Artikel ini menyajikan hasil operasi percontohan sistem metering apartemen komersial sumber daya energi (selanjutnya ASKUE) dalam kondisi kota nyata berdasarkan peralatan LoRaWAN domestik.
Sejak 2010, perusahaan kami telah menciptakan sistem akuntansi komersial dan teknis di perumahan dan layanan komunal. Kami telah lama dan berhasil menggunakan saluran dan peralatan komunikasi "klasik" untuk menciptakan sistem akuntansi. Salah satu proyek tengara perusahaan adalah penciptaan yang terbesar pada saat itu dalam sistem Federasi Rusia sewa rumah umum dan apartemen komersial untuk 1200 bangunan apartemen di kota Saransk pada tahun 2014.
Pada awal 2017, kami secara aktif mulai meneliti teknologi LPWAN dan IoT. Salah satu arah pengembangan IoT adalah modem radio berdaya rendah, yang memungkinkan perangkat IoT bekerja secara otonom selama beberapa tahun dari baterai dan mengirimkan data pada jarak yang relatif jauh. Teknologi utama di bidang ini adalah LoRaWAN dan NB-IoT. Dan jika standar NB-IoT masih dalam tahap area cakupan pilot untuk operator seluler, maka peralatan LoRaWAN sudah diproduksi secara massal dan digunakan di Rusia. Itu dengan LoRaWAN bahwa kami memutuskan untuk melakukan operasi percobaan dan, dalam hal tes yang sukses, memperkenalkan teknologi ini.
Apa yang kami sukai dari teknologi LoRaWAN?
- Pertama, jarak transmisi radio yang dideklarasikan adalah 10 kali lebih lama dari teknologi nirkabel lainnya yang digunakan untuk telemetri (RF433, ZigBee, Z-Wave), yang dalam praktiknya memungkinkan pengurangan jumlah stasiun pangkalan.
- Kedua, teknologi ini memungkinkan pemasangan modem radio berdaya rendah yang ditenagai oleh baterai pada perangkat meteran dan sensor, sedangkan usia baterai perangkat tersebut adalah 5-10 tahun. Misalnya, meter air apartemen selalu menjadi masalah bagi kami saat menghubungkan. Dan dalam kasus LoRaWAN, Anda dapat mengatur pengumpulan data di kamar mandi apartemen tanpa merusak perbaikan, tanpa menjumlahkan sinyal dan jalur suplai. Selain itu, baterai, dalam kasus LoRaWAN, akan bertahan hingga penggantian meter berikutnya.
- Ketiga, penggunaan BTS mereka sendiri dan frekuensi tidak berlisensi. Tidak ada biaya untuk transfer data, tidak seperti menggunakan GSM dan inkarnasi NB-IoT-nya.
Pernyataan masalah dan deskripsi sistem akuntansi pengujian
Jadi, kami ingin memeriksa pengoperasian peralatan LoRaWAN. Kami, dalam arti tertentu, beruntung dapat segera bertemu dengan rekan-rekan dari perusahaan Novosibirsk Vega Absolute di konferensi IoT. Setelah sedikit mempelajari solusi yang tersedia pada awal 2017, kami menyadari bahwa baik peralatan Barat tersedia, atau apa yang dilakukan Vega Absolute dan beberapa startup. Peralatan "Vega-Absolute" dipilih dan tujuan dari operasi percontohan dirumuskan. Kami memutuskan untuk menahannya di Penza.
Kami menggunakan:
- Modem SI-13-485 untuk operasi RS485 dalam mode “saluran transparan”;
- Modem dengan penghitung pulsa Vega SI-11;
- Stasiun induk Vega BS-1;
Tugas-tugas operasi percobaan dirumuskan sebagai berikut:
- Uji pertukaran informasi dengan meteran “berjalan” untuk pengukuran listrik melalui RS-485 melalui modem radio SI-13-485, pelajari fitur-fitur survei;
- Bangun sistem pengukuran dengan meteran apartemen untuk listrik dan air dan lakukan operasi uji coba jangka panjang di lingkungan perkotaan.
Arsitektur sistem akuntansi tampak seperti ini:
Pertukaran informasi dengan meteran listrik Merkuri-206 melalui RS-485 melalui "saluran komunikasi transparan"
Stand berikut digunakan untuk pengujian:
- ASKUE server yang terhubung ke LoRaWAN IOT Vega Server;
- Peralatan pembentuk saluran dari base station (BS) LoRaWAN - SI-13-485 modem;
- Meteran listrik Merkuri-206 PLNO (koneksi melalui RS485).
