伴隨著近期的技術進步和向數字電網轉型的浪潮，無線連接作為電網設備有線連接的拓展正在日益獲得人們的關注。這些電網設備包括斷路器、并網設備、光伏逆變器、電動汽車充電器和其它資產監控系統等。如果它能縮短電網保護與控制的部署時間，則無線連接對于分布式能源資源管理和電網資產健康監控可說是成本誘人的解決方案。
諸如Wi-Fi、Sub-1 GHz和藍牙®低能量及多頻段標準等無線技術，能夠在可管理的功率水平流式傳送大量數據。用戶能夠通過藉由資產或云訪問系統數據，無縫監控、保護和控制本地或遠程電網設備，而不犧牲電網安全性。用戶可以輕松地為現有設備改裝無線資產監控，而省去了因為敷設地下電纜所帶來的復雜性。
請閱讀我們新發布的白皮書“結合利用有線和無線技術，實現電網互操作性”。
讓我們來討論在將Wi-Fi與電網設備融合時需要考慮的五大關鍵注意事項。
第1個注意事項：選擇Wi-Fi架構
選擇合適的網絡架構，取決于網絡覆蓋范圍的類型及資產、數據存儲和終端用戶的位置。您有兩種架構可以選擇：
• 連接至外部接入點（AP）和/或云。如果您想要連接至已經建立的外部AP和訪問云數據，則帶有Wi-Fi裝置的設備，例如我們的CC3235S、CC3235SF 或CC3220S和CC3220SF，可配置為站級（STA）模式。該設備連接至已經搭建好的外部AP。電網資產可以與遠程手持設備往返發送或接收信息，遠程手持設備則連接至同一AP或互聯網，如圖 1所示。
• 連接至外部接入點（AP）和/或云。如果您想要連接至已經建立的外部AP和訪問云數據，則帶有Wi-Fi裝置的設備，例如我們的CC3235S、CC3235SF 或CC3220S和CC3220SF，可配置為站級（STA）模式。該設備連接至已經搭建好的外部AP。電網資產可以與遠程手持設備往返發送或接收信息，遠程手持設備則連接至同一AP或互聯網，如圖 1所示。
圖1：通過外部AP實現云連接
• 連接至本地網絡。對于私有網絡，如果您希望網絡覆蓋范圍最小化，以防止外部入侵或如果外部AP不可得，TI設備能夠搭建其自己的本地網絡并與其它資產通信。一個設備設置為AP，其它STA模式的設備連接至AP，如圖 2所示。您可以在搭建網絡區域內本地維護對資產和數據的訪問。此架構將連接至一個SimpleLink™ AP的站數量限制為四個。
圖2：設備通過SimpleLink AP接入網絡
第2個注意事項：配置
配置是為設備提供網絡登錄資料的過程，以便設備能夠首次連接至無線網絡。CC3220和CC3235提供兩種安全的配置方式：
• AP配置。在該模式下，未經過配置的Wi-Fi設備初次是作為AP被喚醒的。這使得設備能夠創建其自己的具有預定義網絡名稱的無線網絡，讓用戶可以連接至外部設備并添加配置文件以配置該設備。通過這種模式，用戶應該知道連接至哪個設備，以加密鑒權方式進行配置。
• SmartConfig™配置。這是TI專有的配置方式。它利用智能手機或平板電腦來向未經過配置的TI Wi-Fi設備廣播網絡登錄資料。該設備會在掃描SmartConfig廣播的同時以STA或AP模式運行。
• AP配置。在該模式下，未經過配置的Wi-Fi設備初次是作為AP被喚醒的。這使得設備能夠創建其自己的具有預定義網絡名稱的無線網絡，讓用戶可以連接至外部設備并添加配置文件以配置該設備。通過這種模式，用戶應該知道連接至哪個設備，以加密鑒權方式進行配置。
• SmartConfig™配置。這是TI專有的配置方式。它利用智能手機或平板電腦來向未經過配置的TI Wi-Fi設備廣播網絡登錄資料。該設備會在掃描SmartConfig廣播的同時以STA或AP模式運行。
第3個注意事項：數據傳輸
Wi-Fi連接的關鍵優勢之一是按需訪問大型電網數據流。數據可以包括諸如相電壓、電流、功率等參數，及工作溫度、振動和絕緣擊穿等因素，因而可指示資產的健康情況。數據還可以用于監控系統/設備狀態。
對于其它應用，通過經由云向遠程電網資產發送指令的方式，無線接入支持控制設備的設置。此外，還可以利用無線更新方式通過云來更新設備固件。
