安全、通訊、精度 數位電錶設計三重點
- DIGITIMES企劃
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智慧電錶不僅作為紀錄用電數據，還肩負自動傳輸資訊作用，而通訊又會牽涉到安全與準確性，新世代的智慧電錶必須兼顧安全、通訊、精度，方能成為智慧電網的第一線尖兵。
近年來，由於「用電問題」與環境議題的結合，再生能源的發展，也成為「電」的重要議題；由於再生能源的併網，亦牽扯到智慧電網的發展，包括安全性與穩定度等相關議題的發酵，電網的「智慧化」隱然成為目前科技的顯學，其中，貫穿智慧電網整體架構的角色，莫過於智慧電錶（Smart Meter），因此如何設計合適的電錶來智慧化整合電網，成為發展智慧電網的第一項課題。
過去有人將智慧電錶功能狹義解釋為僅有自動計費，但若要達到聰明管理用電行為，必須要整合其他功能，AMI（Advanced Metering Infrastructure；或稱智慧電錶基礎建設）的主要功能，在於透過資通訊科技取代傳統人工抄錶的工作，以及支援不同電價費率規畫，提供用戶能源使用資訊，並引導其自發性節能；此外，支援傳送信號進行用戶負載控制、支援故障偵測及復電等停電管理、改善負載預測及用戶用電的品質管理等，也是AMI的主要功能。
多元整合 驅動市場成長
AMI一般認為最大的應用市場會是家庭，但除了家庭外，包括再生能源或是電力車充電站等系統，都將與智慧電錶共同整合，業界均認為，智慧電錶的應用範圍日趨廣泛，由於電網與電錶互為表裡，驅動智慧電網的成長動力的因素，也應該與智慧電錶不會有太大的差異。
AMI由於系統架構相當龐大複雜，「整合」將成為首要問題，以電壓範圍區分，電網可分為「高壓」與「低壓」兩大範圍，尤其是低壓領域，雖然產品多元，可為廠商帶來龐大的商機，但也同時將帶來整合性問題，這造成傳統資通訊業者要進入該市場，的確著實不易。
就電錶系統來說，其必須支援不同費率反應的價格，包括緊急尖峰電價、時間電價與即時電價等，在整合上就必須突破；此外，在相容性面向上，電錶本身不但需要向上整合自動化系統、廣域的有線或無線網路，也必須向下整合HEMS（Home Energy Management System；家庭能源管理系統）與建築區域網路BAN（Building Area Network）等；此外，智慧電錶的整體系統設計，也必須配合當地政府的能源政策，難度不可謂不高。因此就整體資源來看，智慧電錶的系統設計，仍必須考量相當多複雜因素。
就目前台灣智慧電錶的發展現況，似乎仍停留在OEM階段，整體發展上亦相對較慢；加上智慧電錶的設計成本不能太高，在規畫上不能使用太過複雜的元件，從成本與功能要求的競合下，如能開發自有IC，對於台灣產業發展，將有相當大的幫助。
安全議題不可忽視
雖然AMI涵蓋範圍相當廣泛，但由於電網系統本身涉及計費與安全系統，必須以封閉系統進行，加上ICT技術整合智慧家電系統，從通訊技術出發，就已包涵WiMAX、ADSL、GPRS、WCDMA、ZigBee、乙太網路、電力線通訊與RS485等技術，與家庭區域網路產生更多的互動與連結，再與網際網路結合，等於將封閉系統打開了一個缺口，不論開放程度多少，如何維持電網系統的資訊安全，亦成為另一個必須重視的問題。
AMI的資訊安全議題在電網議題的重要性眾所周知，尤其是資訊安全問題，絕對不能等閒視之，由於所有的電子設備與基礎建設都與「電」息息相關，一旦失去電力，最嚴重的情形是會癱瘓國家的運作機能，過去傳統所提倡的自動讀表系統AMR概念已經過時，如何從既有的AMR服務中，去找到系統或是政府所需要的功能，或是滿足現有系統有所缺漏之處，才是AMI未來發展的重點所在。
電網上的安全問題，最基本的就必須考量網路的「機密性」、「完整性」與「有效性」，網路安全的前提，主要是可以透過系統的認證與加密，讓進入系統者可依其授權閱讀或更改相關資料，以維持其「機密性」，更透過權限的分級，讓無授權得進入者絕對無法更改資料，建立系統的「完整性」，以及在經過合法授權的使用者，能夠「有效」地絕對安全利用系統上的相關資料，透過建立AMI達成上述目標，絕對是智慧電網發展的第一步。
現在談到智慧電錶的「安全性議題」，的確不免牽涉到資料加密、金鑰、防火牆，以及通訊技術安全等次議題，現況上各類ICT通訊技術，基本上在資訊安全功能，就存在一些弱點；此外，就電錶本身來說，如何避免在有心人士發動惡意攻擊之前，就先更新硬體上的軟體與韌體版本，以強化其防禦能力，甚至是面對最令人困擾的「物理性」攻擊時，得以直接讓控制端掌握狀況，以即時反應，前述的問題，都是電錶在初期設計時，就必須直接考量的方向。
因此在智慧電錶的硬體設計中，既然必須要考量多元的需求，就必須將成本因素置於第二，將整體的系統架構中，所必須因應的所有問題整合考量，並加以解決放在第一優先順位，因此台灣業者若要以智慧電錶打入國際市場，就必須考量到更多的細節，為了節省初期的製造成本，造成不符市場需求成為庫存，「因小而失大。
通訊與成本的考量
在設計方面，除了安全外，通訊與精度也是智慧電錶的主軸，就通訊領域來看，有線面向的電力線通訊技術，亦成為市場主要角色；而相較於FSK（Frequency-Shift Keying；頻率偏移調變）或是PRIME技術，業界普遍更以G3-PLC作為電力線傳輸的主要技術。
採用此技術的主要原因，在於G3-PLC的通訊速度高達300kbps，為目前業界速度最快；同時G3-PLC屬於低頻領域，可避免在進行通訊時，遭遇到信息無法經過高壓電設備的問題。另一方面，因應雲端運算的概念，G3-PLC也支援IPv6協定，亦可與現有的網通技術進行進一步的接軌，智慧電錶的佈建，必須考量到智慧電網未來的發展性。
此外以智慧電網來看，成本也是考量的重點之一，但如何協助整體的建設與後續的管理成本下降，也是關鍵所在，以法國為例，法國就已採用G3-PLC的解決方案，協助壓低法國在智慧電網建設的總體成本約30%，此外軟體與韌體也必須適時更新的要求，在量測上現多採用可編程計量法的技術，透過軟體的更新，可以滿足不同系統的設計需求；而在處理器方面，多以傳統的8051配合32位元DSP的核心架構，以廣泛支援多元的資訊安全相關編解碼方法。
儘管智慧電錶的商機無限，但由於過去台灣業者擅長消費性電子領域，其系統作業環境適應性及產品生命週期也相對較短，加上目前市場規模龐大，習慣性容易採用規模經濟的方式在該領域攻城掠地，就現況來說，智慧電錶的作業環境相對較為惡劣，其作業溫度大多為以工業標準-40℃到85℃為基礎，台灣業者在此領域的主要工業電腦廠商，因此要有所作為也多屬此一族群。
至於其他領域的廠商，由於智慧電錶的應用領域，也有一部份在家庭自動化領域有所著墨，這與消費性電子的產業特性相對接近，加上市場規模仍相當可觀，以及配合多元的無線技術的前提下，台灣業者對於無線通訊與消費性電子相對熟悉，可以考慮先進入此一領域加以經營，不失為另一個進入策略。
