本文介绍了基于家用LoRaWAN设备在实际城市条件下的商业公寓能源计量系统（以下称ASKUE）的试运行结果。
自2010年以来，我们公司一直在住房和公共服务领域创建商业和技术会计系统。 我们长期以来一直成功地使用“经典”通信渠道和设备来创建会计系统。 该公司的地标性项目之一是在俄罗斯联邦商业普通房屋和公寓租赁系统中创建了当时最大的项目，该项目在2014年为萨拉恩斯克市的1200栋公寓建筑。
2017年初，我们积极开始研究LPWAN和IoT技术。 物联网发展的方向之一是超低功耗无线电调制解调器，它可使物联网设备依靠电池自主工作数年，并在相对长的距离内传输数据。 该领域的主要技术是LoRaWAN和NB-IoT。 而且，如果NB-IoT标准仍处于移动运营商的试验覆盖区域阶段，那么LoRaWAN设备已经在俄罗斯大量生产和部署。 我们决定通过LoRaWAN进行试运行，并在成功测试的情况下引入此技术。
我们喜欢LoRaWAN技术吗？
- 首先，声明的无线电传输距离比遥测中使用的其他无线技术（RF433，ZigBee，Z-Wave）长10倍，这实际上减少了基站的数量。
- 其次，该技术允许在计量设备和传感器上安装由电池供电的低功率无线电调制解调器，而设备的电池寿命将为5-10年。 例如，在连接时，公寓水表一直是我们的难题。 对于LoRaWAN，您可以在公寓的浴室中组织数据收集，而不会破坏维修，而无需对信号和电源线进行求和。 此外，就LoRaWAN而言，电池将持续使用到下一次更换仪表。
- 第三，使用自己的基站和无执照频率。 与使用GSM及其NB-IoT版本不同，数据传输不收取任何费用。
问题陈述和测试记帐系统的描述
因此，我们想检查LoRaWAN设备的运行情况。 从某种意义上说，我们很幸运能在物联网会议上与新西伯利亚公司Vega Absolute的同事们见面。 在2017年初对可用的解决方案进行了一些研究之后，我们意识到要么可以使用西方设备，要么可以使用Vega Absolute的服务以及多家初创公司。 选择了“ Vega-Absolute”设备，并确定了试运行的目标。 我们决定将其保存在奔萨。
我们使用了：
- SI-13-485调制解调器，用于“透明通道”模式下的RS485操作；
- 带Vega SI-11脉冲计数器的调制解调器；
- 基站Vega BS-1;
试运行任务表述如下：
- 通过RS-485通过SI-13-485无线电调制解调器与“运行”电表进行测试信息交换，以研究电表的特征；
- 用电表和水表建造计量系统，并在城市环境中进行长期试用。
会计系统的架构如下所示：
通过“透明通讯通道”通过RS-485与Mercury-206电表进行信息交换
以下支架用于测试：
- 连接到LoRaWAN IOT Vega服务器的ASKUE服务器；
- 基站（BS）LoRaWAN的信道形成设备-SI-13-485调制解调器；
- 电表Mercury-206 PLNO（通过RS485连接）。
为了在测试台上组织透明的通信通道，已安装并配置了专用软件，用于组织与通过LoRaWAN无线电通道连接的设备进行通信的“透明通道”。 流量分析表明，与设备的交换非常缓慢，通常，设备的响应会延迟11秒。 有了这样的延迟，设备轮询的总时间在很大程度上取决于被调查仪表的参数数量，这是由于LoRaWAN交换协议的功能（每个请求可以获取多少仪表参数）以及需要从仪表档案中读取历史数据。
因此，当从Mercury-206仪器读取15个操作参数时，平均数据更新周期平均为70秒，但是，最终轮询周期很大程度上取决于所选的一组参数（标签），在最坏的情况下，轮询15个标签的周期为160秒。
读取历史数据时，在一个计量点上为电价接收每日有功电能档案的时间为11秒，获得功率曲线的速度为每70秒48个“半小时”。
