LPWAN IoT платформа беспроводного сбора данных и управления "Аура360"

Наш проект - Универсальная энергоэффективная LPWAN система удаленного сбора данных и управления Аура360.

Система предназначена: для построения беспроводных IoT сетей управления, мониторинга и сбора данных с приборов учета энергоресурсов, датчиков и различных электронных и исполнительных устройств.

Система полностью соответствует Плану мероприятий («дорожная карта») «Энерджинет» Национальной технологической инициативы

Область применения: в Энергетике, мониторинге подстанционного оборудования, ЖКХ (АСКУЭ), промышленности - для связи между устройствами и различными датчиками, безопасности и контроля доступа. Система беспроводной передачи данных "Аура360" - эффективная замена проводных решений.

Состав системы: "Аура360" представляет собой комплекс технических и программных решений в который входят:

- специально разработанные энергоэффективные протоколы передачи данных на большие расстояния,

- самостоятельные и встраиваемые радиопередающие микроконтроллерные устройства, приборы учета энергоресурсов, различные датчики и исполнительные устройства.

- программное обеспечение для сбора, анализа и хранения данных, web-платформа, мобильные и локальные приложения.

Отличительная суть системы:

- Система Аура360 разработана и производится в России.

- В системе применяются специально разработанные помехозащищенные протоколы передачи данных - LINC и LINC-R, имеющие уникальные характеристики для проводных и беспроводных применений.

- Интеллектуальные контроллеры системы, имеют высокие характеристики и широкий спектр применений, в том числе и в местах с опасной средой.

- Аура360 неограниченно масштабируема и может применяться в рамках глобальной инфраструктуры.

- Программное обеспечение и устройства системы Аура360 максимально универсальны и могут работать со всеми существующими электронными приборами и датчиками.

- Аура 360 специально разработана для работы с максимальной энергоэффективностью. Устройства системы адаптированы для полностью автономной работы.

- Устройства системы выпускаются в вариантах исполнений для различных климатических факторов и опасных сред.

- Линейка встраиваемых радиоконтроллеров Аура Интегра на данный момент уже применяются в приборах учета энергоресурсов различных производителей (Нева, Милур, Меркурий, Энергомера и т.д.).

На конкурсе заявлено много проектов для мониторинга, обработки данных, анализа и прогнозирования технологических процессов и потребления, предотвращения различных нештатных ситуаций и аварий.

Система Аура360 является как раз тем связующим звеном этих проектов с конечными датчиками, приборами учета, устройствами управления и мониторинга, позволяющим не только бесперебойно получать достоверные данные, но и получать их в требуемом количестве, с необходимой частотой обновления и с неограниченного количества объектов.

Тематика Энергопрорыв-2017: «Умный учет: повышение удобства для потребителей и снижение коммерческих потерь»

Тематика Энергопрорыв-2018: «Интеллектуальный учет и расчеты электроэнергии (Технологии прорыва)»

Рейтинг проекта +34

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

Проекту нужны: 1. Партнеры по продвижению системы. 2. Взаимодействие с ПАО "Россети" по тестированию и опытной эксплуатации системы Аура360 на объектах электросетевого хозяйства. 3. Ресурсы на технологическое производственное оборудование и сертификацию системы.

Комментарии

Андрей Кравченко

Приветствуем Вас на нашем проекте!
Готовы ответить на интересующие вопросы :)

Ответить +1 12 сентября 2017 в 17:03
Игорь Хузмиев

Добрый день!
Какими преимуществами обладает ваша реализация LPWAN в сравнении с NB-IoT, предлагаемой операторами сотовой связи, LoRa и технологией от «СТРИЖ Телематика», заявленной так же на данном конкурсе? Спасибо.

