वास्तविक शहर की स्थितियों में ASKUE प्रणाली में LoRaWAN का उपयोग करने का अनुभव

यह लेख घरेलू LoRaWAN उपकरणों पर आधारित वास्तविक शहर की स्थितियों में ऊर्जा संसाधनों (इसके बाद ASKUE) के वाणिज्यिक अपार्टमेंट की एक प्रणाली के पायलट ऑपरेशन के परिणामों को प्रस्तुत करता है।

2010 से, हमारी कंपनी आवास और सांप्रदायिक सेवाओं में वाणिज्यिक और तकनीकी लेखा प्रणाली बना रही है। हमने लेखा प्रणाली बनाने के लिए "क्लासिक" संचार चैनलों और उपकरणों का लंबे और सफलतापूर्वक उपयोग किया है। 2014 में सारास्क शहर में 1200 अपार्टमेंट इमारतों के लिए वाणिज्यिक कॉमन हाउस और अपार्टमेंट रेंटल अकाउंटिंग के रूसी फेडरेशन सिस्टम में उस समय कंपनी की सबसे बड़ी परियोजनाओं में से एक निर्माण था।

2017 की शुरुआत में, हमने एलपीडब्ल्यूएएन और आईओटी प्रौद्योगिकियों पर सक्रिय रूप से शोध करना शुरू किया। IoT विकास की दिशाओं में से एक अल्ट्रा-लो-पावर रेडियो मॉडेम है, जो IoT उपकरणों को बैटरी से कई वर्षों तक स्वायत्त रूप से काम करने और अपेक्षाकृत लंबी दूरी पर डेटा संचारित करने की अनुमति देता है। इस क्षेत्र में मुख्य प्रौद्योगिकियां लोरावन और एनबी-आईओटी हैं। और अगर NB-IoT मानक अभी भी मोबाइल ऑपरेटरों के लिए पायलट कवरेज क्षेत्रों के चरण में है, तो LoRaWAN उपकरण रूस में पहले से ही बड़े पैमाने पर उत्पादित और तैनात किए गए हैं। यह लोरावन के साथ था, हमने परीक्षण संचालन करने का फैसला किया और सफल परीक्षणों के मामले में, इस तकनीक का परिचय दिया।

लोरावन तकनीक के बारे में हमें क्या पसंद आया?

• सबसे पहले, घोषित रेडियो प्रसारण दूरी टेलीमेट्री (RF433, ZigBee, Z-Wave) के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य वायरलेस तकनीकों की तुलना में 10 गुना अधिक है, जो व्यवहार में बेस स्टेशनों की संख्या को कम करने की अनुमति देती है।
• दूसरे, प्रौद्योगिकी पैमाइश उपकरणों और सेंसर पर बैटरी द्वारा संचालित कम-शक्ति वाले रेडियो मॉडेम की स्थापना की अनुमति देती है, जबकि उपकरणों की बैटरी जीवन 5-10 वर्ष होगी। उदाहरण के लिए, कनेक्ट करते समय अपार्टमेंट के पानी के मीटर हमेशा हमारे लिए एक समस्या रहे हैं। और लोरावन के मामले में, आप मरम्मत को बर्बाद किए बिना, संकेत और आपूर्ति लाइनों के बिना अपार्टमेंट के बाथरूम में डेटा संग्रह का आयोजन कर सकते हैं। इसके अलावा, बैटरी, लोरावन के मामले में, मीटर के अगले प्रतिस्थापन तक चलेगी।
• तीसरा, अपने स्वयं के बेस स्टेशनों और बिना लाइसेंस वाली आवृत्तियों का उपयोग। GSM और इसके NB-IoT अवतार का उपयोग करने के विपरीत, डेटा ट्रांसफर के लिए कोई शुल्क नहीं है।

