LoRaWAN в России: кейс по внедрению технологии IoT в Санкт-Петербурге

Хочу рассказать об интересном кейсе по внедрению технологии LoRaWAN специалистами компании Aurora Evernet для учёта тепла в многоквартирных домах одного из районов Санкт-Петербурга. Реализация IoT-проекта осложнялась неполным покрытием объектов операторами сотовой связи и помехами, обусловленными плотной городской застройкой.

В качестве пилотной площадки было выбрано 1100 квартир в высотной новостройке комфорт-класса на окраине города. В домах есть предустановленные счётчики подачи воды, тепла, электроэнергии с M-Bus (Meter-Bus) -выходом. Требуется организовать оперативный удалённый сбор данных о величине потребляемой тепловой энергии каждой квартирой.

Вот почему специалисты выбрали данное направление:

• Отопление – дорогой ресурс, система учёта которого прямо влияет на качество жизни людей и эффективность работы управляющей компании, теплоснабжающей организации.
• Потребители не всегда корректно и своевременно передают показания индивидуальных приборов учёта. Возникают разночтения между общедомовым и поквартирным потреблением, которые управляющая компания вынуждена покрывать из собственных или, что чаще, заёмных средств.
• Претензии потребителей, иногда необоснованные, быстро становятся достоянием общественности. Это портит репутацию поставщиков и домоуправления, приводит к штрафам, выговорам, давлению «сверху».

Удалённый сбор данных в режиме реального времени позволяет решить все задачи:

• Свести на нет человеческий фактор.
• Оперативно узнавать о состоянии системы теплоснабжения (протечках и поломках) .
• Избежать непродуктивной траты материальных средств.

Технология LoRaWAN выбрана как самая эффективная и наименее затратная из всех существующих на данный момент. Несмотря на то, что приборы учёта были оснащены M-Bus выходом, для его использования требовалось проложить кабель, закупить и установить оборудование. Использовать стандартные технологии (LTE, 3G, GPRS) помешало неустойчивое покрытие.

Почему выбрали LPWAN-технологии:

• Нет зависимости от качества сотовой связи. Здесь покрытие организуется локально и выборочно. Минимальное расстояние передачи данных в условиях мегаполиса 5 км, то более чем достаточно для передачи данных на базовую станцию (БС) .
• Нет привязки к стороннему оператору. Все данные остаются внутри системы.
• Не требуется дорогое оборудование или большой расход энергии.
• Нет ежемесячных платежей и зависимости от третьих лиц.

Из трёх желаемых параметров для идеального беспроводного канала передачи данных, здесь есть низкое энергопотребление и широкий территориальный охват. Замедление скорости в несколько секунд (и даже минут) в данном проекте фактор несущественный, поскольку оперативность нужна в пределах суток.

Общая схема работы IoT-проекта по технологии LoRaWAN выглядит следующим образом:

• Конечные устройства (потребительские счётчики) были модифицированы. Совместно с компанией «Вега-Абсолют» разработан конвертер Вега M-Bus-1, который позволил подключить до 10 ИПУ к одному преобразователю M-Bus в LoRaWAN по топологии «звезда». Степень защиты — IP68. Питание от батареи, ёмкости которой хватает на весь срок работы счётчика с запасом. Фиксируемые данные – серийный номер ИПУ, температура входа/выхода и расхода тепла.
• Данные с конвертера подаются на БС (базовую станцию) , установленную на крыше. Антенна смонтирована на держателе, поднятом на высоту 4 м.
• БС взаимодействует с Network-сервером, отправляя данные и получая обратную связь в виде управляющих команд.
• В свою очередь Network-сервер передаёт информацию на Application- сервер. Оба работают по предустановленным ключам AES по 128 бит, что полностью предотвращает утечку информации.

Модель базовой станции была выбрана БС RisingHF RHF2S008, которая имеет:

• Надёжный металлический корпус.
• PoE-питание через один Ethernet-кабель в гофре.
• Диапазон рабочей температуры от -55°С до +85°С.

Специалисты Aurora Mobile Technologies считают одним из существенных достоинств данного решения то, что монтаж оборудования не сложен и может быть выполнен даже рабочими с низкой профессиональной квалификацией.

Для учёта воды и света, в работе домовых систем были использованы и другие устройства компании «Вега-Абсолют». А именно:

Вега СИ-11 с 4 импульсными входами, позволяющий дополнительно подключить два охранных датчика.

Вега СИ-12 с двумя входами и двумя выходами.

Вега СИ-21 – устройство, аналогичное Вега СИ-11, но с усиленным корпусом и выносной антенной.

Вега СИ-13-232/485 – работает без привязки к конкретным протоколам связи с интерфейсами RS-232 и RS-485. Самостоятельно снимает показания с электросчётчиков «Меркурий» с выходом RS-485 и CAN.

Диапазон дальности связи превзошёл требуемые параметры в несколько раз. Оценка проводилась тестером Вега ТС-11. Исследовалась мощность сигнала ответа БС с разных позиций, но на одинаковом расстоянии. В подвальном помещении 16 и 20 этажного дома дальность передачи устойчивого сигнала составила 2 км.

Реализация проекта на практике превзошла теоретические ожидания. В дальнейшем планируется охватить 6000 квартир, подключить учёт воды и электроэнергии.