在城市的數位化轉型中，智慧量表扮演著重要角色。它能自動量測電力、瓦斯以及自來水的使用量，並支援自動計費、使用量追蹤等功能。對消費者來說，智慧量表能提升便利性，減少浪費；對公共事業公司而言，能夠提高資源效率、更妥善地管理基礎設施，不僅帶來更高的投資回報，更能最大化城市整體的資源運用。
隨著智慧量表開始在全球展開部署，未來，傳統的人工抄表方式將逐漸減少，在有些地區甚至會完全消失。透過在智慧量表中建置各種有線和無線通訊技術來存取資訊，公共事業業者不再須要派人到府作業。智慧量表可擷取並傳輸電力、瓦斯、自來水的使用量資訊，並能即時、遠端地掌握效能、故障及停電訊息，因此可省下派遣技術人員到現場檢查設備的成本(圖1)。
圖1 智慧量表可擷取電力/瓦斯/自來水的使用資訊，遠端掌握系統訊息，省下派遣技術人員到現場檢查設備的成本。
選用通訊技術須考量諸多因素
通訊基礎架構可說是實現智慧城市應用的底層神經系統，而可靠以及安全的數據傳輸則是智慧量表的最基本要求。
在選用通訊技術時，有多項因素須納入考量。首先，通訊技術須能針對應用所需的擴充性、延遲、優先處理、以及可用性進行最佳化設計。其次，必須是標準化、經過驗證的通訊技術，才能提供可靠的效能。通訊解決方案應具備較長的產品週期，以符合量表的長期使用年限。此外，還須能為業者帶來最低的資本支出與營運成本效益。
過去，量表會採用電力線通訊(PLC)或其他的專屬或未授權無線通訊技術來進行資料傳輸。但由於考慮上述的各種因素，再加上各國政府推動採用開放標準，以及公共事業業者希望透過利用現有的公共蜂巢式網路來降低大規模部署的成本，因此，2G和3G技術廣泛受到智慧量表業者的採用，因為它們具備成本效益，並能提供足夠的資料傳輸率，具備易於設定和維護的特點，因此可輕鬆利用公共蜂巢式網路把智慧量表的讀數傳送給公共事業業者。
但是隨著低功耗廣域網路(LPWAN)技術的發展，4G LTE技術陸續發表了包括Cat 1、LTE-M和NB-IoT等不同版本，這有助於推動智慧量表應用的進一步部署，因為這些新技術提供了更長的電池使用壽命、能擴展至地面下的寬廣覆蓋範圍、低成本硬體以及便宜的數據資費等多項優勢。為符合各種不同的應用需求，在開發和部署智慧量表解決方案時，需要謹慎地選擇通訊技術，並針對其特定的使用案例進行最佳化設計，以確保它們能可靠地運行，不會使蜂巢式網路壅塞。
藍牙為智慧量表短距傳輸帶來效益
雖然，蜂巢式技術是點對點通訊的理想選擇，但是在住宅大樓內的密集部署環境中，則應考慮採用更具智慧的網狀網路(Mesh)拓撲架構。相較於把每個單一節點直接連接至雲端，網狀網路是把網路中的節點彼此互聯。此外，當要對個別量表進行無線通訊時，不管是為了監控或配置之用，短距離技術則是顯而易見較好的選擇。
就智慧量表適用的短距離無線技術來看，藍牙當然是最理想的選擇。特別是最新的藍牙5和藍牙Mesh有多項重要的功能提升。與先前的版本相比，藍牙5的重要特性包括：兩倍的數據率提升，從1Mbps提高到2Mbps、四倍的傳輸範圍以及八倍的信標封包大小。
其中，2Mbps的實體層(PHY)速率，意味著把每秒可傳輸的資料量提升了一倍。雖然傳送相同的資料量會耗費高一點的功率，但由於傳輸時間縮短一半，因此與藍牙v4.2相比，整體功耗幾乎減少50%(圖2)。
圖2 藍牙5的效能特性
此外，在藍牙5規範發布後不久，藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG)隨即發布了藍牙Mesh規範。為了在整個網狀網路中傳遞訊息，來源節點僅須廣播此訊息就好。然後，網路中的其他節點可接受並轉發此訊息給其他所有的節點，大幅擴展了網狀網路的傳輸範圍，功能遠優於單獨的藍牙鏈結。