समस्या का विवरण और परीक्षण लेखा प्रणाली का विवरण

इसलिए, हम लोरावन उपकरणों के संचालन की जांच करना चाहते थे। हम, एक तरह से, IoT सम्मेलन में नोवोसिबिर्स्क कंपनी वेगा एब्सोल्यूट के सहयोगियों से मिलने के लिए भाग्यशाली थे। 2017 की शुरुआत में उपलब्ध समाधानों के एक छोटे से अध्ययन के बाद, हमने महसूस किया कि या तो पश्चिमी उपकरण उपलब्ध हैं, या वेगा निरपेक्षता और कई स्टार्टअप करते हैं। उपकरण "वेगा-निरपेक्ष" चुना गया था और पायलट ऑपरेशन के उद्देश्य तैयार किए गए थे। हमने इसे पेनज़ा में रखने का फैसला किया।

हमने उपयोग किया:

• "पारदर्शी चैनल" मोड में RS485 ऑपरेशन के लिए SI-13-485 मोडेम;
• वेगा एसआई -11 पल्स काउंटर के साथ मोडेम;
• बेस स्टेशन वेगा बीएस -1;

परीक्षण ऑपरेशन के कार्य निम्नानुसार तैयार किए गए थे:

1. एसआई -13-485 रेडियो मॉडेम के माध्यम से आरएस -485 के माध्यम से बिजली मीटरिंग के लिए "चल" मीटर के साथ परीक्षण सूचना विनिमय, सर्वेक्षण की सुविधाओं का अध्ययन करें;
2. बिजली और पानी के लिए अपार्टमेंट मीटर के साथ एक पैमाइश प्रणाली का निर्माण करें और शहरी वातावरण में दीर्घकालिक परीक्षण संचालन करें।

लेखा प्रणाली की वास्तुकला इस तरह दिखती है:

"पारदर्शी संचार चैनल" के माध्यम से RS-485 के माध्यम से बुध-206 इलेक्ट्रिक मीटर के साथ सूचना का आदान-प्रदान

परीक्षण के लिए निम्नलिखित स्टैंड का उपयोग किया गया था:

• ASKUE सर्वर जो LoRaWAN IOT वेगा सर्वर से जुड़ता है;
• बेस स्टेशन के चैनल बनाने वाले उपकरण (बीएस) लोरावन - एसआई-13-485 मॉडेम;
• इलेक्ट्रिक मीटर मर्करी-206 PLNO (RS485 के माध्यम से कनेक्शन)।

परीक्षण बेंच पर एक पारदर्शी संचार चैनल को व्यवस्थित करने के लिए, विशेष सॉफ्टवेयर स्थापित और कॉन्फ़िगर किया गया था जो लोरावन रेडियो चैनल के माध्यम से जुड़े डिवाइस के साथ संचार का "पारदर्शी चैनल" आयोजित करता है। ट्रैफ़िक विश्लेषण से पता चला कि डिवाइस के साथ विनिमय बहुत धीमा है, एक नियम के रूप में, डिवाइस की प्रतिक्रिया 11 सेकंड की देरी के साथ आती है। इस तरह की देरी के साथ, डिवाइस के मतदान की कुल अवधि मीटर के सर्वेक्षण के मापदंडों की संख्या पर निर्भर करती है, यह लोरावन विनिमय प्रोटोकॉल की विशेषताओं के कारण है (मीटर के कितने मापदंडों को प्रति अनुरोध प्राप्त किया जा सकता है) और मीटर के संग्रह से ऐतिहासिक डेटा को पढ़ने की आवश्यकता है।

इसलिए, जब मर्करी-206 इंस्ट्रूमेंट से 15 ऑपरेशनल पैरामीटर पढ़ते हैं, तो कुल डेटा अपडेट की अवधि 70 सेकंड औसत रही, हालांकि, अंतिम पोलिंग अवधि दृढ़ता से मापदंडों (टैग) के चयनित सेट पर निर्भर करती है और, सबसे खराब स्थिति में, 15 टैग के लिए पोलिंग अवधि 160 सेकंड थी।

ऐतिहासिक डेटा को पढ़ते समय, टैरिफ के लिए एक पैमाइश बिंदु पर सक्रिय ऊर्जा का दैनिक संग्रह प्राप्त करने का समय 11 सेकंड था, पावर प्रोफाइल प्राप्त करने की गति हर 70 सेकंड में 48 "आधे घंटे" थी।

