A LoRaWAN vízmérő előnyei hosszú távú nyomon követéshez

A vidéki telepítés valósága

Néhány évvel ezelőtt egy hegyvidéki vidéki régióban működő vízszolgáltató vállalat segítséget kért egy problémájával kapcsolatban. A vízmérőik szétszórva helyezkedtek el mezőgazdasági üzemekben és kisvárosokban, amelyeket hegysorok és völgyek választottak el egymástól. Próbálkoztak sejtes alapú megoldásokkal, de a lefedettség legjobb esetben is szakadozott volt. Az egyik völgyben a jel olyan gyenge volt, hogy a mérők napokig offline állapotba kerültek. A vízszolgáltató a manuális leolvasásra való visszatérés előtt állt – egy költséges lépés visszafelé. Ezután tesztelték a LoRaWAN megoldást. Egyetlen átjátszó állomást elhelyezve egy víztorony tetején, a megye legmagasabb pontján, jeleket kezdtek fogadni a mérőktől tíz kilométernél is távolabbról. Azok a mérők, amelyek hónapokon át hallgattak, újra jelentkezni kezdtek. Ez a LoRaWAN valós hatása a hosszú távú vízmérés területén.

A hatótáv előnyének megértése

LoRaWAN hosszú távú képessége abból ered, hogy alacsonyabb, egy gigahertz alatti rádiófrekvenciákat használ. Ezek a frekvenciák messzebb jutnak, és hatékonyabban hatolnak át akadályokon – például falakon, fákon és épületeken –, mint a mobilhálózatok vagy a Wi-Fi által használt magasabb frekvenciák. Nyílt, vidéki területeken egyetlen LoRaWAN átjátszó (gateway) akár 15 kilométeres vagy annál nagyobb sugárban is le tudja fedni a területet. Sűrű, városi környezetben, ahol sok akadály van, a hatótávolság általában 2–5 kilométer, ami még így is jelentősen meghaladja a legtöbb más vezeték nélküli technológia elérési távolságát. Ez a hatótávolság-előny azonban nem csupán a távolságról szól; hanem a lefedettség megbízhatóságáról is. Egy mérőkészülék, amely a hálózat hatótávolságának szélén helyezkedik el, de mégis megbízhatóan kapcsolódik, értékesebb, mint egy olyan mérő, amely közelebb van az átjátszóhoz, de gyakran elveszíti a kapcsolatot zavaró tényezők miatt.

Mit jelent a hatótávolság a hálózattervezés szempontjából

Egyes mérők hatótávolsága közvetlenül befolyásolja a hálózat telepítésének gazdaságosságát és összetettségét. Egy 100 négyzetkilométeres területet lefedő, mobilhálózaton alapuló mérőket használó szolgáltató esetleg tucatnyi ismétlőt vagy további infrastruktúrát igényelhet a halott zónák kitöltéséhez. LoRaWAN-technológiával ugyanez a terület csupán néhány jól elhelyezett átjátszóegységet igényelhet. Nürnbergben, Németországban – egy fél milliónál is több lakossal rendelkező városban – egyetlen LoRaWAN-hálózatot építettek ki csupán 30 átjátszóegységgel. A hardverek, a telepítés és az üzemeltetési karbantartás költségeiben elért megtakarítások jelentősek. Nagy léptékű telepítések esetén ez az hatékonyság teszi lehetővé a gazdasági életképességet. A hálózati architektúra emellett rugalmasságot is kínál: a szolgáltatók saját, teljes irányítással rendelkező privát hálózatokat telepíthetnek, vagy kihasználhatják harmadik féltől származó nyilvános LoRaWAN-hálózatokat, így csökkentve tőkekiadásaikat.

A Yorkshire Water élménye

Az egyik legtanulságosabb példa az Egyesült Királyságból származik, ahol a Yorkshire Water vállalta, hogy Európa egyik legnagyobb intelligens vízmérő-projektjét valósítja meg. Ötéves időszak alatt az ellátóvállalat 1,3 millió LoRaWAN-kapcsolatos vízmérőt telepít. Ennek a projektnek a mérete lenyűgöző, és nem lenne lehetséges olyan technológia nélkül, amely képes nagy, földrajzilag sokszínű területet lefedni. A korai eredmények bemutatják a hosszú távú nyomon követési képesség értékét: a projekt kezdeti szakaszában több mint 1000 ügyféloldali szivárgást azonosítottak, amelyek naponta 1,22 megaliter vizet takarítottak meg. Ezeket a szivárgásokat manuális leolvasási rendszer mellett hónapokig vagy akár évekig nem fedezték volna fel. A hálózati architektúra széles körű lefedettséget biztosító magas toronyhelyeket kombinál középszintű átjátszókkal és beltéri megoldásokkal, így minden vízmérő – akármilyen mélyen is el van temetve – megbízhatóan továbbíthatja adatait. A projektet kezelő mérnökök számára a hosszú távú kapcsolat lehetősége nem csupán kényelmi szempont volt; szükségszerű feltétel volt.

