能源通訊網路

一、AMR 與通訊技術

一個基本的 AMR 系統，必定包含至少三個主要功能區塊：表頭、資 料處理系統、以及通訊。其中通訊技術又可以分為表端到區域資料中繼站

（MIU，Meter Interface Unit）的近端通訊，以及從資料中繼站到能源公司 的遠端通訊。如下圖 3-1 所示。

圖 3-1 AMR 功能區塊示意圖（資料來源：財團法人資訊工業策進會）

近端通訊技術通常是依照實際佈建地點的特性而採用不同技術。依照 用戶建物形態的不同，大致可以分成四種類型：工廠與學校（建物分散、

表頭少且分散）、大型建物（建物集中、表頭少且分散）、集合式住宅（建 物集中、表頭多且集中）、獨立式住宅（建物分散、表頭多且分散）。

依照不同的建築形態，AMR 表頭至資料中繼站的通訊可以採用各種不 同的技術，大致來說，可以分成有線以及無線兩個主要分類。應用有線通 訊的系統，除了某些特殊場合，大多是利用現有的基礎建設。常見的技術 包括 PLC 電力線通訊，PNA 市內電話網路，以及序列線。無線通訊技術 比較多樣化，除了各種自定的通訊協定以外，WiFi、ZigBee、GPRS 等標 準化的通訊協定都是常見的技術。

(一)能源通訊網路的概念與架構

將上述的 AMR 基本架構加以擴張，並將『服務』的概念融合入系統 架構中，我們便可以建立一種新的概念：能源通訊網路。

圖 3-2 能源通訊網路示意圖（資料來源：財團法人資訊工業策進會）

所謂能源通訊網路便是結合了三種不同的自動讀表機制，並且更進一 步將讀表資訊作為反饋，提供使用者各種資訊與控制服務。如上圖 3-2 所 示，讀表資料彙總於一個多功能 MIU（Multi-function MIU，MMIU）然後 傳輸至不同的能源公司。而使用者則是可以透過網際網路連線，存取能源 控制閘道器（HEGW，Home-Energy Gateway），以獲得各種資訊服務，或 是做到類似遠端控制的功能。舉例來說，使用者將可以檢視自己住家在不 同時段的能源耗用狀況，並藉此作為制定更省錢的策略（例如避開洗衣、

烘衣等高耗電動作可以避開尖峰電價時段）。

能源通訊網路同時可作為提升生活品質的『智慧生活空間』骨幹。用 戶可依照各人選擇，在能源通訊網路中附加上各種加值服務。例如溫度、

溼度、二氧化碳等感測器，以便於更加有效率的控制空調；或是火災、一 氧化碳感測器，並可與後端之保全服務相連；更可擴展至孩童與老人照護 等社會服務。

(二)國內與國外的發展差異

在 AMR 的領域中，國內與國外有著相當大的差異，而這些差異主 要源自於居住形態的不同。國內的個人能源用戶發展趨勢趨向於集中化、

都市化，以集合式住宅為主。而在國外，獨立式住宅用戶所佔比例相當大，

尤其是北美地區。獨立式住宅基本上是以一戶一棟為主，各種能源表端各 有一份。表端至資料中繼站的近端通訊環境相對較單純，比較大的挑戰來 自於遠端通訊網路的建構，亦即所謂的『Last Mile』問題。獨立住宅的管 線、電源等皆各自獨立，因此在一個既有的獨立住宅社區中建構寬頻通訊 網路，所花費的成本遠比國內高度都市化的狀況更高。所以歐美地區至今

所發展之 AMR 相關通訊技術，有相當大的比例都是以解決 Last Mile 為 主。同時歐美地區截至目前為止，自動讀表的發展皆是以各自獨立系統為 主，未見將三種能源讀表整合的技術或商業模式。

國內的情況與國外不同，集合式住宅的用戶數量對於 AMR 的市場來 說，具有決定性的關鍵地位。集合式住宅在一棟建築物中分成許多住戶，

水、電、瓦斯皆是以主要管線連至建築物，再分配至各用戶。以國內常見 的公寓式建築為例，水、電、瓦斯表端的分佈通常是這樣：

z 水表集中在頂樓的水塔周邊。

z 電表集中在一樓或地下室。

z 瓦斯表各自安裝在每戶住宅中，通常安置在前後陽台，但有可能為 配合裝潢而遷移表位。

這種形式的建築結構對於三表整合的能源通訊網路來說，是一個極大 的挑戰。無論採用何種技術，勢必需要採用建築物規模的區域通訊網路技 術，才能將分散的資訊整合在一起。

另一方面，由於國內地狹人稠，而呈現高度都市化傾向，其結果便是 寬頻網路的高度發展。對國內業者或用戶來說 Last Mile 問題並不是重大 議題，因此對於國內 AMR 的發展，近端通訊技術將是主要的關鍵。

