Технологія LoRaWAN у розподіленні газу та води

Що таке розумний облік ресурсів

Майже до кінця XX століття для обліку споживання газу, води, тепла та електрики використовувались лише прилади з механічними накопичувачами показників Абоненти самі фіксували показники та передавали їх постачальникам ресурсів, тому останні часто отримували дані із запізненням або помилками — все через так званий людський чинник. Були й інші проблеми:

• абоненти використовували різні хитрощі, щоб занизити дані про витрату ресурсів
• контролери залежали від користувачів: якщо абонент не перебував вдома або не надавав контролерові доступ до приладу обліку, перевірити показники лічильника було неможливо
• постачальники зазнавали збитків через невиявлені аварії та витоки

Із розвитком технологій ситуація змінилася: у 1990-х роках з’явилися цифрові лічильники, а також можливість передавати дані автоматично через інформаційні мережі. Прилади обліку стали точнішими та досконалішими, отримавши нові функції. Завдяки Інтернету речей (IoT) користувачі та постачальники почали навіть видалено керувати приладами. Усі ці інновації відкрили абсолютно нові можливості: розумні прилади автоматично збирають і передають дані, повідомляють про аварії та інші події, а більшість процесів автоматизовано. Переваги сучасних технологій є очевидними: комфорт, точність і економічність.

Розумний облік ресурсів активно впроваджується в багатьох куточках світу: країни Євросоюзу, Китай, Японія, США, Канада, Мексика, Бразилія, Індія тощо. Так, згідно зі Звітом щодо моніторингу ринків за вересень 2023 року від ACER, до кінця 2022 року в 13 країнах доля розумних електролічильників вже становила більш ніж 80% від загальної кількості приладів обліку. У таблиці нижче наведено відомості про рівень інтеграції розумного обліку даних і можливості, які отримують постачальники ресурсів від розумних технологій у цих країнах.

Що таке Smart Grid

Smart Grid (розумна мережа) — це комплекс приладів, програм, технологій і рішень, що забезпечує постачальникам ресурсів сучасну цифрову інфраструктуру, автоматизований облік даних і зручне їх оброблення. У розумних мережах застосовуються IT-вирішення. Без таких систем неможливо створювати сучасні розумні міста.

Розумна мережа містить такі компоненти:

• кінцеві прилади (розумні лічильники або радіомодулі)
• шлюзи
• мережу передачі даних
• програмне забезпечення оператора
• розумні датчики

Кінцеві прилади за допомогою цифрових інтерфейсів фіксують показники лічильників, забезпечують збереження даних у внутрішній пам’яті, а потім відповідно до графіка та налаштувань передають їх на шлюзи. Кінцевими приладами можуть бути розумні лічильники з вбудованими радіомодулями, а також радіомодулі для обліку води та радіомодулі для обліку газу.

Шлюзи, або базові станції приймають дані від певної кількості кінцевих приладів і передають їх на сервер через мережу.

Мережа передачі даних забезпечує доставку інформації на сервер за допомогою дротових або бездротових каналів зв’язку з використанням відповідних протоколів. Для передавання даних лічильників використовуються мережі з низьким енергоспоживанням (LPWAN).

Програмне забезпечення дає змогу постачальникові ресурсів отримувати дані в зручному для нього форматі, обробляти та зберігати їх.

Розумні датчики встановлюються скрізь, де можна автоматизувати фіксацію подій і зняття параметрів і показань:

• наявність протікань
• вологість і температура
• наповнення контейнерів
• спрацьовування різних датчиків
• передача поточної геолокації
• передача даних вимірювань

Ці прилади надсилають сигнал постачальникові ресурсів, якщо трапляється аварія або інша позаштатна ситуація, передбачена функціональністю датчика.

Далі ми докладно розглянемо другий компонент вирішення — мережу передачі даних LoRaWAN.

Мережі LoRaWAN із підтримкою IoT для розподілу комунальних послуг

LoRaWAN — це мережевий протокол, який передає невеликі за обсягом пакети даних із мінімальними витратами енергії, що дає змогу використовувати автономні джерела електроенергії без необхідності заміни протягом кількох років. Раніше таке було неможливим. 

Цей метод ґрунтується на технології LoRa — способі модуляції, де для передавання даних використовуються діапазони частот, що не ліцензуються. Одночасно сигнали мають високу проникаючу здатність, що дає змогу використовувати технологію LoRa в містах із щільною забудовою та навіть отримувати дані від приладів, розміщених у підвалах.