Ответить 0 18 сентября 2017 в 17:32
Андрей Кравченко

Здравствуйте:)
Должен сказать, Ваш вопрос очень интересен и предполагает развернутый и довольно объемный ответ и так как на данный момент по NB-Iot достоверных и подтвержденных практически данных пока нет, а по закрытой технологии Стриж/Вавиот имеются в основном маркетинговые лозунги, не подтверждающиеся в полной мере в реальной работе на объектах установки, нам необходимо немного подготовиться и через пару дней обязательно выложим наш анализ. Спасибо за вопрос:)

Ответить +1 18 сентября 2017 в 22:24
Андрей Кравченко

Здравствуйте Игорь.

Проведя некоторое время в интернете и обновив информацию в памяти из обзоров и статей, могу наконец написать ответ на Ваш вопрос.

Должен сказать, все перечисленные Вами системы начали применяться совсем недавно, соответственно, широко наработанной практики применения еще никто не имеет, однако можно с уверенностью сказать, что технические характеристики многих систем, заявляемые маркетологами, если и заслуживают доверия, то только в лабораторных условиях и ни в коем случае не в совокупности параметров и не в реальных условиях эксплуатации. Кроме того, понятия Nb-IoT, LoRa, LoRaWAN, Стриж, Вавиот (Nb-Fi), Аура360 и т.п. являются трудно сравнимыми, ибо обозначают разные сущности – Nb-IoT – физическая и программная среда передачи данных, LoRa – только физический уровень, LoRaWAN-программный протокол, использующий (но не обязательно) LoRa, Стриж, Вавиот Аура360 - системы сбора данных, контроля и управления.

Но, разберем все по порядку.

Система сбора данных и управления Аура360, в первую очередь, предназначена для сбора и передачи данных, например, с приборов учета ресурсов. Система реализует 7-й (прикладной) уровень OSI и функционирует поверх специально разработанного протокола LINC, объединяющего 2,3 и 6-й уровни OSI. Система может использовать любую доступную среду передачи данных, в том числе Ethernet, RS-485, GSM (GPRS,LTE,NB-IoT и др.), и даже LoRa J. Однако, в качестве физическую среды «последней мили» был выбран узкополосный радиоканал нелицензируемых диапазонов, что относит Ауру360 к так называемым UNB системам. Наиболее близким по параметрам физической среды протоколом является недавно анонсированный Weightless-P.

По способу взаимодействия абонентских устройств Аура360 относится к типу «звезда» и предусматривает трехзвенную архитектуру: абонентское устройство-базовая станция-сервер без использования промежуточных ретрансляторов и mesh соединений. Подобная архитектура уже доказала свою исключительную надежность у сотовых операторов.

Для реализации необходимых параметров радиоканала Ауры подходит целая гамма трансиверов различных производителей, что исключает зависимость от конкретной компании, как это происходит в случае с LoRa.

При этом, в отличии от физической среды LoRa (методика расширения спектра), достигается гораздо более эффективное использование частотного диапазона (до 3-4 раз), что позволяет обслуживать в несколько раз больше устройств. Физический стандарт LoRa разрабатывался с оглядкой на американский и европейский диапазон частот, гораздо более широкий, чем в России.

Продолжая тему LoRa, обратим внимание на LoRaWAN (протокол транспортного уровня, имеющий на сегодняшний день 2 разные реализации). Протокол включает 3 режима работы – A, B и C. Режим работы C наиболее близок к режиму работы протокола LINC и предусматривает передачу команд устройствам в течении секунд и долей секунды. Однако, в отличие от LINC, LoRaWAN C не предназначен для использования в автономных устройствах, тогда, как экономичность LINC аналогична режиму LoRaWAN B.

По широко анонсированному Nb-IoT информации очень мало, только анонсы и не очень информативные исследования. Более того, Nb-IoT требует наличия соответствующего оборудования на базовых станциях операторов, а модемы с поддержкой данной технологии в промышленных масштабах пока не производятся. Однако исходя из этих обрывочных сведений, можно сделать некоторые выводы:

- технология обещает быть более экономичной, чем решения на базе традиционных GSM-GPRS-3g-LTE модемов, тем не менее, потребление устройств будет в разы выше, чем в LPWAN решениях (согласно разным источникам порядка 100 мка в режиме ожидания).