地下室

資料中繼器

電表 水表

瓦斯表

瓦斯表

瓦斯表

地下室

資料中繼器

電表 水表

瓦斯表

瓦斯表

瓦斯表

圖 3-3 集合式住宅的建築區域能源網路概念示意圖

（資料來源：財團法人資訊工業策進會）

二、常見的近端通訊應用技術

(一) PLC 1. PLC 簡介

PLC（Power Line Communication）就是透過建築內交流電線路來進 行通訊的技術。廣義的 PLC 技術可以應用在超高壓傳輸線路、高壓配電

信路、以及住宅低壓用戶線路上，然而多數的 PLC 產品都僅限定在單一 一種配電線路之內通訊。

PLC 的實際工作原理和一般通訊系統相同，都是在線路中注入一個 經過調變的載波，藉此傳遞訊息。然而配電線路設計的目的是用來承載 交流電，因此用在高頻的資訊載波時會受到一定的限制；無論是哪一種 形式的 PLC，訊號的擴散與衰減都是共通的問題。PLC 的資料傳輸速率 變化範圍極大。長距離的超高壓傳輸線路通常只能容納每秒數千位元等 級的低頻載波，在單一房舍範圍內則可達到每秒數百萬位元等級的傳輸 速率。

高壓與超高壓 PLC 大多是專門用途，發展的方向與各地區能源產 業、通訊基礎建設規劃有關，這一塊的市場是屬於封閉型的市場。低壓 PLC 的發展則是相反，以開放市場為主。低壓 PLC 的發展分成兩個不 同的方向，其中一個方向是低頻寬通訊，代表性應用為 INSTEON 以及 X10 為主的家庭控制（Home Automation），另外一個方向則是以寬頻 Internet 資料通訊為主要目標。近年來 PLC 高速 Internet 通訊技術有長 足的進步，單一用戶內的傳輸速率已達到 200M bps。同時許多國家也開 始在進行用 PLC 當作『Last-Mile』基礎建設的推廣。在這個領域中，歐 洲地區的發展居於領先地位，美國地區則是在 2004 年以後才開始有比 較明顯的成長。

低頻寬通訊部份，X10 主打的是以家庭為主的自動化控制，而工業 控制方面則是以 LonWorks 居於領先。LonWorks 是由 Echelon 公司發 展出來的技術，適用多種不同的傳輸媒介，包括雙絞線、序列線等，PLC

也是 LonWorks 可以適用的通訊媒介之一。LonWorks 系統的優點是非常 適合用來整合建築物中的不同系統，包括空調、照明、保全、消防等自 動化系統，不同製造廠家所生產各種用途的控制元件只要符合 LonWorks 底層通訊協定 -- LonTalk 的規範，即可整合進控制系統中。為了避免不 同廠商之間發生相容性問題，各大廠商在 1994 年聯合成立了一個 LonMark 協會（www.lonmark.org），負責制定控制元件以及網路傳輸參 數的標準定義規範。LonMark 標準並非政府所頒佈標準，而是廠商自發 性的規範，本身不具有強制性。但參與制定標準制定的廠商，大都是在 該產業中具有舉足輕重地位的廠商，因此這個標準在業界具有相當的影 響力。目前全球已有超過 500 家公司加入 LonMark 協會。

2. PLC 與 AMR

採用 PLC 通訊技術來實作 AMR，在國外已經行之多年。歐洲地區 採用此項技術的密度最高，同時生產支援 PLC 的表頭的公司也相當眾 多，例如 Iniris（www.iniris.com）、Infometric（www.infometric.se）、Capelon

（ www.capelon.se ） 、 Advanced Digital Information Corporation

（www.adic.com）、Janitza（www.janitza.de）、Watteco（www.watteco.com）

等公司，而這些公司生產的產品也涵蓋瓦斯、自來水、電力三種主要表 頭 。 目 前 最 大 規 模 的 實 際 應 用 案 例 為 義 大 利 ENEL SpA 能 源 公 司

（www.enel.com），該公司從 2000 年便開始逐步將兩千七百萬用戶以 LonWorks 技術進行服務整合。

在這些地區中，PLC 主要是用來解決 Last Mile 問題，也就是用來 作為用戶端表頭與能源公司之間的直接通訊。舉例來說，LonWorks 聯盟

對 於 AMR 系 統 的 標 準 解 決 方 案 稱 為 『 NES 』（ Networked Energy Service），這個解決方案主要是以『社區』為單位，利用 PLC 網路串接 社區內的獨立用戶，連接至社區中心的集線器，再藉由社區的 MIU 連 至能源公司。

NES 系 統 主 打 的 服 務 不 只 是 AMR ， 而 是 更 進 一 步 的 AMM

（Advanced Meter Management）。可提供雙向的表端控制，例如能源用量 管制、緊急遮斷等服務。整體概念相當值得國內發展三表自動化時作為 借鏡。

3. PLC 在國內的發展現況

國內的 PLC 發展狀況一直不如國外普及。遠程 PLC 部份，國內的 狀況是剛剛起步。目前國內僅有部份固網頁者與台電合作，進行小規模 的實驗性佈建。技術、經濟效益、業界環境以及法令限制等，皆是造成 國內難以推行的主因。在技術方面，電力線路中的各種裝置可能會對電 力線路造成諧波干擾。同時電力線上由於用電設備使用時間的不一與線 路負載的變化，將會造成線路等效阻抗大範圍的變化，而這些變化都會 使信號在電力線上傳輸造成影響，也就是會影響傳輸品質。其次，國內 網際網路用戶的都市化現象非常明顯，Last Mile 的問題不如地廣人稀的 國外嚴重；再加上 ADSL、Cable Model 等技術已經廣為市場接受，因此 PLC 的經濟效益無法與這些技術競爭。

而在相關法規方面，PLC 需要 ISP 業者與電力公司配合方能完成。

但是台電是國營事業，眾多法規的限制使得此項技術十分不易推動。根 據電業法第48 條規定，電業得自置電話電信號及控制用線路設備、載波