Výhody vodních měřičů LoRaWAN pro sledování na dlouhé vzdálenosti

Skutečnost nasazení ve venkovských oblastech

Před několika lety požádala vodárenská společnost v kopcovité venkovské oblasti o pomoc při řešení problému. Jejich měřiče byly rozptýleny po farmách a malých městečkách oddělených hřebeny a údolími. Zkoušeli řešení založená na buňkových sítích, ale pokrytí bylo nejvýše nepravidelné. V jednom údolí byl signál tak slabý, že měřiče bývaly několik dní vůbec nepřipojené. Společnost čelila možnosti návratu k ručnímu odečítání – což by byl drahý krok zpět. Poté vyzkoušeli řešení založené na technologii LoRaWAN. S jedinou bránou umístěnou na vodní věži v nejvyšším bodě okresu začali přijímat signály od měřičů ve vzdálenosti přes 10 kilometrů. Měřiče, které mlčely po měsíce, se znovu začaly hlásit. To je skutečnost, kterou technologie LoRaWAN umožňuje při dlouhodosahovém měření spotřeby vody.

Porozumění výhodě dosahu

Dlouhý dosah technologie LoRaWAN vyplývá z použití rádiových kmitočtů pod jedním gigahertzem. Tyto kmitočty se šíří dále a lépe pronikají překážkami, jako jsou zdi, stromy a budovy, než vyšší kmitočty používané mobilními sítěmi nebo Wi-Fi. V otevřených venkovských oblastech může jeden brána LoRaWAN pokrýt poloměr 15 kilometrů nebo více. V hustě zastavěných městských prostředích s mnoha překážkami je dosah obvykle 2 až 5 kilometrů – což je stále výrazně více, než dokáží dosáhnout většina jiných bezdrátových technologií. Tato výhoda dosahu však není pouze otázkou vzdálenosti; jde o spolehlivost pokrytí. Měřič, který se nachází na okraji rozsahu sítě, ale stále se spolehlivě připojuje, má vyšší hodnotu než měřič blíže ke bráně, který často ztrácí spojení kvůli rušení.

Co znamená dosah pro návrh sítě

Dosah jednotlivého měřiče přímo ovlivňuje ekonomiku a složitost nasazení sítě. Vodárenská společnost pokrývající oblast o rozloze 100 km² s měřiči založenými na buňkových sítích by mohla potřebovat desítky opakovačů nebo další infrastrukturu k vyplnění mrtvých zón. U sítě LoRaWAN by stejná oblast vyžadovala pouze několik dobře umístěných brán. Ve městě Norimberk v Německu, které má více než půl milionu obyvatel, byla postavena jediná síť LoRaWAN pouze s 30 bránami. Úspory na hardwaru, instalaci a průběžné údržbě jsou významné. U nasazení v masovém měřítku je právě tato účinnost tím, co činí podnikatelský případ životaschopný. Architektura sítě navíc nabízí flexibilitu: vodárenské společnosti mohou nasadit soukromé sítě pro plnou kontrolu, nebo mohou využít veřejné sítě LoRaWAN poskytované externími poskytovateli, čímž sníží své kapitálové výdaje.

Zkušenost Yorkshire Water

Jeden z nejvýmluvnějších příkladů pochází ze Spojeného království, kde Yorkshire Water zahájila jeden z největších projektů chytrých vodoměrů v Evropě. Během pětiletého období bude tento dodavatel vody instalovat 1,3 milionu vodoměrů připojených prostřednictvím technologie LoRaWAN. Rozsah tohoto projektu je ohromující a bez technologie, která dokáže pokrýt rozsáhlou a geograficky různorodou oblast, by nebyl možný. První výsledky ukazují hodnotu funkce dlouhodobého sledování: v první fázi projektu bylo identifikováno více než 1 000 úniků na straně zákazníků, čímž se každý den ušetřilo 1,22 megalitrů vody. Tyto úniky by zůstaly nepozorované měsíce nebo dokonce roky při použití ručního odečítání. Architektura sítě kombinuje vysoké věže pro široké pokrytí s bránami střední vrstvy a řešeními pro vnitřní prostředí, aby každý vodoměr – bez ohledu na to, jak hluboko je zasazen – spolehlivě předával svá data. Pro inženýry řídící tento projekt nebyla funkce dlouhého dosahu pouhým pohodlím; byla to nutnost.