第4個注意事項：功耗
雖然接入電源不是我們擔心的問題，但是過去幾十年來，使無線子系統電流消耗最低，也是伴隨著大部分電網資產運行的重要課題。Wi-Fi技術的平均功耗取決于包括數據規模、間隔和延時在內的多種因素。根據數據傳輸間隔與延時，有兩種運行模式可以選擇：
• 該設備處于“永遠連接”模式，能夠將應用的延時降至最低。它按規定的時間間隔從AP接收信標。使用長睡眠間隔（LSI）策略的設置，在兩個信標之間會啟用低功耗深睡眠（LPDS）模式。AP可以在兩個信標間隔期間請求數據，因為STA一直處于偵聽模式。另外，必要時，STA能在兩個信標間隔期間傳輸數據。此模式期間的電流消耗特征如下所示。
o CC3220 Wi-Fi MCU解決方案的平均電流消耗為~700 µA（0.1s 信標），有數據傳輸時為2 mA。
o 電源應設計為適應尖峰負荷，如表 1所示。
• 設備可以設置為“間歇性連接”模式，這能使以較長間隔（≥10s）傳送數據的應用的功耗降至最低。不過，在此種模式下，AP不能請求數據，數據請求由STA發起。STA需時~250 ms喚醒并建立連接。
• 該設備處于“永遠連接”模式，能夠將應用的延時降至最低。它按規定的時間間隔從AP接收信標。使用長睡眠間隔（LSI）策略的設置，在兩個信標之間會啟用低功耗深睡眠（LPDS）模式。AP可以在兩個信標間隔期間請求數據，因為STA一直處于偵聽模式。另外，必要時，STA能在兩個信標間隔期間傳輸數據。此模式期間的電流消耗特征如下所示。
o CC3220 Wi-Fi MCU解決方案的平均電流消耗為~700 µA（0.1s 信標），有數據傳輸時為2 mA。
o 電源應設計為適應尖峰負荷，如表 1所示。
• 設備可以設置為“間歇性連接”模式，這能使以較長間隔（≥10s）傳送數據的應用的功耗降至最低。不過，在此種模式下，AP不能請求數據，數據請求由STA發起。STA需時~250 ms喚醒并建立連接。
表 1：CC3220 Wi-Fi功耗圖表
圖 3展示了可切換的電源配置。
圖 3：Wi-Fi可切換的電源配置
第5個注意事項：可靠的遠程監控與網絡安全性
安全性是電網的首要議題，它可減輕來自未經授權用戶訪問敏感數據和控制電網設備的威脅。一個暴露于威脅之下的弱點是電網設備接入云端的網絡層。我們的SimpleLink Wi-Fi設備支持不同級別連接的網絡安全性、本地局域網（LAN）安全性和物理設備層安全性。有關設備安全功能的詳細信息，請查閱應用報告。
TI的下一代SimpleLink Wi-Fi設備
CC3235S和CC3235SF SimpleLink Wi-Fi設備支持5 GHz及2.4 Ghz，可與藍牙®低能量/2.4 GHz共存。盡管安全性是無線通信的最大挑戰之一，但是諸如硬件加密加速器、文件加密、文件鑒權、克隆保護和安全引導等技術進步已經融入到CC3235S和CC3235SF中，這有助防止未經授權的用戶訪問和控制電網設備。這些設備通過了聯邦信息處理標準（FIPS）140-2 1級認證，并且采用高達16個并發安全套階層技術，可提供增強的安全性。
結語
電網工程師可以使用Wi-Fi連接，作為有線連接以外的擴展或冗余通信路徑。Wi-Fi可用于增強連接性，以便通過云端從遠程位置監測和控制任何資產。我們的CC3220S、CC3220SF、CC3235S和CC3235SF Wi-Fi無線設備，與集成式網絡處理器、應用處理器（ARM® Cortex®-M4）、豐富的安全功能和我們的參考合計結合使用，可輕松、快捷和安全地添加至民用電網設備或子站電網設備的Wi-Fi連接。
其他資源
• 查閱我們的參考設計“萬物互聯型電網參考設計：通過Wi-Fi®把斷路器和傳感器連接至其它設備。”
• 請閱讀我們的電子書“打造應用時牢記安全性。”
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