Európában az épületek és ipari létesítmények fűtése és hűtése teszi ki a teljes energiafogyasztás 50%-át. A növekvő igény és drasztikusan dráguló energia árak mellett fenntartható stratégiára van szükség a klíma- és hatékonysági célok teljesítése érdekében, amely egyesíti a megújuló energia használat részarányának és az ellátás biztonságnak a növekedését. A meglévő távfűtési hálózatok optimalizálásához valós tudásra és folyamatos adatokra van szükség a tényleges rendszerkapacitás, áramlási és hőmérsékleti viszonyokról. Emellett az Európai Unió 2012/27/EU irányelve és annak 2018. december 11-i, 2018/2002. számú frissítése előírja, hogy az Európai Unió területén 2020.10.25-ét követően nem építhető be olyan költségmegosztó vagy egyéb mérőeszköz, amely távolról nem leolvasható.
Vezeték nélküli távleolvasó technológiák
Manapság a távhő szakma főként a vezeték nélküli megoldások fele mozdul el, hiszen nagy távolságokat körülményes vezetékes hálózattal lefedni. Rengeteg hasonló kommunikációs technológia érhető el a fogyasztásmérő piacon, melyek jól működnek különböző célokra. A kiválasztásban a nehézséget az jelenti, hogy a választott technológia tükrözze a felhasználó valós igényeit. Mérlegelni kell a hálózat megbízhatóságára, az elem élettartamára, a hálózati lefedettségre, a kommunikáció gyakoriságára, költségére és a rendelkezésre állásra vonatkozó követelmények között. Az egyik legfontosabb kritérium pedig az adatcsomag nagysága: nem ugyanaz a mennyiségű adat kell az esetleges jelenlegi alapvető igények (számlázás) és a további funkcionalitásokhoz (analitika, rendszer optimalizáció, felügyelet).
Nincs általános érvényű legjobb megoldás, a célnak megfelelő kombinációt kell keresni. Ezért érdemes már az elejétől olyan rendszerben gondolkodni, mely többféle kommunikációs technológiát képes rugalmasan kezelni. Egy példa: hatékony és gazdaságos működést eredményez, ha a nagy mérőpont sűrűségű területeken saját, vezeték nélküli M-Bus hálózatot használ a szolgáltató, míg az egyedi, távol eső vagy nehezen elérhető (akna, vasbeton kalitka) mérőpontok esetén NB-IoT-t.
Összehasonlítás
linkIQ® és vezeték nélküli M-Bus
|
A linkIQ® egy szabványos kommunikációs technológia, mely az EN13757-4:2005 és 2012 vezeték nélküli M-Bus szabványon alapszik (annak továbbfejlesztése), és a 868 MHz szabad frekvenciasávban működik. Ennek köszönhetően fall-back képes kommunikálni az általános vezeték nélküli M-Bus-t használó eszközökkel is. A megoldás a legkisebb kompromisszumot köti a fent említett követelmények tekintetében, hiszen célirányosan okos fogyasztásmérők távleolvasására fejlesztették ki. A linkIQ® hálózat adatgyűjtő egységei nagy hatótávolságot és lefedettséget kínálnak minimális eszközigénnyel, tapasztalatok szerint 70 %-kal kevesebb eszközre van szükség, mint a hagyományos vezeték nélküli M-Bus esetén. |
|
|
Google Maps alapú térképes megjelenítés: miskolci Avas lakótelep – telepített mérők és linkIQ® adatgyűjtők |
A korábbi, wireless M-Bus-ra épülő kommunikációs megoldáshoz képest komoly előrelépés figyelhető meg a lefedettséget és a jelerősségeket tekintve (zöld – kiváló, sárga – megfelelő jelerősség):
|
Wireless M-Bus (145 dBm jeltartomány) |
linkIQ® (160 dBm jeltartomány) |
|
|
|
A linkIQ® hálózat adatgyűjtői kiterjesztett hatótávolsággal bírnak az eszköz korábbi verziójához képest. Ez abszolút kulcsfontosságú, hiszen közvetlen hatással van a költségekre. A továbbfejlesztett, akár több km-es hatótávolságnak köszönhetően lényegesen kevesebb infrastruktúra elemre van szükség ahhoz, hogy adatokat gyűjtsön a fogyasztásmérőkből. Ezenkívül a kevesebb hálózati komponens alacsonyabb befektetést és kevesebb erőforrást jelent a hálózat karbantartása és üzemeltetése szempontjából is.