Технологія LoRa та протокол LoRaWAN забезпечують бездротовий двосторонній зв’язок, захищений шифруванням. Кінцеві прилади передають дані про споживання через радіоканал на шлюзи, а потім — вже через мережу Інтернет дані поступають на сервер, і там стають доступними постачальникам послуг.

У такий спосіб LoRaWAN дає змогу побудувати мережу з такими характеристиками:

• висока проникаюча здатність через перешкоди
• автономність
• двосторонній радіозв’язок
• висока дальність передавання сигналу
• гарантований захист даних
• легке та недороге масштабування мережі

Усі ці характеристики допомагають будувати сучасні розумні мережі обліку газу та води.

Як мережі LoRaWAN використовуються в розумному обліку ресурсів

Технологія LoRa дає змогу інтегрувати розумні мережеві вирішення для ефективного керування газом і водою швидко, легко та з мінімальними інвестиціями.

Низька вартість розгортання мережі. Мережі LoRaWAN мають перевагу над мережею Інтернет: їх можна розгорнути на будь-якій місцевості з порівняно невеликими вкладеннями. Для цього необхідно лише придбати та встановити необхідну кількість базових станцій (шлюзів). Реалізація аналогічного завдання традиційним способом потребуватиме прокладання кабелів, встановлення серверного та телекомунікаційного обладнання. Усе це обійдеться постачальникам газу та води в рази дорожче.

Висока проникаюча здатність через перешкоди. Лічильники абонентів і загальнобудинкові прилади обліку можуть розташовуватися в підвальних приміщеннях, багатоповерхових висотних будівлях і великих офісних центрах. Сигнали в таких локаціях зустрічають на своєму шляху безліч фізичних перешкод (наприклад, стіни та перекриття) і зазнають впливу радіоперешкод. Висока проникаюча здатність частот мережі LoRaWAN дає змогу максимально зменшити вплив цих чинників на розповсюдження сигналу. Тому мережі на базі LoRaWAN можна використовувати в мегаполісах і місцях зі щільною забудовою.

Двосторонній зв’язок. Деякі прилади обліку оснащені додатковими функціями, що дають змогу постачальникам послуг дистанцыйно взаємодіяти з ними. Наприклад, для дистанційного налаштування частоти передавання даних. Для таких ситуацій потрібно, щоб розумний прилад міг не лише передавати сигнал, але й приймати його. Двосторонній зв’язок протоколу LoRaWAN забезпечує таку можливість.

Енергозбереження. Розумні прилади, що працюють за протоколом LoRaWAN, не передають дані постійно, а надсилають їх через певний інтервал часу відповідно до налаштувань. Крім того, у мережі LoRaWAN дані передаються на низькій швидкості, щоб економити заряд батарейки. Завдяки цьому бездротові розумні прилади обліку даних можуть працювати автономно протягом кількох років. Наприклад, радіомодулі Jooby для обліку газу та води здатні працювати до 15 років (залежно від налаштувань частоти передавання даних) без необхідності заміни батарейки.

Покриття. Мережа LoRaWAN забезпечує передавання даних у радіусі до 15 км від шлюзу на відкритій місцевості та на відстані до 5 км в умовах міської забудови.  Нарощувати ємність мережі просто — достатньо лише збільшити кількість шлюзів за принципом стільникової мережі. 

Надійність. Вирішення гарантує безпечне передавання даних: вони захищені шифруванням.

Переваги автоматизації обліку газу та води

Впроваджуючи розумний облік даних, постачальники води та газу надають абонентам зручну систему передавання показників, а собі — такі переваги:

• своєчасне отримання точних даних
• просту й зручну аналітику
• можливість відстежувати аварії, несанкціонований вплив на прилади обліку та можливі розкрадання ресурсів
• зниження витрат на обслуговування клієнтів — немає необхідності в послугах контролерів
• підвищення збирання плати

Вирішення для дистанційного обліку показників можуть також використовувати ОСББ, керуючі компанії, муніципалітети, забудовники та інтернет-провайдери. Використовуючи вирішення та продукти Jooby, наша команда допомогла налагодити дистанційний облік даних кільком житловим комплексам і газопостачальній компанії «Полтавагаз».

Застосування розумного обліку ресурсів дає змогу постачальникам модернізувати інфраструктуру, забезпечити точний, своєчасний і зручний облік показників лічильників, ввести комфортне керування даними та зменшити споживання електроенергії в системах газо- та водопостачання. Завдяки LoRaWAN масштабування мережі не потребує суттєвих вкладень і обходиться значно дешевше, ніж із застосуванням мережі Інтернет.