इसके अतिरिक्त, एक्सचेंज की स्थिरता का विश्लेषण करने के लिए, 3 दिनों के लिए एक लंबे समय का आयोजन किया गया था, जिसके दौरान संभावित समस्याओं की पहचान करने के लिए कनेक्टेड काउंटर के मापदंडों का एक सतत सर्वेक्षण किया गया था। नतीजतन, सर्वेक्षण में समस्याएं थीं और हमें बहुत कम बार सर्वेक्षण करने की सिफारिश की गई थी। नतीजतन, ड्राइवर द्वारा डिवाइस के मापदंडों के मतदान को हर 1 घंटे में एक बार पोल करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया था और 5 दिनों के लिए काम किया था। इस तरह के रन की अवधि के दौरान, अपेक्षाकृत स्थिर संबंध देखा गया था (प्रति दिन लगभग 0–3 ब्रेक)। उसी समय, रन टाइम के दौरान, एक पैरामीटर पर गलत डेटा की एक बार रसीद दर्ज की गई थी। सबसे अधिक संभावना है, यह डिवाइस के प्रतिक्रिया पैकेट के भ्रम की स्थिति के कारण हुआ (एक्सचेंज प्रोटोकॉल मर्करी 206 में प्रतिक्रिया पैकेट को मान्य करने की कोई संभावना नहीं है)।

निम्नलिखित निष्कर्ष परीक्षा परिणामों से निकाले जा सकते हैं:

1. संचार चैनल में बड़ी देरी को देखते हुए, उपकरणों के साथ सूचना का आदान-प्रदान अक्सर नहीं किया जाना चाहिए; कार्यों को भेजने के लिए, एक पारदर्शी चैनल के माध्यम से और नियंत्रण कक्ष के मानक संचार प्रोटोकॉल के साथ मतदान के लिए परीक्षण की गई तकनीक लागू नहीं है।
2. अभिलेखागार के पढ़ने की स्थापना करते समय, यह उस साधन से अभिलेखागार से पूछताछ करने की अनुशंसा नहीं की जाती है जो बड़ी मात्रा में डेटा (पावर प्रोफाइल, आदि) को मानते हैं।

इसके अलावा, अन्य पैमाइश उपकरणों के प्रोटोकॉल के साथ हमारे अनुभव के आधार पर, लोरावन में मनाया देरी - RS-485 पारदर्शी चैनल कुछ अन्य प्रकार के उपकरणों (ताप मीटर TEM-106, TEM-104, पावर प्रोफाइल पढ़ने) से अभिलेखागार को पढ़ना असंभव बना सकता है। बुध के साथ 230 और कुछ अन्य)।

इन परीक्षणों ने सैद्धांतिक रूप से अपेक्षित परिणाम प्राप्त किए और स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया कि क्यों IOT डिवाइस अनुरोध-प्रतिक्रिया मोड से दूर हो रहे हैं, एएमआर सिस्टम के लिए शास्त्रीय, और स्मार्ट मीटर की तरफ मतदान मोड में जा रहे हैं और नियंत्रण कक्ष से सर्वर पर शेड्यूल या ईवेंट पर लगातार डेटा भेज रहे हैं।

पल्स आउटपुट के साथ पैमाइश उपकरणों से डेटा एकत्र करने के लिए एक प्रणाली का परीक्षण

प्रयोग पेन्ज़ा की सुविधाओं पर आयोजित किया गया था। प्रयोग के उद्देश्य थे:

1. शहरी परिस्थितियों में और खुले क्षेत्रों (उपनगरों) में एक बेस स्टेशन के वास्तविक कवरेज क्षेत्र का निर्धारण;
2. कवरेज क्षेत्र में अपार्टमेंट इमारतों के अंदर सिग्नल स्तर की जाँच करना (सिग्नल स्तर पर दीवारों और विभाजन का प्रभाव);
3. बेस स्टेशन के एंटीना और एंटीना स्थापना स्थल का चयन, कवरेज और सिग्नल स्तर पर एंटीना के प्रभाव का निर्धारण।