此外，为了分析交换的稳定性，组织了3天的长期运行，在此期间对连接的计数器的参数进行了连续调查，以发现可能的问题。 结果，调查存在问题，建议我们进行调查的频率要低得多。 结果，驱动程序对设备参数的轮询被配置为每1小时轮询一次，并持续5天。 在这种运行期间，观察到相对稳定的关系（每天大约有0–3个中断）。 同时，在运行期间，记录了一次接收到的关于一个参数的错误数据。 这很可能是由于设备响应包的混乱而发生的（在交换协议Mercury 206中，不可能验证响应包）。
从测试结果中可以得出以下结论：- 考虑到通信通道中的大量延迟，不应经常与设备进行信息交换；对于调度任务，通过透明通道和控制面板的标准通信协议进行轮询的经测试技术不适用。
- 设置档案的读取时，建议不要从假设大量数据（功率分布等）的仪器中查询档案。
此外，根据我们在其他计量设备协议方面的经验，在LoRaWAN-RS-485透明通道中观察到的延迟可能使您无法从其他一些类型的设备（热量表TEM-106，TEM-104，读取功率曲线）读取档案与Mercury 230等一起使用）。
这些测试产生了理论上预期的结果，并清楚地说明了为何物联网设备会从请求响应模式（对于AMR系统而言是经典的）逐渐转向智能电表侧的轮询模式，并按计划或事件主动将数据从控制面板发送到服务器。用于从具有脉冲输出的计量设备收集数据的系统的测试
实验是在奔萨的工厂进行的。 实验的目的是：
- 确定城市条件和空旷地区（郊区）中一个基站的实际覆盖范围；
- 检查覆盖区域内公寓楼内的信号电平（墙壁和隔板对信号电平的影响）；
- 选择基站的天线和天线安装地点，确定天线对覆盖范围和信号电平的影响。
第一阶段。 用4.5 dBi天线检查室外覆盖区域
我们的执行部门安装了Vega BS-1基站和4.5 dBi天线，当时将其与BS捆绑在一起。 我们对室外覆盖区域进行了初步测试。 下图显示了我们的第一个测试结果：绿色表示成功接收到BS信号，红色表示没有。
结论：完整的天线覆盖范围远非LoRaWAN的最大覆盖范围，在我们的案例中为2 km。 显然，我们需要谨慎处理基站的安装，即使在空旷地区，即使没有开阔的天线，也无法获得要求的10 km，而且天线质量也很差。第二阶段。 使用4.5 dBi天线检查建筑物内的覆盖范围
在相同的BS安装上，他们决定立即检查Vega SI-11脉冲计数器在距BS 422米处的居民楼内的运行情况。 计量点位于一楼的公寓大楼内。 我们期望另外一个，但是测试表明没有接收信号！
联系那些。 Vega支持，已更新软件，但无法建立连接。 对结果进行了分析，并在建议的设备安装位置进行了重新测试。 最终，可以将包裹从首都墙未覆盖的地方从方向转移到BS。 结果，我们获得了积极的结果，数据包传输成功。 此外，我们将SI-11直接放在同一房屋的一楼，并在屋顶上安装了BS，分组传输也很成功（尽管不建议将调制解调器放在BS下方）。
第二阶段的结论：在安装BS的同一MCD中以及在距离BS安装站点300-400 m半径内的MCD和对象中获取数据时，可以使用现有解决方案，但是在每种情况下，都需要对无线电覆盖范围进行初步测试。 另外，不建议在BS方向上将调制解调器安装在主墙超过500 mm的后面。结果明显低于我们的预期，我们与Vega的专家进行了磋商，并得出了明显的结论：我们需要一个具有高增益的优质BS天线，必须将BS正确安装在远离蜂窝运营商的BS和其他干扰的地方，正确地将其放置在屋顶上并重复测试。
使用10 dBi天线进行第三阶段测试
他们在868 MHz处安装了莫斯科公司Radial的新10 dBi天线，而BS的安装地点在12层建筑物的屋顶上。 不幸的是，“生活有了调整”，我们被允许在房屋末端的屋顶上安装天线和BS。 仅以这种方式建造建筑物：
