在最基本的層面來看，智能電網生產清潔、可持續(xù)的電力并智能地管理這些電力的配送和使用時有兩個主要的基本任務。遷移至清潔發(fā)電需要許多年才能實現(xiàn)，同時還需要數(shù)十億美元的投資。另一方面，這意味著智能管理電力配送并降低每個人的電力消耗量目前暫時無法實現(xiàn)，如果我們希望滿足不斷增長的全球電力需求，那么使新型的清潔發(fā)電資源投入使用非常關鍵。電力公司為了智能地平衡和配送電力，需要能夠了解電力消耗地點、消耗量和消耗時間。為了具備這一能力，智能電網的一個基本特性是建立電力配送網絡，以便在配電設施和電力消耗地點之間同時支持電力和通信功能的雙向流動。更詳細地來說，這種雙向通信方式從配電中心擴展至城區(qū)或附近街區(qū)，然后連接至通過電表與智能電網連接的個人住宅和企業(yè)，進而連接到樓宇內部的各個設備。圖1所示為該電力網絡。就像每臺計算機、打印機、存儲系統(tǒng)和服務器通過以太網或無線以太網(Wi-Fi)網絡連接一樣，智能電網把傳輸、監(jiān)控和消耗電力的設備連接在一起，它使用多種新的智能電網網絡標準，包括PLC、M-Bus、ZigBee®技術和SmartEnergy1.0。

面向能源管理和控制的網絡智能網關(pdf)

智能電網設備使電力公司可以從智能電表中采集客戶的使用數(shù)據，在圖1中由圖中央的計量符號表示。智能電表的升級正在逐步進行，最初集成了短距離RF技術，它允許“近旁”采集電表讀數(shù)，節(jié)省了時間并提高了精確度。

圖1-家庭局域網

接下來，智能電表的改進趨勢是完全不再需要移動現(xiàn)場人員采集電表數(shù)據。最新一輪的智能電表改進是基于標準通信技術，由高級計量架構(advancedmeteringinfrastructureAMI)組織推動?；跇藴实耐ㄐ偶夹g的使用為現(xiàn)有家庭網絡平臺敞開大門，例如住宅網關和寬帶AP路由器，使其也納入了支持范圍。這種新的平臺類型被稱為“智能能源網關”或“家庭能源網關”，代表了家庭局域網(HAN)的核心。

為了使住宅網關作為智能能源網關使用，必須實施的主要改變是使其支持已經在智能電表中采納的、用于通信的PHY和協(xié)議。智能電表中使用的PHY包括PLC、ZigBee和802.11。相關通信協(xié)議還包括歐洲市場上的DLMS、SmartEnergy1.0和M-Bus。對智能能源網關的設計來說，集成這些PHY并支持與其相關的通信協(xié)議是主要要求。這些相同的PHY技術在HAN中被越來越多地快速采用，以便支持家庭自動化連接，包括家用電器、照明設備、安保系統(tǒng)和健康監(jiān)控設備，如圖1所示。AMI組織和家用電器制造商協(xié)會(AssociationofHomeAppliancemanufacturersAHAM)均對這一技術實施提供指導。智能能源網關的設計也必須融入其他注意事項，包括支持廣域網(WAN)接入，另外還需要具備可以通過互聯(lián)HAN器件實施訪問、監(jiān)控和控制的用戶界面(UI)，也許這是最重要的。

最后一個因素需要特別注意。如果消費者希望成功地管理和節(jié)省他們使用的能源，那么在HAN中訪問、監(jiān)控和控制器件是非常重要的功能。UI必須允許客戶明確了解他們使用了多少能源，電力公司為此收取了多少費用，并且提供在需要時能夠通過HAN互聯(lián)器件實施控制的功能。為該UI提供的同等重要的功能是可以通過智能手持設備或平板電腦隨時進行遠程訪問。該功能利用了全球消費者都傾向于將一個智能器件用于所有通信應用的偏好，并將其從語音、文本、電子郵件和娛樂擴展至現(xiàn)在也包括家居監(jiān)控、安全和控制。作為網絡技術領域的全球領先者，飛思卡爾目前是網絡設備制造商中最受認可的制造商之一。無論是通過互聯(lián)網發(fā)送電子郵件、下載電影或交換文件，這些內容都很有可能經過多個飛思卡爾器件，這充分說明了飛思卡爾在業(yè)界的地位。

