Implementación de soluciones basadas en LoRa para medición inteligente

Este artículo explora el uso de dispositivos LoRa para la medición inteligente de servicios públicos de largo alcance y baja potencia, que permite operaciones diarias remotas y la recopilación de datos .

El aumento de la tecnología conectada está teniendo un impacto directo en el mercado de la medición inteligente, ya que las ciudades y las empresas buscan nuevas formas de ayudar a monitorear y controlar diversas operaciones. De hecho, IHS Markit estimó que se instalaron más de 700 millones de medidores inteligentes en todo el mundo en 2018 y la firma proyecta que para 2025, un tercio de todos los medidores serán reemplazados por medidores inteligentes.

En el pasado, las operaciones de monitoreo de medidores para servicios públicos las realizaba manualmente un técnico especializado. Este proceso no solo consumía mucho tiempo, sino que también requería mucha mano de obra. Las primeras soluciones de conexión dependían de la lectura remota a través de dispositivos inalámbricos de corto alcance. Un técnico normalmente conduciría por un área o vecindario y recibiría datos de medición de forma remota. Este método se limitaba a áreas rurales y suburbanas, lo que dificultaba enormemente la lectura remota de contadores en entornos urbanos densos, interiores y subterráneos.

Dados los desafíos, muchos gerentes, propietarios y organizaciones se han orientado hacia una solución de medición inteligente compuesta por dispositivos LoRa, ya que tiene la capacidad de penetrar entornos densos, tanto por encima como por debajo del suelo. Este artículo cubre cómo se pueden usar los dispositivos LoRa para medir los servicios públicos y presenta casos de uso que muestran los dispositivos en acción.

Implementación típica de LoRa

Una implementación típica de LoRa (consulte la Figura 1) se compone de cuatro elementos clave y el protocolo LoRaWAN, un protocolo de red abierta diseñado para la interoperabilidad de soluciones en redes regionales, nacionales o globales.

Figura 1. Fallo de la red LoRa

Esta solución de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) comienza con los dispositivos de nodo final. Una solución de IoT transmite datos mediante el protocolo LoRaWAN a una aplicación de puerta de enlace LPWAN, un centro al que se pueden conectar varios sensores de servicios públicos inteligentes. Luego, los datos se envían a un servidor de red y se enrutan a un servidor de aplicaciones o servicio de IoT en la nube para su procesamiento. Posteriormente, los datos se transmiten a la computadora o dispositivo inteligente del usuario final.

Seguridad para la supervisión de servicios inalámbricos

Con la transmisión inalámbrica de datos de medición, la privacidad y la seguridad son las principales prioridades para los proveedores de servicios. El marco de seguridad y autenticación de referencia del protocolo LoRaWAN se basa en el esquema de cifrado AES 128 implementado por IEEE 802.15.4 / 2006 Anexo B [IEEE802154]. En una implementación inteligente típica, se utilizan claves independientes para el cifrado de datos del usuario y la autenticación / integridad de la red.

Los dispositivos de IoT utilizan uno de dos métodos para conectarse a una red LoRaWAN. El primer método es la activación por personalización (ABP) y requiere que la clave de sesión de red y la clave de sesión de la aplicación ya estén almacenadas en el dispositivo IoT junto con una dirección de dispositivo única de 32 bits y una ID de red única de 24 bits. La identificación de red única de 24 bits identifica la red LoRaWAN específica para la que está diseñado el dispositivo.

Figura 2. Únase a la solicitud y acepte formatos de mensaje.

El método más común para conectar dispositivos basados ​​en LoRa es a través de la activación por aire (OOTA). Para que esto funcione, cada dispositivo de IoT enviará un mensaje de solicitud de unión al servidor de red, que luego reenvía este mensaje a un servidor de unión. El comando de MAC de solicitud de unión también enviará una AppEUI única que identifica el servidor de aplicaciones al que este nodo final específico desea conectarse.

Ahora echemos un vistazo a algunos casos de uso de utilidades inteligentes.

Gestión inteligente del agua

Muchas empresas están buscando formas de incorporar prácticas de conciencia ambiental más sostenibles. Esto incluye a Apana, con sede en Washington, una empresa que vio la oportunidad de convertirse en el "sistema de seguridad para el consumo de agua". La solución de gestión del agua de Apana proporciona a las empresas los conocimientos necesarios para reducir su huella hídrica total mediante la identificación de la deriva del proceso, las fallas mecánicas y los puntos de falla donde se producen fugas de agua pero que no se ven comúnmente.

Figura 3. Una instantánea de los logros de Apana.

Costco Wholesale implementó la solución de gestión del agua de Apana y pudo identificar rápidamente cómo los edificios de la empresa usaban el agua y la causa de picos inusuales, que se vinculaban con prácticas operativas derrochadoras o equipos defectuosos. Como resultado, Costco pudo reducir su uso de agua en un 20 por ciento, lo que generó un ahorro de aproximadamente el 22 por ciento en sus facturas de agua.

El camino de Francia hacia los tres millones de dispositivos conectados

Otra empresa que busca la medición de agua inteligente es Birdz, una subsidiaria de Nova Veolia y líder mundial en la gestión optimizada de recursos. En 2015, la ciudad de Lyon, Francia, implementó el sistema de gestión del agua basado en LoRa de Birdz, que consta de más de 400.000 dispositivos basados ​​en LoRa.

Desde que se implementó la tecnología, la ciudad ha reparado más de 1200 fugas de agua y ha experimentado un aumento del 8 por ciento en la eficiencia de la red de agua. La ciudad ahorra un promedio de un millón de metros cúbicos al año como resultado de la transición de la medición tradicional a la medición inteligente.

Figura 4. El enfoque de infraestructura para servicios públicos inteligentes.

Birdz está actualmente en camino de expandir sus operaciones en Francia, agregando tres millones de sensores de servicios inteligentes inteligentes en todo el país. El objetivo clave es eventualmente lograr una lectura remota de largo alcance en más del 70 por ciento de los medidores de agua en la próxima década.

Los sensores basados ​​en LoRa ofrecen escalabilidad

La escalabilidad y la interoperabilidad de los sensores basados ​​en LoRa desempeñarán un papel fundamental en la transición continua de los métodos tradicionales de gestión de operaciones a las soluciones inteligentes inteligentes en la era conectada.

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