Реализация решений на основе LoRa для интеллектуального измерения

В этой статье исследуется использование устройств LoRa для дальнего и маломощного интеллектуального учета коммунальных услуг, что позволяет выполнять ежедневные удаленные операции и сбор данных. .

Рост подключенных технологий оказывает прямое влияние на рынок интеллектуальных измерений, поскольку города и предприятия ищут новые способы оказания помощи в мониторинге и управлении различными операциями. Фактически, по оценкам IHS Markit, в 2018 году по всему миру было установлено более 700 миллионов интеллектуальных счетчиков, и, по прогнозам компании, к 2025 году треть всех счетчиков будет заменена интеллектуальными счетчиками.

В прошлом операции по мониторингу счетчиков для коммунальных предприятий выполнялись вручную специализированным техником. Этот процесс был не только трудоемким, но и трудоемким. Ранние решения для подключения основывались на удаленном считывании данных через беспроводные устройства малого радиуса действия. Техник обычно проезжает мимо области или района и удаленно получает данные измерений. Этот метод был ограничен сельскими и пригородными районами, что делало дистанционное считывание показаний счетчиков чрезвычайно трудным в плотной городской среде, в помещениях и под землей.

Учитывая проблемы, многие менеджеры, владельцы и организации перешли на решение интеллектуального измерения, состоящее из устройств LoRa, поскольку оно способно проникать в плотные среды - как над, так и под землей. В этой статье рассказывается, как устройства LoRa можно использовать для измерения коммунальных услуг, и представлены варианты использования, показывающие устройства в действии.

Типичное развертывание LoRa

Типичное развертывание LoRa (см. Рис. 1) состоит из четырех ключевых элементов и протокола LoRaWAN, открытого сетевого протокола, предназначенного для взаимодействия решений в региональных, национальных или глобальных сетях.

Рисунок 1. Обрыв сети LoRa

Это решение для глобальной сети с низким энергопотреблением (LPWAN) начинается с устройств конечных узлов. Решение IoT передает данные с использованием протокола LoRaWAN в приложение шлюза LPWAN, концентратор, к которому могут подключаться несколько интеллектуальных датчиков коммунальных служб. Затем данные отправляются на сетевой сервер и направляются на сервер приложений или облачную службу IoT для обработки. После этого данные передаются на компьютер или смарт-устройство конечного пользователя.

Безопасность для мониторинга беспроводных сетей

При беспроводной передаче данных измерений конфиденциальность и безопасность становятся главными приоритетами для поставщиков услуг. Базовая структура аутентификации и безопасности протокола LoRaWAN основана на схеме шифрования AES 128, реализованной в приложении B IEEE 802.15.4 / 2006 [IEEE802154]. В типичном интеллектуальном развертывании отдельные ключи используются для шифрования пользовательских данных и аутентификации / целостности сети.

Устройства IoT используют один из двух методов для подключения к сети LoRaWAN. Первый метод - активация путем персонализации (ABP). Он требует, чтобы ключ сеанса сети и ключ сеанса приложения уже хранились на устройстве IoT вместе с уникальным 32-битным адресом устройства и уникальным 24-битным идентификатором сети. Уникальный 24-битный идентификатор сети определяет конкретную сеть LoRaWAN, для которой предназначено устройство.

Рисунок 2. Запрос на присоединение и присоединение принимают форматы сообщений.

Более распространенный метод подключения устройств на основе LoRa - активация по беспроводной сети (OOTA). Чтобы это работало, каждое устройство IoT отправит сообщение с запросом на присоединение на сетевой сервер, который затем пересылает это сообщение на сервер присоединения. MAC-команда запроса на присоединение также отправит уникальный AppEUI, идентифицирующий сервер приложений, к которому этот конкретный конечный узел хочет подключиться.

Теперь давайте рассмотрим несколько примеров использования умных утилит.

Умное управление водными ресурсами

Многие компании ищут способы внедрить более устойчивые и экологически сознательные методы. В их число входит находящаяся в Вашингтоне компания Apana, которая увидела возможность стать «системой безопасности при потреблении воды». Решение Apana по управлению водными ресурсами предоставляет предприятиям информацию, необходимую для уменьшения общего водного следа за счет выявления дрейфа процесса, механических неисправностей и точек отказа, в которых утечка воды происходит, но редко встречается.

Рисунок 3. Снимок достижений Apana.

Costco Wholesale внедрила решение Apana по управлению водными ресурсами и смогла быстро определить, как здания компании потребляли воду, и причину необычных скачков, связанных с расточительной производственной практикой или неисправным оборудованием. В результате Costco смогла сократить потребление воды на 20 процентов, что привело к экономии примерно 22 процентов на счетах за воду.

Франция:путь к трем миллионам подключенных устройств

Еще одна компания, которая занимается интеллектуальным счетчиком воды, - это Birdz, дочерняя компания Nova Veolia и мировой лидер в области оптимального управления ресурсами. В 2015 году в городе Лион, Франция, была внедрена система управления водными ресурсами Birdz на основе LoRa, которая состоит из более чем 400 000 устройств на основе LoRa.

С момента внедрения технологии в городе было устранено более 1200 утечек воды, а эффективность водопроводной сети увеличилась на 8 процентов. Город экономит в среднем один миллион кубометров в год в результате перехода от традиционного учета к интеллектуальному учету.

Рисунок 4. Инфраструктурный подход к интеллектуальным коммунальным услугам.

Birdz в настоящее время планирует расширить свою деятельность во Франции, добавив еще три миллиона интеллектуальных датчиков по всей стране. Ключевая цель - в конечном итоге достичь удаленного считывания показаний более чем на 70 процентах счетчиков воды в течение следующего десятилетия.

Датчики на основе LoRa обеспечивают масштабируемость

Масштабируемость и совместимость датчиков на основе LoRa будут играть ключевую роль в продолжающемся переходе от традиционных методов управления операциями к интеллектуальным интеллектуальным решениям в эпоху подключений.

Отраслевые статьи - это форма контента, позволяющая отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits, что не подходит для редакционного контента. Все отраслевые статьи подлежат строгим редакционным правилам с целью предлагать читателям полезные новости, технические знания или истории. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, принадлежат партнеру, а не обязательно All About Circuits или ее авторам.