LoRa benutten voor veilige, remote slimme metering

LoRa verkennen voor long-range, low-power slimme metering van utiliteiten

De proliferatie van verbonden apparaten herschikt het slimme-metering landschap. Steden en enterprises keren nu naar LoRa-gebaseerde oplossingen om utiliteiten efficiënter te monitoren en besturen.

Volgens IHS Markit waren er in 2018 meer dan 700 miljoen slimme meters wereldwijd geïnstalleerd, en het bedrijf projecteert dat tegen 2025 een derde van alle meters vervangen zal zijn door slimme technologie.

Traditionele meter-aflezing vertrouwde op technici die door wijken reden om data vast te leggen via short-range draadloze apparaten. Die aanpak werkte in rurale of suburbane settings maar worstelde in dichte stedelijke gebieden, binnen en ondergronds.

LoRa's vermogen om dikke muren te penetreren en ondergrondse installaties te bereiken heeft het de voorkeurskeuze gemaakt voor veel utility-operators. De volgende secties detaileren hoe LoRa-apparaten deployed kunnen worden voor slimme metering en tonen real-world toepassingen.

Typische LoRa-implementatie

Een standaard LoRa-implementatie (zie Figuur 1) bestaat uit vier kerncomponenten, alle geregeld door het LoRaWAN-protocol – een globale, open standaard die interoperabiliteit garandeert over regionale, nationale en internationale netwerken.

Figuur 1. LoRa-netwerk breakdown

De architectuur begint met end-node sensors die data verzenden via LoRaWAN naar een LPWAN-gateway – een hub die signalen aggregateert van meerdere slimme-metering apparaten. De gateway stuurt de data door naar een network-server, die het routeert naar een applicatie-server of cloud IoT-platform voor verwerking. Tenslotte bereikt de verwerkte informatie de eindgebruiker via een computer of mobiel apparaat.

Beveiliging voor draadloze utiliteitsmonitoring

Draadloze transmissie van meter-data eist robuuste privacy- en beveiligingsmaatregelen. LoRaWAN's baseline-authenticatie vertrouwt op AES-128 encryptie, zoals gedefinieerd door IEEE 802.15.4/2006 Annex B. Afzonderlijke sleutels beschermen gebruikersdata en garanderen netwerkin integriteit.

IoT-apparaten verbinden met een LoRaWAN-netwerk op twee manieren. Activation by Personalization (ABP) embed de network-session-key, application-session-key, een uniek 32-bit device-adres en een 24-bit network-ID direct in de device-firmware. De 24-bit network-ID identificeert het specifieke LoRaWAN-netwerk waar het apparaat voor bedoeld is.

Figuur 2. Join-request en join-accept berichtformaten.

De meer gangbare methode, Over-The-Air Activation (OTAA), laat het apparaat een join-request sturen naar de network-server. De request wordt doorgestuurd naar een join-server, die antwoordt met een join-accept. Het MAC-commando bevat een unieke AppEUI die de doel-applicatieserver identificeert.

Slim waterbeheer

Bedrijven adopteren zunehmend duurzame praktijken, en waterbesparing is een kritisch component. Washington-gebaseerde Apana biedt een "beveiligingssysteem voor waterverbruik," wat inzichten levert die organisaties helpen hun water-voetafdruk te reduceren door proces-drift, mechanische falen en verborgen lekkages te identificeren.

Figuur 3. Een snapshot van Apana's prestaties.

Costco Wholesale implementeerde Apana's oplossing en identificeerde snel watergebruikspatronen en de oorzaken van abnormale pieken – vaak gekoppeld aan inefficiënte operaties of defecte apparatuur. Als resultaat sneed Costco waterverbruik met 20%, wat vertaalt in ruwweg 22% besparing op de waterrekening.

Frankrijk's weg naar drie miljoen verbonden apparaten

Birdz, een dochter van Nova Veolia en een wereldleider in resource-optimalisatie, implementeerde een LoRa-gebaseerd waterbeheersysteem in Lyon, Frankrijk, in 2015. De stad opereert nu meer dan 400.000 LoRa-sensoren.

Sinds de uitrol heeft Lyon meer dan 1.200 lekkages gerepareerd en een 8% boost in water-netwerkefficiëntie bereikt, wat ongeveer één miljoen kubieke meter water per jaar bespaart.

Figuur 4. De infrastructuur-benadering voor slimme utiliteiten.

Birdz plannet uitbreiding door heel Frankrijk, met drie miljoen additionele intelligente sensoren. Het langetermijndoel is om remote-aflezing mogelijk te maken voor meer dan 70% van watermeters binnen het volgende decennium.

LoRa-gebaseerde sensoren bieden schaalbaarheid