LoRaWAN система за дистанционен електрически отчет представлява комуникационна система, базирана на Long Range LoRaWAN мрежа, която позволява дистанционен отчет на електрическа енергия. Системата се състои от LoraWAN комуникаторно устройство, свързано към стандартен трифазен, или монофазен електромер чрез RS485 интерфейс. LoRaWAN комуникаторното устройството автоматично извършва електрическия отчет през фиксиран интервал от време и изпраща данните към най- близкия LoRaWAN гейтуей, който е част от създадена и настроена LoRa мрежа. Устройството може да се конфигурира от отдалечен приложен сървър. Внедрения в системата LoRaWAN сървър е инсталиран и настроен да комуникира с LoRa комуникаторните устройства, като данните преминават прозрачно през LoRa гейтуеите. От своя страна LoRaWAN сървъра прозрачно обменя информацията двупосочно към допълнителния приложен сървър и по този начин капсулира спецификите на използваната LoRa мрежа. Приложния сървър се свързва към LoRaWAN сървъра чрез MQTT протокол за комуникация. Създадения приложен сървър осигурява WEB интерфейс за достъп от крайните потребители и позволява лесна проверка, сортиране и визуализиране на постъпилата информация от енергийните отчети, както и пълна конфигурция на LoRaWAN комуникаторните устройства.

LoRaWAN комуникаторно устройство

LoRaWAN комуникаторното устройство е съвместимо с монофазни и трифазни електромери, които поддържат RS485 комуникационен интерфейс и комуникация по стандарт IEC62056-21. устройството е проектирано на база 8битов микроконтролер. Фърмуерът е създаден без използване на операционна система за реално време, изпълнявайки имплементирания LoRaWAN фърмуерен стек и приложните задачи. Устройството поддържа както вътрешна спираловидна LoRa антена, така и външна LoRa антена, свързана към SMA съединител. Вградения захранващ модул, който позволява захранване директно от електрическата мрежа с фазово напрежение, допълнително опростява процеса на инсталация. Имплментирания комуникационен протокол на приложно ниво е напълно съобразен с всички ограничения на LoRaWAN стандарта и оптимизиран спрямо функционалните изисквания към системата. Информацията между комуникаторните устройства и LoRaWAN сървъра се обменя само в криптиран вид със специално генериран ключ за системата. Комуникаторите са съвместими с LoRa клас 1 (поддържат непрекъснато приемане) и поддържат OTAA (Over The Air Activation), което значително опростява процеса на първоначално присъединяване към системата.

✓ RS485 интерфейс за връзка към отчитания електромер;
✓ Вграден LoRa приемо-предавател с оптимизирана RF верига;
✓ Враден захранващ модул, позволяващ захранване на устройството директно с фазово напрежение;
✓ Индикаторен светодиод, показващ текущото състояние на устройството и активността на LoRa мрежата;
✓ SMA съединител за външна LoRa антена, позволяващ значително увеличаване на радио обхвата;
✓ Кутия, позволяваща лесен монтаж на устройството на стандартна DIN шина;
✓ Висока надеждност чрез фърмуерен дизайн без използване на операционна система за реално време;
✓ Поддръжка на комуникционен стандарт IEC62056-21 за връзка с отчитания електромер;
✓ Криптиране на данните на база създаден риптиращ ключ, поддръжка на OTAA (Over The Air Activation) за лесно първоначално присъединяване;

Внедрения LoRaWAN сървър капсулира цялата LoRaWAN мрежа с нейните мрежови специфики и настройки и по този начин позволява прозрачната обмяна на отчетите и потребителските данни прозрачно между крайните устройства и приложния сървър. Сървърът поддържа всички изисквания към LoRa мрежата, криптиране на информацията с крайните устройства и LoRa гейтуеите, ползвайки уникален за мрежата генериран ключ. Позволява лесно добавяне на нови гейтуеи и комуникаторни устройства по време на работа на системата, модифициране на мрежата според текущите изисквания за териториално покритие и брой устройства. Поддържа неограничен брой LoRa гейтуеи и крайни устройства и единственото ограничение би дошло от ограниченията на използвания хардуер, като в този случай сървъра позволява лесно хоризонтално скалиране на мрежата. Използваният LoRaWAN сървър поддържа много различни протоколи за връзка с приложен сървър: WebSocket, HTTP, MQTT, AMQP 0-9-1 към RabbitMQ. За комуникация с LoRa гейтуеите, сървърът поддържа Packet Forwarder и Basic Station LNS Protocol, които са най- често използваните стандарти за връзка в LoRa инфраструктура, поддържани от всички гейтуеи.

✓ Изграден на база език за програмиране Erlang, силно оптимизиран за комуникационни приложния;
✓ Поддръжка на неограничен брой LoRa гейтуеи и крайни устройства;
✓ Поддържа криптиране до крайните устройста, ползвайки специфичен ключ за създадената мрежа;
✓ Позволява връзка с LoRa гейтуеи, които поддържат "Packed Forwarded" и "Basic Station LNS Protocol" протоколи за връзка;
✓ Поддържа протоколи за връзка към приложния сървър: WebSocket, HTTP, MQTT, AMQP 0-9-1 към RabbitMQ;
✓ Поддържа изпращане на съобщения към сървърния администратор за събития в LoRa мрежата, гъвкава настройка на събитията и вида съобщения;
✓ Поддържа промяна в мрежовата инфраструктура, добавяне на гейтуеи и крайни устройства по време на работа;

Приложен сървър

Приложния сървърен софтуер е основния модул за конфигуриране и използване на системата. Съдържа няколко софтуерни подмодула. SQL database подмодул съхранява в база данни всички настройки на крайни устройства и всички направени отчети на електрическа енергия. Сървърът осигурява потребителски достъп чрез WEB интерфейс, който е автономен подмодул и поддържа пълен набор от потребителски права и приоитети. Всички налични отчети могат да се сортират според всеки от параметрите им, като WEB интерфейса предоставя лесна визуализация на данните под формата на графики и ЛОГ файлове на избраните и сортирани данни.
Приложният сървър позволява пълна конфигурация на крайните устройства. Подмодула за комуникация с LoRaWAN сървъра използва MQTT протокол за връзка. Заложените модели на базата данни позволяват гъвкавост при дефиниране на точки на измерване, LoRa крайни устройства и електромери, като модела позволява групиране на електромери и LoRa крайни устройства в една точка на измерване. Използвания модел на измерване е изцяло съобразен със специфичните функционални изисквания към истемата.

✓ Поддържа MQTT и RabbitMQ за връзка с LoRaWAN сървъра;
✓ Осигурява WEB интерфейс за достъп от крайните потребитли;
✓ Поддържа SQL база данни за съхранение на всички енергийни отчети и настройките на комуникаторните устройства;
✓ Поддържа пълна конфигурация на крайните устройства в реално време с WEB интерфеса чрез специализиран панел за конфигурация;
✓ Поддържа гъвкаво сортиране на отчетните данни на база на отчетно време, време на получаване на отчета в сървъра, тип и стойност на измервания параметър;
✓ Поддържа изчертаване на графики и запазване в XLS файлове на сортираната получена отчетна информация;
✓ Поддържа създаване на потребители и управление на потребителкси права чрез WEB интерфейса;