Conectando LoRaWAN a dispositivos de medición y control de servicios

Introducción y visión editorial sobre estas nuevas tecnologías

Los servicios públicos están a la vanguardia del empleo de las tecnologías de Internet de las cosas (IoT) en un viaje para facilitar las mediciones por medio de la modernización. Para los servicios públicos, los medidores inteligentes son fundamentales para construir la red inteligente del futuro, en última instancia, habilitando nuevas eficiencias operativas, nuevas oportunidades de servicio y fuentes de ingresos. Aunque esto no quita que las mediciones realizadas periódicamente por operarios se vea reemplazada por estos sistemas en aquellos casos que no había tarifas planas según determinadas características del servicio. En Tecnología Humanizada siempre bregamos por el uso responsable de la tecnología, en especial, en lo referente a la incidencia social y la equidad de posibilidades. El estado debería regular esta transición en especial en cuanto a la reconversión laboral de las personas que actualmente desarrollan esas tareas y las que lo harían en un futuro de seguir el sistema tradicional. Ya que como sabemos la conversión laboral por si sola no ocurre, y en especial en los casos donde las personas llegan a una determinada edad. La recolección de datos en forma pedestre por medio de operarios no requiere de una capacitación especializada, con lo cual una vez más se ven afectados los sectores que han accedido a menores posibilidades. Esto es algo a lo cual se debe prestar especial atención. Solemos pensar que al tecnología genera nuevos trabajos. El tema es que estos trabajos en general se ven accesibles a los grupos sociales que han podido acceder a los estudios específicos y en general jóvenes. Así también los generados nuevos son menos a los remplazados. En general las provisiones son por una única vez, hasta pasado el tiempo de vida, y los servicios de mantenimiento son mínimos.

Según un informe reciente de ABI Research, en 2018 habrá una base instalada de 617 millones de medidores inteligentes y, para 2023, esta base se duplicará hasta alcanzar los 1,34 mil millones de medidores. Los medidores de electricidad inteligentes son solo la primera ola de tecnología que está impulsando la transformación del mercado de servicios públicos; una segunda ola, a través del despliegue de medidores de agua y gas inteligentes, apenas está comenzando.

Oportunidades de mercado de IoT para servicios públicos de energía y agua

Los servicios públicos están pasando de operadores de redes de distribución a operadores de sistemas de distribución que pueden emplear tecnologías digitales. El beneficio es una red de distribución de servicios públicos más dinámica, adaptable e interconectada, que facilita nuevos casos de uso y beneficios para las empresas prestadoras de los servicios.

• Servicios de medidor a cobranza: los servicios de medidor a cobranza se definen por las actividades de adquisición y entrega de datos que se facilitan con la medición inteligente y los sistemas de administración de datos de medidores. El beneficio es la reducción de los costos de facturación al eliminar las lecturas manuales de los medidores y los errores de lectura. Desde el punto de vista de los clientes pueden producirse beneficios relacionados con el monitoreo del servicio, alarmas de consumo, etc… 

• Control de válvula remota: las comunicaciones bidireccionales de baja latencia en los puntos de control de flujo satisfacen varias necesidades del mercado. Incluyen restricciones impuestas por el gobierno al agua, como se vio más recientemente en Sudáfrica; regulaciones sobre el uso de servicios públicos cuando se utilizan los servicios de prepago; y válvula de seguridad con medidor de gas. Sin embargo no debemos olvidar que el agua es un servicio imprescindible y que en muchos países según la condición social y de salud de los clientes las empresas no pueden cortar el suministro. Esto pude ocurrir en casos como mujeres en estado de embarazo, madres cabeza de familia, adultos mayores, niños, adolescentes y discapacitados, grupos étnicos, personas privadas de la libertad, desplazados, defensores de derechos humanos, reinsertados, entre otros. Ahora bien es útil saber que en algunos casos en que el usuario pruebe que no es solvente para pagar la factura el prestador debe garantizar un servicio de agua limitado. Sin duda para ello es muy útil y ágil la tecnología de IOT. Para países como Argentina según el artículo: Fallo Judicial: cortar el agua por falta de pago es inconstitucional,de el medio de prensa Nainek se publica un caso donde una jueza prohibió el corte del agua a un usuario por considerar que : “el acceso al agua potable es un derecho fundamental de las personas, y su interrupción constituye una clara violación a los derechos a la vida, a la salud y a la dignidad humana protegidos por la Constitución y los Tratados Internacionales.”

• Elimina el robo de electricidad y las pérdidas de agua: una red de medición digital disuade el robo y reduce las pérdidas por fugas de agua al reducir efectivamente las pérdidas de agua no estacionales debido a una mejor precisión, con medidores electrónicos sincronizados con las mediciones de presión y flujo. En algunas economías emergentes, como Brasil, México, India e Indonesia, las pérdidas no técnicas puede representar hasta el 25% de la pérdida de distribución de energía. Pérdida mundial de agua (típicamente a través de fugas en la red de distribución) puede representar al menos el 20% o más de 1.3 millones de metros cúbicos de agua limpia. A esta pérdida se suma la energía utilizada para bombear agua que nunca se consume.

• Gestión de interrupciones: las interrupciones de la red no planificadas pueden reducirse. Se pueden acelerar las interrupciones a través de tecnologías de monitoreo y análisis en medidores y dentro de la cuadrícula.

• Integración de sistemas y almacenamiento de recursos de energía renovable o distribuida: Las redes digitales con tecnologías de medición y comunicaciones facilitan la integración y el uso de fuentes de energía distribuidas o descentralizadas, como los sistemas de energía solar fotovoltaica (PV), celdas de combustible y turbinas eólicas.

