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混合LPWAN连线促进智慧电表推向市场
[作者 Lorenzo Amicucci]   2021年09月09日 星期四 浏览人次: [3523]

在欧洲,智慧电表通常结合无线电表汇流排(wMBus)技术,当无线M-Bus闸道器根据本地网路可用性和无线讯号覆盖范围,进而选择合适的LPWAN时,能够为电力公司和大楼管理提供更大的设计灵活性和可靠性。


随着同时提供NB-IoT和LoRaWAN选项的闸道器上市,电力公司不再需要面临二选一,而可以两者兼得。


能源成本正在不断上升,美国去年的电价为平均每度(kWh)10.66美分,这是三十多年来的最高水准。尽管如此,至少与其他发展国家,尤其是欧洲地区的同等国家相比,美国的电力仍然相对便宜。欧洲国家占据全球家庭用电价格前十名中的七个,德国消费者的负担最大,平均每度要支付36美分。


欧盟在智慧电表部署方面居于领先其他国家,就不足为奇了。预计在未来五年内,大约四分之三的家庭将会安装智慧电表。这项技术承诺将能源消耗动态同步到非高峰电费时段,以帮助人们节省电费。电力公司也将从中受益。电力公司能够根据电网的即时回馈结果启动动态定价、监控电网损耗情况,并实施最佳的供电性能,最终可降低成本并提高利润率。


从家庭到云端

为了完全实现此一目标,电力公司必须决定如何以最佳方式将数亿个家庭智慧电表的大量使用资料传到云端,然后云端系统上功能强大的伺服器即可分析资料,并依此采取相应的行动。在欧洲,智慧电表通常结合无线电表汇流排(wMBus)


技术,这种成熟的技术在一组智慧电表和一个闸道器之间提供短距离连接,以将一公里范围的低功耗广域网路(LPWAN)资料转发到云端。


与之竞争的各项LPWAN技术为闸道到云端的无线连接提供独特的优势,但却陷入了两难的境地。电力公司可能不愿意在两项技术中只能二选一,因为害怕若错误押注在竞争失败而面临过时的技术上,便会陷入困境。


迈向未来的解决方案

例如,LoRaWAN具有先发优势,部署工作相对容易,单个LoRa闸道器就能监管数千台终端设备。然而,它不适用于连续监控用途或低延迟「即时」应用,它的传输范围或大资料有效载荷也不如建基于蜂巢式技术的NB-IoT标准(LPWAN智慧电表的主要连接竞争技术)。


在标准组织3GPP和许多主要企业的支援下,NB-IoT成为一项迈向未来的标准化技术。它提供了即插即用的简便性、安全性,并且非常适合固定安装用途,因为NB-IoT技术能够在地下室和建筑物深处穿透墙壁和其他潜在的障碍物,而电力仪表经常安置于这些地方。


设计灵活性和网路可靠性

然而,随着兼具NB-IoT和LoRaWAN两大标准选项的强大闸道器出现,欧洲的电力公司已不需要在云端连接解决方案上二选一。例如,德国工业物联网解决方案公司Lobaro,已开发出一款闸道产品,可以从数百个智慧电表接收wMBus计量资料,并使用NB-IoT或LoRaWAN或者两者的组合,来将资料中继传到云端。


这款无线M-Bus闸道器根据本地网路可用性和无线讯号覆盖范围选择合适的 LPWAN,为电力公司和大楼管理提供了更大的设计灵活性和可靠性。


此外,双模式云端连接功能,还为已有LoRaWAN安装装置的电力公司提供转换到蜂巢式物联网的选项,而无需进行大规模改动,或者仅限于改动LoRaWAN装置以用于未来安装。


处理器高性能

这款闸道产品的核心是Nordic Semiconductor的低功耗元件nRF9160 SiP,它整合LTE-M/NB-IoT数据机和GPS,提供必要的计算能力来监测要求严苛的应用。


虽然nRF9160 SiP是专为蜂巢式物联网而设计,但它具有专用Arm Cortex-M33应用处理器、1MB Flash和256KB RAM,提供充足的功率和记忆体,可同时支援蜂巢式韧体以及Lobaro的wMBus堆叠和LoRaWAN韧体。 nRF9160 SiP还拥有充裕的性能以支援未来的闸道产品。例如很可能使用温度和振动感测器来提供预测性维护功能。


将会部署的智慧电表和闸道器数以百万计,因此不可能频繁地更换电池。 RF9160 SiP的数据机和MCU经过全新设计,目的是要实行最佳化物联网系统电源性能。它支援节能功能,包括eDRX和PSM,使得Lobaro闸道器能够由单个3.6V电池供电。在每天发送一次计量资料的条件下,可实现长达十年的电池使用寿命。


展望未来

智慧计量应用的直接机会在于费用计算的透明度,以及为消费者节省电费和改进电网性能,以及为电力公司节省成本。但更令人感到兴奋的可能性还在前面。


由云端连接起来的数以千万计智慧电表将以前所未有的规模,为大数据(big data)分析和电网智慧系统铺起一条康庄大道。电力公司可以根据历史资料和天气预报等资料建立由人工智慧驱动的预测模型,以顺利整合可再生能源的供应。这项技术已经存在,现在只剩下采用的问题。


(本文作者Lorenzo Amicucci任职于Nordic Semiconductor公司)


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