Moduł IoT jako serce inteligentnego opomiarowania

Podstawowy element, który odpowiada za podłączenie praktycznie każdej rzeczy do sieci to małe, elektroniczne urządzenie zwane modułem IoT.

Jest ono osadzane w obiektach, maszynach i przedmiotach – łączy się z sieciami bezprzewodowymi oraz wysyła i odbiera dane. Dzięki niemu poszczególne przedmioty przekazują dane i tworzą inteligentną przestrzeń, czyli inteligentne miasta (Smart City). Moduły IoT (zwane także chipami IoT lub chipami radiowymi) mogą służyć ludziom na różne sposoby: dostarczają im więcej informacji, usprawniają życie, monitorują również zdrowie, środowisko i zagrożenia. Budowanie stałej i skutecznej łączności to także jedno z ich zadań - urządzenia te muszą wysyłać dane automatycznie, często według zaplanowanego harmonogramu i bez potrzeby tzw. odpytywania. Warto również zaznaczyć, że moduły IoT powinny być projektowane z myślą o jak największej trwałości i długowieczności. Ich energooszczędność i długi czas działania pomagają bowiem skompensować koszt stosowanej technologii i znaleźć uzasadnienie biznesowe dla jej użycia. Na szczęście aktualnie występują w szerokiej gamie standardów i technologii komunikacji – to zapewnia ich różnorodne funkcje i cele zastosowania, dając możliwość wyboru.

W tej kwestii jeszcze jeden istotny aspekt. Dlaczego wytrzymałość urządzeń jest tak ważna w systemach IoT? W przeciwieństwie do urządzeń konsumenckich, wykorzystywanych w kontrolowanych środowiskach, urządzenia IoT są często wdrażane w ekstremalnych i zróżnicowanych warunkach, czyli tzw. trudnych lokalizacjach. Potrafią one być niezwykle wymagające z różnych powodów – przez ekstremalne temperatury, wysoką wilgotność, czy nawet czasowe zalanie wodą, czego przykład stanowią  studnie wodomierzowe. Dodatkowo, często znajdują się w odległych, trudno dostępnych miejscach, które komplikują proces ich naprawy. To dlatego urządzenia IoT muszą być zaprojektowane w sposób zapewniający ich skuteczne działanie i niezawodną łączność bez przerywania dostępu do usług, niezależnie od lokalizacji lub używanej sieci bezprzewodowej.

Zastosowanie urządzeń MacR6N oraz modułu bilingowego MacIQ WM w dedykowanej dla branży wodnej koncepcji Internetu Rzeczy (arch. Plum Sp. z o.o.)

 

Czy istnieje najlepsza technologia bezprzewodowa dla IoT?

Rozwiązania IoT tworzone są w celu spełnienia określonych potrzeb klientów, a każdy przypadek użycia ma swoje specyficzne wymagania dotyczące łączności. Projekty na globalną skalę łączące dziesiątki tysięcy punktów końcowych, znacznie różnią się od tych, które łączą tylko dziesiątki czy setki urządzeń. Duże projekty, ze złożoną infrastrukturą zazwyczaj wymagają niestandardowych rozwiązań komunikacyjnych, które spełniają określone potrzeby i w sposób pewny dokonają integracji urządzeń IoT.

Jak widać, wszystko zależy od potrzeb i celu zastosowania danego standardu. Nie możemy zatem jednoznacznie odpowiedzieć, która technologia bezprzewodowa jest najlepsza, ale jesteśmy w stanie  określić, która może spełnić oczekiwania odbiorcy, będzie bezproblemowa i bezpieczna w danym przypadku. To dlatego zastosowanie danej technologii należy rozpatrywać jednostkowo – ważyć korzyści, potrzeby oraz koszt zastosowania technologii. Te szacunki pozwolą dokonać najlepszego wyboru dla każdego przypadku.

W rozwiązaniach technologii bezprzewodowej możemy zauważyć dwa główne obszary rozwoju. Pierwszy to technologie komórkowe: 5G, 4G i 3G, mające zastosowanie głównie w  urządzeniach wymagających dużej przepustowości, takich jak smartfony czy samochody z dostępem do sieci. Drugi to rozwiązania o niskim poborze mocy i rozległym obszarze LPWAN. Są one używane w projektach Smart City i stworzone z myślą o modułach IoT. Idealnie sprawdzą się także w systemach inteligentnego opomiarowania.

Oznaczenia w modułach IoT, czyli co oznaczają symbole: Cat-1, Cat-M,  Cat-NB-IoT?

Skrót Cat pochodzi od słowa „kategoria” i odnosi się do nowych standardów bezprzewodowej technologii 4G o niskim poborze energii.

