Kaip jungiasi išmanaus miesto apšvietimo tinklas: „Mesh“, mobilusis ryšys ir ryšio valdiklio modelis

• Išmanus apšvietimas, Valdymo sistema

Išmanaus miesto apšvietimo tinkle kiekvienas šviestuvas turi atlikti du dalykus: bendrauti su aplinkiniais šviestuvais ir perduoti savo duomenis į debesiją. Tai yra dvi skirtingos užduotys, o geriausiuose sprendimuose jos įgyvendinamos atskirai. Šviestuvo valdikliai vietiniu lygmeniu bendrauja per mažos galios radijo dažnių (RF) „Mesh“ tinklą, kuriame kiekvienas mazgas perduoda duomenis savo kaimynams, o tinklas nukreipia srautą aplink bet kurį atsijungusį mazgą. Tada jų duomenys pasiekia platformą per mobiliojo ryšio kanalą, dažniausiai sugrupuoti taip, kad vienas modemas aptarnautų visą grupę, užuot naudojus SIM kortelę kiekvienoje atramoje. Šis atskyrimas, pagrįstas atvirais standartais, tokiais kaip Zhaga Book 18, DALI-2 ir TALQ, leidžia savivaldybei ar išmanaus miesto sistemų integratoriui derinti kelių gamintojų įrangą bei pakeisti vieną sluoksnį neliečiant kitų. Lusety kuria savo valdiklius ir HORIZON debesijos platformą remdamasi šiuo modeliu. Pasirinkta radijo technologija yra kur kas mažiau svarbi nei ją supanti architektūra.

Kiek kainuoja uždaras ryšio kanalas atnaujinant įrangą

Priežastis, kodėl šias dvi užduotis reikia atskirti, išryškėja tada, kai miestas pirmą kartą keičia įrangą. Zhaga Book 18 jungtis egzistuoja tam, kad valdiklį būtų galima pakeisti neliečiant šviestuvo, nes LED modulis ir draiveris paprastai tarnauja ilgiau nei ant jų esanti valdymo elektronika. Šis pažadas galioja tik tuo atveju, jei ryšys, kuriuo bendrauja valdiklis, taip pat yra atviras.

Kai „Mesh“ protokolas ir platformos sąsaja yra uždari, naujo tiekėjo valdiklis negali prisijungti prie gatvėje jau veikiančio tinklo. Dalinis atnaujinimas tokiu atveju reiškia dviejų lygiagrečių tinklų bei dviejų platformų palaikymą arba visų miesto valdiklių pakeitimą vienu metu. Jungtis lieka atvira, o tinklas lieka uždaras. Būtent uždaroji dalis reikalauja papildomų išlaidų.

Ryšio kanalas taip pat yra būdas užtikrinti įdiegtos įrangos aktualumą. Programinė įranga atnaujinama nuotoliniu būdu, todėl dauguma funkcijų pokyčių įvyksta programinėje dalyje, o naujos įrangos prireikia tik atsiradus išties naujoms techninės įrangos galimybėms. Praradus galimybę atnaujinti sistemas per savo ryšio kanalą, kiekvienas pakeitimas virsta fiziniu meistrų iškvietimu.

Kaip veikia vietinis „Mesh“ tinklas tarp šviestuvų?

Šviestuvo valdikliai bendrauja tarpusavyje per mažos galios radijo dažnių ryšį, suorganizuotą kaip „Mesh“ tinklas. Kiekvienas valdiklis perduoda pranešimus esantiems šalia, todėl duomenims nereikia keliauti iš centrinio taško į kiekvieną įrenginį. Tai padidina atstumą bei leidžia tinklui nukreipti srautą aplink atsijungusį mazgą, todėl už jo esanti dalis lieka prisijungusi. Lusety valdikliai veikia būtent taip: jie perduoda duomenis per mažos galios radijo dažnių „Mesh“ tinklą ir siunčia informaciją į HORIZON debesijos platformą per ryšio kanalą.

Valdiklis jungiamas prie šviestuvo per Zhaga Book 18 jungtį, kurią fiziniam suderinamumui apibrėžia Zhaga Consortium, o valdymui naudojamas DALI-2, įskaitant jo D4i dalį. Abu standartai yra atviri, todėl ta pati fizinė konfigūracija priima daugiau nei vieno gamintojo valdiklius bei jutiklius.

