Мы уже касались вопросов организации коммуникаций в сфере ЖКХ в наших статьях Беспроводные стандарты связи для автоматизации снятия показаний счетчиков воды и Протоколы связи для IoT, в этой статье мы продолжим эту тему и разберём прочие, обойдённые вниманием в прошлых статьях, беспроводные стандарты связи в ЖКХ.
Начнём мы с технологии NB-Fi, ставшей стандартом для передачи данных приборов учёта потребления электроэнергии.
NB-Fi
В 2019 году был утвержден ПНСТ (предварительный национальный стандарт) «Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала NB-Fi», который будет действовать до 1 апреля 2022 года. Сейчас этот стандарт проходит практическую проверку в реальных проектах и оценивается его соответствие решаемым задачам в сфере передачи данных в области интернета вещей.
Одновременно, 30 декабря 2020 года приказом Минцифры утверждён перечень протоколов для передачи показаний счётчиков электроэнергии, в котором присутствует только один протокол NB-Fi, что делает его стандартом де-юре в этой области.
Теперь давайте разберёмся с тем, что же представляет собой NB-Fi с технической точки зрения. NB-Fi относится к так называемым сверхузкополосным (UNB) беспроводным системам передачи данных. Далее предоставим слово официальной информации от самих разработчиков и приведём цитату из проекта стандарта, благо это тот редкий случай, когда официальная документация написана на понятном человеческом языке и доступно доносит до читателя сложную техническую информацию.
Цитата из ПНСТ «Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол беспроводной передачи данных на основе узкополосной модуляции радиосигнала NB-Fi»:
«Настоящий стандарт предназначен для построения беспроводных сетей обмена данными между множеством конечных устройств (модемов) с одной стороны и множеством базовых станций с другой стороны. Также настоящий стандарт предусматривает возможность дальнейшей интеграции данных в единое серверное пространство. Объединение всех конечных устройств (модемов) в единый сервер позволяет эффективно организовывать обмен данными с различными «облачными» сервисами.
Беспроводные сети, построенные с применением стандарта NB-Fi, являются сетями класса LPWAN (Low-power Wide-area Network — энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия), которые характеризуются высокой энергоэффективностью передачи данных и высокой ёмкостью сети, что позволяет использовать стандарт NB-Fi для построения телеметрических систем с большим количеством абонентов. Высокая энергоэффективность позволяет использовать для работы нелицензируемые диапазоны частот, в которых установлены ограничения на излучаемую передатчиками мощность. В основе стандарта лежит использование сверхузкополосных (Ultra Narrow Band, UNB) фазоманипулированных сигналов, которые, в сочетании с помехоустойчивым кодированием, позволяют достигать очень высоких значений чувствительности приема (до -150 дБм), при этом суммарная полоса частот для одновременной передачи большого количества каналов является достаточно узкой.»
В целом, из этой краткой цитаты становится понятна и суть технологии и области её практического применения. Для неподготовленного читателя опишем её особенности ещё более простыми словами.
NB-Fi относится к классу сверхузкополосных (с очень узкой частотной полосой передаваемого сигнала) систем, таких, как UNB, XNB OpenUNB, Sigfox и им подобных. Все эти системы характеризуются хорошей энергоэффективностью и (при этом) возможностью работы на большие расстояния (до десятков километров, в зависимости от настроек сигнала, зашумлённости эфира и рельефа местности). Хорошая энергоэффективность позволяет создавать устройства (например, сенсоры или счётчики ресурсов), которые могут автономно работать годами от одной батареи (аккумулятора) питания.
Сетевой уровень беспроводного взаимодействия конечных устройств и «базы» (базовой станции) обеспечивается программными решениями на базе LPWAN. Разумеется, системой поддерживается шифрование и безопасная передача пакетов с информацией. Также разработчики стандарта презентуют эту технологию как «свободную» (не проприетарную).
Сравнение технологий с сайта разработчиков NB-Fi:
Всё вышеописанные характеристики и достоинства делают NB-Fi хорошо подходящей технологией для работы в сфере интернета вещей (IoT), и, соответственно, и в сфере сбора данных с приборов учёта ресурсов в ЖКХ.
Нужно понимать, что NB-Fi — это не единственная подобная технология, а лишь одна из многих конкурирующих и какая технология станет наиболее востребованной покажет время и опыт их практического использования.
Ну и в конце этого краткого обзора нужно отметить, что с NB-Fi не всё так просто — многими специалистами отрасли обсуждаются и критикуются такие её стороны как неполная открытость, возможные проблемы с реализацией функций безопасности и зависимость технологии от компании-разработчика.
Zigbee
Zigbee — это давно и хорошо известная технология беспроводной связи для межмашинного (M2M) взаимодействия и приложений интернета вещей. Она широко применяется в оборудовании для т. н. «умного дома», в любительской разработке (DIY), а также на её основе выпускаются различные приборы учёта ресурсов в ЖКХ (чуть ниже мы приведём пример такого оборудования).