Az adaptív adatátviteli sebesség hogyan növeli a megbízhatóságot

A hatótávolság nem állandó tulajdonság; környezeti tényezőktől függően változik. Az eső, a növényzet, sőt akár egy mérőműszer helyzete is befolyásolhatja a kapcsolat minőségét a gateway-hez képest. A LoRaWAN ezt az Adaptív Adatátviteli Sebesség (ADR) mechanizmussal oldja meg. Amikor a jelminőség jó, a mérőműszer nagyobb adatátviteli sebességet használhat, gyakrabban és rövidebb időszakokban küldhet adatot. Ha a jel gyengül, a mérőműszer automatikusan alacsonyabb adatátviteli sebességre vált, amely ellenállóbb, és hosszabb távolságra jut el, így biztosítva, hogy az adatok továbbra is érkeznek. Ez a dinamikus beállítás azt jelenti, hogy a mérőműszer megbízható kapcsolatot tud fenntartani a körülmények változása mellett is, manuális beavatkozás nélkül. A hálózati szerver üzeneteket küld az ADR-t használó mérőműszereknek az adatátviteli sebesség optimalizálásához, és maguk a mérőműszerek is aktiválhatják az ADR-t, hogy a vett jel erősségének megfelelően módosítsák saját adóparamétereiket. Ez az intelligencia teszi lehetővé a hosszú távolságú nyomon követést a valós világban, nem csupán elméletben.

Az erő és a hatótávolság együttműködése

A nagy hatótávolság csak akkor értékes, ha a mérőkészülék hosszú ideig képes fenntartani azt. Egy nagy távolságra küldő mérőkészüléknek elegendő teljesítményt kell használnia ahhoz, hogy elérje az átjáratot (gateway), de túl sok teljesítmény felhasználása gyorsan kimerítené az akkumulátort. A LoRaWAN ezt úgy egyensúlyozza, hogy széles sávú modulációs technikát alkalmaz, amely megbízható kommunikációt tesz lehetővé nagyon alacsony teljesítményszinten. Az eredmény egy olyan mérőkészülék, amely több kilométeres távolságra is képes adatokat küldeni, miközben minimális energiát fogyaszt. A terepen üzembe helyezett mérőkészülékek gyakran 10–15 évig működnek akkumulátorral. Ez a hosszú hatótávolság és hosszú akkumulátor-élettartam kombinációja a távmérés üzleti modelljének alapja. Egy közműcégnél egy mérőkészüléket távoli helyen is telepíthetnek, és biztosak lehetnek abban, hogy az évtizedekig megbízhatóan továbbítja az adatokat, anélkül, hogy gyakori helyszíni látogatásokra lenne szükség a költségek és a munkaerő miatt.

Magának a mérőkészüléknek is jelentősége van

Egy LoRaWAN vízmérő hatótávolsága és megbízhatósága nem csupán a hálózattól, hanem a mérőben található hardvertől is függ. Az antenna tervezése, a rádióalkatrészek minősége és a mérő általános építése befolyásolja, mennyire képes jól továbbítani és fogadni jeleket. A ZPMETER, amely több mint tizenhét éve szakosodott az ultrahangos mérésre, jól ismeri ezeket az igényeket. LoRaWAN-képes mérőik IP68-as védettségű házakban készülnek, amelyek megvédelmezik az elektronikát a víz és a por ellen, és olyan antennatervekkel rendelkeznek, amelyek maximális jelátvitelt biztosítanak kihívást jelentő helyeken, például földalatti aknákban. A mérők rugalmas kommunikációs lehetőségeket is kínálnak, így például M-Bus és impulzuskimenetek segítségével integrálhatók meglévő rendszerekbe. A vízszolgáltatók és rendszerintegrátorok számára egy olyan gyártótól származó mérő kiválasztása, amelynek igazolt tapasztalata van mind a mérésben, mind a vezeték nélküli kommunikációban, biztosítja, hogy a LoRaWAN-hálózat távhatósági képessége teljes mértékben kihasználásra kerüljön. Amikor a hardver és a hálózat zavartalanul együttműködik, az eredmény egy megbízható és költséghatékony nyomon követő rendszer.