Untuk mengatur saluran komunikasi transparan di bangku tes, perangkat lunak khusus dipasang dan dikonfigurasikan yang mengatur "saluran transparan" komunikasi dengan perangkat yang terhubung melalui saluran radio LoRaWAN. Analisis lalu lintas menunjukkan bahwa pertukaran dengan perangkat sangat lambat, sebagai aturan, respons perangkat datang dengan penundaan 11 detik. Dengan penundaan seperti itu, periode total jajak pendapat perangkat sangat tergantung pada jumlah parameter meter yang disurvei, ini disebabkan oleh fitur protokol pertukaran LoRaWAN (berapa banyak parameter meteran yang dapat diperoleh per permintaan) dan kebutuhan untuk membaca data historis dari arsip meteran.
Jadi, ketika membaca 15 parameter operasional dari instrumen Mercury-206, periode pembaruan data rata-rata rata-rata 70 detik, namun, periode pemungutan suara akhir sangat tergantung pada set parameter (tag) yang dipilih dan, dalam kasus terburuk, periode pemungutan 15 tag adalah 160 detik.
Saat membaca data historis, waktu untuk menerima arsip harian energi aktif pada satu titik pengukuran untuk tarif adalah 11 detik, kecepatan memperoleh profil daya adalah 48 "setengah jam" setiap 70 detik.
Selain itu, untuk menganalisis stabilitas pertukaran, jangka panjang selama 3 hari diselenggarakan, di mana survei kontinu terhadap parameter penghitung yang terhubung dilakukan untuk mengidentifikasi kemungkinan masalah. Akibatnya, ada masalah dengan survei dan kami direkomendasikan untuk melakukan survei lebih jarang. Akibatnya, polling parameter perangkat oleh pengemudi dikonfigurasikan untuk polling setiap 1 jam sekali dan bekerja selama 5 hari. Selama periode lari seperti itu, hubungan yang relatif stabil diamati (sekitar 0–3 istirahat per hari). Pada saat yang sama, selama waktu berjalan, satu kali penerimaan data yang salah pada satu parameter dicatat. Kemungkinan besar, ini terjadi karena kebingungan dari paket respons perangkat (dalam protokol pertukaran Mercury 206 tidak ada kemungkinan memvalidasi paket respons).
Kesimpulan berikut dapat diambil dari hasil tes:- Mengingat keterlambatan besar dalam saluran komunikasi, pertukaran informasi dengan perangkat tidak boleh sering dilakukan, untuk tugas pengiriman, teknologi teruji untuk pemungutan suara melalui saluran transparan dan dengan protokol komunikasi standar panel kontrol tidak berlaku.
- Saat menyiapkan pembacaan arsip, tidak disarankan untuk menginterogasi arsip dari instrumen yang mengasumsikan sejumlah besar data (profil daya, dll.).
Selain itu, berdasarkan pengalaman kami dengan protokol perangkat pengukuran lain, keterlambatan yang diamati pada saluran transparan LoRaWAN - RS-485 dapat membuat tidak mungkin untuk membaca arsip dari beberapa jenis perangkat lain (meter panas TEM-106, TEM-104, profil daya baca dengan Merkurius 230 dan beberapa lainnya).
Tes ini menghasilkan hasil yang diharapkan secara teoritis dan dengan jelas menunjukkan mengapa perangkat IOT menjauh dari mode respons-respons, klasik untuk sistem AMR, dan beralih ke mode polling di sisi pengukur pintar dan secara proaktif mengirim data dari panel kontrol ke server sesuai jadwal atau acara.Tes sistem untuk mengumpulkan data dari perangkat pengukuran dengan output pulsa
Percobaan dilakukan di fasilitas Penza. Tujuan percobaan adalah:
- Penentuan area jangkauan nyata dari satu stasiun pangkalan dalam kondisi perkotaan dan di area terbuka (pinggiran kota);
- Memeriksa level sinyal di dalam gedung apartemen di area jangkauan (efek dinding dan partisi pada level sinyal);
- Pemilihan antena dan lokasi pemasangan antena stasiun pangkalan, penentuan efek antena pada jangkauan dan level sinyal.