- устройства имеют гораздо более высокую мощность передающего тракта, что потребует более мощной батареи и, по сравнению с нелицензируемыми системами, требуют выделения специализированных диапазонов.

- стоимость модулей ожидается на уровне текущих GSM-модемов ввиду аналогичной сложности.

- габариты модулей также, думаю, не порадуют производителей миниатюрных устройств, да и батарея будет достаточно большой.

- также не ожидается поддержка обратной связи в режиме реального времени с приемлемой экономичностью.

Думаем, данная технология может с успехом заменить GPRS в системы со стационарным питанием и будет применяться в автономных приборах или датчиках с достаточно редкой передачей данных, не нуждающихся в управлении со стороны оператора.

Таким образом, Nb-IoT в будущем может с успехом использоваться в системе Аура360 в качестве среды передачи между базовой станцией и центральным сервером, но никак не в качестве «последней мили».

Также, Nb-IoT не является приемлемым решением при развертывании сети уровня предприятия или организации.

По системе Стриж информации еще меньше, чем по Nb-IoT. Заявленные параметры противоречивы. Канал 100 Гц - у передатчика, а не у приемника, прием 5000 каналов в диапазоне 868 МГц – но по очереди, дальность до 50 км, до 2 млн устройств на базовую станцию – но это, похоже, раз в год.

Проведенные расчеты производительности показывают, что Стриж способен обслужить до 700-1000 приборов учета с периодичностью передачи раз в 2 часа, при 1% вероятности отказа в обслуживании в течение суток (на самом деле реальных объектов более 1000 абонентов, думаю у Стрижа нет). При наличии в 15-километровом радиусе большего количества устройств, в том числе, и не системы Стриж, система или не будет работоспособной или потребует внесения кардинальных изменений.

Базовая скорость передачи данных в системе Аура360 в 10 раз выше, чем в системе Стриж/Вавиот. и в 3 раза выше чем у LoRa.

Динамическое изменение скорости и ширины канала системы Аура360 обеспечивает высокую помехозащищенность и энергетику канала, сравнимые с системами Стриж и LoRa, при этом значительно превосходя Стриж по количеству эффективно обслуживаемых абонентов (5000-15000 устройств, 12 сеансов связи с каждым в сутки).

Одной из ключевых особенностей системы Аура360 в отличие от перечисленных систем является постоянный полноценный обратный канал во всех режимах работы даже с автономными устройствами, чего не может себе позволить система Стриж и большинство режимов LoRaWAN. Это стало возможным, даже несмотря на сверхузкополосный сигнал, благодаря фирменному протоколу и техническим особенностям применяемого решения. Таким образом, с помощью этой технологии мы имеем возможность успешно заменить проводные решения промышленных интерфейсов (RS232/485/422/CAN), организовывая постоянную двустороннюю связь с удаленными приборами и датчиками, иметь постоянный доступ к приборам учета, полноценно управлять приборами, настраивать и параметризировать их, удаленно изменять тарифное расписание, получать дополнительные данные (архивы данных, архивы событий, профили мощности и.д.), причем, также используя для этих целей родное программное обеспечение заводов-изготовителей приборов учета.

Должен сказать, что по имеющейся информации канал обратной связи (downlink) у Стрижа есть, но для ограниченных функций и не для автономных устройств. Для этого используется отдельный передатчик со своей антенной системой, работающих на частоте примерно около 450МГц.

Еще одной особенностью стала частая передача данных – раз в 1-2 часа, без ущерба автономности батарейных устройств и емкости сети на одну базовую станцию. Это стало возможным благодаря особенностям протокола, минимизации служебной информации в пакете (в отличии от LoRa, где overhead может составлять до 70% длины пакета) и оптимальной для большинства задач скорости передачи данных с которой длительность пакета составляет всего около 0,4 секунды. Напомню, что в системах LoRa и Стриж стандартным интервалом между передачей данных с приборов является 12 или 24 часа. Эта вынужденная мера применяется вследствие сверхнизких скоростей у Стрижа 50-100 бит/сек., из-за чего пакет данных передается до 5-6 секунд. У LoRa с ее широченным каналом 125кГц из 500 возможных, применяются также невысокие скорости и максимальный SF для обеспечения большей дальности, что приводит, вкупе с перегруженным служебной информацией пакетом данных к перегруженности эфира и многочисленным коллизиям при большом количестве устройств часто передающих данные. Кстати, побочным неприятным явлением применения низких скоростей передачи данных у Стрижа и Лоры является невозможность их применения в подвижных системах и ограниченность объема передаваемых данных.