Az erős és robusztus lefedettség - amely szintén a linkIQ® alapvetése - jelentősen csökkenti a kommunikációs problémákat a föld alatt, alagsorban vagy más olyan helyeken elhelyezett fogyasztásmérőknél, ahol a hálózattal való kommunikációs képességük csökkenhet.
A két kommunikációs technológiában közös, hogy a küldött adatcsomagok összetétele, nagysága és küldési gyakorisága kompromisszumok nélkül igazodnak a felhasználó igényeihez nem befolyásolva (az akár 16 éves) elem élettartamot. Míg a linkIQ® esetén a kommunikáció gyakorisága legfeljebb óránkénti lehet, addig a vezeték nélküli M-Bus esetén akár percenkénti vagy 16/96 másodpercenkénti adatküldés is lehetséges az elem élettartam befolyásolása nélkül. Így lehetőség van félautomata, kézi kiolvasásra is, valamint a nagy mennyiségű adatot felhasználva hibaszűrésre.
A két megoldás viszont abban eltér, hogy míg a linkIQ® egy zárt kommunikációs hálózatot jelent, addig a vezeték nélküli M-Bus interoperabilitást biztosít egy rendszeren belül különböző gyártmányú fogyasztásmérők tekintetében.
Az említett technológiák főként azoknak a szolgáltatóknak ajánlott, akik saját kommunikációs hálózatot használnának, így függetlenítve magukat egy harmadik fél befolyásától. Ez nagyobb rugalmasságot jelent a kommunikációs teljesítmény és a minőség növelését tekintve, viszont nagyobb felelősséget is ruház a felhasználóra.
Sigfox
A megoldás a Sigfox tulajdonában lévő szabadalmaztatott technológia. Az említett cég kiépíti és birtokolja a kommunikációs infrastruktúrát, és együttműködnek a lefedettséggel rendelkező országok különböző hálózatüzemeltetőivel. Magyarországon ez a legkevésbé elterjedt technológia.
Ahelyett, hogy rádiófrekvenciával továbbítaná az adatokat a fogyasztásmérőből az intelligens mérésre testreszabott és optimalizált vezetékes hálózatra, a Sigfox lehetővé teszi, hogy mindenféle okos eszköz távolról csatlakozzon ultra keskeny sávú (UNB) technológia segítségével éves díj ellenében. Ez azt jelenti, hogy elkerülhető a saját dedikált mérőhálózat kiépítéséhez szükséges kommunikációs infrastruktúrába való kezdeti beruházás.
A Sigfox hatótávolsága nagyobb, de több energiát igényel, mint a vezeték nélküli M-bus-on alapuló hagyományos AMI rendszer. Ha csak napi értékekre van szükség kevesebb adattal (például csak a számlázáshoz), a Sigfox hálózat megfelelő lehet.
A felhasználó, ha Sigfox alapú megoldást választ, akkor nem tulajdonosa az infrastruktúrának, ezért a mérőleolvasási teljesítményre vonatkozó követelmények teljesítése teljes mértékben a Sigfox szolgáltatótól függ.
Narrowband-IoT
Az NB-IoT egy point-to-point kommunikációs technológia, amelyet a 5G stratégia sarokköveként fejlesztettek ki, és amely a távközlési tulajdonú mobilkommunikációs (LTE) antennahelyek meglévő infrastruktúráját használja fel. A kiváló lefedettségre és kis adatmennyiségre optimalizált NB-IoT a legjobb választás az okos fogyasztásmérők távoli leolvasására, ha azok a föld alatt, aknában, pincékben és más nehezen elérhető helyeken találhatók, ahol más típusú kommunikációs technológia már nem használható.
Bár a technológia még mindig újnak számít az intelligens fogyasztásmérésben, már jó néhány országban teljeskörűen bevezették. A távközlési szolgáltatók jelenleg is világszerte a lefedettség bővítésén dolgoznak és a percről percre nő a technológiát támogató gyártók száma is. Hazánk világviszonylatban is előkelő helyen áll a lefedettséget illetően.