Jak adaptivní rychlost přenosu dat zvyšuje spolehlivost

Dosah není pevnou vlastností; mění se v závislosti na podmínkách prostředí. Déšť, porost i poloha měřiče vzhledem k bráně mohou ovlivnit kvalitu signálu. LoRaWAN tento problém řeší mechanismem adaptivní rychlosti přenosu dat (ADR). Pokud je kvalita signálu dobrá, může měřič využít vyšší rychlost přenosu dat, což umožňuje častější přenosy a kratší časové sloty. Pokud signál zeslabí, měřič se automaticky přepne na nižší rychlost přenosu dat, která je odolnější a dosahuje dále, čímž zajišťuje, že data stále projdou. Tato dynamická úprava znamená, že měřič dokáže udržet spolehlivé spojení i při měnících se podmínkách, aniž by bylo nutné zásah ručního nastavení. Server sítě posílá zprávy měřičům, které používají ADR pro optimalizaci rychlosti přenosu dat, a samotné měřiče mohou také ADR povolit, aby upravily své parametry vysílání na základě přijaté úrovně signálu. Právě tato inteligence umožňuje dlouhodobé sledování v reálném světě, nikoli jen na papíře.

Výkon a dosah pracují společně

Dlouhý dosah má smysl pouze tehdy, pokud jej měřič dokáže udržet po dlouhou dobu. Měřič, který přenáší data na velké vzdálenosti, musí využít dostatek výkonu k dosažení brány, avšak příliš vysoký výkon by baterii rychle vyčerpal. LoRaWAN tento problém řeší pomocí techniky šířkového spektra, která umožňuje spolehlivou komunikaci při velmi nízké úrovni výkonu. Výsledkem je měřič, který dokáže přenášet data na několik kilometrů a zároveň spotřebuje minimální množství energie. V praxi nasazené měřiče pravidelně dosahují životnosti baterie 10 až 15 let. Tato kombinace dlouhého dosahu a dlouhé životnosti baterie tvoří základ obchodního případu pro dálkové měření. Distribuční síť může nasadit měřič v odlehlé lokalitě a mít jistotu, že bude po deset let spolehlivě přenášet data bez nutnosti častých návštěv na místě a bez souvisejících nákladů a pracovní náročnosti.

Samotný měřič je rozhodující

Dosah a spolehlivost vodoměru s technologií LoRaWAN závisí nejen na síti, ale i na hardwaru uvnitř vodoměru. Návrh antény, kvalita rádiových součástek a celková konstrukce vodoměru ovlivňují, jak dobře dokáže vysílat a přijímat signály. ZPMETER, který má více než sedmnáct let zkušeností s ultrazvukovým měřením, tyto požadavky dobře zná. Jeho vodoměry s podporou LoRaWAN jsou vybaveny pouzdry s ochranou IP68, která chrání elektroniku před vodou a prachem, a anténami navrženými tak, aby maximalizovaly přenos signálu z náročných poloh, například z podzemních jám. Vodoměry dále nabízejí flexibilní možnosti komunikace, včetně rozhraní M-Bus a pulzních výstupů pro integraci se stávajícími systémy. Pro dodavatele vody a systémové integrátory znamená výběr vodoměru od výrobce s ověřenou zkušeností jak v oblasti měření, tak bezdrátové komunikace jistotu, že bude dlouhý dosah sítě LoRaWAN plně využit. Když hardware a síť spolupracují bezproblémově, výsledkem je sledovací systém, který je zároveň spolehlivý a cenově efektivní.