पहला चरण। 4.5 dBi एंटीना के साथ बाहरी कवरेज क्षेत्र की जाँच की

हमारे कार्यान्वयन विभाग ने वेगा BS-1 बेस स्टेशन और एक 4.5 dBi एंटीना स्थापित किया, जो उस समय, बीएस के साथ बंडल किया गया था। हमने बाहरी कवरेज क्षेत्र का प्रारंभिक परीक्षण किया। नीचे दिया गया मानचित्र हमारे पहले परीक्षण के परिणामों को दर्शाता है: हरा बीएस सिग्नल के सफल रिसेप्शन को इंगित करता है, लाल - नहीं।



निष्कर्ष: पूर्ण एंटीना के साथ कवरेज क्षेत्र लोरावन के लिए अधिकतम से बहुत दूर है और, हमारे मामले में, 2 किमी था। यह स्पष्ट हो गया कि हमें बेस स्टेशन की स्थापना के लिए सावधानीपूर्वक संपर्क करने की आवश्यकता है, एक अच्छा एंटीना और न्यूनतम रेडियो नियोजन के बिना 10 किमी का दावा किया, यहां तक ​​कि खुले क्षेत्रों में भी प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

दूसरा चरण। 4.5 dBi एंटीना के साथ इमारतों के अंदर कवरेज क्षेत्र की जाँच की

उसी बीएस स्थापना पर, उन्होंने तुरंत बीएस से 422 मीटर की दूरी पर एक आवासीय भवन के अंदर वेगा एसआई -11 पल्स काउंटर के संचालन की जांच करने का फैसला किया। पहली मंजिल पर, अपार्टमेंट बिल्डिंग के अंदर पैमाइश बिंदु थे। हमने दूसरे की उम्मीद की, लेकिन परीक्षणों से पता चला है कि कोई रिसेप्शन सिग्नल नहीं है!

उन लोगों से संपर्क किया। वेगा समर्थन, सॉफ्टवेयर को अपडेट किया, लेकिन कनेक्शन स्थापित नहीं किया जा सका। परिणामों के विश्लेषण का आयोजन किया और उपकरणों की प्रस्तावित स्थापना स्थानों में फिर से परीक्षण किया। अंत में, राजधानी से दीवार से बीएस की ओर कवर नहीं की गई जगह से संकुल के हस्तांतरण को प्राप्त करना संभव था। परिणामस्वरूप, हम एक सकारात्मक परिणाम प्राप्त करने में सफल रहे और पैकेट हस्तांतरण सफल रहा। इसके अलावा, हमने छत पर स्थापित बीएस के साथ एसआई -11 को सीधे उसी घर की पहली मंजिल पर रखा, पैकेट ट्रांसमिशन भी सफल रहा (हालांकि बीएस के तहत मोडेम लगाने की अनुशंसा नहीं की गई है)।



दूसरे चरण के परिणामों से निष्कर्ष: आप उसी एमसीडी में डेटा लेते समय मौजूदा समाधान का उपयोग कर सकते हैं जहां बीएस स्थापित किया गया है, साथ ही साथ बीएससीडी स्थापना स्थल से 300-400 मीटर के दायरे में स्थित एमसीडी और ऑब्जेक्ट्स में, लेकिन प्रत्येक मामले में, रेडियो कवरेज की प्रारंभिक जांच । इसके अलावा, बीएस की दिशा में 500 मिमी से अधिक की मुख्य दीवार के पीछे मोडेम स्थापित करने की अनुशंसा नहीं की जाती है।

परिणाम स्पष्ट रूप से हमारी अपेक्षाओं से कम थे, हमने वेगा के विशेषज्ञों के साथ विचार-विमर्श किया और अब स्पष्ट निष्कर्ष पर पहुंचे: हमें उच्च लाभ के साथ एक अच्छा बीएस एंटीना की आवश्यकता है, हमें सेलुलर ऑपरेटरों के बीएस और अन्य हस्तक्षेप से बीएस को सही ढंग से माउंट करना चाहिए, सही तरीके से छत पर रखना चाहिए और परीक्षणों को दोहराना चाहिए।

