ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ПОТРЕБЛЕНИЯ КОММУНАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

OVERVIEW OF EXISTING ASYNCHRONOUS MOTOR CONTROL SYSTEMS

Dmitry Azarov

Student, Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems, Orel State University named after I.S. Turgenev

Orel, Russia

АННОТАЦИЯ

В статье проведен обзор существующих технологий беспроводной связи для устройств дистанционного мониторинга потребления коммунальных ресурсов. Рассмотрены их основные принципы работы, преимущества и недостатки. Проведён сравнительный анализ технологий и обозначена актуальность разработки новых технологий связи умных устройств в условиях современных реалий беспроводной связи.

ABSTRACT

The article provides an overview of existing wireless communication technologies for remote monitoring devices for utility consumption. Their basic principles of operation, advantages and disadvantages are considered. A comparative analysis of technologies has been carried out and the relevance of the development of new communication technologies for smart devices in the modern realities of wireless communications has been outlined.

Ключевые слова: приборы учета, беспроводные технологии, передача данных, скорость передачи, автоматизация, цифровые технологии, мониторинг.

Keywords: metering devices, wireless technologies, data transmission, transmission rate, automation, digital technologies, monitoring.

Введение

Современные системы учета электроэнергии все чаще используют "умные" счетчики, которые требуют надежных каналов передачи данных. Выбор технологии беспроводной связи для таких устройств представляет собой сложную инженерную задачу, требующую учета множества факторов: от условий эксплуатации до экономической целесообразности.

В данной статье проведен детальный анализ существующих решений, рассмотрены как широкомасштабные сети (WAN), так и локальные конфигурации (LAN/HAN). Особое внимание уделено практическим аспектам внедрения каждой технологии в реальных условиях.

Основная часть

1. Технологии для масштабных сетей (WAN)

1.1. Сотовые сети нового поколения

Среди сотовых технологий для IoT особого внимания заслуживают NB-IoT и LTE-M. Эти стандарты были специально разработаны для устройств с низким энергопотреблением, что делает их идеальными кандидатами для умных счетчиков.

NB-IoT (Narrowband IoT) демонстрирует исключительную энергоэффективность - устройства могут работать от одной батареи более 10 лет. Технология использует узкую полосу частот (всего 200 кГц), что обеспечивает хорошее проникновение сигнала даже в подвальные помещения. Однако низкая скорость передачи (не более 250 кбит/с) ограничивает его применение простыми системами учета.

Более продвинутый LTE-M предлагает скорость до 1 Мбит/с и поддерживает мобильность устройств, что может быть полезно для учета на подвижных объектах. Но за эти преимущества приходится платить несколько большим энергопотреблением и стоимостью оборудования.

1.2. LPWAN-решения

Альтернативой сотовым сетям выступают технологии LPWAN, среди которых наиболее популярны LoRaWAN и Sigfox.

LoRaWAN привлекает открытостью стандарта и возможностью развертывания частных сетей. В сельской местности одна базовая станция может охватывать территорию радиусом до 15 км. Однако низкая пропускная способность сети (максимум 50 кбит/с) делает проблематичным передачу больших объемов данных.

Sigfox предлагает еще более простое решение с ультраузкополосной передачей (всего 100 бит/с). Это предельно дешевая в реализации система, но ее закрытая экосистема и минимальная скорость передачи существенно ограничивают область применения.

2. Локальные сети (LAN/HAN)

2.1. Wi-Fi и его ограничения

В условиях плотной городской застройки Wi-Fi кажется очевидным выбором благодаря высокой скорости и повсеместной распространенности. Однако эта технология демонстрирует высокое энергопотребление, что делает ее непригодной для автономных счетчиков. Кроме того, в многоквартирных домах возникают серьезные проблемы с помехами из-за перегруженности диапазона 2.4 ГГц.

2.2. Специализированные IoT-протоколы

Для локальных сетей лучше подходят специализированные протоколы, такие как Zigbee. Zigbee, работающий на основе стандарта IEEE 802.15.4, поддерживает mesh-топологию, где каждое устройство может выступать ретранслятором. Это обеспечивает хорошую масштабируемость системы, хотя и ценой некоторого усложнения архитектуры.

Проведя сравнительный анализ технологий беспроводной связи для устройств дистанционного мониторинга потребления коммунальных ресурсов, данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Сравнительная таблица характеристик рассматриваемых стандартов связи.

2.3. Перспективные разработки

Среди новых технологий стоит отметить Thread - IPv6-совместимый протокол, который может стать мостом между домашними IoT-устройствами и интернетом. Его поддержка крупными технологическими компаниями (Google, Apple*(По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google является нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред.)) делает этот стандарт перспективным для будущих разработок.

3. Практические рекомендации по выбору технологии

Выбор оптимальной технологии передачи данных зависит от конкретных условий эксплуатации:

Для городских условий с развитой сотовой инфраструктурой наиболее рациональным выбором будут NB-IoT или LTE-M. Эти технологии обеспечивают надежную связь при умеренных затратах на развертывание.

В сельской местности, особенно при отсутствии хорошего покрытия сотовых сетей, предпочтительнее выглядит LoRaWAN. Возможность создания частных сетей делает эту технологию универсальным решением для удаленных объектов.

Для многоквартирных домов оптимальной может стать гибридная схема: использование Zigbee для создания домашней сети с последующей агрегацией данных через общий шлюз с выходом в интернет.

Список литературы:

1. Adelantado, F., Vilajosana, X., Tuset-Peiro, P., Martinez, B., Melia-Segui, J., & Watteyne, T. (2017). Understanding the Limits of LoRaWAN. IEEE Communications Magazine, 55(9), 34–40. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/8030482, свободный.
2. ГОСТ Р 58940-2020 "Системы измерения и учета электрической энергии. Общие технические требования" Режим доступа: https://rosgosts.ru/file/gost/35/020/gost_r_58940-2020.pdf, свободный.
3. LoRa Alliance. (2023). "LoRaWAN® Specification v1.0.4". [Электронный ресурс] Режим доступа: https://wireless-solutions.de/products/lora®-products, свободный.