Judesio jutikliai veikia 24 valandas per parą. Šviestuvas lieka maitinamas net ir tada, kai pati šviesa yra išjungta, todėl valdiklis niekada nebūna miego būsenoje laukdamas pažadinimo, o jokiai sistemai nereikia įšilti prieš tai, kai judesys paverčiamas šviesa.

Kaip duomenys pasiekia debesiją: mobilusis ryšys kiekviename įrenginyje ar bendras ryšio kanalas?

Yra du keliai į platformą. Pirmuoju atveju valdiklis turi savo mobiliojo ryšio modemą ir jungiasi tiesiai prie debesijos, o tai tinka retiems ar izoliuotiems diegimams. Antruoju atveju ryšio valdiklis su modemu surenka duomenis iš šviestuvų grupės, bendraujančios per vietinį radijo dažnių „Mesh“ tinklą, bei siunčia juos vienu srautu, todėl daugybė atramų dalijasi vienu mobiliojo ryšio kanalu. Tankiuose tinkluose antrasis kelias sumažina ir SIM kortelių skaičių, ir galimų gedimų taškų kiekį.

Mazgo talpa yra atskiras klausimas, nesusijęs su radijo „Mesh“ tinklu. Laidinėje vieno mazgo dalyje iki 64 įrenginių gali dalytis vienu valdikliu per laidinę DALI magistralę. Tai yra riba, nurodanti, kiek šviestuvų bei jutiklių gali būti prijungta prie vieno valdiklio, o ne kiek atramų „Mesh“ tinklas gali susieti su bendru ryšio kanalu.

Spintos lygmeniu matavimai vėlgi skiriasi. Light Keeper, Lusety spintos valdiklis, stebi ir matuoja visą apšvietimo liniją, sekdamas energijos tiekimą visai atramų grandinei, o kiekvienos atramos valdiklis mato tik savo šviestuvą.

LTE, NB-IoT ar LoRa: kuris tinklas turėtų palaikyti ryšio kanalą?

Daugumai diegimų standartinis mobilusis ryšys per LTE yra pragmatiškas numatytasis pasirinkimas. Būtent šį ryšio kanalą Lusety naudoja šiandien. Jis užtikrina nuolatinį, nepertraukiamą stebėjimą bei veikia visur, kur yra mobiliojo ryšio aprėptis, tuose pačiuose viešuosiuose tinkluose, kuriuos naudoja telefonai.

NB-IoT buvo sukurtas siauresniam pritaikymui: retiems pranešimams iš baterijomis maitinamų įrenginių nepatogiose vietose. 3GPP jį apibrėžė 13-ajame leidime (Release 13) viename 180 kHz nešlyje su maksimaliu 164 dB ryšio slopinimu (angl. coupling loss). Tai suteikia maždaug 20 dB didesnį ryšio biudžetą nei senesnis LTE, mainais į maksimalų greitį, siekiantį apie 26 kbit/s atsisiunčiant bei 62 kbit/s išsiunčiant duomenis. Stacionariam, iš elektros tinklo maitinamam gatvės apšvietimo valdikliui baterijos taupymas neduoda jokios naudos, o pralaidumo ribos trukdo nuolatiniam stebėjimui. Lusety modemai palaiko NB-IoT, tačiau tai nėra ryšio kanalas, kurį Lusety naudoja. Priešingas argumentas taip pat galioja: tas 164 dB biudžetas yra faktinis, todėl apšvietimo linijoje, kur LTE aprėptis silpna, pavyzdžiui, požeminėje perėjoje ar tankiai užstatytoje miesto gatvėje, NB-IoT gali pasiekti įrenginį, kurio LTE nepasiekia.

