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低功耗广域网(LPWAN)技术 - Wize简介

芯知汇 2020-11-11 21:45 发文

无线通信网络技术的发展,推动了物连接网络的规模化组网的发展,这也是低功耗广域网(LPWAN)内在的发展需求。小编整理了Wize相关情况,供参考。

为方便交流切磋,建立了“LPWAN产业交流群”,可通过文末的“阅读原文”申请入群简介

Wize技术是一种低功耗广域网络(LPWAN)技术,源自于欧洲标准EN-13757 Wireless M-bus。Wize是由Wize联盟定义的一种物联网标准,主要是面向无线计量、智能城市和工业物联网等应用。

Wize工作在169MHz频段,是欧洲的免许可频段。由于其使用的是低频段,波长较长,建筑或障碍物穿透力强,路径损耗减少传输距离远,最远可达20公里。Wize协议是双向的,发送和接受最多246个字节的消息,并且可以远程对网络设备进行固件更新。由于Wize传输的消息很短,设备每天只需要打开几秒钟,电池续航可达20年。另外,Wize还具备端到端加密功能,保证了最高的安全级别。

Wize主要技术特点

频段范围是169.4 MHz-169.475MHz,带宽总计75KHz

无线电频谱分为6个频道(5个上行,1个下行),每个信道12.5KHz

双向通信,上行最大256个字节,下行最大256个字节

可扩展的调试解调方式,软件定义无线电(GFSK、4GFSK)

通信时间,占空比10%,6分钟/小时

通信速率2400bps - 6400bps

通信距离室外达50km以上,室内达10km以上,室内深度覆盖2.5km不等。

安全加密,AES128

每天通信量少(5至10次),功耗非常低,小型锂电池(AA,A或C)可以给远程抄表设备供电15-20年

协议机制允许通过广播无线方式调度和执行设备固件的更新

Wize发展历史

ERMES(European Radio Messaging System,欧洲无线电消息系统)是一种ETSI(欧洲电信标准协会)于1990年开发的一种欧洲通用无线寻呼标准,使用了169MHz无线电频段。2005年,欧洲邮政和电信管理局会议(CEPT)及其电子通信委员会(ECC)决定将该频率分配给其他新的用例,包括远程抄表。欧洲的ISM 169 MHz无线电频谱是开放的免许可的,可作为短距离设备的免许可频段使用。

2005年,WM-Bus协议发布(又名EN13757-4,433MHz和868MHz)。

Suez公司开发了一个基于169 MHz频率的智能水表AMI基础设施,在欧洲开始部署。

2008年,Suez发布了第一个169MHz远程水表计量的无线模块。

2012年,GRDF决定为其项目选择169MHz频段,并进行了重大的改进。

2013年,AFNOR(法国标准化协会)《气体应用指南》第一版发布

2014-2015年,基于SDR(软件定义无线电)的高性能169MHz多通道调制解调器。

电信级的基础设施,水表和气表

2017年,Wize联盟发布Wize协议1.0。

AFNOR水表和气表应用指南发布。

设立Wize Alliance Link – CEN TC294

2018年,EN13757/2018发布。

2019年,Wize联盟发布Wize协议1.1。

2020年,欧洲大规模部署Wize燃气表和水表,迄今为止约有1000万只

Wize联盟

2017年,法国燃气公司GRDF、Suez和法国运营商Sagemcom宣布成立了Wize联盟。Wize联盟是一个开放的非营利性协会,旨在推动物联网的国际标准。该组织汇聚了来自工业和公用事业领域的主要国际参与者,支持名为 Wize 的远距离广域网技术的实施。

由于SUEZ、Sagemcom和GRDF创始成员的业务专长,水表和气表的无线计量是联盟开始的起点。使用Wize技术的网络连接了全球900多万个设备,而且还在继续扩大,特别是通过推出1100万个GRDF的智能燃气表。各种案例已实现了规模化,如能源或水智能计量(AMR)、废物收集、空气监测等。

Wize Alliance的目标是通过技术输出和进入新市场来确保Wize技术的稳定性和和可持续性发展。

Wize市场规模

2018年,3+百万台设备,15个国家,500个城市

2019年,9+百万台设备, 15个国家,500个城市

2020年6月,1000+万台设备, 15个国家,10 000个城市。

用例

Water

智能电表 - 智能水表改变了Suez与用户的关系,一方面不再需要安排上门抄表,另一方面账单是基于实际的消费量。另外,用户可以在线查询其日常的用水量,如果发生泄漏或过量消费就会收到电子邮件或短信提醒。他们还可以通过跟踪公共卫生用热水的费用来监测能耗成本。

通过实时监控输送水量、异常情况(泄漏、回流),智能水表能够为公共水务服务部门管理营业收入,通常会改善整体供水网络绩效。

政府利用水的数据管理实现经济和环境效益。由于智能水表政府能够根据季节或社会定价调整计费频率,控制建筑的各种流量消耗,以保护水资源。它还可以帮助政府监测住房入住率,并分析旅游或经济领域的活动。

自动远程断水 - Hydrelis提出了一种解决方案,在发生泄漏时自动远程关闭建筑内的供水,SueZ在其ON’Connect™解决方案中使用了这一解决方案。该设备可实时防止可疑泄漏,并自动发出警报,减轻水损害。此外,根据使用情况(周末、晚上、节假日等)对建筑供水进行自动和远程管理,使消费者能够减少用水量并将费用减少多达30%。

