Kuidas sobitada LoRaWAN-i veemõõtjaid linnade veevõrkudega?

Linnapiirkondade LoRaWAN-i veemõõturite paigaldamise väljakutsed

Signaalide nõrgenemine moodustab olulise barjääri LoRaWAN-i veemõõturite kasutuselevõtul tihedates linnapiirkondades. Maapealne infrastruktuur – sealhulgas keldrid, ventiiliruumid ja pruukraudtorustikud – halvendab RF-signaale märkimisväärselt. Metalltorud peegeldavad raadiolaineid, samas kui betoon ja muld neid neelavad, lootes seeläbi tugevad sidebarjäärid.

Empiiriline pakettide kadu: 42–67% maapealsetes infrastruktuurides (IEEE IoT Journal, 2023)

Väliseks uurimistööks on selgunud, et maapealsetesse kohtadesse paigutatud veemõõdikud ei töö usaldusväärselt. IEEE IoT Journalis 2023. aastal avaldatud uuring näitas, et linnaalamites läheb andmetest 42–67 protsenti kaotsi testimise käigus, eriti siis, kui mõõdikud asuvad betoonsetes ventiilide karpides või hoonete alammallidel kasuliku seadme läheduses. Need usalduse puudumise tõttu tekkinud lünkad häirivad oluliselt õigeaegset lekke tuvastamist, põhjustavad probleeme kliendiarvete osas ning viivad korduvalt valesalarmite juurde, kuna signaalid katkevad perioodiliselt. Seetõttu on vaja paremaid lahendusi signaalide edastamiseks, et need süsteemid saaksid korralikult toimida isegi siis, kui ümbruskond pakub palju takistusi.

Tehniline sobivus: LoRaWAN veemõõdikute spetsifikatsioonide optimeerimine linnakonditsioonides

Sideloojude häälestamine: antenni kasvu, levitusteguri ja saatevõimsuse kompromissid maapealseks paigutuseks

LoRaWAN-i veemõõturite optimeerimine linnapiirkondlikuks infrastruktuuriks nõiab täpseid sidelahenduse kohandusi, et ületada signaali halvenemine keerukates keskkondades, nagu keldrid ja utiliitide tunnelid. Kolm olulist parameetrit vajavad hoolikat tasakaalustamist:

• Antenni võimsus (tavaliselt 2–5 dBi) peab suurenema, kuid ei tohi ületada mõõterite korpuste füüsilisi suuruse piiranguid
• Levitustegur (SF7–SF12) peaks skaaluma dünaamiliselt – suuremad SF-väärtused pikendavad ulatust, kuid vähendavad andmesidet kiirusi ja aku tööiga
• Saatmisvõimsus nõuab piirkonnaspetsiifilist kalibreerimist vahemikus +14 dBm (EL) kuni +20 dBm (USA), et maksimeerida tungimist pinnase ja betooni läbi, samas järgides reguleerivaid limiite

Linnas paigaldatud süsteemide tegelike andmete analüüs näitab, et antenni kasvu suurendamine 3 dB võrra võib tõepoolest parandada pakettide vastuvõtu määra vahemikus 18 kuni 22 protsenti just neis vanades torustikesüsteemides. Samal ajal vähenevad paketikadud valvekambrites radikaalselt umbes 67% pealt alla 15% kasutades kohanduva levialafaktori lülitamist. Kuid siin on ka üks oluline aspekt, mida tuleb silmas pidada. Edastusvõimsuse suurendamine vaid +3 dBm võrra vähendab aku tööiga ligikaudu kaheksa kuud, mis on üsna suur probleem kõigi nende aku toel töötavate mõõturite puhul. Enim õnnestunud projektid on leidnud sellele probleemile lahenduse eeldatava levialakaotuse modelleerimise abil. Need põhimõtteliselt ennustavad ette, millised seaded sobivad kõige paremini olenevalt sellest, kui sügaval paigaldus asub ja milliste materjalidega see on ümbritsetud. See lähenemine aitab saavutada üle 90% eduka andmete üleslaadimise isegi vanemates linnapiirkondades, kus midagi ei ole kunagi loodud arvestades traadita ühenduvust.

