LoRaWAN® 如何通過智能城市的物聯網應用幫助公用事業公司擴展業務

數據是智能流程自動化的核心，但這些數據從何而來？遠程收集準確的數據一直是公用事業公司面臨的挑戰。這導致了碎片化的數據收集系統，這些系統限制了數據分析的使用，其規模必須對企業和消費者產生真正的影響。

關鍵挑戰是數據收集要求的分佈式特性。在家中安裝智能電錶需要可靠、安全的回程，不依賴於可能可用或不可用的現有基礎設施。

低功耗廣域網 (LPWAN) 技術提供了一種以經濟高效、可靠和安全的方式連接數百萬個智能電錶的方法。這使公用事業有可能通過智能城市和社區的物聯網 (IoT) 應用程序擴展其業務，方法是讓智能物聯網設備輕鬆連接到網絡。借助隨時可用的數據來提供可操作的見解，LPWAN 可以幫助公用事業提供商降低成本、提高安全性、減少浪費並提高客戶滿意度。

市場研究人員IHS Markit預測，到 2023 年，通過 LPWAN 技術連接的智能電錶和公用事業應用總數將超過 3 億。

使用低於 1GHz 的未經許可的頻段可實現長達數公里的鏈路，允許連接遠程位置，並提供與可隱藏的儀表的鏈路。這些 sub-GHz 頻率還解決了智能電錶最緊迫的挑戰之一，即位置。儀表可以放置在不同房屋的多個不同位置，確保信號進出儀表是關鍵。LPWAN 網絡的無線電信號的滲透允許與可能位於地下室或塔樓高處的儀表進行可靠連接。
這些信號由本地網關連接，越來越多地由第三方網絡提供商運行，併中繼到雲以被攝取到數據分析系統中。無線電信號的長距離和高滲透率減少了所需網關的數量，並允許在許多國家推出具有成本效益的 LPWAN 網絡。

LoRaWAN® 標準於 2015 年專門針對低功耗傳感器網絡開發，基於 Semtech 的 LoRa® 調製技術，越來越多地用於變電站的故障檢測和智能電網監控，就像Elvexys SA 為OIKEN所做的那樣在瑞士和偏遠地區監控設備，提供系統性能數據。使用電池支持的無線傳感器節點可以提供重要數據，甚至可以預測設備何時發生故障，從而允許在定期維護中進行更換，而不是響應潛在的災難性故障。在這裡，LoRaWAN 的較低功率要求意味著無線傳感器節點上的電池可以使用多年，避免了可能困擾大規模數據採集部署的電池更換週期成本。

安全

保證用戶數據的安全當然是一項關鍵要求。LoRaWAN 網絡包括基於 AES 128 位加密密鑰的嵌入式兩層安全性，該密鑰針對低功耗數據網絡進行了優化。這意味著數據可以從智能電錶一直加密到企業數據系統。由於 LoRa 數據包不使用 IP 協議，因此無需轉換數據，並且可以在端到端實施中保持安全。

兼容性

該行業面臨的挑戰之一是支持智能計量數據和應用的最重要標準。通過LoRa Alliance®等開放組織和主要協會的積極支持解決了這一問題，這些協會定義了計量標準，以實現儀表的互操作性並提供兼容性認證。然後，公用事業可以依賴 LoRaWAN 網絡上的計量應用標準。LoRaWAN 現在是國際電聯電信標準化部門 (ITU-T) 的 Y.4480 國際公認標準，並被 LoRa 聯盟中的數百家公司使用。

對於歐洲市場，特別是在水、氣和熱計量方面，LoRa 聯盟與 OMS 集團協會就開放計量系統 (OMS) 計量語言的標準使用進行了正式聯絡，該語言在 LoRaWAN 上使用 M-Bus 以減少公用事業集成的複雜性和成本。在 OMS over LoRaWAN 中，OMS 在 LoRaWAN 網絡層之上的 M-Bus 適配層之上充當應用層。這可以通過 LoRaWAN 實現標準的 M-Bus 傳輸。Semtech與OMS 和 LoRa 聯盟合作，在各個層面驗證互操作性，從數據平台到通過相同或不同 LoRaWAN 網絡連接的不同 OMS 終端設備。

與無線 Mbus 連接相比，具有 LoRaWAN 網絡的公用事業公司的主要優勢是保持相同的數據格式和相同的 OMS 應用層，同時具有 LoRaWAN 的優勢，提供比 W-Mbus 更好的遠距離和深度室內滲透。這特別適用於通常安裝在地下深處、混凝土或其他難以到達的區域的電池供電儀表。此外，LoRa 聯盟為 LoRaWAN 指定的可能的無線固件更新 (FUOTA) 也有好處。
OMS 新規範的這一目標是確保與基於 OMS 的傳統系統的互操作性，並為公用事業公司在公共、專用或混合網絡之間的網絡模型提供開放和靈活的選擇。公用事業公司可以根據其業務調整網絡部署，並決定通過使用提供 LoRaWAN 網絡服務的可用運營商來擺脫部署和維護無線電網絡基礎設施的高成本負擔。

同樣，對於全球市場和多表計量等，LoRa 聯盟已與設備語言消息規範 (DLMS) 用戶協會合作開發新的通信配置文件，以支持由 ISO/IEC（IEC62056 標準）標準化的 DLMS。DLMS 定義了一種語言的語義和語法，用於與公用事業的各種智能設備進行可互操作的數據交換。

DLMS 已被廣泛採用，主要用於符合 DLMS/能源計量配套規範 (COSEM) 的電力計量。全球範圍內有超過數億個電錶使用 DLMS。無需使用網橋將數據轉換為非標準安裝，而是通過端到端使用 IPv6 和 UDP 互聯網協議無縫啟用 LoRaWAN 上的 DLMS。IETF 定義的標準適配層（在 RFC8724 和 RFC 9011 中）使用靜態上下文報頭壓縮 (SCHC) 技術，通過分段和壓縮來傳輸 UDP 數據包。

將 DLMS 等單一應用標準用於多個應用還可以更輕鬆地集成來自多個儀表的數據，這些儀表以前位於單獨的孤島中，例如智能電錶和智能水錶。

未來方向

可以進一步使公用事業受益的新興技術是直接衛星連接。發射的衛星帶有可以直接處理 LPWAN 消息的有效載荷，幾乎實時地轉發來自世界各地的數據。衛星運營商可以重用地面網關架構或開發自己的軟件無線電系統 (SDR) 來實現目標 LPWAN 調製。多個衛星 LPWAN 網絡已經啟動或正在啟動，這為企業用戶提供了更多的網絡類型和分析引擎選擇。這增加了產量，增加了競爭並降低了成本。

智能監控、數據收集和分析方面的進步都是不斷增長的智能城市和社區成本節約解決方案組合的一部分。