Использование LoRa для безопасного удаленного умного учета

Изучение LoRa для дальнодействующего, низкопотребляющего умного учета коммунальных услуг

Пролиферация подключенных устройств переформирует ландшафт умного учета. Города и предприятия теперь обращаются к LoRa-базированным решениям для более эффективного мониторинга и контроля коммунальных услуг.

По данным IHS Markit, более 700 миллионов умных счетчиков были установлены по всему миру в 2018 году, и фирма прогнозирует, что к 2025 году одна треть всех счетчиков будет заменена умной технологией.

Традиционное чтение счетчиков полагалось на техников, проезжающих по районам для захвата данных через короткодистанционные беспроводные устройства. Этот подход работал в сельских или пригородных условиях, но боролся в плотных городских зонах, внутри помещений и подземельях.

Способность LoRa проникать толстые стены и достигать подземных установок сделала его предпочтительным выбором для многих операторов коммунальных услуг. Следующие разделы детализируют, как LoRa-устройства могут быть развернуты для умного учета и демонстрируют реальные приложения.

Типичное LoRa развертывание

Стандартное LoRa развертывание (см. Рисунок 1) состоит из четырех основных компонентов, все управляемых протоколом LoRaWAN — глобальным открытым стандартом, обеспечивающим интероперабельность через региональные, национальные и международные сети.

Рисунок 1. Разбор LoRa сети

Архитектура начинается с конечных сенсорных узлов, передающих данные через LoRaWAN к LPWAN-шлюзу — хабу, агрегирующему сигналы от множества умных устройств учета. Шлюз пересылает данные на сетевой сервер, который маршрутизирует их к серверу приложений или облачной IoT-платформе для обработки. Наконец, обработанная информация достигает конечного пользователя через компьютер или мобильное устройство.

Безопасность для беспроводного мониторинга коммунальных услуг

Беспроводная передача данных счетчиков требует надежных мер приватности и безопасности. Базовая аутентификация LoRaWAN опирается на AES-128 шифрование, как определено IEEE 802.15.4/2006 Annex B. Отдельные ключи защищают пользовательские данные и обеспечивают целостность сети.

IoT-устройства подключаются к LoRaWAN сети одним из двух способов. Activation by Personalization (ABP) встраивает сетевой сессионный ключ, приложения сессионный ключ, уникальный 32-битный адрес устройства и 24-битный идентификатор сети непосредственно в прошивку устройства. 24-битный идентификатор сети определяет конкретную LoRaWAN сеть, для которой предназначено устройство.

Рисунок 2. Форматы сообщений join request и join accept.

Более распространенный метод, Over-The-Air Activation (OTAA), заставляет устройство послать join request на сетевой сервер. Запрос пересылается на join-сервер, который отвечает join accept. MAC-команда включает уникальный AppEUI, идентифицирующий целевой сервер приложений.

Умное управление водой

Бизнесы все чаще принимают устойчивые практики, и сохранение воды — критичный компонент. Вашингтонская Apana предлагает «систему безопасности для потребления воды», предоставляя инсайты, помогающие организациям сократить свой водный след, выявляя дрейф процессов, механические неисправности и скрытые утечки.

Рисунок 3. Снимок достижений Apana.

Costco Wholesale внедрила решение Apana и быстро выявила паттерны потребления воды и причины аномальных скачков — часто связанные с неэффективными операциями или неисправным оборудованием. В результате Costco сократило потребление воды на 20%, что перевелось примерно в 22% экономии по водовому счету.

Путь Франции к трем миллионам подключенных устройств

Birdz, дочерняя компания Nova Veolia и глобальный лидер в оптимизации ресурсов, развернула LoRa-базированную систему управления водой в Лионе, Франция, в 2015 году. Город теперь эксплуатирует более 400 000 LoRa-сенсоров.

С момента запуска Лион устранил более 1 200 утечек и достиг 8% роста эффективности водоснабжения, экономя около одного миллиона кубических метров воды ежегодно.

Рисунок 4. Инфраструктурный подход к умным коммунальным услугам.

Birdz планирует расширение по Франции, добавляя три миллиона дополнительных интеллектуальных сенсоров. Долгосрочная цель — обеспечить удаленное чтение для более 70% водяных счетчиков в следующем десятилетии.

LoRa-базированные сенсоры предлагают масштабируемость

Масштабируемость и интероперабельность LoRa-сенсоров — ключевые драйверы перехода от наследических практик к интеллектуальному, данных-управляемому управлению коммунальными услугами в эре связности.

Индустриальные статьи — форма контента, позволяющая промышленным партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits способом, не подходящим для редакционного контента. Все индустриальные статьи подлежат строгим редакционным рекомендациям с намерением предложить читателям полезные новости, техническую экспертизу или истории. Точки зрения и мнения, выраженные в индустриальных статьях, принадлежат партнеру и не обязательно All About Circuits или его авторам.