Tahap pertama. Memeriksa area jangkauan luar dengan antena 4,5 dBi
Departemen implementasi kami memasang base station Vega BS-1 dan antena 4,5 dBi, yang, pada saat itu, dibundel dengan BS. Kami melakukan tes pendahuluan area cakupan luar. Peta di bawah ini menunjukkan hasil pengujian pertama kami: hijau menunjukkan keberhasilan penerimaan sinyal BS, merah - tidak.
Kesimpulan: Area jangkauan dengan antena lengkap jauh dari maksimum untuk LoRaWAN dan, dalam kasus kami, adalah 2 km. Menjadi jelas bahwa kita perlu mendekati instalasi stasiun pangkalan, yang diklaim 10 km tanpa antena yang baik dan perencanaan radio yang minimal, bahkan di daerah terbuka, tidak dapat diperoleh.Tahap kedua. Memeriksa area jangkauan di dalam gedung dengan antena 4,5 dBi
Pada instalasi BS yang sama, mereka memutuskan untuk segera memeriksa operasi penghitung pulsa Vega SI-11 di dalam gedung tempat tinggal pada jarak 422 meter dari BS. Titik pengukuran berada di dalam gedung apartemen, di lantai 1. Kami mengharapkan yang lain, tetapi tes telah menunjukkan bahwa tidak ada sinyal penerimaan!
Menghubungi mereka. Dukungan Vega, memperbarui perangkat lunak, tetapi koneksi tidak dapat dibuat. Melakukan analisis hasil dan menguji ulang di lokasi pemasangan perangkat yang diusulkan. Akhirnya, dimungkinkan untuk mendapatkan transfer paket dari tempat yang tidak terjangkau oleh tembok modal dari arah ke BS. Hasilnya, kami berhasil mendapatkan hasil positif dan transfer paket berhasil. Selain itu, kami menempatkan SI-11 langsung di lantai pertama rumah yang sama dengan BS dipasang di atap, transmisi paket juga berhasil (walaupun tidak disarankan untuk menempatkan modem di bawah BS).
Kesimpulan dari hasil tahap kedua: Anda dapat menggunakan solusi yang ada saat mengambil data dalam MCD yang sama di mana BS diinstal, serta dalam MCD dan objek yang terletak dalam radius 300-400 m dari situs instalasi BS, tetapi dalam setiap kasus, pengujian pendahuluan dari jangkauan radio . Selain itu, tidak disarankan untuk memasang modem di belakang dinding utama lebih dari 500 mm ke arah BS.Hasilnya jelas di bawah ekspektasi kami, kami mengadakan konsultasi dengan para ahli Vega dan sampai pada kesimpulan yang jelas sekarang: kami membutuhkan antena BS yang baik dengan gain tinggi, kami harus memasang BS dengan benar dari BS operator seluler dan gangguan lainnya, dengan benar meletakkannya di atap dan mengulangi pengujian.
Tes fase ketiga dengan antena 10 dBi
Mereka memasang antena 10 dBi baru dari perusahaan Moskow Radial di 868 MHz, lokasi instalasi BS ada di atap gedung 12 lantai. Sayangnya, "penyesuaian hidup dibuat" dan kami diizinkan memasang antena dan BS di atap rumah di ujungnya. membangun bangunan dengan cara ini saja:
Di sisi lain, arah ke titik pengukuran di rumah yang diuji tidak tumpang tindih dengan teknologi ini. oleh konstruksi. Selanjutnya, kami menguji jangkauan komunikasi di kota di luar lokasi. Modem digunakan dalam mode emulasi pengiriman pulsa, tanpa menghubungkan panel kontrol. Pada jarak hingga 6 km dari BS, paket-paket berlalu dengan sukses, dengan demikian, jarak maksimum yang bisa diperoleh di luar ruangan adalah 6 km:
Dengan demikian, kita dapat mengharapkan transmisi sinyal dari modem yang berada, misalnya, di sektor swasta, pada jarak hingga maksimum 5-6 km dari BS dengan antena 10 dBi yang terletak di atap MKD 10-12 lantai.Pengujian jangka panjang dan statistik paket
Kemudian kami melakukan tes jangka panjang dengan pengumpulan statistik pada paket paket penghitung pulsa SI-11 dengan PU Mercury. Tes ini melibatkan 4 titik pengukuran (679m, 422m, 243m, 126m dari BS), ditunjukkan di bawah ini:
Perhatikan bahwa pada titik pada jarak 422 m di belakang dinding utama 600 mm, di mana tidak ada komunikasi dengan antena 4,5 dBi sebelumnya, koneksi muncul dengan antena 10 dBi baru, tetapi dengan paket loss 10%. Dengan demikian, dalam radius sekitar 700 m, level sinyal cukup tinggi (RSSI ~ 115), yang memungkinkan Anda untuk menginstal modem di area ini di dalam MKD dan mentransmisikan data dengan andal.