飛思卡爾高級副總裁兼網絡與多媒體事業(yè)部總經理LisaSu表示,“智能電網從本質來說其核心是一個網絡。飛思卡爾被認為是網絡解決方案領域的全球領先者，我們積極地將通信、處理和傳感器技術應用于這一快速增長的市場。”

這些舉措中的一個示例是飛思卡爾新型聯(lián)網networkedSmartEnergyGateway(nSEG)參考設計，如圖2所示，它基于MPC8308PowerQUICC®IIPro處理器。這一多功能網關可以支持從智能手持器件建立M2M連接，例如智能手機、平板電腦連接HAN。通過這一M2M連接，用戶可以遠程監(jiān)控能源使用，從電力公司接收與計費和稅費更改有關的警報信息，并管理其HAN中的智能器件。

圖2所示為創(chuàng)新的MPC8308PowerQUICCIIPro嵌入式處理器，它是飛思卡爾聯(lián)網SmartEnergyGateway參考設計的核心。這一多功能處理器采用高性能PowerArchitecture®e300c3核心，可交付卓越的1.99DMIPS/MHz處理性能，還具有經過優(yōu)化的集成外設套件和低級別協(xié)議處理特性，可交付卓越的平臺靈活性和無與倫比的性價比。MPC8308可支持千兆以太網和PCIExpress®互聯(lián)，USB2.0和DDR2內存，以低于10美元的零售價格提供高達800DMIPS的性能，是希望開發(fā)多功能SmartEnergyGateway平臺的設計師的理想選擇。

圖2-SmartEnergyGateway塊圖

圖2所示的飛思卡爾MPC8308nSEG參考設計可以在支持ZigBee的多種HAN設備（具有電力線路調制解調器支持配置）之間建立連接，允許通過圖3所示的圖形用戶界面從任意智能手持設備通過M2M鏈路訪問和控制。另外，nSEG還可以通過其PCIExpress端口支持最新的3x3802.11nWi-Fi無線模塊，通過高性能千兆以太網還可支持真正的寬帶連接性。使用3G或4GUSB模塊時，通過所提供的兩個高速USB2.0端口中的任意一個都可以支持無線寬帶應用。nSEG參考設計包具有一個全面的免許可證OSGI軟件套件，包括網關、網絡視頻記錄器(NVR)、NAS和DLMS堆棧。飛思卡爾nSEG參考設計提供一個小巧的4”x5”四層主板，包括一個具有雙天線和電源的低成本外殼，如圖4所示。

圖3–圖形用戶界面

圖4–飛思卡爾nSEG參考平臺

針對不要求高性能寬帶連接性或完整802.11nWi-Fi功能的應用，飛思卡爾還提供基于i.MX28的HomeEnergyGateway(HEG)參考設計。飛思卡爾HEG參考設計是小巧(3.3”x3.0”)、可擴展的低功耗器件，基于以下參考平臺特性：一個強大、低功耗的應用處理器（基于ARM®926），集成了功耗管理單元、加密單元和一組豐富的連接控制器。

雙ZigBee無線（具有電力線路調制解調器支持配置）支持以即插即用的方式無縫連接至智能電表和HAN自動化系統(tǒng)。

通過寬帶互聯(lián)網接入，WLAN無線或以太網有線接口（具有3G/GPRS調制解調器配置）可支持安全的端到端HAN控制和監(jiān)控，無論以在線或遠程的方式。

通過全面和直觀的用戶界面，可使用一個顯示屏界面實現(xiàn)家居管理。