Mise en œuvre de solutions basées sur LoRa pour les compteurs intelligents

Cet article explore l'utilisation des appareils LoRa pour les compteurs intelligents à longue portée et à faible consommation d'énergie des services publics, ce qui permet des opérations quotidiennes à distance et la collecte de données .

L'essor des technologies connectées a un impact direct sur le marché des compteurs intelligents, car les villes et les entreprises recherchent de nouvelles façons d'aider à surveiller et à contrôler diverses opérations. En fait, IHS Markit a estimé que plus de 700 millions de compteurs intelligents ont été installés dans le monde en 2018 et l'entreprise prévoit que d'ici 2025, un tiers de tous les compteurs seront remplacés par des compteurs intelligents.

Dans le passé, les opérations de surveillance des compteurs des services publics étaient effectuées manuellement par un technicien spécialisé. Ce processus était non seulement long, mais laborieux. Les premières solutions de connexion reposaient sur la lecture à distance via des appareils sans fil à courte portée. Un technicien passe généralement par une zone ou un quartier et reçoit à distance les données de mesure. Cette méthode était limitée aux zones rurales et suburbaines, rendant la lecture des compteurs à distance extrêmement difficile dans les environnements urbains denses, à l'intérieur et sous terre.

Compte tenu des défis, de nombreux gestionnaires, propriétaires et organisations se sont tournés vers une solution de mesure intelligente composée d'appareils LoRa, car elle a la capacité de pénétrer dans des environnements denses - à la fois au-dessus et sous le sol. Cet article explique comment les appareils LoRa peuvent être utilisés pour mesurer les utilitaires et présente des cas d'utilisation montrant les appareils en action.

Déploiement LoRa typique

Un déploiement LoRa typique (voir Figure 1) est composé de quatre éléments clés et du protocole LoRaWAN, un protocole réseau ouvert conçu pour l'interopérabilité des solutions dans les réseaux régionaux, nationaux ou mondiaux.

Figure 1. Panne du réseau LoRa

Cette solution de réseau étendu à faible consommation (LPWAN) commence par les périphériques de nœud final. Une solution IoT transmet des données à l'aide du protocole LoRaWAN à une application de passerelle LPWAN, un hub auquel plusieurs capteurs de services publics intelligents peuvent se connecter. Les données sont ensuite envoyées à un serveur réseau et acheminées vers un serveur d'applications ou un service cloud IoT pour traitement. Ensuite, les données sont transmises à l'ordinateur ou à l'appareil intelligent de l'utilisateur final.

Sécurité pour la surveillance des services publics sans fil

Avec la transmission sans fil des données de comptage, la confidentialité et la sécurité sont des priorités absolues pour les fournisseurs de services. Le cadre d'authentification et de sécurité de base du protocole LoRaWAN s'inspire du schéma de cryptage AES 128 mis en œuvre par l'annexe B IEEE 802.15.4/2006 [IEEE802154]. Dans un déploiement intelligent typique, des clés distinctes sont utilisées pour le chiffrement des données utilisateur et l'authentification/l'intégrité du réseau.

Les appareils IoT utilisent l'une des deux méthodes pour se connecter à un réseau LoRaWAN. La première méthode est l'activation par personnalisation (ABP) et nécessite que la clé de session réseau et la clé de session d'application soient déjà stockées dans l'appareil IoT avec une adresse d'appareil 32 bits unique et un ID réseau 24 bits unique. L'ID de réseau unique de 24 bits identifie le réseau LoRaWAN spécifique auquel l'appareil est destiné.

Figure 2. Demande d'adhésion et adhésion acceptent les formats de message.

La méthode la plus courante de connexion d'appareils basés sur LoRa est l'activation sans fil (OOTA). Pour que cela fonctionne, chaque appareil IoT enverra un message de demande de jointure au serveur de réseau qui transmet ensuite ce message à un serveur de jointure. La commande MAC de demande de jointure enverra également une AppEUI unique identifiant le serveur d'applications auquel ce nœud final spécifique veut se connecter.

Examinons maintenant quelques cas d'utilisation d'utilitaires intelligents.

Gestion intelligente de l'eau

De nombreuses entreprises cherchent des moyens d'intégrer des pratiques plus durables et respectueuses de l'environnement. Cela inclut Apana, une entreprise basée à Washington, qui a vu une opportunité de devenir le « système de sécurité pour la consommation d'eau ». La solution de gestion de l'eau d'Apana fournit aux entreprises les informations nécessaires pour réduire leur empreinte hydrique totale grâce à l'identification des dérives de processus, des dysfonctionnements mécaniques et des points de défaillance où des fuites d'eau se produisent mais ne sont pas couramment observées.

Figure 3. Un aperçu des réalisations d'Apana.

Costco Wholesale a déployé la solution de gestion de l'eau d'Apana et a pu identifier rapidement la manière dont les bâtiments de l'entreprise utilisaient l'eau et la cause de pics inhabituels, liés à des pratiques opérationnelles inutiles ou à des équipements défectueux. En conséquence, Costco a pu réduire sa consommation d'eau de 20 %, ce qui a permis d'économiser environ 22 % sur ses factures d'eau.

La route de la France vers trois millions d'appareils connectés

Birdz, filiale de Nova Veolia et leader mondial de la gestion optimisée des ressources, est une autre entreprise qui se penche sur les compteurs d'eau intelligents. En 2015, la ville de Lyon, en France, a déployé le système de gestion de l'eau LoRa de Birdz, qui comprend plus de 400 000 appareils LoRa.

Depuis le déploiement de la technologie, la ville a réparé plus de 1 200 fuites d'eau et a constaté une augmentation de 8 % de l'efficacité du réseau d'eau. La ville économise en moyenne un million de mètres cubes par an grâce à la transition des compteurs traditionnels aux compteurs intelligents.

Figure 4. L'approche infrastructure pour les services publics intelligents.

Birdz est actuellement sur la bonne voie pour étendre ses opérations en France, en ajoutant trois millions de capteurs utilitaires intelligents supplémentaires dans tout le pays. L'objectif principal est d'atteindre à terme une lecture à distance à longue distance dans plus de 70 pour cent des compteurs d'eau au cours de la prochaine décennie.

Les capteurs basés sur LoRa offrent une évolutivité

L'évolutivité et l'interopérabilité des capteurs basés sur LoRa joueront un rôle central dans la transition continue des méthodes traditionnelles de gestion des opérations vers des solutions intelligentes intelligentes à l'ère connectée.

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