• Programas de respuesta a la demanda: estos programas incentivan a los clientes hacia patrones de uso más responsables de energía, brindando a las empresas de servicios públicos otra herramienta para administrar el uso de la infraestructura de la empresa. El resultado final es una reducción de los costos de gastos de capital (CAPEX) y gastos operativos (OPEX), lo que reduce en última instancia las facturas de servicios públicos de los clientes.

La transformación tecnológica por medio de redes LPWAN

Las redes eléctricas inteligentes han existido durante casi una década, pero se han creado mediante el uso de una variedad de tecnologías cableadas e inalámbricas. En América del Norte, las empresas de servicios de energía han desplegado redes de malla de radiofrecuencia (RF) por debajo de GHz, mientras que en Europa y Asia-Pacífico, las comunicaciones por línea eléctrica han tenido una cuota de conectividad predominante. A finales de 2018, contadores de electricidad inteligentes habilitados para comunicación por línea eléctrica representará casi el 50% de todas las conexiones de medidores inteligentes en todo el mundo, las redes de malla tendrán una participación del 27%, las conexiones celulares y las conexiones de red LPWA no celulares representarán el 11% y el 12%compartir respectivamente.Sin embargo, las tecnologías de LPWA celulares comenzarán a crecer en proporción debido a su beneficios para el servicio de agua y gas. Medidores inteligentes. Según ABI Research, para 2026, casi el 20% de los medidores inteligentes desplegados por las empresas de energía y agua de todo el mundo estarán conectados mediante redes LPWA no celulares.

Las ventajas de utilizar LoRaWAN

En la mayoría de los casos de uso mencionados anteriormente, la red de comunicación requiere pequeñas cargas de datos en decenas de kilobits y un bajo rendimiento mensual de datos. Además, la mayoría de las aplicaciones para la medición en la red de servicios públicos tienen una mayor tolerancia a la latencia. Sólo casos de uso específicos, como los interruptores para electricidad, sistemas de prepago o control de válvulas pueden justificar la necesidad de baja latencia. Como una tecnología líder de LPWA, el protocolo LoRaWAN ™ ofrece algunas de las mejores capacidades para abordar los requisitos actuales y futuros de los sistemas de automatización y distribución de servicios inteligentes.

¿Qué tiene LoRaWAN en especial para ofrecernos?

Bajo costo de red: Tradicionalmente, las empresas de energía desplegaron sus propias redes de comunicación privadas para monitorear la red; sin embargo, más recientemente comenzaron a abrirse a redes públicas que son administradas profesionalmente por operadores de redes. En comparación con otras tecnologías de red de la competencia, como las redes de malla basadas en IEEE 802.15.4, los PLC y otras soluciones de red con licencia de LPWA, LoRaWAN tiene el costo más bajo para la implementación de infraestructura de red y mantenimiento. Además, el alto presupuesto de enlace y el largo rango de LoRaWAN simplifican la implementación de la red y requieren menos equipamiento de infraestructura de red, al mismo tiempo que permiten una buena redundancia y facilidad para escalar la densificación.

Flexibilidad en los modelos de implementación de red: las empresas de servicios públicos tienen la opción de utilizar sus propias redes privadas LoRaWAN o aprovechar las redes públicas existentes de LoRaWAN implementadas por un operador de red de la Alianza LoRa. Según la Alianza LoRa, Hay más de 96 operadores de LoRaWAN a nivel mundial.

Sistema abierto de rápido crecimiento de fabricantes de equipos originales (OEM): El protocolo de comunicación LoRaWAN está siendo adoptado por un creciente sistema de OEM de medidores inteligentes, como Aiut, Arad, Axioma, Baylan, Diehl, Honeywell ELSTER, Itron, Kaifa Metering, Hanbit Solutions, Holley Meters, LIERDA, Maddalena, Mueller, Neptune Technology Group , Sagemcom, Sunray, Zenner, y ZTE. Con el creciente sistema de los proveedores de servicios de comunicación LoRaWAN y los OEM, las empresas de servicios públicos tienen la flexibilidad de integrar dispositivos de múltiples proveedores y beneficiarse de la interoperabilidad a nivel de red con dispositivos finales certificados para el protocolo LoRaWAN.

Optimización de la vida útil de la batería: las aplicaciones LoRaWAN para medidores de agua y gas pretenden estar optimizadas para una vida útil de la batería de más de 15 años cuando se comunican una vez al día. Si bien puede requerirse una mayor frecuencia de transmisión de datos o una mayor carga útil y obviamente reduciría la vida útil de la batería, LoRaWAN ofrece una de las mejores opciones para mitigar los problemas de la vida útil de la batería mediante la adición de más pasarelas y picocélulas. La densificación de la red permite aumentar las transmisiones totales de datos al disminuir el tiempo en el aire, y por lo tanto, reducir el consumo de batería.

Seguridad: las redes de distribución de electricidad, gas y agua se clasifican como críticas nacionales infraestructura y, por lo tanto, requieren el más alto nivel de seguridad para adherirse a un marco decidido por los reguladores regionales. La especificación LoRaWAN utiliza algoritmos de Estándar de cifrado avanzado (AES) de 128 bits para proporcionar un cifrado de extremo a extremo para implementaciones tanto públicas como privadas utilizando dos claves: una para las utilidades, para proteger el contenido de la carga útil; otra para operadores, para seguridad de autenticación de red.