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智能计量表联网,从低功耗广域网络开始


作者:Svein Vetti 来源:Electronic Design 2016-03-23 09:12:29
摘要:对下一代计量表的抄表技术选择的关键因素有:系统成本、性能、可扩展性及长期可用性。就通信解决方案来说,尤其是一些计量表设计寿命需要达到20年,拥有强大生存能力的解决方案迫在眉睫,而低功耗广域网络技术在这方面自然胜出。

  我们知道,计量表的无线抄表是低功耗广域网络(LPWAN)的典型应用场景。当然,我们首先需要一个智能计量表。欧洲多个国家最早推行智能计量表,对于抄表通信技术来说,最终选择窄带通信技术。本文回顾一下对于窄带技术选择所考虑的因素。

  法国和意大利是最早决定用智能燃气表代替机械燃气表的两个欧洲国家。智能燃气表之所以能推广使用的原因主要包括:

  · 自动读表降低了成本,这意味着无须人工即可将实际使用数据读取到后台终端系统;

  · 激发消费对能源使用的认知,并更好的控制和降低能源消耗;

  · 更好的检测燃气泄漏,以及一些非技术性的损失,如偷窃等。

  当法国和意大利决定推广窄带网络技术的智能燃气表取代以往旧的燃气表时,他们进行了非常深入的前期研究和项目试点运行。之所以这样,其目的是要找到并测试出远程计数应用的最佳解决方案。对下一代燃气抄表技术选择的关键因素有:系统成本、性能(鲁棒性和可靠性)、可扩展性及长期可用性(有标准参考及特有的解决方案)

  为满足智能燃气表对成本、可扩展性、鲁棒性等方面的需求,以及为了确定一个将来长久可行的解决方案,低功耗广域网络(LPWAN)的模式似乎是必然之选。各类LPWAN模式采用标准的1GHz以下的窄带技术,并已得到很多主流供应商集成的ISM频段的射频设备支持(如LoRa、Sigfox的供应商)。

  依照发展进程,这些燃气表的设计寿命需要达到20年,因此,燃气表的通信传输将持续运转以保证该系统具有非常高的可靠性。在未来的几十年里,人们可以很容易的联想到一个与数亿物联网设备连接的环境。因此,拥有强大生存能力的解决方案迫在眉睫,而低功耗广域网络技术在这方面自然胜出。

  使用低功耗广域网络模式,技术的选择也是经过大量的不同射频技术条件下真实实验模拟而得出的。实验出多种射频技术,其中包括基于带宽和扩频的远程解决方案。

  对于这种应用,在该领域中1GHz以下的窄带技术已被证实仅使用最少的集线器(即实际中的远程通信的最远范围)并拥有最佳可靠性(免于其它射频源的干扰,包括系统内及外部干扰射频源)。经研究,窄带技术实际上可被用作标准的远程通信。众所周知在有限的射频频谱内,它的高通信容量可支持大量节点的运算。

  一个解决方案的长期可用性的关键因素之一就是该技术获得了多个供应商的技术支持。历史证明,使用标准的解决方案才能形成规模经济效应,这在法国和意大利的发展中已有例证。在法国,绝大多数方案被三家主要的系统供应商平分。这些供应商分别单独从不同的芯片厂商选择硬件平台。

  智能流量表计(水、燃气、热力)在今天代表了广域射频连接技术具有广阔市场。数以百万计的智能表计已在全球部署,很多计量表使用窄带技术来实现广域、鲁棒性和稳定性。法国和意大利觉得使用窄带无线M-Bus技术作为他们主要部署方式可以看做是自然的选择,也是有实际测试的背书。在一些供应商窄带平台的协助下,开发者可以实现超过数十公里的范围,从而实现广域窄带通信。

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