Tõestatud rakendus: vanade võrkude täiustamine Class B LoRaWAN veemõõturitega

Barcelonas juhtumiuuring: GIS-i toetatud infrastruktuuri kaardistamine ja mulla juhtivuse analüüs

Vanade veenetworkite moderniseerimisel võttis Barcelona ettepaari, rakendades oma süsteemi ulatuslikult Class B LoRaWAN-i vee-loodureid. Alustati üksikasjaliku GIS-kaardistusega, mis hõlmas ligikaudu 1200 kilomeetrit maapealseid torusid. Nende digitaalse kaksiku strateegia tõi kokku andmed mulla juhtivuse ja signaalide hooneisse tungimise kohta, mis aitas tuvastada 57 probleemset kohta, kus paadulltorud ja keldrid häirisid signaali tugevust. Insenerid uurisid elektromagnetilisi omadusi erinevates pinnakihis ja leidsid parimad kohad gatewayde paigutamiseks kortermajade lähedale, kuid hoidusid kohtadest, kus esines metallist takistusega seotud probleeme. Uuring näitas, et palju savi sisaldavad alad vähendasid signaaliradius 40% võrra, mistõttu tuli sagedusi kohandada kohalike tingimuste järgi. See hoolikas planeerimine enne paigaldamist tagas, et loodurid paigutati õigesti, vähendades pakettide kaotsiminemist tavalisest 67% võrra võrkudes, kus sellist optimeerimist ei kasutata.

Tulemused: 91% ülesuunelüli õnnestumine lülituspunkti tihendamise ja kohanduva andremääraga (ADR)

Kui Barcelona rakendas GIS-põhist paigaldusplaani veepeametitele, saavutati muljetavaldavad tulemused – 91% eduka üleside ühenduse loomine kõigi 15 000 paigaldatud LoRaWAN-seadme puhul, mis oli peaaegu kaks korda rohkem kui testimisfaasis. Mis seda võimaldas? Tegelikult lisati piirkondadesse, kus signaalid olid nõrgad, lisaväravaid, suurendades katabsuse tihedust ligi neli korda. Samal ajal rakendati nutikalgoritme, mis kohandasid andmeside andmeedastuskiirusi vastavalt tegelikele signaalitingimustele konkreetsel hetkel. Süsteem suurendas edastusvõimsust siis, kui oli palju häireid, kuid samas säilitati aku tööiga umbes kümne aasta jooksul tänu 99% efektiivsetele unetsüklitele. Kõik need parandused tähendasid vähem korduvaid andmesaatmise katseid (76% väiksem) ja palju paremat lekketuvastuse täpsust, ulatudes ligikaudu 15 meetri kaugusele. Kohalikud asutused teatasid, et juba ühe arveperioodi jooksul pärast paigaldamist säästeti 23% rohkem vett võrreldes varasemaga, mis tõestab, et klassi B toimingud sobivad hästi isegi kriitiliste veesüsteemide puhul.

Tulevikukindel katvus: Hübriidtopoloogiad usaldusväärseteks LoRaWANi veearvestivõrkudeks

Meskiabilised relaid kõrghoonetes, et ületada hoonete läbilaskekaotus

Signaali kadu hoonete läbimisel jääb tihedate linnapiirkondade LoRaWAN veemõõturite puhul endiselt suureks probleemiks. Betoonist seinad ja terasest raamid võivad edastustugevust vähendada kusagil 20 kuni 40 detsibelli võrra. Seetõttu paigaldavad mõned ettevõtted silumaatriidseid relleevsambaid näiteks liftikattesse või insenerisüsteemide kanaalitesse. Need releeüksused toimivad kordusjaamadena, lootes mitmeid teid ümber takistuste, mis blokeerivad otsest signaali. Kui mõõtjad asuvad hoone sügavuses, näiteks keldris asuvates tehnilistes ruumides või paksude seinte taga, siis relee sõlmpunktid kinni nende nõrgest signaalidest ja saatavad need tugevamalt tagasi. See lahendus tähendab, et meil ei ole vaja nii palju kalliteid väravasseadmeid ning see vähendab andmepakettide kaotust umbes 70% võrra kõrghoonetes. Enamik paigaldajaid leiab, et releeüksuste paigutamine iga kolmanda kuni viienda korruse vahele annab parima tulemuse, kui arvestatakse raadiolainete käitumist erinevat tüüpi ehitustes. Lisaks sellele, kuna silumaatriksvõrgud suudavad liikluse automaatselt ümbersuunata, kui mõni osa välja lülitub, ei pea hooldustiimid muretsema teenusekatkestuste pärast mõõtjatest, mis asuvad neis rasketi ligipääsetavates kohtades, kõik see ilma lisaseadmete ostmise kulutamiseta.

