混合 LPWAN連接解決方案促進智能電表推向市場

隨著同時提供 NB-IoT 和 LoRaWAN 選項的網(wǎng)關(guān)面市，電力公司不再需要二擇其一，可以兩者兼?zhèn)洹?/p>

能源成本不斷上升，去年美國的零售電價平均為每千瓦時 10.66 美分，這是 30 多年來的最高水平。盡管如此，至少與其他發(fā)達國家，尤其是歐洲同等國家相比，美國的電力仍然相對便宜。歐洲國家占據(jù)了全球家庭電價前十名中的七個，德國消費者的負擔最大，平均每千瓦時支付 36 美分。

歐盟(EU)在智能電表部署方面處于領(lǐng)先地位，就不足為奇了。預(yù)計在未來五年內(nèi)，大約四分之三的家庭將會安裝智能電表。這項技術(shù)承諾將能源消耗動態(tài)同步到非高峰電費時段，以幫助人們節(jié)省電費。電力企業(yè)也將從中受益。針對電網(wǎng)的實時反饋使得電力公司能夠啟動動態(tài)定價、監(jiān)控電網(wǎng)損耗并優(yōu)化供電性能，最終降低成本并提高利潤率。

從家庭到云
為了完全實現(xiàn)這一目標，電力公司必須決定如何最好地將來自數(shù)億個家庭智能電表的大量使用數(shù)據(jù)傳輸到云。在那里，功能強大的服務(wù)器可以分析數(shù)據(jù)并據(jù)此采取相應(yīng)的行動。在歐洲，智能電表通常包含無線電表總線(wMBus) 技術(shù)。這種成熟的技術(shù)在一組智能電表和一個網(wǎng)關(guān)之間提供短距離連接，以將一公里范圍的 LPWAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云。

與之競爭的LPWAN技術(shù)為網(wǎng)關(guān)到云的無線連接提供了獨特的優(yōu)勢，但它們造成了兩難境地。電力機構(gòu)可能不愿意在兩種技術(shù)中只能選擇其一，因為害怕自己若押錯注碼在競爭失敗并面臨過時的技術(shù)上，會遇上困境。

面向未來的解決方案
例如，LoRaWAN具有先發(fā)優(yōu)勢，部署工作相對容易，單個LoRa網(wǎng)關(guān)可以監(jiān)管數(shù)千臺終端設(shè)備。然而，它不適用于連續(xù)監(jiān)控用途或低延遲“實時”應(yīng)用。它的傳輸范圍或大數(shù)據(jù)有效載荷也未如基于蜂窩的 NB-IoT(主要LPWAN智能電表連接競爭技術(shù))。

在標準組織 3GPP 和許多領(lǐng)先企業(yè)的支持下，NB-IoT成為一項面向未來的標準化技術(shù)。它提供了即插即用的簡便性、安全性，并且非常適合固定安裝用途，因為NB-IoT技術(shù)能夠在地下室和建筑物深處穿透墻壁和其他潛在的障礙物，而電力儀表經(jīng)常處于這些地方。

設(shè)計靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性
然而，隨著兼?zhèn)銷B-IoT 和 LoRaWAN 選項的強大網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)，歐洲電力公司不再需要兩者選其一。

例如，德國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案公司 Lobaro 開發(fā)了一款網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，可以從數(shù)百個智能電力儀表接收wMBus計量數(shù)據(jù)，并使用 NB-IoT 或 LoRaWAN 或兩者的組合來將數(shù)據(jù)中繼傳輸?shù)皆啤?/p>

這款無線M-Bus網(wǎng)關(guān)根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)可用性和無線信號覆蓋范圍選擇合適的 LPWAN，為電力公司和樓宇管理提供了更大的設(shè)計靈活性和可靠性。

雙項云連接功能還為已有LoRaWAN安裝裝置的電力公司提供了轉(zhuǎn)換到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的選項，而無需進行大規(guī)模改動或者僅限于改動LoRaWAN裝置以用于未來安裝。

處理器的力量
這款網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的核心是 Nordic Semiconductor 的低功耗nRF9160 SiP，該器件集成了LTE-M/NB-IoT調(diào)制解調(diào)器和GPS，提供必要的計算能力來監(jiān)測要求嚴苛的應(yīng)用。

nRF9160 SiP專為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計，它具有專用 Arm Cortex-M33應(yīng)用處理器、1MB Flash和256KB RAM，提供充足的功率和內(nèi)存，以同時支持蜂窩固件以及 Lobaro的wMBus堆棧和LoRaWAN固件。

nRF9160 SiP還擁有充裕的性能以支持未來的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。例如很可能可使用溫度和振動傳感器來提供預(yù)測性維護功能。

將會部署的智能電表和網(wǎng)關(guān)多達百萬計，因此不可能頻繁更換電池。nRF9160 SiP的調(diào)制解調(diào)器和MCU經(jīng)過全新設(shè)計，旨在優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的電源性能。它支持節(jié)能功能，包括eDRX和PSM，使得Lobaro網(wǎng)關(guān)能夠由單個3.6V 電池供電。如果每天發(fā)送一次計量數(shù)據(jù)時，可實現(xiàn)長達10年的電池使用壽命。

展望未來
智能計量應(yīng)用的直接機會在于賬單透明度，以及為消費者節(jié)省電費和改進電網(wǎng)性能，以及為電力企業(yè)節(jié)省成本。但更令人興奮的可能性還在前方。

數(shù)以千萬計的云連接智能電表將以前所未有的規(guī)模，為大數(shù)據(jù)分析和電網(wǎng)智能鋪平道路。電力公司可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和天氣預(yù)報來構(gòu)建人工智能驅(qū)動的預(yù)測模型，以無縫整合可再生能源供應(yīng)。這項技術(shù)已經(jīng)存在，現(xiàn)在只是采用的問題。

作者：Nordic Semiconductor公司Lorenzo Amicucci