當你駕車回家時，無須按任何按鈕車庫門就能自動開啟；穿過一條小路時，路燈會自動提高亮度，如果後面沒有其他人，路燈還會自動降低亮度；打開房門時，喇叭自動播放你最喜歡的音樂，LED照明燈點亮房間，光線顏色和亮度都是你最喜歡的類型。洗衣機、洗碗機等所有家電全都由智慧電表管理，按照你的用電曲線為你節能電能。
為實現上述應用前景，半導體廠商開發出為高效電源管理設計的電源晶片、基於Cortex-M0/3/4內核的整合超低功耗技術的微控制器、保障通訊安全的安全微控制器，以及採用微機電系統(MEMS)技術的環境和動作感測器、射頻辨識(RFID)記憶體、近距離無線通訊(NFC)等產品。
要實現這些設想，僅憑智慧建築本身是不行的，還需要建立一個智慧建築社區。為此，半導體廠商也開發出智慧建築通訊產品，例如低於1GHz的射頻收發器晶片、電力線數據機及2.4GHz射頻收發器等通訊晶片。
智慧建築的概念不僅包含防盜報警系統和傳統的家庭自動化(暖氣空調、百葉窗控制、照明燈具控制)，還包括採用新型先進建材且能夠監控每一個家電能耗的高能效大樓建築系統。
每一棟房子都能按照能源企業的價格為消費者提供適量的能源。智慧建築系統可以從戶外的智慧水表、燃氣表和電能表收集相關能耗資訊，例如水電氣費和平均使用量，然後透過室內顯示螢幕提供消費者查詢，提高消費者的節能意識。
此外，自動抄表基礎設施(AMI)使系統能即時更新這些資訊，讓水電燃氣等能源企業能夠遠端監控表和讀表，定期交換資訊。如此一來，智慧表將能夠報告實際能耗資料，而不僅是估計使用量資料。
而該智慧表有兩路不同的通道，一條通道與家庭區域網路(HAN)交換資訊，另一條與居民社區網路(NAN)和大區域網路(WAN)上的能源供應企業通訊。
擴充聯網功能 IPv6可擴充至128位元
在上面的智慧建築自動化場景中，資訊交換可以使用不同的技術，乙太網路、無線區域網路(Wi-Fi)、藍牙、1GHz以下射頻、電力線調製解調(PLM)和KONNEX、WMBUS及網際網路協定(IP)等不同的通訊協定。
IP是一個資通訊(ICT)技術協議標準，上網的人每天在都使用這項技術。
智慧建築通訊導入IP技術有一大優點，大樓建築的環境裝置、感測器、電表、標準PC、筆記型電腦和網路服務能夠輕鬆互動，這些設備聯網建立的獨特環境叫做物聯網。
目前IP協議有兩個版本，IPv4和IPv6。在物聯網中，每個裝置在接入網際網路時都被分配一個IP位址，同時擁有可接受的通訊安全等級。
IPv6網際網路協議技術將會取代現今的IPv4，進一步擴大聯網功能。該技術將網路位址空間從IPv4的32位元擴展到128位元，導入更簡單的位址分配過程和路由器資訊轉發，原生支援網路安全。
IPv6技術天生就執行在IEEE-802.3(乙太網路)、IEEE-802.11(Wi-Fi)和原生支援IPv6流量的資料連結層之上。不過，物聯網產品必須保持低功耗，支援低位元速率和小資料包，以及基於IEEE-802.15.4衍生的資料連結層。
因此，IPv6協定在資料連結層上執行需要一個適配層。最常用的適配層是6LoWPAN適配層，該技術規範與IPv6和IEEE-802.15.4合稱為物聯網三大標準。
6LoWPAN適配層用於調整兩個不同網路的資料包大小、位址解析度和路由，以適用不同的網路拓撲。即便多數應用設計採用IP層路由，也需要適配過程。
IEEE-802.15.4技術彌補OFDM不足
IEEE-802.15.4資料連結層規範和和6LoWPAN適配層原本是為無線網路設計開發的，隨著窄帶網路技術性能不斷提高，該技術規範同樣適用於電力線數據機。
G3是第一個從IEEE-802.15.4規範演化出來的電力線調製解調通訊規範，同時還可用於其他非正交分頻多工(OFDM)的數據機。
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| 圖1 支援IPv6的PLM展示板 |
按照資料輸送量和通訊協定規範劃分，電力線數據機晶片有很多款式。例如市面上出現一款低速率(最高4,800bit/s)的B-FSK數據機，是所有需要客製化應用設計協議層(從實體層到應用層)的理想選擇。
另一款低速通訊產品則和IEC 61334-5-1標準的相容性達到MAC層，高層通訊協定如DLMS/COSEM，則交由主微控制器處理。
另外，也有靈活性高的高速率(28.8kbit/s)產品，支援多個不同的調製方法，如S-FSK或BPSK、QPSK和8PSK，原生實現實體層資料成幀；不過高協議層可以客製化。此外廠商還提供OFDM解決方案，最高速率高達128.8kbit/s且符合PRIME標準。
此外，半導體廠商也推出IPv6完整解決方案，包括xPSK數據機和一個微控制器；展示板包括交流電(AC)和直流電(DC)電源匯流排所需的耦合電路，採用雙電壓DC電源(13伏特、3.3伏特)，提供一個小口USB埠，方便連接PC機應用(圖1)。
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| 圖2 電力線通訊晶片韌體架構 |
802.15.4通訊MAC層提供的服務能夠透過網路協調器的主節點和協調器的多個對等節點建立並管理電力線網路。
電力線網路可採用任何拓撲。在開始發送資料前，協調器節點需要接入網路，然後執行「主動掃描」的連接過程。圖2所示是韌體架構。
前述的MacSapInterface韌體模組向應用層提供MAC服務原語，這些服務原語分為兩類：
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准許服務管理MAC層收發的資料，決定是否設置資訊的優先權；是否給資訊加密，是否需要ACK訊號。表1所示即為MCPS服務。
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| 表1 MCPS服務 |
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准許服務管理MAC內部資料庫(MIB)和個人區域網路(PAN)參數。 |
表2和表3描述了MIB的屬性(應用層利用屬性修改MAC層的特性)和MLME服務。
啟動新節點需要一系列步驟，首先搜索網路，如果有網路存在，則加入網路；如果沒發現網路，則須要建立一個新網路，待啟動節點利用主動掃描搜索網路。聯網順序如圖3所示。
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| 表2 MIB屬性 |
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將硬體(PLM數據機)和MAC層重置為默認參數，應用層發出重置請求並等待重置操作確認。 |
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透過索要信標幀來掃描網路節點(如果有節點)，在應用層接收信標幀，並確認接收結果。
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| 表3 MLME服務 |
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如果MLME-SCAN.confirm是正值(表示收到幾個信標幀)，則將MAC_SHORTADDRESS_ID的屬性值(設備短位址)寫1，然後將節點設為協調器。
如果MLME-SCANconfirm是負值(未收到信標幀)，則將節點設為PAN協調器，並將MAC_SHORTADDRESS_ID值歸0。 |
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| 圖3 聯網順序 |
基於IPv6協議的複雜的解決方案，包括改進系統可靠性的窄帶電力線數據機技術。該解決方案是一個單載波xPSK數據機，提供通常只有OFDM數據機才具有的IEEE-802.15.4 MAC功能，導入IPv6網際網路協議技術，而這正是OFDM技術的不足之處。該解決方案讓物聯網能夠部署在雜訊更大的電力線網路環境中。
(本文作者皆任職於意法半導體)