Tegevust nõudev valikuraamistik omavalitsuste LoRaWAN-vettarbijate paigaldamiseks

Esimese sammuna tehakse RF-saidi uuring ultraheli torujuurdepääsuproovide ja linnapiirkonna levilaoovuse modelleerimisega

Õige RF-saidiuuring moodustab aluse, kui LoRaWANi veemõõtjaid paigaldatakse keerukates linnakeskkondades. Torudele ultraheli seadmete kasutamine võimaldab inseneridel näha, mis toimub maapinna all, ilma et midagi kaevataks. Need tööriistad tuvastavad signaale takistavad asjad, nagu vanad valugepuust torud või need tugevdatud betoonkastid, mida kõik liiga hästi teame. Samal ajal aitavad radade kaotuse mudelid välja selgitada, kui halvasti LoRaWANi signaalid nõrgenevad, liikudes kõrgehoonete kaudu ja alla maapealsetesse ventiiliruumidesse. Mudel arvestab erinevate materjalide ja maastikulikeste omadustega. Kombineerituna näitavad need meetodid täpselt, kus esinevad probleemid signaaltugevusega, eriti siis, kui pakettide kadu sageli ületab 30% keldrites. See teave aitab otsustada, kuhu piirded paigutada, tuginedes tegelikele andmetele, mitte arvamustele. Linna töötajad säästavad raha, sest nad saavad ennetada potentsiaalseid ühendusprobleeme enne, kui need muutuvad kalliks peavaluks tänu detailsetele kaartidele, mis näitavad takistusi millimeetri täpsusega ning simulatsioone signaalinõrgenemise kohta.

KKK jaotis

Millised on LoRaWAN-i veemõõturite kasutuseleviimise peamised väljakutsed linnakondades?

Signaalide nõrgenemine on oluline probleem tiheas linnakonnas. Sellised tegurid nagu metalltorud ja maapealne infrastruktuur peegeldavad või neelavad raadiosageduslikke signaale, tekitades seeläbi ühenduvusprobleeme.

Kuidas saab linnaalamites optimeerida LoRaWAN-i veemõõturite sidelaua eelarvet?

Antenni kasvu optimeerimine, leviala teguri dünaamiline kohandamine ning saatmisvõimsuse piirkonnaspetsiifiline kalibreerimine on olulised strateegiad signaali tungimise parandamiseks linnatingimustes.

Millist edu saavutas Barcelona oma LoRaWAN-i veemõõturite paigaldamisel?

GIS-põhise paigaldusstrateegia rakendamisega saavutas Barcelona 91% eduka üleside edastamise määra tänu suuremale vahetajaseadmete tihedusele ja andmeside määra kohandamise strateegiatele.

Miks on meshi toetusrelaadid olulised LoRaWAN-võrkude jaoks?

Mesh-relaisid aitavad kõrghoonetes signaalkadu vältida, toimides kui kordusseadmed, mis loovad blokeeritud signaalidele alternatiivsed teed, vähendades seega väravate täiendava vajaduse.

Kuidas aitavad RF-saidiuuringud LoRaWAN-i paigaldamisel?

RF-saidiuuringud, kasutades tööriistu nagu ultraheli torujuurdepääsuproovid ja linnade leviläbilaske mudelid, tuvastavad tõhusalt signaalitakistused, muutes väravate strateegilise planeerimise ja paigutamise lihtsamaks.