Foto di bawah ini menunjukkan lokasi pemasangan khas perangkat pengukuran pada tangga di pelindung lantai untuk perangkat pengukuran EE yang terhubung dengan modem:
Tampilan data dari meter Energomera CE101 dalam sistem. Transmisi data dilakukan melalui Modem SI-11-1. Grafik menunjukkan data energi aktif (D, H):
Untuk periode pengujian awal, yang berlangsung 144 jam, dengan pengiriman paket satu jam sekali pada bulan Februari 2018, statistik berikut tentang transmisi data diperoleh:
- jumlah paket yang berhasil diterima adalah 132 dari 144, yang merupakan 91,6%;
- jumlah upaya yang gagal - 12, di antaranya karena kesalahan:
- TOO_LARGE_GW_PING_ERR (ping terlalu besar ke BS) - 8 pcs .;
- LATENCY_ERR (penundaan server BS) - 4 pcs.
Jika Anda melihat statistik untuk jangka waktu yang lebih lama dari 02/21/2018 hingga 03/18/2018, 142 paket dari 624 ~ 23% dengan pengaturan modem default hilang. Dalam hal ini, parameter modem "Jumlah pengulangan paket" dinaikkan menjadi 5 (artinya, modem akan mengirim paket berkali-kali hingga menerima konfirmasi dari stasiun pangkalan). Akibatnya, paket loss hampir sepenuhnya dihilangkan. Kami percaya bahwa parameter ini harus ditetapkan dari 3 hingga 5, tergantung pada persyaratan untuk konsumsi baterai.
Menguji laju pelepasan catu daya internal penghitung pulsa LoRaWAN SI-11
Dalam tiga bulan, elemen catu daya bawaan dari modem SI-11 diuji:
Periode pengujian: 03/19/2018 - 06/07/2018 (hampir 3 bulan):
- Kondisi pengujian: modem dipasang di papan pada tangga MKD, suhu positif konstan (sesuai dengan sensor suhu di dalam modem dari +26 hingga +29 ° C);
- Frekuensi polling: SI-11 No. 383336384B368A0F - 1 kali per jam, SI-11 No. 3530373550376114 - sekali setiap 6 jam.
Tabel dengan data tentang sisa daya baterai:
Kesimpulan: dengan memperhitungkan hasil yang diperoleh, kami dapat memperkirakan waktu pengoperasian dalam kondisi yang sama hingga 100% pelepasan baterai:
- selama survei 1 kali per jam - 45 bulan atau 3,7 tahun
- ketika diwawancarai setiap 6 jam - 135 bulan atau 11,2 tahun
Kesimpulan umum dari hasil tes
Teknologi ini "bekerja." Peralatan untuk musim panas 2018 sudah tersedia secara komersial di berbagai produksi dalam negeri. Teknologi ini harus diterapkan dengan mempertimbangkan fitur-fiturnya:
- Peralatan LoRaWAN bekerja dengan andal dalam radius 1 km dari BS di dalam gedung dan hingga 5-6 km di luar ruangan jika peralatan tersebut “dipersiapkan dengan baik”;
- bekerja sangat baik dengan perangkat yang dirancang khusus untuk LoRaWAN, dan bekerja dengan buruk (lambat) dalam mode saluran transparan RS-485 karena penundaan saluran yang besar;
- Akan tetapi, ini membutuhkan pemasangan BS yang kompeten, seperti peralatan komunikasi radio lainnya. Penempatan BS yang benar dan antena yang baik adalah kunci keberhasilan;
- daya tahan baterai 6-10 tahun yang diklaim cukup dapat dicapai dengan pengaturan yang tepat untuk frekuensi pengumpulan data.
- teknologi ini sangat ideal untuk pemasangan di dalam apartemen untuk memperhitungkan air panas dan pasokan air panas, serta efisiensi energi, tetapi ada alternatif dalam bentuk PLC