Wszyscy wiemy, że technologia komórkowa stale się rozwija – staje się szybsza, oferuje większą przepustowość, obsługuje więcej połączeń i proponuje nowe, niesamowite funkcje. W ciągu zaledwie dwóch dekad technologia mobilna zmieniła się z 2G na 3G, następnie na 4G i wciąż trwa ewolucja w kierunku 5G. Większość rozwiązań IoT nie potrzebuje zawrotnej prędkości i szerokiego pasma 4G. W ich przypadku nie ma sensu „zużywać” 4G czy 5G, gdyż obecne możliwości są wystarczające. Natomiast sieci 2G powoli odchodzą do lamusa, nie są już wszędzie obsługiwane i tutaj zagadnienie się komplikuje.

 

Sieć LPWAN i jej zastosowanie przy rozwiązaniach IoT

Rozwiązanie tego problemu przynoszą rozległe sieci telekomunikacyjne małej mocy tzw. LPWAN. Czym się charakteryzują? Sieć LPWAN pozwala łączyć ogromne ilości obiektów IoT i poprawia bezpieczeństwo, wydajność oraz zarządzanie zasobami. Wśród jej plusów możemy wymienić przede wszystkim atrakcyjny koszt czy niższy pobór mocy względem szerokopasmowego LTE, co zapewnia oszczędność energii poprzez znaczne wydłużenie żywotności baterii. Zaletą jest także większy zasięg niż przy LTE pod względem wzmocnienia, możliwości penetracji pomieszczeń czy nawet dostępności sygnału głęboko pod ziemią.

Nowe chipy radiowe, tworzone na potrzeby IoT zapewniają wysoce wydajne wykorzystanie obecnego widma LTE, a jednocześnie wymagają znacznie mniej mocy i zapewniają łączność niezbędną dla większości urządzeń. Obejmuje to: inteligentne rozwiązania miejskie, telemetrię pojazdów, śledzenie zasobów, różnego rodzaju inteligentne liczniki, inteligentne opomiarowanie tzw. Smart Metering, systemy stacjonarnych odczytów, terminale detaliczne, liczne zastosowania przemysłowe, rolnicze i nie tylko. Ponadto urządzenia LPWAN są znacznie mniej skomplikowane, co pozwala na ekonomiczne projektowanie i zapewnia lepszą łączność wewnątrz oraz pod ziemią.

 

Zdalne odczyty, inteligentne opomiarowanie, czyli w jaki sposób możemy korzystać z nowych, niskoenergetycznych technologii komunikacyjnych?

Dostęp do najnowszych chipów radiowych i wiedza o nich powoduje obecnie szybki rozwój technologii zdalnego odczytu urządzeń pomiarowych (np. zdalne odczyty wodomierzy). Dzięki dojrzałości organizacji, produkujących kompletne rozwiązania integrujące moduły IoT, opomiarowanie zużycia mediów komunalnych i monitorowanie pracy instalacji staje się bezpiecznym i pewnym standardem – jest to widoczne dość dobrze w zakładach wodociągowych i branży wod - kan.

Zaawansowane systemy dzięki wynikom pomiarów pozwalają na gromadzenie bazy danych o wskazaniach wodomierzy dostępnych online. Służą one nie tylko do celów bilingowych, ale także do analizy strat wody oraz do wykrywania awarii.

Na obecnym etapie rozwoju i dostępności technologii mamy do czynienia z lawinowym wzrostem zastosowań stacjonarnych systemów odczytów czy rejestratorów przepływu oraz ciśnienia. Spółki i przedsiębiorstwa wodociągowe stojące przed budową systemu, w którym kluczowa jest bardzo dobra łączność oraz efektywność przesyłu danych, powinny przed podjęciem właściwej decyzji wziąć pod uwagę ograniczenia różnych technologii. Obecnie nie tylko cena może być determinantem zastosowania określonej technologii, ale sama technologia powinna realizować zasadność biznesową.

Przyszłość funkcjonowania i automatyzacji przedsiębiorstw wodociągowych, której początek obserwujemy już dziś, to bez wątpienia właściwie dobrane rozwiązanie Smart Meteringowe i monitorowanie sieci niemal w czasie rzeczywistym. Wspólnym celem producentów oraz stron wdrażających systemy integrujące moduły IoT powinno być wypracowanie rozwiązań uwzględniających interesy wszystkich uczestników rynku, a w szczególności odbiorców końcowych.

O firmie PLUM Sp. z o.o., która projektuje i produkuje elektronikę przemysłową można przeczytać więcej tutaj.

artykuł ekspercki

autor: Marcin Milewski