스마트 미터링을 위한 LoRa 기반 솔루션 구현

이 기사에서는 원격 일일 작업 및 데이터 수집을 허용하는 유틸리티의 장거리, 저전력 스마트 계량을 위한 LoRa 장치의 사용을 탐구합니다. .

도시와 기업이 다양한 운영을 모니터링하고 제어하는 ​​데 도움이 되는 새로운 방법을 모색함에 따라 연결된 기술의 부상은 스마트 미터링 시장에 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 실제로 IHS Markit은 2018년에 전 세계적으로 7억 개 이상의 스마트 미터가 설치된 것으로 추정했으며 2025년까지 모든 미터의 1/3이 스마트 미터로 대체될 것으로 예상합니다.

과거에는 유틸리티에 대한 계량기 모니터링 작업을 전문 기술자가 수동으로 수행했습니다. 이 과정은 시간 소모적일 뿐만 아니라 노동 집약적이었습니다. 초기 연결 솔루션은 근거리 무선 장치를 통한 원격 판독에 의존했습니다. 기술자는 일반적으로 지역이나 이웃을 운전하여 원격으로 계량 데이터를 수신합니다. 이 방법은 시골과 교외 지역으로 제한되어 있어 밀집된 도시 환경, 실내 및 지하에서 원격 검침이 매우 어려웠습니다.

이러한 과제를 감안할 때 많은 관리자, 소유자 및 조직은 LoRa 장치로 구성된 스마트 계량 솔루션으로 전환했습니다. LoRa는 지상과 지하 모두 밀집된 환경에 침투할 수 있는 능력이 있기 때문입니다. 이 문서에서는 LoRa 장치를 사용하여 유틸리티를 측정하는 방법을 설명하고 작동 중인 장치를 보여주는 사용 사례를 제시합니다.

일반적인 LoRa 배포

일반적인 LoRa 배포(그림 1 참조)는 4가지 핵심 요소와 지역, 국가 또는 글로벌 네트워크에서 솔루션 상호 운용성을 위해 설계된 개방형 네트워크 프로토콜인 LoRaWAN 프로토콜로 구성됩니다.

그림 1. LoRa 네트워크 고장

이 저전력 광역 네트워크(LPWAN) 솔루션은 종단 노드 장치에서 시작됩니다. IoT 솔루션은 LoRaWAN 프로토콜을 사용하여 여러 스마트 유틸리티 센서를 연결할 수 있는 허브인 LPWAN 게이트웨이 애플리케이션으로 데이터를 전송합니다. 그런 다음 데이터는 네트워크 서버로 전송되고 처리를 위해 애플리케이션 서버 또는 클라우드 IoT 서비스로 라우팅됩니다. 이후 최종 사용자의 컴퓨터나 스마트 기기로 데이터가 전송됩니다.

무선 유틸리티 모니터링을 위한 보안

계량 데이터의 무선 전송으로 개인 정보 보호 및 보안은 서비스 공급자에게 최우선 순위입니다. LoRaWAN 프로토콜의 기본 인증 및 보안 프레임워크는 IEEE 802.15.4/2006 Annex B[IEEE802154]에 의해 구현된 AES 128 암호화 체계에서 가져옵니다. 일반적인 스마트 배포에서는 사용자 데이터 암호화 및 인증/네트워크 무결성을 위해 별도의 키가 사용됩니다.

IoT 장치는 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 LoRaWAN 네트워크에 연결합니다. 첫 번째 방법은 개인화(ABP)에 의한 활성화이며 네트워크 세션 키 및 애플리케이션 세션 키가 고유한 32비트 장치 주소 및 고유한 24비트 네트워크 ID와 함께 IoT 장치에 이미 저장되어 있어야 합니다. 고유한 24비트 네트워크 ID는 장치가 사용되는 특정 LoRaWAN 네트워크를 식별합니다.

그림 2. 가입 요청 및 가입 수락 메시지 형식

LoRa 기반 장치를 연결하는 보다 일반적인 방법은 무선 활성화(OOTA)를 통한 것입니다. 이를 위해 각 IoT 장치는 네트워크 서버에 가입 요청 메시지를 보낸 다음 이 메시지를 가입 서버로 전달합니다. 참여 요청 MAC 명령은 또한 이 특정 종단 노드가 연결하려는 응용 프로그램 서버를 식별하는 고유한 AppEUI를 보냅니다.

이제 몇 가지 스마트 유틸리티 사용 사례를 살펴보겠습니다.

스마트 물 관리

많은 기업들이 보다 지속 가능하고 환경적으로 양심적인 관행을 통합할 방법을 찾고 있습니다. 여기에는 "물 소비를 위한 보안 시스템"이 될 기회를 본 워싱턴에 본사를 둔 Apana가 포함됩니다. Apana의 물 관리 솔루션은 누수가 발생하지만 일반적으로 볼 수 없는 프로세스 드리프트, 기계적 오작동 및 고장 지점을 식별하여 총 물 발자국을 줄이는 데 필요한 통찰력을 기업에 제공합니다.

그림 3. Apana의 업적에 대한 스냅샷입니다.

Costco Wholesale는 Apana의 물 관리 솔루션을 배포하고 회사 건물에서 물을 사용하는 방식과 낭비적인 운영 관행 또는 장비 결함과 관련된 비정상적인 스파이크의 원인을 신속하게 식별할 수 있었습니다. 그 결과 Costco는 물 사용량을 20% 줄일 수 있었고, 그 결과 수도 요금을 약 22% 절약할 수 있었습니다.

3백만 개의 연결된 기기를 향한 프랑스의 여정

스마트 수량 측정을 고려하고 있는 또 다른 회사는 Nova Veolia의 자회사이자 최적화된 자원 관리 분야의 글로벌 리더인 Birdz입니다. 2015년 프랑스 리옹 시에서는 400,000개 이상의 LoRa 기반 장치로 구성된 Birdz의 LoRa 기반 물 관리 시스템을 배포했습니다.

이 기술을 배포한 이후 시에서는 1,200건 이상의 누수를 수리했으며 수도 네트워크 효율성이 8% 증가했습니다. 이 도시는 전통적인 계량에서 스마트 계량으로 전환한 결과 매년 평균 백만 입방 미터를 절약합니다.

그림 4. 스마트 유틸리티에 대한 인프라 접근 방식.

Birdz는 현재 프랑스 전역에 300만 개의 지능형 유틸리티 센서를 추가하여 운영을 확장하는 과정에 있습니다. 핵심 목표는 궁극적으로 향후 10년 이내에 70% 이상의 수량계에서 장거리 원격 판독을 달성하는 것입니다.

확장성을 제공하는 LoRa 기반 센서

LoRa 기반 센서의 확장성과 상호 운용성은 연결된 시대의 전통적인 운영 관리 방식에서 지능형 스마트 솔루션으로의 지속적인 전환에서 중추적인 역할을 할 것입니다.

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