В заключение приведу еще несколько особенностей системы Аура360, отличающих ее от вышеперечисленных систем:

  • -технология системы Аура360 позволяет большому количеству базовых станций даже разных собственников и операторов спокойно работать рядом друг с другом и даже способствовать лучшему приему данных и роумингу устройств.
  • -технология Аура360 применяет более дешевое приемное оборудование чем у системы Стриж.
  • -Технология Аура360 позволяет строить локальные сети с помощью мобильных приемных устройств с подключением к ноутбуку или компьютеру без использования интернета и дорогих базовых станций. Также мобильные базовые станции являются хорошим подспорьем техническим специалистам, для обслуживания, локального сбора данных и настройки устройств системы.
  • -Продуманный до мелочей протокол системы и технология имеют большой задел для дальнейшей модернизации системы и устройств и обеспечивают большую гибкость использования. Например, Аура360 может работать не только по схеме звезда, но и применять в особо сложных случаях (что для радиоканала не редкость) ретрансляторы, динамически изменяющуюся скорость передачи данных, переходы на свободные каналы, неограниченно масштабировать систему и использовать ее не только в системах мониторинга и сбора данных, а и в организации связи между электронными устройствами, успешно заменять проводные интерфейсы, работать в сложных условиях и на опасных производствах.

Да, забыл упомянуть, – протокол LINC и система передачи данных Аура360 – это полностью наша, отечественная разработка, испытываемая и применяемая и с 2011 года.

Ответить +1 25 сентября 2017 в 08:33
Игорь Хузмиев

Спасибо за подробный развернутый ответ! А протокол опрашиваемого прибора учета должен быть специальный какой-то, или любой счетчик можно опросить через ваш радиомодуль?

Ответить 0 28 сентября 2017 в 20:53
Андрей Кравченко

Можно удаленно опросить либо передать команду управления не только любому счетчику, а и любому датчику, контроллеру, устройству отображения и другим устройствам, имеющим цифровой, импульсный либо оптический интерфейс передачи данных:)

Ответить 0 29 сентября 2017 в 02:00
Леонид Гапотченко

Добрый день! Какова удельная стоимость точки учёта в Вашей системе, при, например, 1000 точек учёта, естественно, без учёта стоимости измерительных устройств? И Вы писали "Еще одной особенностью стала частая передача данных – раз в 1-2 часа, без ущерба автономности батарейных устройств и емкости сети на одну базовую станцию". Зачем выходить на связь, если нет события?

Андрей Кравченко

Добрый день, Леонид.
Стоимость точки учета величина неодинаковая для различных устройств, т.к. и предназначение радиоконтроллеров разное и исполнение разное и применение.

По поводу интервала передачи данных. Мы провели достаточно большие исследования, сделали математический анализ и подтвердили на практике коридор оптимального интервала передачи данных для нашей радиосети. Это значение равно 1 передаче в 1 - 4 часа, в зависимости от применения и исполнения.
В качестве составляющих для анализа учитывались такие факторы как: применение, необходимый срок службы батареи - емкость батареи, ток потребления и эффект пассивации, вероятность коллизии пакетов, объем передаваемой информации, скорость передачи данных, фактор избыточности и гарантирование доставки актуальной информации при нештатных ситуациях, а также такой определяющий фактор, как пожелания пользователей системы. Ведь не секрет, что пользователи системы всегда хотят получить наиболее актуальную информацию на момент времени максимально приближенный к текущему, так сказать, практически в реальном времени, поэтому вчерашние данные мало кого устраивают.