Вот немного отредактированная цитата из Википедии о технологии Zigbee:
Zigbee — это спецификация сетевых протоколов верхнего уровня (уровня приложений) и сетевого уровня, использующих сервисы нижних уровней (управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4). Спецификация Zigbee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания.
Основная особенность технологии Zigbee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка», «дерево» и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию сети с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Спецификация Zigbee содержит гибкий механизм безопасности, а также обеспечивает простоту развертывания, обслуживания и модернизации такой сети.
Ниже вы можете видеть таблицу сравнения основных параметров и характеристик подобных популярных технологий. Из этой таблицы видно, что Zigbee имеет максимальную скорость передачи всего 250 Кбит/с (что определяет её область применения), но зато единственная из представленных технологий поддерживает построение mesh сети.
В качестве примера типичного прибора учёта, поддерживающего передачу данных по Zigbee, можно привести электросчётчик ЛЕНЭЛЕКТРО ЛЕ 221.1.RF.D1.5–60A.
Спецификации Zigbee доступны при условии некоммерческого использования этой технологии, а для выпуска коммерческой продукции требуется вступление в альянс Zigbee. В Российской Федерации создание сетей Zigbee в частотном диапазоне 2400-2483,5 МГц не требует получения частотных разрешений. Разумеется, технология Zigbee предусматривает шифрование и безопасную передачу данных по сети.
GSM
Наряду с новомодными протоколами и стандартами передачи данных в сетях ЖКХ используются и «старые-добрые» стандарты наподобие хорошо нам знакомого по сотовой связи GSM. Это довольно развитый стандарт, который регламентирует передачу данных, голоса, SMS сообщений, подключения к интернету и т. д. Сейчас производятся, продаются и эксплуатируются счётчики для контроля различных ресурсов на основе этой технологии.
В качестве примера GSM счётчика электроэнергии можно привести модель Меркурий 234 ARTM-00 (D)PBR.G 5(10)А/100В, который поддерживает работу и передачу данных по GSM и RS-485.
Также разрабатываются и производятся различные «дополнительные» GSM контроллеры для подключения «простых» счётчиков расхода воды, электроэнергии, газа и т. п. В качестве примера такого контроллера можно привести контроллер Вода PROMODEM GSM 810.01.
Среди возможностей этого контроллера на сайте производителя заявлено:
- GPRS логгер для индивидуального учета PROMODEM GSM 122.40
- 2 Расходомера ГВС + ХВС на диаметр 15 мм, длина 80 мм
- Мульти SIM с автовыбором МТС, Beeline, Мегафон, Теле2
- Предоплаченный пакет для SIM-карты на 5 лет работы
- Автоотправка показаний в облако, по SMS и на Госуслуги
Как видите, для этого выносного GSM контроллера заявлен полный «джентльменский набор» возможностей — от контроля расхода горячей и холодной воды до мульти-SIM и автоматической отправки показаний на Госуслуги.
DLMS/COSEM
DLMS/COSEM (IEC 62056) — это специализированный стек технологий, предназначенный для упорядочивания сферы снятия показаний с различных счётчиков ресурсов (воды, электроэнергии, газа и т. д.), где DLMS (Device Language Message Specification) часть определяет протокол, регламентирующий обмен данными между приборами учета и системами сбора данных, а COSEM (Companion Specification for Energy Metering) часть определяет спецификацию интерфейсной объектной модели приборов учета.
DLMS/COSEM, как протокол обмена, базируется на сетевой модели OSI и работает в парадигме клиент-серверной архитектуры, что определяет его особенности и область применения.
Спецификации DLMS/COSEM определяют схемы безопасного обмена данными по сети и несколько уровней доступа к ресурсам оборудования. Также нужно отметить, что стек DLMS/COSEM работает на высоких уровнях и не зависит от коммуникационной среды передачи данных и может использовать различные технические решения в качестве транспортной среды.
В качестве примера счётчика поддерживающего стандарт DLMS/COSEM можно привести модель CE308-S31 СПОДЭС/DLMS.
Сама технология DLMS/COSEM и её спецификации являются открытыми и эта открытость призвана помочь нормальному становлению рынка снятия и передачи показаний с приборов учёта ресурсов на котором в данный момент присутствует «зоопарк» из различных, по большей части проприетарных, решений.
DLMS/COSEM применяется и на официальном уровне в нашей стране, например, он упоминается в приказе Минцифры России №788 «Об утверждении перечня и спецификации защищенных протоколов передачи данных, которые могут быть использованы для организации информационного обмена между компонентами интеллектуальной системы учета электрической энергии (мощности) и приборами учета электрической энергии, которые могут быть присоединены к такой системе».
Заключение
В этой статье мы (в дополнение к статьям раз и два) рассмотрели популярные беспроводные стандарты связи, которые используются в сфере ЖКХ для снятия и автоматической передачи показаний приборов учёта ресурсов. Надеемся, что теперь вы стали лучше понимать тонкости технологий, используемых на этом рынке и сможете сделать осмысленный выбор при покупке подобных приборов.