氯传感器监测 - Wize氯传感器可以实时监测水中的氯含量。由于流经管道的水不新鲜,必须用氯来处理水,以防止细菌侵入。然而,如果摄入过量的氯,就会有害身体健康,所以供水公司必须控制水中氯的含量。

消防栓监控 - 消防栓在城市中至关重要,当发生火灾时必须始终保持良好的工作状态,这需要定期对其进行维护管理。另外,消防栓也容易失窃。AllWize公司提出了一个解决方案,测量消防栓内的水流传感器连接到供水公司的后台,可以实时监视消防栓的非法使用或泄漏检测。

声音数据记录仪检漏 - Sewerin和Seba开发了声音监测传感器,使用169 MHz(Wize)频率实时检测漏水情况。记录仪安装在地下供水网络中,记录噪音并将其与已测量数据进行比较,当检测到数据发生变化时,就意味着发生了泄漏。

Energy

智能燃气计量 - GRDF的智能计量项目的目标是:a) 提高客户满意度 - 自动并每天读取气体消费数据 b) 改善能源管理 - 增加消费数据的交付频率 c) 优化网络运营 - 现代化和提高配气管网的性能

新型智能气表可提供有用的信息,如每天消费、消费警报和比较系统。对于地方政府和房地产所有者,它提供了区域或房屋建筑汇总和匿名数据的访问。

燃气网络监控和能量收集器 - AllWize和Naturgy提出了连接到Wize网络的燃气网络监控(GNM)系统。该设备使Naturgy能够以低成本远程监控工作参数(流量、压力、泄漏等)。该系统旨在帮助Naturgy进行网络的预测性维护,改善天然气网络的性能并防止能源欺诈。此外,GNM配备了薄膜热电收集技术,该技术利用了气体和室温之间的温差。将热能转换为电能可以为包括传感器和Wize通信在内的整个系统供电,从而使物联网设备实现自主化。

其他气体用例,如立管压降检测,工作期间气井盖的检测,管道阴极保护监测,连接气体截止阀,甲烷、一氧化碳和烟雾检测等。

Waste

废物收集 - 法国初创公司SigrenEa正在借助Wize Alliance技术的物联网重塑废物收集服务。传感器放置在垃圾收集箱内,能够通过超声波和红外线实时测量其填充率。这些传感器的配置取决于废物收集容器的类型(有机废物、纸张、玻璃等)及其体积和配置。

得益于这些传感器,废物收集和收集路线得以优化,并减少了道路上卡车数量,意味着减少了劳动力和二氧化碳排放。这些信息有时会与其他数据一起进行分析,例如交通、天气预报或从其他连接的公用事业公司收集来的数据(水或天然气消耗)。

垃圾箱监测 - AllWize开发了一种将垃圾箱连接到Wize网络的解决方案:Wize垃圾箱监测系统。联网垃圾箱监控家庭扔了多少垃圾,以及他们是否遵守当地的回收政策,该系统被称为“垃圾按量收费”(Pay as you throw)。

空气质量监测 - AllWize开发了一种廉价的解决方案,称为Wize空气质量监控器:在整个城市安装一种紧凑型空气质量监测站,以及一套先进的云模型,以尽可能准确地绘制空气质量。这个连接系统可以帮助城市建立污染减少机制和政策。该解决方案包括颗粒悬浮的PM1、PM2.5、PM10传感器;气体浓度NOx、SO2和O3传感器;温度、压力、湿度传感器和麦克风。该解决方案连接到一个配置有警报的仪表板。

Smart City

城市灌溉 - AllWize公司的Wize灌溉系统监视器,可根据土壤的湿度远程控制公园和公共花园的灌溉。该解决方案仅在需要时对植物进行浇水以减少水的浪费。此外,解决方案还可以实时检测泄漏。

路灯维护 - AllWize的一个简单的传感器装到每个路灯上,自动检测路灯柱故障。借助Wize Street Lighting Maintenance解决方案,维护公司可以远程了解要更换哪个路灯,从而提高了效率和安全性。

路灯控制 - AllWize的Wize路灯照明监控器安装在路灯柱上,控制路灯的开和关时间,并根据自然光应用调光时间表,可以减少城市的电费并减少能源浪费。路灯在城市的电费中占很大一部分(约40%),在许多情况下,白天开灯会浪费大量电力。

Wize技术

Wize协议是基于EN13757-4 Wireless M-Bus 模式N。

Wize网络系统架构:Wize无线网络是一个无线局域网络,通过LAN moderms和Gateway组成一个广域的无线接入网络。Devices通过LAN modems 接入广域无线网络,再由Gateway(网关)经WAN(广域网络,如蜂窝网络3G/4G)接入到IP协议的网络,连接到服务器。

Wize运营商和组网模式:Wize提供三种组网方式,一是私有网络;二是混合网络;三是运营网络。私有网络是设备、网关、服务器都是用户自己的并由自己运营。混合网络是设备、网关都是用户自己的,网络由Wize运营商运营。运营网络是网关、服务器和网络都是运营商的。

Wize集成电路主要厂商

Wize射频收发器主要厂商有:Texas Instruments、Analog Devices、Silicon Labs等公司

结语

2005年欧洲开放了原有169MHz的寻呼业务,Wize获得了发展的无线频谱资源,也为更多的物联网应用提供了更多机会。Wize并非从零开始,而是基于现有的WM-BUS标准,其产业生态相对成熟,Wize有稳定持续发展的基础。Wize联盟创始成员GRDF、Suez和Sagemcom的行业资源,也为Wize的行业应用提供了发展机会,并以此为基础拓展更多的行业应用,推动了Wize技术的发展。

附PPT:





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