随着同时提供 NB-IoT 和 LoRaWAN 选项的网关面市,电力公司不再需要二择其一,可以两者兼备。

 

能源成本不断上升,去年美国的零售电价平均为每千瓦时 10.66 美分,这是 30 多年来的最高水平。尽管如此,至少与其他发达国家,尤其是欧洲同等国家相比,美国的电力仍然相对便宜。欧洲国家占据了全球家庭电价前十名中的七个,德国消费者的负担最大,平均每千瓦时支付 36 美分。

 

欧盟(EU)在智能电表部署方面处于领先地位,就不足为奇了。预计在未来五年内,大约四分之三的家庭将会安装智能电表。这项技术承诺将能源消耗动态同步到非高峰电费时段,以帮助人们节省电费。电力企业也将从中受益。针对电网的实时反馈使得电力公司能够启动动态定价、监控电网损耗并优化供电性能,最终降低成本并提高利润率。

 


从家庭到云
为了完全实现这一目标,电力公司必须决定如何最好地将来自数亿个家庭智能电表的大量使用数据传输到云。在那里,功能强大的服务器可以分析数据并据此采取相应的行动。在欧洲,智能电表通常包含无线电表总线(wMBus) 技术。这种成熟的技术在一组智能电表和一个网关之间提供短距离连接,以将一公里范围的 LPWAN数据转发到云。

 

与之竞争的LPWAN技术为网关到云的无线连接提供了独特的优势,但它们造成了两难境地。电力机构可能不愿意在两种技术中只能选择其一,因为害怕自己若押错注码在竞争失败并面临过时的技术上,会遇上困境。

 

面向未来的解决方案
例如,LoRaWAN具有先发优势,部署工作相对容易,单个LoRa网关可以监管数千台终端设备。然而,它不适用于连续监控用途或低延迟“实时”应用。它的传输范围或大数据有效载荷也未如基于蜂窝的 NB-IoT(主要LPWAN智能电表连接竞争技术)。

 

在标准组织 3GPP 和许多领先企业的支持下,NB-IoT成为一项面向未来的标准化技术。它提供了即插即用的简便性、安全性,并且非常适合固定安装用途,因为NB-IoT技术能够在地下室和建筑物深处穿透墙壁和其他潜在的障碍物,而电力仪表经常处于这些地方。

 

设计灵活性和网络可靠性
然而,随着兼备NB-IoT 和 LoRaWAN 选项的强大网关出现,欧洲电力公司不再需要两者选其一。

 

例如,德国工业物联网解决方案公司 Lobaro 开发了一款网关产品,可以从数百个智能电力仪表接收wMBus计量数据,并使用 NB-IoT 或 LoRaWAN 或两者的组合来将数据中继传输到云。

 

这款无线M-Bus网关根据本地网络可用性和无线信号覆盖范围选择合适的 LPWAN,为电力公司和楼宇管理提供了更大的设计灵活性和可靠性。

 

双项云连接功能还为已有LoRaWAN安装装置的电力公司提供了转换到蜂窝物联网的选项,而无需进行大规模改动或者仅限于改动LoRaWAN装置以用于未来安装。


处理器的力量
这款网关产品的核心是 Nordic Semiconductor 的低功耗nRF9160 SiP,该器件集成了LTE-M/NB-IoT调制解调器和GPS,提供必要的计算能力来监测要求严苛的应用。

 

nRF9160 SiP专为蜂窝物联网而设计,它具有专用 Arm Cortex-M33应用处理器、1MB Flash和256KB RAM,提供充足的功率和内存,以同时支持蜂窝固件以及 Lobaro的wMBus堆栈和LoRaWAN固件。

 

nRF9160 SiP还拥有充裕的性能以支持未来的网关产品。例如很可能可使用温度和振动传感器来提供预测性维护功能。

 

将会部署的智能电表和网关多达百万计,因此不可能频繁更换电池。nRF9160 SiP的调制解调器和MCU经过全新设计,旨在优化物联网系统的电源性能。它支持节能功能,包括eDRX和PSM,使得Lobaro网关能够由单个3.6V 电池供电。如果每天发送一次计量数据时,可实现长达10年的电池使用寿命。

 

展望未来
智能计量应用的直接机会在于账单透明度,以及为消费者节省电费和改进电网性能,以及为电力企业节省成本。但更令人兴奋的可能性还在前方。

 

数以千万计的云连接智能电表将以前所未有的规模,为大数据分析和电网智能铺平道路。电力公司可以根据历史数据和天气预报来构建人工智能驱动的预测模型,以无缝整合可再生能源供应。这项技术已经存在,现在只是采用的问题。

作者:Nordic Semiconductor公司Lorenzo Amicucci