输入量，从而消除了很大一部分开发负担。除了使用 RapidSE 串行协议带来的广泛简化之外，RapidSE 应用程序还让人相信该解决方案将能够与来自众多供应商的 Smart Energy 设备进行互操作。在上述许多步骤中，对 ZigBee 标准的不同解释可能会带来互操作性挑战。在 MMB，我们已经在测试实验室、公用事业试点和现场学到了这些经验，

　　RapidSE 咨询服务

　　虚拟主机是 RapidSE 独有的可选层，也是我们平台的关键优势。通常，开发人员会对他们的设备进行编程，以通过我们的 RapidSE 串行协议与我们的软件进行交互。对于开发新产品或为从未具有通信或控制功能的产品添加连接的客户而言，通常会出现这种情况。

　　在我们的虚拟主机层中，我们创建了使 RapidSE 适应绑定到旧系统的客户使用的预先存在的串行协议的能力。如果客户的协议具有与 Smart Energy 中存在的功能或命令相当相似的功能或命令，我们就可以创建与现有功能的逻辑映射。这允许开发人员集成 RapidSE 和 ZigBee Smart Energy，而无需对其硬件/软件进行任何修改，从而避免伴随的政治或官僚障碍。

　　为了利用这一优势，客户与我们签订了非重复性工程 （NRE） 合同，以编写与其协议兼容的虚拟主机层。

　　适应设备逻辑

　　设备逻辑是指 OEM 设备本身的智能和逻辑。这是唯一仍由 OEM 负责的部分；这是正确的，因为它是定义其特定设备独特行为的唯一部分。例如，RapidSE 可能会报告要求减少 25% 的负载，但只有 OEM 可以决定这对他们的设备意味着什么。不同设备逻辑的一些示例包括：

　　池泵 - 减少水流量

　　空调 - 调整温度设定点

　　能量显示 - 指示已收到事件

　　综合能源管理系统 - 协调各种设备以实现负载减少。

　　每个供应商都必须决定他们的设备如何与智能能源信息交互。事实上，这就是供应商的竞争优势所在。通常，此逻辑驻留在设备的处理器本身上。

　　是否总是需要定制？

　　我们已经讨论了虚拟主机、增值功能的合同工程以及其他定制。然而，我们也倾向于使用交钥匙和现成的术语来指代 RapidSE，这可能会造成一些混淆或导致人们相信 RapidSE 必须针对个别 OEM、产品或应用程序进行定制。

　　澄清一下，RapidSE 的工作方式与开箱即用的描述一样，是一种无需定制的全自动智能能源解决方案。然而，它也是一个可以适应客户需求的灵活平台。当今市场上独特应用程序的数量需要灵活性。借助 RapidSE，增值功能可以建立在我们平台已经执行的大量工作之上。此外，我们以多种方式适应了这种灵活性。虚拟主机使我们能够适应客户现有的产品；自定义集群允许我们代表客户开发自定义增值功能，以定制我们的软件；RapidSE 内置的自定义消息传递功能允许客户通过 RapidSE 传递他们自己的有效负载，如果他们希望将该功能添加到他们的设备。

　　定制示例

　　例如，一家自动化窗帘控制制造商与我们签订了合同，以开发一个完全定制的组件（包含我们的模块），该组件将使用他们预先存在的专有协议进行通信。除了节省时间之外，我们对 ZigBee 网络和 HAN 设备的了解使我们能够为这些项目（及其产品）开发实用且强大的测试和认证标准。但是，我们的服务不仅限于资源重新分配和测试。

　　RapidSE 使我们的客户能够跨越实现基线 ZigBee 连接所需的广泛活动，并利用我们的专业知识更直接地追求先进的增值开发。我们已经开发了一系列特定于制造商的增值功能并将其集成到他们基于 RapidSE 的应用程序中。

　　我们的合同服务使我们能够与客户互动，否则他们在整合我们的平台时会面临技术或政治障碍。有时，客户已经拥有我们可以努力适应的通信模块的专有或传统硬件配置。例如，负载控制器供应商已经设计了他们的产品以适应竞争硬件模块。我们能够快速构建“子板”，使我们的模块适应他们的插座——这是我们为各种供应商多次从事的任务。

　　结论

　　智能能源市场正在迅速发展。公用事业和电器供应商发现自己在其核心专业知识之外的领域开发产品，所有这些都是为了让消费者能够访问他们需要的信息和控制程度。鉴于以稳健可靠的解决方案快速进入市场的重要性，MMB 的 RapidSE 产品系列必不可少。RapidSE 通过将 ZigBee Smart Energy 的复杂功能和逻辑抽象到易于掌握的 RapidSE 串行协议中，显着减轻了开发负担，同时最大限度地提高了灵活性和与幕后不断发展的解决方案的互操作性。