LoRaWAN yra visiškai kitokia technologija. Europoje ji veikia nelicencijuotoje 863-870 MHz dažnių juostoje, jai nereikia SIM kortelių, o pats tinklas priklauso miestui arba vietiniam operatoriui. Kompromisas yra nulemtas reguliavimo: ETSI EN 300 220-2 standartas riboja pagrindines EU868 pojuostes iki 1 % darbo ciklo (angl. duty cycle). Tai sudaro apie 36 sekundes perdavimo laiko per valandą vienam kanalui, kai duomenų perdavimo sparta yra nuo 0,25 iki 50 kbit/s. Tai yra patogu keliems būsenos pranešimams per dieną, bet nepakankama nuolatiniam stebėjimui. Šiandien LoRa nėra Lusety produktas. Ten, kur savivaldybė jau valdo LoRaWAN tinklą, verta apsvarstyti šią galimybę. Ten, kur jo nėra, tokio tinklo kūrimas gatvių apšvietimui tampa atskiru projektu, o Lietuvoje esama aprėptis, kuria būtų galima remtis, yra netolygi.

Iš elektros tinklo maitinamam, nuolat stebimam apšvietimo tinklui LTE dažniausiai yra teisingas atsakymas, o argumentai už bet kokią kitą technologiją prasideda nuo infrastruktūros, kurią miestas jau turi.

Kodėl atviri standartai yra svarbesni nei pasirinkta radijo technologija?

Visą krūvį laiko trys atviri standartai. Zhaga Book 18 apibrėžia fizinę jungtį, DALI-2 ir jo D4i dalis nustato, kaip valdiklis bendrauja su šviestuvu, o TALQ Consortium specifikacija apibrėžia, kaip įrenginiai keičiasi duomenimis su valdymo platforma. Kadangi visi trys yra atviri, savivaldybė nėra pririšta prie vieno gamintojo: skirtingų tiekėjų įranga gali veikti kartu, o vieną dalį galima pakeisti nekeičiant visos sistemos. HORIZON yra sertifikuota TALQ kaip centrinė valdymo sistema, Lusety yra asocijuota konsorciumo narė, o jos valdikliai sukurti pagal Zhaga Book 18 bei DALI-2, įskaitant D4i.

Ribas verta žinoti dar prieš paskelbiant viešąjį pirkimą. TALQ turi privalomus elementus bei pasirenkamas dalis, todėl du pagal specifikaciją sukurti produktai vis tiek gali būti nesuderinami dėl pasirenkamos dalies, kurios vienas iš jų niekada neįdiegė. Prašykite konkrečių jums reikalingų duomenų tiek įrenginio, tiek platformos pusėje. Ką apima kiekvienas standartas, išsamiai aprašyta mūsų vadove apie atvirus standartus gatvių apšvietime: TALQ, Zhaga ir DALI.

Būtent todėl radijo technologija galiausiai tampa tik diegimo detale. Sąveikumas slypi specifikacijose, todėl sistemą kartu laiko ne vieno konkretaus tiekėjo ryšys.

Kas nutinka gatvių apšvietimui, jei nutrūksta ryšys?

Šviestuvai veikia toliau. Kiekvienas valdiklis turi vidinį laikrodį bei saugo savo taisykles, todėl įjungimas, pritemdymas ir reakcija į judesį vyksta pačiame įrenginyje. Kadangi „Mesh“ tinklas nukreipia srautą aplink sugedusį mazgą, vieno įrenginio atsijungimas neizoliuoja už jo esančios dalies. Kurie sprendimai priimami įrenginyje, o kurie debesijoje, aptariama mūsų straipsnyje apie krašto (angl. edge) ir debesijos valdymą gatvių apšvietime.

Dažniausiai užduodami klausimai

Ar kiekvienam šviestuvui reikia atskiros SIM kortelės?

Ne. Valdiklis gali turėti savo mobiliojo ryšio modemą arba vienas modemas gali sujungti šviestuvų grupę, bendraujančią per vietinį radijo dažnių „Mesh“ tinklą, todėl vienas ryšio kanalas aptarnauja daug atramų.

Ar NB-IoT yra geriau nei LTE gatvių apšvietimui?

Dažniausiai ne. NB-IoT tinka baterijomis maitinamiems įrenginiams, kurie duomenis siunčia retai, o maksimalus greitis siekia apie 26 kbit/s atsisiunčiant bei 62 kbit/s išsiunčiant. Gatvių apšvietimo valdikliai yra maitinami iš elektros tinklo ir jiems naudingas nuolatinis stebėjimas, todėl LTE yra praktiškesnis ryšio kanalas.