Ну и как следует из описания проекта – наша система очень универсальна и в зависимости от применения, пользователи системы могут удаленно настраивать период передачи данных каждого устройства от 1 минуты и до, например, раза в год. Либо вообще выключить самостоятельную передачу данных устройством и опрашивать его вручную.

Ответить 0 2 июля в 14:19
Леонид Гапотченко

Спасибо, Андрей! Я понимаю общие особенности радиосистем, так скажем, теоретически, а Вы понимаете их в прикладных деталях, поэтому вопрос грамотно увели в сторону. Но попробую настоять! Например, Вавиот мне ответил на одной из встреч: 25 долларов радиомодуль (на 2 входа, хол и гор. вода) стоит и 900 долларов базовая станция. Я понял, к чему нужно стремиться нам, и даже чисто из интереса почитал их FAQ. Сказки про дальности и т.п. подтвердились. Об этом же говорите и Вы. По поводу выхода в эфир, как понимаю, здесь просто проблема техническая или протокольная (запрос - получение "окна"- передача-подтверждение), и если хоть один шаг сбивается - начинаем заново. За счёт скорости это почти незаметно, но систему должно нагружать конкретно, если вдруг отказов пошло много. Тут появляется ещё вопрос: какова помехоустойчивость системы в рабочем диапазоне? Сможете работать в помехах? Как адаптируетесь? Я не думаю. что это нужно скрывать, ведь это как бы классика и наоборот нужно гордиться достижениями...

Ответить 0 3 июля в 12:32
Андрей Кравченко

Леонид, стоимость радиомодуля и базовой станции Вавиота/Стрижа, озвученную Вами, можно принять как "среднюю по больнице" в принципе для всех производителей, действующих в данный момент на Российском, да и зарубежных рынках:) Можете ориентироваться на нее. Естественно, конечно встраиваемые модули дешевле, внешние с батареей либо питанием от сети и с набором интерфейсов - дороже.
По поводу сбора данных и выхода в эфир - здесь нет особых проблем:). Есть несколько вариантов опроса и сбора данных. У одних централизованный опрос - сервер последовательно опрашивает приборы учета (Болид, например), у других приборы ранжируются по маяку и выходят в эфир в строго определенное время, у третьих приборы учета пихают данные в эфир по своему внутреннему таймеру независимо от того занят эфир или нет (Лора А, Стриж/Вавиот), наши радиомодули передают, прослушивая перед этим не занят ли эфир и при этом могут отвечать в любое время на запрос с базовой станции. По поводу помехозащищенности тоже накоплен достаточно большой опыт борьбы с помехами:) Например фон близко расположенных антенн сотовых операторов:)

Ответить 0 3 июля в 15:05
Юрий Карякин

Андрей, здравствуйте!
Замечательный развернутый ответ.
Кратко изложены основные отличия популярных протоколов и технологий связи.
Однако, все перечисленные технологии, по моему мнению, не предназначены для решения проблемы "последней мили" в системах сбора телеметрической информации (например, сбор показаний счетчиков электроэнергии, воды, газа, тепла, контроль состояния тревожных датчиков, утечки газа, воды, задымленности и т.п.) по следующим причинам:
1. Информационный поток чрезвычайно низок - так как можно передавать только приращение показаний приборов учета с периодическими контрольными суммами или состояние датчиков (несколько бит), причем периодичность передачи определяется не инициативой Центра, а реальными событиями. То есть сеть должна быть преимущественно односторонней без обратных каналов. Требуемая средняя скорость передачи от каждого оконечного устройства не превышает сотых долей бита в секунду плюс адрес устройства. Понятно, что чем больше период передачи, тем меньше удельный вес в потоке информации адресов устройств.
2. Такие системы естественным образом стягиваются в радиально-узловую структуру, где узлами являются отдельные квартиры, цеха, фирмы, дома, микрорайоны и т.п. Поэтому, размер локальных адресов в рамках подсети не превышает нескольких десятков, что существенно снижает размер служебной адресной информации.
3. В таких системах информационные потоки естественным образом делятся по временным приоритетам - тревожные сообщения, сообщения класса "внимание", ..., данные счетчиков. Поэтому система связи должна учитывать это обстоятельство.

