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基于LoRaWAN的智慧水务解决方案

2019-07-16 11:03:39 来源:无锡市物联网产业协会

抄水表的方案有很多种技术可以实现,目前主要有有线抄表和无线抄表两大类别。在各种抄表技术中,无线抄表技术是比较容易被接受的,因为不需要现场布线,安装方便维护更新简单。但一些无线技术方案也存在着一些应用上的问题和不足,如FSK距离短、穿透力差、无线信号不稳定,而GPRS虽然网络好但又太耗电。LoRa技术的出现为抄表应用解决了传输距离、网络信号和耗电等应用上的问题。现推荐一个基于LoRaWAN的智慧水务解决方案。

方案采用了LoRaWAN网络的标准架构,实现了端到端的数据传送,传统的水表终端设计成了LoRaWAN终端,网络服务器针对抄水表的数据业务特点进行了相应地数据报表的优化。

 

▌LoRa智慧水务解决方案网络架构

终端层 - 专为水气表应用设计了具有LoRaWAN功能的PCBA,并且对目前的水气表PCBA的刷胶工艺进行了优化设计改进,采用防水盒式的设计,方便后期水气表控制系统的维护和更换更新。针对水表的安装环境进行了LoRaWAN天线设计和优化,做成了PCB天线,经过专业的匹配和实地测试,收发性能良好。 

网络层 - 采用了基于LoRaWAN的标准协议,并针对水表数据业务进行了优化处理。低功耗广域(LPWA)技术为大规模数据采集系统的应用提供了很好的技术支撑。针对LoRaWAN网络信号的盲区,还设计了一款低成本的LoRaWAN中继设备,解决了LoRaWAN网络覆盖的问题。解决了LoRaWAN实际部署中信号盲点的问题。目前,从试点的效果来看比较理想。 

云平台 - 智能硬件云平台提供集群部署、协议和服务管理等。LoRaWAN的网络服务器(NS)可以私有云部署,也可以公有云部署,更方便项目灵活地部署。

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 应用层 - 智能水务应用平台负责运维管理、数据可视化等工作任务

 

▌LoRaWAN 水表产品

 主要特性:

Ø 最低-147dBm的高链路灵敏度

Ø 最大20公里的空空通信距离

Ø 1.5~2.5公里的城市密集区域通信距离

Ø 最大20层的跨楼层通信能力

Ø 最低5uA的超低功耗设计,确保产品6~10年的有效使用周期

Ø 高精度脉冲数目计数误差:±1个/年

Ø 低延迟远程唤醒功能

Ø 先进的防偷盗水功能,远程自动报警

Ø 支持外部磁信号强制触发唤醒功能

Ø 无缝对接水表设备云及自来水厂管理平台,保证数据安全性

  

▌LoRaWAN 模组 

LoRaWAN模组的主芯片选用超低功耗的,模组频率采用了中国适用频段470-510MHz,支持LoRaWAN标准协议。

主要特性:

Ø 内置STM32L051C8处理器

Ø 支持LoRaWAN™ 1.0协议栈

Ø 支持LoRaWAN™ Class A、Class C

Ø 使用TCXO

Ø 最大链路预算可达168dB

Ø 127dB的RSSI动态范围

Ø 9.9mA低接收电流,200nA待机电流

Ø 支持AES128/SM4等多种安全加密

Ø 支持FSK、GFSK、LoRa™等调制方式

Ø 自动射频信号检测,CAD模式和超高速AFC 

多种加密技术(AES128/SM4)保证了网络和数据的安全。

 

▌LoRaWAN 网关 

LoRaWAN网关符合LoRaWAN协议规范,支持多信道并发,POE供电,带有GPS功能,回程采用3G/4G/WiFi等多种链路。LoRaWAN网关经过抗干扰优化设计,可满足各种不同的环境应用。

主要特性:

Ø 可同时接收同一信道流量

Ø 易于扩展,增加网络容量

Ø 可同时解调2MHz的带宽

Ø 简单的星形网络一没有延迟

Ø 自适应链路速率

Ø 同时通讯节点10万指标

Ø 发射功率27dBm

Ø 链路灵敏度-157dBm

 

▌LoRaWAN 网络服务器 

LoRa网络服务器可进行私有化部署或公有云部署,公有云如阿里云等。

主要特性:

Ø LoRaWAN. MAC

Ø GW网管及配置

Ø EN配置及OTA

Ø 与应用服务器数据交互

Ø 基于源数据选择最佳的下游路径

Ø RTCM高精度定位差分数据广播( 选购)

Ø 调度下行流量

Ø GWM接入数量:2000台

Ø EN接入数量:>100万 

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▌云平台及应用平台

无锡淘金综合能耗管控平台主要功能介绍:

Ø 抄表管理(设置,小区、水厂管理等)

Ø 产品生命周期管理(测试、安装、追溯)

Ø 运营管理(监控、升级、记录等)

Ø 数据可视化(统计、查询、图表、报表)

智能硬件云平台主要功能介绍:

Ø 采用Dubbo分布式框架支持大容量高并发请求

Ø 采用Docker容器集群部署节约资源和时间

Ø 支持OAuth2.0协议认证授权

Ø 支持多协议通信(HTTP, MQTT, TCP/UDP等)

Ø 实时请求服务治理和服务监控 

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▌结语 

本方案基于标准的LoRaWAN协议而设计,针对抄水表的数据业务而优化。在实际进行LoRaWAN网络部署的时,难免会存在信号的盲区,为此专门设计了低成本LoRaWAN网络的补盲中继器,实现了LoRaWAN网络信号的无死角覆盖。为方便水表的维护和升级还设计了一款空中升级工具,无需打开表壳,就可以进行MCU固件的升级操作,方便了现场的维护和软件更新。

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