Ar išmanaus apšvietimo tinklas gali naudoti miesto LoRa tinklą?

Ten, kur miestas jau valdo LoRaWAN tinklą, tai gali būti protingas ryšio kanalas, nes jam nereikia SIM kortelių. 1 % darbo ciklas EU868 juostoje riboja, kiek duomenų įrenginys gali išsiųsti, todėl tai labiau tinka periodiniam ataskaitų teikimui nei nuolatiniam stebėjimui. Šiandien Lusety nesiūlo LoRa technologijos.

Kas yra radijo dažnių „Mesh“ tinklas ir kuo jis naudingas?

Radijo dažnių „Mesh“ yra vietinis radijo tinklas, kuriame šviestuvo valdikliai perduoda pranešimus vienas kitam, todėl jokiam įrenginiui nereikia tiesiogiai pasiekti centrinio taško. Tai padidina atstumą bei leidžia tinklui nukreipti srautą aplink atsijungusį mazgą, todėl vienas gedimas neizoliuoja už jo esančios dalies.

Ar apšvietimas veikia toliau, jei nutrūksta interneto ryšys?

Taip. Kiekvienas valdiklis saugo savo tvarkaraštį bei taisykles ir vykdo jas vietoje, įskaitant reakciją į judesį. Debesija perduoda duomenis ir siunčia pakeitimus, o šviestuvai veikia iš įrenginio.

Kokių standartų turėtų reikalauti miestas ar integratorius, siekiant išvengti prisirišimo prie vieno tiekėjo?

Zhaga Book 18 jungčių, DALI-2 valdymo, įskaitant D4i, bei sistemų, sukurtų pagal TALQ specifikacijas. Kartu jie leidžia miestui naudoti kelių tiekėjų įrangą vienoje valdymo platformoje, o integracija tarp jų apibrėžiama pagal dokumentuotą sąsają.

Kiek šviestuvų gali aptarnauti vienas mazgas?

Iki 64 įrenginių gali dalytis vienu mazgu per laidinę DALI magistralę, prijungtą prie vieno valdiklio. Tai yra atskiras klausimas nuo to, kiek atramų radijo dažnių „Mesh“ tinklas susieja su bendru ryšio kanalu.

Išvados: kaip teisingai įgyvendinti gatvių apšvietimo ryšį

Ryšio sprendimas išmaniajame miesto apšvietime pirmiausia yra architektūrinis, o tik po to tai yra radijo technologijos klausimas. Išspręskite šias dvi užduotis atskirai: naudokite vietinį „Mesh“ tinklą koordinavimui bei bendrą mobiliojo ryšio kanalą debesijai, remkitės atvirais standartais ir išlaikykite valdymo logiką įrenginyje. Taip sukurtas tinklas išgyvena mazgo gedimą ar ryšio praradimą, be to, jo eksploatacija kainuoja mažiau, nes keli ryšio kanalai aptarnauja daugybę atramų. Savivaldybei, kuriai priklauso turtas, bei integratoriui, kuris turi jį įdiegti ir prižiūrėti, atsiperkamumas pasimato po kelerių metų: radijo technologija nustoja būti pririšančiu sprendimu, todėl atsiradus geresniam variantui arba miestui sukūrus savo tinklą, galite pereiti prie jo neperkurdami to, kas slypi po juo.

Sužinokite daugiau

Jei planuojate išmanaus miesto apšvietimo diegimą ir norite nuo pat pradžių pasirinkti teisingą tinklo architektūrą, mielai tai aptarsime.

Rašykite mums: info@lusety.com

Skambinkite mums: +370 649 91222

Apie Lusety

Lusety yra išmanaus miesto apšvietimo įmonė, įsikūrusi Kaune, Lietuvoje. Ji kuria gatvių apšvietimo valdiklius bei HORIZON debesijos platformą, kuri leidžia miestams ir integratoriams centralizuotai valdyti apšvietimo tinklus. Sistema sukurta pagal atvirus standartus, įskaitant Zhaga Book 18 bei DALI-2, o HORIZON yra sertifikuota TALQ kaip centrinė valdymo sistema, todėl kito gamintojo įrenginių integravimas išlieka apibrėžtos apimties darbu, o miestai išlaiko savo infrastruktūros kontrolę.