A teljes kommunikációs rendszer a meglévő mobil hálózatra épül, melyet a telekommunikációs szolgáltató üzemeltet, nincs infrastrukturális felelősség vagy beruházás a közmű szolgáltató számára. Emiatt természetesen rugalmatlan is a rendszer, ha valahol nem megfelelő a kommunikációs teljesítmény, azon nehéz javítani. Mivel licenszdíjas frekvenciasávról van szó a technológia esetén, ezért előfizetés szükséges (pl. SIM kártya).
A fogyasztásmérők elemmel és hálózati tápegységgel is működtethetők, viszont itt van különbség a kommunikáció gyakoriságában: jelenleg elemes kivitel esetén órás adatok küldése napi egyszer lehetséges fenntartva a 12-16 év elem élettartamot, míg hálózati tápellátás esetén órás vagy 15 perces adatok küldése folyamatosan lehetséges.
LoRaWAN®
A LoRaWAN® technológia egy alacsony fogyasztású, nagy hatótávolságú (LPWA) hálózati protokoll, amelyet arra terveztek, hogy vezeték nélkül csatlakoztassa a (főként) elemes táplálású „dolgokat” az internethez regionális, nemzeti vagy globális hálózatokban, és az IoT kulcsfontosságú követelményeit célozza meg, mint például a kétirányú kommunikáció, végpontok közötti biztonsági, mobilitási és lokalizációs szolgáltatások. A LoRaWAN® hálózati architektúra csillag topológiát követ, amelyben az átjárók üzeneteket továbbítanak a végponti eszközök és a központi hálózati szerver között. Az átjárók szabványos IP-kapcsolatokon keresztül csatlakoznak a hálózati szerverhez, és gyakorlatilag átalakítják az RF-csomagokat IP-csomagokká és fordítva. A vezeték nélküli kommunikáció kihasználja a LoRa fizikai réteg nagy hatótávolságú jellemzőit és támogatja a multicast címzési csoportokat a spektrum hatékony kihasználása érdekében olyan feladatok során, mint a Firmware Over-The-Air (FOTA) frissítése vagy egyéb tömeges terjesztésű üzenetek. A LoRaWAN® egy elterjedőben lévő, új technológia, amelyet a LoRaWAN® Alliance erősen támogat, és számos gyártó rendelkezik LoRa-termékekkel, amelyek megkönnyítik a felhőalapú megoldások létrehozását az érzékelők és eszközök távoli leolvasásához.
A LoRaWAN® kommunikáció minősége a hálózat szolgáltatójától függ, mivel általában nem a felhasználó saját kiépített hálózatán történik a kommunikáció. Ha a lefedettség nem megfelelő, az ügyfélnek nehézségekbe ütközhet az adatok elérése. A kommunikáció sebessége változó, mivel a nagy hatótávolság az adattovábbítás késleltetésével érhető el, mely erősen befolyásolja az elem élettartamot is. A megoldás költségeit nehéz előre meghatározni, hiszen több díj is felmerülhet: felhőszolgáltatások előfizetési díja, hálózatüzemeltetési díj, valamint kulcs- és tanúsítványdíjak.
Összefoglalás
Bármelyik kommunikációs technológia mellett dönt a felhasználó, először mindig fel kell mérnie saját jelenlegi igényeit, valamint szem előtt kell tartani a jövőbelieket is, hiszen egy jövőbiztos megoldásra van szükség. Még egyszer a legfontosabb kiválasztási szempontok: hálózat teljesítménye, tápellátás (elem élettartam), hálózat rugalmassága-bővíthetősége, a kommunikáció gyakorisága, költsége és rendelkezésre állása, adatcsomag nagysága. A legkézenfekvőbb megoldás egy hibrid rendszer, mely ötvözi a megfelelő technológiák előnyeit, és költséghatékonyan kompenzálják a hiányosságokat.
Szerzők:
|
Fekete Balázs
Műszaki igazgató Comptech Kft. 1221 Budapest, Jobbágy u. 5. +36-20-4303863
|
Gnám Bence
Informatikai igazgató Smart Network Solutions Kft. 1076 Budapest, Péterfy Sándor utca 29. +36-30-7193662 |
Irodalomjegyzék:
[1] - Which communication technology is right for you?
[2] – Hűtési/fűtési hőfogyasztásmérők és vízmérők távleolvasása
[3] - Fogyasztásmérők távkiolvasásának új eszköze a Narrowband-IoT
[4] - Már idehaza is elérhető a LoRaWAN modul a Kamstrup hőfogyasztásmérőkhöz