スマートメータリングのためのLoRaベースのソリューションの実装

この記事では、LoRaデバイスを使用して、ユーティリティの長距離、低電力のスマートメータリングを行い、日常のリモート操作とデータの収集を可能にします。 。

都市や企業がさまざまな操作の監視と制御を支援する新しい方法を検討しているため、コネクテッドテクノロジーの台頭は、スマートメーター市場に直接的な影響を及ぼしています。実際、IHS Markitは、2018年に世界中で7億台を超えるスマートメーターが設置されたと推定しており、2025年までにすべてのメーターの3分の1がスマートメーターに置き換えられると同社は予測しています。

これまで、ユーティリティのメーター監視操作は、専門の技術者が手動で行っていました。このプロセスは時間がかかるだけでなく、労働集約的でした。初期の接続ソリューションは、短距離ワイヤレスデバイスを介したリモート読み取りに依存していました。技術者は通常、地域または近隣を運転し、計測データをリモートで受信します。この方法は地方と郊外に限定されていたため、密集した都市環境、屋内、地下での遠隔検針は非常に困難でした。

課題を考えると、多くの管理者、所有者、および組織は、LoRaデバイスで構成されるスマートメータリングソリューションに移行しています。これは、地上と地下の両方で高密度の環境に侵入できるためです。この記事では、LoRaデバイスを使用してユーティリティを測定する方法について説明し、デバイスの動作を示すユースケースを示します。

一般的なLoRaの展開

典型的なLoRa展開（図1を参照）は、4つの主要な要素と、地域、国内、またはグローバルネットワークでのソリューションの相互運用性のために設計されたオープンネットワークプロトコルであるLoRaWANプロトコルで構成されています。

図1。 LoRaネットワークの故障

この低電力ワイドエリアネットワーク（LPWAN）ソリューションは、エンドノードデバイスから始まります。 IoTソリューションは、LoRaWANプロトコルを使用して、複数のスマートユーティリティセンサーが接続できるハブであるLPWANゲートウェイアプリケーションにデータを送信します。次に、データはネットワークサーバーに送信され、アプリケーションサーバーまたはクラウドIoTサービスにルーティングされて処理されます。その後、データはエンドユーザーのコンピューターまたはスマートデバイスに送信されます。

ワイヤレスユーティリティ監視のセキュリティ

計測データのワイヤレス送信では、プライバシーとセキュリティがサービスプロバイダーの最優先事項です。 LoRaWANプロトコルのベースライン認証およびセキュリティフレームワークは、IEEE 802.15.4 / 2006 Annex B [IEEE802154]によって実装されたAES128暗号化スキームを利用しています。一般的なスマート展開では、ユーザーデータの暗号化と認証/ネットワークの整合性のために個別のキーが使用されます。

IoTデバイスは、2つの方法のいずれかを使用してLoRaWANネットワークに接続します。最初の方法は、パーソナライズによるアクティブ化（ABP）であり、ネットワークセッションキーとアプリケーションセッションキーが、一意の32ビットデバイスアドレスと一意の24ビットネットワークIDとともにIoTデバイスに既に保存されている必要があります。一意の24ビットネットワークIDは、デバイスが対象とする特定のLoRaWANネットワークを識別します。

図2。 リクエストに参加し、メッセージ形式に参加します。

LoRaベースのデバイスを接続するためのより一般的な方法は、無線アクティベーション（OOTA）を使用することです。これが機能するために、各IoTデバイスは参加要求メッセージをネットワークサーバーに送信し、ネットワークサーバーはこのメッセージを参加サーバーに転送します。 join request MACコマンドは、この特定のエンドノードが接続するアプリケーションサーバーを識別する一意のAppEUIも送信します。

それでは、いくつかのスマートユーティリティのユースケースを見てみましょう。

スマート水管理

多くの企業は、より持続可能で環境に配慮した慣行を組み込む方法を模索しています。これには、「水消費のセキュリティシステム」になる機会を見出したワシントンを拠点とするアパナが含まれます。 Apanaの水管理ソリューションは、プロセスドリフト、機械的な誤動作、および水漏れが発生するが一般的には見られない障害点を特定することにより、総ウォーターフットプリントを削減するために必要な洞察を企業に提供します。

図3。 アパナの業績のスナップショット。

Costco Wholesaleは、Apanaの水管理ソリューションを導入し、会社の建物が水をどのように使用しているか、および無駄な運用慣行や設備の故障に関連する異常なスパイクの原因をすばやく特定することができました。その結果、コストコは水の使用量を20％削減することができ、水道料金を約22％節約することができました。

フランスの300万台の接続デバイスへの道

スマート水道メーターを検討しているもう1つの会社は、Nova Veoliaの子会社であり、最適化されたリソース管理の世界的リーダーであるBirdzです。 2015年、フランスのリヨン市は、40万台を超えるLoRaベースのデバイスで構成されるBirdzのLoRaベースの水管理システムを導入しました。

この技術を導入して以来、市は1,200以上の水漏れを修復し、水ネットワークの効率が8％向上しました。従来の計測からスマート計測に移行した結果、市は年間平均100万立方メートルを節約しています。

図4。 スマートユーティリティへのインフラストラクチャアプローチ。

Birdzは現在、フランスでの事業拡大に向けて順調に進んでおり、全国に300万個のインテリジェントユーティリティセンサーを追加しています。主な目標は、今後10年以内に水道メーターの70％以上で長距離リモート読み取りを最終的に達成することです。

LoRaベースのセンサーはスケーラビリティを提供します

LoRaベースのセンサーのスケーラビリティと相互運用性は、接続された時代における従来の運用管理方法からインテリジェントなスマートソリューションへの継続的な移行において極めて重要な役割を果たします。

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