針對智慧量表應用，藍牙Mesh可在藍牙4.0或以上的版本執行，實現裝置到裝置的通訊，讓數據從建築物中的感測器跳到下一個感測器，再到集中式智慧量表。或者，網狀網路能與蜂巢式閘道器連結，把量表讀數傳送到雲端。透過此方式把蜂巢式與短距離技術結合在一起，可實現新的使用案例。
此外，在住宅大樓中安裝行動閘道器也能為公共事業業者帶來擴展服務的新機會。例如，住戶能利用可靠的蜂巢式技術把智慧家庭感測器、電器以及其他裝置連結到雲端，以提供諸如提醒住戶漏水或瓦斯漏氣等附加服務。除了產生新的營收來源，還能建立更緊密的客戶關係。
另一方面，利用手機下載的各種應用程式，已成為人們便利生活中不可或缺的一環。對智慧量表來說，也是如此。現今，幾乎所有的行動裝置，特別是手機，都支援藍牙標準。量表製造商能利用藍牙顯示介面，為客戶提供簡易好用、圖形介面的應用程式來監控其水電瓦斯的使用情況。同樣地，公共事業業者也能藉此開發工具，讓用戶能從遠端無線地配置量表並收集數據，不一定要在家中才能進行。
藍牙導入量表實際案例
目前市面上也已有業者將藍牙技術導入智慧量表中，如u-blox日前與斯洛維尼亞的Iskraemeco和德國的EMH等量表業者展開合作，進行把藍牙顯示介面整合至智慧量表的概念性驗證(Proof of Concept, PoC)設計。此設計是利用藍牙低功耗(BLE)介面，將智慧量表裡的數據傳送到消費者的智慧型手機或平板電腦。然後，行動裝置便可針對目前與過去的能源消耗，提供更詳細的視覺化數據顯示，而不像在智慧量表上只能有簡單的顯示功能。
此概念設計提供了一種簡易、安全、可靠的方式讓客戶輕鬆獲取能源消耗的最新資訊，尤其，大部分量表都位於狹窄的雜物櫃或室外機櫃，查看不便。從公用事業的角度來看，使用藍牙等標準化技術也可以實現具互通性且具成本效益的解決方案。
對公用事業業者來說，無須增加任何額外的設備，便能使智慧電表為用戶提供簡單、有效的方式，把用戶的電力消耗，包括過去的使用情況，以視覺化方式顯示。透過藍牙低功耗技術存取資料，智慧型手機或平板電腦應用程式就能以更完整的方式呈現數據，這將有助於用戶掌握並調整其使用模式。
此外，採用藍牙低功耗介面還能把智慧電表連接到近端的智慧家庭環境，進一步實現加值服務，例如遠端的溫度和濕度監控。同時，利用藍牙低功耗對網狀網路的支援，還可讓智慧電表透過中間裝置，如已安裝的感測器，來擴展覆蓋範圍，因此當使用者位於超出藍牙低功耗連接的一般範圍時，仍能查詢到能源消耗的資訊。
正確評估適用的通訊解決方案
當開發人員要為智慧量表選用適當的蜂巢式技術時，往往會對眾多選項感到無所適從，而且不同地區適用的標準也有所不同。為了簡化設計工作，並實現以單一裝置適用全球市場的願景，聯網晶片模組商(如u-blox)也推出具備全球覆蓋率的LTE-M、NB-IoT和四頻2G(EGPRS)模組，是以單一設計且同時提供LTE與四頻EGPRS支援的全球最小模組。在藍牙方面，也有藍牙低功耗系列模組，除了支援藍牙Mesh，還可透過合作夥伴提供其他專屬的網狀網路技術，以滿足智慧電表應用所需的網狀網路解決方案。
針對智慧電表應用，沒有單一方案能夠符合所有的使用案例需求。選用具未來升級與擴充能力，以及安全性與靈活性的硬體與軟體方案，是產品設計成功的第一步。而u-blox致力以其經驗與技術支援能力，提供涵蓋GNSS定位、蜂巢式以及短距離無線電的整體解決方案，加速智慧電表等智慧城市應用的實現。
(本文作者任職於u-blox)