另一方面，经过测试的房屋中指向测光点的方向与该技术没有重叠。 通过建设。 接下来，我们测试了房屋外城市的通信范围。 调制解调器用于发送脉冲的仿真模式，而无需连接控制面板。 在距离BS最多6 km的距离处，数据包成功通过，因此，在室外可获得的最大距离为6 km：
因此，我们可以预期来自例如位于私有部门的调制解调器的信号传输，该调制解调器与位于10-12层MKD屋顶上的带有10 dBi天线的BS的最大距离为5-6 km。长期测试和数据包统计
然后，我们进行了长期测试，收集了带有PU汞的脉冲计数器SI-11的数据包通过统计信息。 该测试涉及4个计量点（距离BS 679m，422m，243m，126m），如下所示：
请注意，在距600 mm的主墙后面422 m的位置，之前与4.5 dBi天线之间没有通信，新的10 dBi天线出现了连接，但丢包率为10％。 因此，在大约700 m的半径内，信号电平非常高（RSSI〜115），这使您可以在MKD内部的该区域中安装调制解调器并可靠地传输数据。
下图显示了在与调制解调器相连的EE计量设备的地盾中楼梯上的计量设备的典型安装位置：
在系统中显示来自Energomera CE101仪表的数据。 数据传输通过SI-11-1调制解调器进行。 该图显示有功电能（D，H）的数据：
对于最初的测试期间（持续144小时），2018年2月每小时发送一次数据包，获得了以下数据传输统计信息：
- 成功收到包裹的总数为144个中的132个，占91.6％；
- 失败尝试的次数-12，其中错误：
- TOO_LARGE_GW_PING_ERR（到BS的ping太大）-8个；
- LATENCY_ERR（BS服务器延迟）-4个。
如果您查看从02/21/2018到03/18/2018的较长时间的统计信息，则在624〜23％的默认调制解调器设置中丢失了142个数据包。 在这方面，调制解调器参数“数据包重试次数”已增加到5（也就是说，调制解调器将发送数据包如此多次，直到从基站收到确认信息为止）。 结果，几乎完全消除了分组丢失。 我们认为，此参数应根据电池消耗的要求设置为3到5。
测试LoRaWAN SI-11脉冲计数器的内置电源的放电率
在三个月内，对SI-11调制解调器的内置电源进行了测试：
测试时间：03/19/2018-06/07/2018（近3个月）：
- 测试条件：调制解调器安装在MKD楼梯上的板上，正温度恒定（根据调制解调器内部的温度传感器，温度范围为+26至+29°C）；
- 轮询频率：SI-11号383336384B368A0F-每小时1次，SI-11号3530373550376114-每6小时一次。
剩余电量数据表：
结论：考虑到获得的结果，我们可以估算出在相似条件下电池放电达100％的工作时间：
- 在调查期间每小时1次-45个月或3.7年
- 每6小时接受一次采访-135个月或11.2年
测试结果的一般结论
该技术是“有效的”。 2018年夏季的设备已经在国内生产的范围内商用。 应用该技术时应考虑其功能：
- 如果做好了准备，LoRaWAN设备可以在距建筑物内BS半径1公里的范围内，并在室外5-6公里的范围内可靠地工作；
- 与专为LoRaWAN设计的设备配合使用时效果很好，并且由于较大的通道延迟而在RS-485透明通道模式下效果较差（缓慢）；
- 但是，它需要像任何无线电通信设备一样，适当地安装BS。 正确的基站位置和良好的天线是成功的关键。
- 正确设置数据收集频率可以实现声称的6-10年电池寿命。
- 该技术非常适合在公寓内部安装，以解决热水和热水供应以及能源效率问题，但是还有PLC形式的替代方案