Для решения проблемы "последней мили", на мой взгляд нужен принципиально новый подход:
1. Радиально-узловая структура системы связи с односторонним протоколом на нижнем уровне
2. Максимально дешевые низовые устройства, как вносящие наибольший вклад в стоимость сети целиком
3. Максимальное использование существующей инфраструктуры электро-сети для передачи информации
4. Использование максимально простых специальных протоколов на физическом уровне, минимизирующих удельный вес служебной информации в информационном потоке сети

В системе Аура360, на мой взгляд, слишко большая избыточность для решения задачи "последней мили". Она отлично справится с передачей данных на более высоких уровнях, и будет слишком дорогой для сбора информации со счетчиков.
С уважением

Андрей Кравченко

Юрий, спасибо за вопрос:)
В мире Интернета Вещей в общем и в системах передачи данных в энергетике в частности, все не так просто. То, что вы описываете подойдет для построения каких-нибудь изолированных систем мониторинга с простейшими датчиками, например температуры или тревожными кнопками. С более сложными устройствами, например интеллектуальными одно и 3-фазными счетчиками электроэнергии, да и в принципе с приборами учета воды, газа и тепла все гораздо сложнее. Не буду здесь приводить список значений и параметров, которые передаются с этих приборов, но поверьте он значительный. Плюс управление этими приборами – ограничение, отключение, получение доп. информации никак не подразумевает односторонней передачи данных и той скорости, что Вы приводите.
В других областях аналогично. В умных домах например, очень некомфортно будет ждать несколько секунд реакцию системы на нажатие клавиши включения света.

Поэтому как я написал выше в предыдущем ответе – мы реализовали нашу систему и технологию передачи данных максимально универсальными для различных отраслей, любых приборов и датчиков. Скорости выверены для своих применений и могут варьироваться в широких пределах. Можем применять как односторонний канал так и двусторонний – в зависимости от техзадания и тактики применения, можем передавать простые значения, можем большой состав данных, например с архивами, параметрами среды и сопутствующими данными, можем удаленно обновлять встроенное ПО устройства по радиоканалу, можем делать с ними сквозной канал и использовать стороннее программное обеспечение для опроса и все это в рамках одной системы, одной сети, а не зоопарка сетей, протоколов и технологий.

По поводу стоимости – цена конечных устройств практически не зависит от технологии передачи данных. На данный момент стоимость решений уже максимально близка к нижней планке средней стоимости передающих устройств.

Ответить 0 2 июля в 14:23
Юрий Карякин

Андрей, здравствуйте
По последнему абзацу не согласен
1. Стоимость модема в не сколько раз больше стоимости передатчика, поэтому односторонние протоколы сразу имеют огромное преимущество при массовом использовании точек передачи.
2. Стоимость простейшего АМ передатчика в несколько раз меньше стоимости сложного многопозиционного цифрого, предназначенного для работы с когерентным помехоутойчивым приемником. Поэтому, от технологии передачи-приема тоже очень сильно зависит стоимость передатчика.
Для задач ближней низкоскоростной связи целесообразно использовать простейшие АМ радиопередатчики. А малые дистанции обеспечиваются при организации радиально-узловой сети, где узел самого нижнего уровня распологается близко от множества маломощных передатчиков. Только так обеспечивается минимальная стоимость вссей системы.

Ответить 0 3 июля в 14:58
Андрей Кравченко

Стоимость хорошего трансивера это всего лишь примерно 25% стоимости самой недорогой реализации модуля радиоконтроллера. Поэтому удорожание за счет промежуточных узлов будет гораздо большим чем применение связки оптимального трансивера+инновационного протокола.

Ответить 0 3 июля в 15:50

Добавление комментария