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LoRaWAN® 如何通过智慧城市物联网应用助力公用事业企业扩张业务

29 March 2022 / by Rémi Demerlé

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数据是智能流程自动化的核心,但这些数据从何而来?远程收集准确的数据对公用事业企业而言一直是一个挑战。这导致了碎片化的数据收集系统,限制了数据分析的大规模使用,而只有大规模使用才能为企业和消费者带来真正的改变。

关键挑战是数据收集要求的分布式特性。在家中安装智能仪表需要可靠、安全的回程,不能依赖可能可用,也可能不可用的现有基础设施。

低功耗广域网 (LPWAN) 技术提供了一种经济、可靠和安全地连接数百万个智能仪表的方法。于是公用事业企业有可能通过智慧城市和社区的物联网 (IoT) 应用扩展其业务,只需将智能物联网器件轻松连接到网络。借助随时可用的数据来提供切实可行的见解,LPWAN 能帮助公用事业供应商降低成本、提高安全性、减少浪费并提高客户满意度。

市场调研公司 IHS Markit 预测,到 2023 年,通过 LPWAN 技术连接的智能电表和公用事业应用总数将超过 3 亿。

使用低于 1GHz 的免授权频段可实现长达数千米的链路,支持连接远程位置,并提供可隐藏的仪表链路。这些 sub-GHz 频率还解决了智能仪表最紧迫的挑战之一,即位置。仪表可以放置在不同房屋的多个不同位置,关键是确保信号能够进出仪表。LPWAN 网络的无线电信号具有很强的穿透能力,支持与可能位于地下室或塔楼高处的仪表进行可靠连接。
信号由本地网关(越来越多地由第三方网络提供商运行)连接,并中继到云以被提取到数据分析系统中。无线电信号的长距离和高穿透能力减少了所需网关的数量,并允许在许多国家/地区推出节约成本的 LPWAN 网络。

2015 年,专门针对低功耗传感器网络开发出 LoRaWAN® 标准。它基于 Semtech 的 LoRa® 调制技术,越来越多地用于在子站中进行故障检测和智能电网监测,就像 Elvexys SA 在瑞士和偏远地区为 OIKEN 所做的那样,用于监测设备、提供有关系统性能的数据。使用电池供电的无线传感器节点,可提供重要数据,甚至可以预测设备何时发生故障,从而在定期维护中进行更换,而不是在潜在的灾难性故障后进行更换。LoRaWAN 功率要求更低,意味着无线传感器节点上的电池可以使用多年,避免了可能阻碍大规模数据采集部署的电池更换周期成本。

安全

保护用户数据的安全当然是一项关键要求。LoRaWAN 网络包括基于 AES 128 位加密密钥的嵌入式两层安全性,并针对低功耗数据网络进行了优化。这意味着从智能仪表一直到企业数据系统,都可以加密数据。由于 LoRa packet 不使用 IP 协议,因此无需转换数据,并且可以在端对端实施中保证安全。

兼容性

行业面临的一大挑战是支持智能计量数据和应用的最重要标准。LoRa Alliance® 等开放组织和主要协会正在积极努力解决这一问题,他们定义了计量标准,以实现仪表的互操作性并提供兼容性认证。因此,公用事业可以依赖 LoRaWAN 网络上的计量应用标准。LoRaWAN 现在是国际电信联盟 (ITU) 电信标准化部门 (ITU-T) 的 Y.4480 国际公认标准,并被 LoRa Alliance 中的数百家公司使用。

对于欧洲市场,特别是在水、天然气和供暖计量方面,LoRa Alliance 与 OMS 集团协会就开放计量系统 (OMS) 计量语言在 LoRaWAN 上使用 M-Bus 的标准使用进行了正式联络,以减少公用事业集成的复杂性和成本。在 LoRaWAN 上的 OMS 中,OMS 充当 LoRaWAN 网络层之上的 M-Bus 适配层顶端的应用层。这可以通过 LoRaWAN 实现标准的 M-Bus 传输。Semtech 与 OMS 和 LoRa Alliance 合作,验证所有级别(从数据平台到通过相同或不同 LoRaWAN 网络连接的不同 OMS 终端器件)的互操作性。

与无线 Mbus 连接相比,公用事业公司采用 LoRaWAN 网络的主要优势是保持相同的数据格式和相同的 OMS 应用层,同时具有 LoRaWAN 的优势,提供比 W-Mbus 更低的功耗、更长的距离和深度室内穿透。这特别适用于通常安装在地下深处、混凝土中或其他难以到达的区域的电池供电仪表。此外,LoRa Alliance 为 LoRaWAN 指定的空中固件更新 (FUOTA) 也有好处。
OMS 新规范的这一目标是确保与基于 OMS 的传统系统的互操作性,并为公用事业公司在公共、专用或混合网络之间的网络模型提供开放和灵活的选择。公用事业公司可以根据其业务调整网络部署,并决定通过使用提供 LoRaWAN 网络服务的可用运营商来摆脱部署和维护无线电网络基础设施的昂贵负担。

同样,对于全球市场和多表计量等,LoRa Alliance 已与器件语言消息规范 (DLMS) 用户协会合作开发新的通信配置文件,以支持由 ISO/IEC(IEC62056 标准)标准化的 DLMS。DLMS 定义了一种语言的语义和语法,用于与公用事业的各种智能器件进行可互操作的数据交换。

DLMS 已得到广泛采用,主要用于符合 DLMS/能源计量配套规范 (COSEM) 的电力计量。全球范围内有超过数亿个电表使用 DLMS。无需使用网桥将数据转换为非标准安装,而是通过端对端使用 IPv6 和 UDP 互联网协议无缝启用 LoRaWAN 上的 DLMS。IETF 定义的标准适配层(在 RFC8724 和 RFC 9011 中)使用静态上下文报头压缩 (SCHC) 技术,通过分段和压缩来传输 UDP packet。

将 DLMS 等单一应用标准用于多个应用,还可以更轻松地集成来自多个仪表的数据。这些仪表以前单独使用,例如智能电表和智能水表。

未来方向

卫星直连是可以进一步造福公用事业的新兴技术。发射的卫星带有可以直接处理 LPWAN 消息的有效载荷平台,能近乎实时地转发来自世界各地的数据。卫星运营商可以重新使用地面网关架构或开发自己的软件无线电系统 (SDR) 来实现目标 LPWAN 调制。多个卫星 LPWAN 网络已经启动或正在启动,为企业用户提供了更丰富的网络类型和分析引擎选择。这样既增加了容量,又增加了竞争,还降低了成本。

智慧城市和社区的成本节约解决方案越来越多,智能监测和数据收集与分析方面的发展都是其中一部分。

欢迎下载我们的智慧城市电子书,了解企业是如何将 LoRaWAN 用于公用事业监测和其他智慧城市应用中的。

This article was originally published on information-age.com
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Topics: LoRa, Smart Utilities, Smart Cities, Wireless RF, Internet of Things, Smart Water Metering, Smart Electricity Metering, Smart Gas Metering

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