Введение

В связи с растущим спросом на эффективный сбор данных в условиях "умного города" возникает острая необходимость в надежных и масштабируемых коммуникационных инфраструктурах. Данное исследование направлено на оценку возможности интеграции узлов Meshtastic и технологии LoRaWAN для создания надежной сети для передачи данных счетчиков коммунальных услуг.

Техническое обоснование

Сетевая архитектура

Уровень 1: шлюз LoRaWAN

- Расположена по центру на уровне земли для оптимального покрытия.

- Отвечает за агрегацию данных и их передачу на внутренний сервер.

Это самый верхний уровень в архитектуре сети. Шлюз LoRaWAN выступает в качестве центрального узла связи. Он отвечает за сбор данных, передаваемых нижними уровнями, и их пересылку на центральный сетевой сервер. Эти шлюзы обычно размещаются для оптимизации зоны покрытия и эффективности сети.

Уровень 2: Устройства Heltec V3 в качестве шлюзовых узлов Meshtastic

- Стратегически расположенные в домах и зданиях, выполняющие роль ретрансляторов данных.

- Служит ключевым мостом между сетчатой сетью Meshtastic и сетью LoRaWAN.

Позиционируясь как промежуточный уровень, эти устройства функционируют в качестве шлюзовых узлов в сети Meshtastic, которая представляет собой ячеистую сеть дальнего действия с низким энергопотреблением. Устройства Heltec V3 помогают передавать информацию от коммунальных счетчиков к шлюзам LoRaWAN, обеспечивая надежный и непрерывный поток данных даже в городских условиях, где прямая связь с основным шлюзом может быть затруднена.

Уровень 3: Мешстатические узлы на счетчиках коммунальных услуг

- Устанавливается непосредственно на квартирные счетчики

- Формирует устойчивую ячеистую сеть, обеспечивая бесперебойную передачу данных даже в сложных условиях.

Расположенные на нижнем уровне, эти узлы устанавливаются непосредственно на счетчики коммунальных услуг в жилых и коммерческих помещениях. Они являются важной частью сети, собирая данные со счетчиков и передавая их по ячеистой сети на шлюзовые узлы Heltec V3. Такая схема обеспечивает сбор данных из обширных и труднодоступных зон без необходимости прямой видимости или прокладки обширных проводов.

‍

Техническое обоснование

Требования к аппаратному и программному обеспечению

Шлюз LoRaWAN ➢: Высокопроизводительный шлюз, оснащенный надежными возможностями подключения.

➢ Устройства Heltec V3: Экономичные, энергоэффективные микроконтроллеры с функциями LoRaf.

Мештастические узлы ➢: Компактные устройства с питанием от аккумулятора, предназначенные для создания устойчивой меш-сети.

➢ Программное обеспечение: Использование IDE Arduino, встроенного ПО Meshtastic, библиотек LoRaWAN (например, LMIC) и инфраструктуры внутреннего сервера для обработки данных.

Реализация

➢ Установка: Стратегическое развертывание аппаратных компонентов по всему городу с определением приоритетных мест для оптимизации покрытия сети

➢ Конфигурация: Программирование устройств Heltec V3 для эффективного приема и передачи сообщений Meshtasticmessages на шлюз LoRaWAN.

➢ Тестирование: Тщательные процедуры оценки для подтверждения надежности передачи данных и обеспечения стабильности сети.

Эксплуатационная целесообразность

Обслуживание и поддержка

➢ Текущее обслуживание: Плановые проверки аппаратных компонентов, в частности узлов Meshtastic, работающих от аккумуляторов, для поддержания эффективности работы.

➢ Техническая поддержка: Предоставление специализированной помощи от опытной команды по устранению неполадок и общему управлению сетью.

➢ Масштабируемость: Реализация масштабируемой сетевой архитектуры, обеспечивающей бесшовное расширение за счет добавления дополнительных узлов в зависимости от потребностей.

Эксплуатационная целесообразность

Обучение

➢ Обучение персонала: Комплексные технические тренинги, предназначенные для персонала, занимающегося установкой и обслуживанием, для обеспечения квалифицированной работы сетевой инфраструктуры.

➢ Обучение пользователей: Информационные семинары и занятия, проводимые для жителей, чтобы ознакомить их с правильным использованием и обращением с коммунальными счетчиками, оснащенными узлами Meshtasticnodes.

Финансовое обоснование

Первоначальные инвестиции

➢ Стоимость оборудования: Включает расходы на закупку шлюзов LoRaWAN, устройств Heltec V3devices и узлов Meshtastic.

➢ Расходы на установку: Включает в себя расходы, связанные с развертыванием аппаратной инфраструктуры по всему городу

Операционные расходы

➢ Техническое обслуживание: Состоит из текущих расходов на регулярное обслуживание, такое как замена батарей и ремонт оборудования.

➢ Управление данными: Включает в себя расходы, связанные с эксплуатацией и управлением инфраструктурой бэкенд-сервера для эффективной обработки данных.

Анализ затрат и выгод

➢ Преимущества: Ожидаемые преимущества: повышение эффективности сбора данных, снижение расходов на ручное считывание показаний счетчиков и повышение точности данных.

➢ ОКУПАЕМОСТЬ ИНВЕСТИЦИЙ: Ожидаемый возврат инвестиций прогнозируется за счет экономии на операционной деятельности и улучшения качества обслуживания.

Анализ рисков

Технические риски

➢ Помехи: Риск помех сигнала, особенно в густонаселенных районах, где распространены радиочастотные заторы.

➢ Надежность: Обеспечение непрерывной и надежной передачи данных, несмотря на колебания условий окружающей среды, таких как погода и рельеф местности.

Операционные риски

➢ Техническое обслуживание: Проблемы, связанные с обслуживанием устройств, работающих от батарей, включая своевременную замену батарей и поддержание аппаратного обеспечения в рабочем состоянии.

➢ Масштабируемость: Риски, связанные с эффективным управлением масштабируемостью сети при сохранении оптимального уровня производительности.

Стратегии смягчения последствий

➢ Избыточность: Реализация резервных узлов для смягчения воздействия потенциальных отказов оборудования и обеспечения надежности сети.

➢ Регулярные обновления: Принятие проактивного подхода к обновлению прошивки и программного обеспечения для решения возникающих проблем и повышения общей устойчивости системы.

‍

Заключение

В заключение следует отметить, что интеграция технологий Meshtastic и LoRaWAN в рамках предложенной трехслойной сети LoRa демонстрирует как техническую, так и эксплуатационную целесообразность. Несмотря на требуемые первоначальные инвестиции, долгосрочные преимущества, в том числе улучшенный сбор данных и эффективность работы, оправдывают затраты. Однако успех зависит от тщательного планирования, точной реализации и тщательного обслуживания на протяжении всего жизненного цикла проекта. Учитывая эти факторы, предлагаемая сеть способна принести значительную пользу заинтересованным сторонам.