10 dBi एंटीना के साथ तीसरे चरण का परीक्षण

उन्होंने 868 मेगाहर्ट्ज पर मॉस्को कंपनी रेडियल का नया 10 डीबी एंटीना स्थापित किया, बीएस की स्थापना साइट 12-मंजिला इमारत की छत पर है। दुर्भाग्य से, "जीवन ने समायोजन किया" और हमें घर के छत पर एक एंटीना और बीएस स्थापित करने की अनुमति दी गई। केवल इस तरह से इमारतें बनाना:



दूसरी ओर, परीक्षण किए गए घरों में पैमाइश बिंदुओं की दिशा इस तकनीक को ओवरलैप नहीं करती है। निर्माण के द्वारा। इसके बाद, हमने परिसर के बाहर एक शहर में संचार रेंज का परीक्षण किया। नियंत्रण कक्ष को जोड़ने के बिना, दालों को भेजने के अनुकरण मोड में मोडेम का उपयोग किया गया था। बीएस से 6 किमी तक की दूरी पर, पैकेट सफलतापूर्वक पारित हुए, इस प्रकार, अधिकतम दूरी जो सड़क पर प्राप्त की जा सकती है:



इस प्रकार, हम एक 10-12 कहानी एमकेडी की छत पर स्थित 10 डीबी एंटीना के साथ बीएस से अधिकतम 5-6 किमी की दूरी पर, निजी क्षेत्र में, उदाहरण के लिए, स्थित मॉडेम से सिग्नल ट्रांसमिशन की उम्मीद कर सकते हैं।

दीर्घकालिक परीक्षण और पैकेट आँकड़े

फिर हमने पीयू मर्करी के साथ पल्स काउंटर एसआई -11 के पैकेट के पारित होने के आंकड़ों के संग्रह के साथ एक दीर्घकालिक परीक्षण किया। परीक्षण में 4 पैमाइश बिंदु (679 मीटर, 422 मीटर, 243 मी, बीएस से 126 मीटर) शामिल हैं, नीचे दिखाया गया है:



ध्यान दें कि 600 मिमी की मुख्य दीवार के पीछे 422 मीटर की दूरी पर एक बिंदु पर, जिसमें पहले 4.5 डीबी एंटीना के साथ कोई संचार नहीं था, एक कनेक्शन नए 10 डीबीआई एंटीना के साथ दिखाई दिया, लेकिन 10% पैकेट नुकसान के साथ। इस प्रकार, लगभग 700 मीटर के दायरे में, सिग्नल स्तर काफी अधिक है (आरएसएसआई ~ 115), जो आपको एमकेडी के अंदर इस क्षेत्र में मॉडेम स्थापित करने और डेटा को मज़बूती से संचारित करने की अनुमति देता है।

नीचे दी गई तस्वीर ईई मीटरिंग उपकरणों के लिए एक मंजिल ढाल में एक सीढ़ी पर एक पैमाइश डिवाइस का एक विशिष्ट स्थापना स्थान दिखाती है जिसमें एक मॉडेम जुड़ा हुआ है:



सिस्टम में मीटर एनर्जोमेरा CE101 से डेटा का प्रदर्शन। डेटा ट्रांसमिशन SI-11-1 मॉडेम के माध्यम से किया जाता है। ग्राफ सक्रिय ऊर्जा (डी, एच) पर डेटा दिखाता है:



प्रारंभिक परीक्षण अवधि के लिए, फरवरी 2018 में एक घंटे में एक बार पैकेट के प्रसारण के साथ, 144 घंटे तक चलने वाले, डेटा ट्रांसमिशन पर निम्नलिखित आँकड़े निम्न हैं:

• सफलतापूर्वक प्राप्त पैकेजों की संख्या 144 में से 132 है, जो 91.6% है;
• असफल प्रयासों की संख्या - 12, जिनमें से गलती से:
• TOO_LARGE_GW_PING_ERR (बीएस को बहुत बड़ा पिंग) - 8 पीसी ।;
• LATENCY_ERR (बीएस सर्वर देरी) - 4 पीसी।

यदि आप 02/21/2018 से 03/18/2018 तक की लंबी अवधि के आंकड़ों को देखते हैं, तो डिफ़ॉल्ट मॉडेम सेटिंग्स के साथ 624 ~ 23% में से 142 पैकेट खो गए थे। इस संबंध में, मॉडेम पैरामीटर "पैकेट रिट्रीस की संख्या" को 5 तक बढ़ा दिया गया था (यानी, मॉडेम पैकेट को कई बार भेजेगा जब तक कि यह बेस स्टेशन से पुष्टि प्राप्त नहीं करता है)। नतीजतन, पैकेट का नुकसान लगभग पूरी तरह से समाप्त हो गया था। हमारा मानना ​​है कि इस पैरामीटर को बैटरी की खपत की आवश्यकताओं के आधार पर 3 से 5 तक सेट किया जाना चाहिए।

लोरावन SI-11 पल्स काउंटर की अंतर्निहित बिजली आपूर्ति के निर्वहन दर का परीक्षण

तीन महीने के भीतर, SI-11 मॉडेम के अंतर्निहित बिजली आपूर्ति तत्वों का परीक्षण किया गया:

परीक्षण अवधि: 03/19/2018 - 06/07/2018 (लगभग 3 महीने):

1. परीक्षण की स्थिति: मॉडेम एमकेडी सीढ़ी पर बोर्डों में स्थापित किए जाते हैं, निरंतर सकारात्मक तापमान (मॉडेम के अंदर तापमान संवेदक के अनुसार 5:29 डिग्री सेल्सियस तक);
2. मतदान की आवृत्ति: SI-11 नंबर 383336384B368A0F - प्रति घंटे 1 बार, SI-11 नंबर 3530373550376114 - हर 6 घंटे में एक बार।

शेष बैटरी चार्ज पर डेटा के साथ तालिका:



निष्कर्ष: प्राप्त परिणामों को ध्यान में रखते हुए, हम 100% बैटरी निर्वहन तक समान परिस्थितियों में परिचालन समय का अनुमान लगा सकते हैं:

• सर्वेक्षण के दौरान प्रति घंटे 1 समय - 45 महीने या 3.7 वर्ष
• जब हर 6 घंटे में एक बार साक्षात्कार किया जाता है - 135 महीने या 11.2 वर्ष

परीक्षण के परिणामों से सामान्य निष्कर्ष

प्रौद्योगिकी "काम कर रही है।" 2018 की गर्मियों के लिए उपकरण घरेलू उत्पादन की श्रेणी में पहले से ही व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। प्रौद्योगिकी को इसकी विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए लागू किया जाना चाहिए:

1. LoRaWAN उपकरण बीएस से 1 किमी के दायरे में इमारतों के अंदर मज़बूती से काम करता है और 5-6 किमी सड़क के ऊपर तक अगर यह "ठीक से तैयार" है;
2. विशेष रूप से LoRaWAN के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों के साथ महान काम करता है, और बड़े चैनल देरी के कारण RS-485 पारदर्शी चैनल मोड में खराब (धीरे) काम करता है;
3. इसके लिए बीएस की सक्षम स्थापना की आवश्यकता होती है, हालांकि, किसी भी रेडियो संचार उपकरण की तरह। सही बीएस प्लेसमेंट और एक अच्छा एंटीना सफलता की कुंजी है;
4. दावा किया गया 6-10 साल की बैटरी जीवन डेटा संग्रह की आवृत्ति के लिए सही सेटिंग के साथ काफी प्राप्त करने योग्य है।
5. प्रौद्योगिकी गर्म पानी और गर्म पानी की आपूर्ति, साथ ही ऊर्जा दक्षता के लिए अपार्टमेंट के अंदर स्थापना के लिए आदर्श है, लेकिन पीएलसी के रूप में एक विकल्प है