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LoRaWAN智能电表大规模组网远程抄表物联网方案

摘要

传统人工抄表方式效率低、成本高、抄录数据误差大,已经无法满足智能电网建设需求;电力载波抄表在老旧小区线路老化、台区跨相场景下抄表成功率低;4G抄表模块成本高、流量费贵、功耗大,电池寿命短。LoRaWAN技术凭借广覆盖、大连接、低功耗、无流量费的核心优势,成为当前智能电表无线远程抄表的主流技术路线。亿佰特提供从LoRaWAN节点模块到网关的完整抄表方案,支持城市级十万级以上电表大规模组网,抄表成功率稳定在99%以上。

LoRaWAN电表抄表

一、智能电表抄表场景需求特点

智能电表抄表场景节点规模极大,一个中型城市就有数十万甚至上百万台电表,单节点硬件成本小幅降低就可以节省数千万整体投入;电表安装位置分散,从高层住宅地下室到老旧小区平房都有分布,信号需要穿透多层墙体,通信穿墙能力要求高;电表要求电池寿命不低于6年,对节点功耗要求极其严格;抄表业务对成功率要求高,必须保证99%以上的抄表成功率,否则会增加大量人工补抄成本。

二、LoRaWAN抄表完整方案设计

设备角色

推荐型号

核心参数

部署数量

部署位置

电表节点模块

E78-470LN22S

ASR6601芯片,22dBm,Class A

10000台

居民楼电表箱内

LoRaWAN网关

E106-470G27P2

SX1302芯片,8通道,27dBm

10~15

居民楼楼顶/基站塔

网络服务器

标准LoRaWAN NS

支持万级节点并发接入

1套

云端/本地机房

频段

CN470MHz

470~510MHz,共96个信道

-

符合国家频谱规范

上行速率

0.3~5kbps自适应

根据距离自动调整速率

-

保障抄表成功率

电表端通信选用亿佰特E78系列ASR6601方案LoRaWAN节点模块,LoRaWAN模块超小体积16*16mm,可以轻松嵌入电表内部狭小空间。LoRaWAN模块内置32位MCU,可以直接完成电表脉冲计量、数据累计、异常检测等功能,不需要额外增加计量主控芯片,大幅降低电表硬件成本。LoRaWAN模块休眠电流低至1.2μA,配合LoRaWAN Class A工作模式,电表每天上报一次用量数据,内置锂亚电池可以稳定工作6年以上,完全满足电表寿命周期要求,不需要中途更换电池。LoRaWAN模块支持CN470中国抄表专用频段,抗干扰能力强,可以穿透3~5层钢筋混凝土墙体,即使是地下室安装的电表也可以稳定上传数据。

集中器网关端选用亿佰特E106系列8通道LoRaWAN网关,安装在小区楼顶、配电房屋顶、路灯杆等制高点,配合8dBi高增益全向天线,单网关覆盖半径可达1~2km,可以覆盖整个小区的数千台电表。网关支持8通道并行接收,单网关可以同时承载2000台以上电表,按照每天抄读一次计算,单网关实际可以接入上万台电表。网关通过以太网或者4G网络接入电力公司抄表主站,不需要重新铺设专用通信线路,安装部署非常方便。

网络层采用标准LoRaWAN星型组网架构,电表节点上电后自动OTAA入网,不需要人工配置地址,网关收到电表数据后通过标准协议转发到抄表主站系统,主站系统可以远程实时抄读电表数据、拉合闸控制、异常用电监测,不需要人工上门抄表。

三、LoRaWAN智能电表远程抄表方案大规模部署优化要点

城市级大规模部署前要做好频段规划,CN470频段共有96个可用信道,不同网关之间错开信道配置,避免同频干扰。网关部署位置要提前通过仿真工具或者现场扫频测试优化,优先选择制高点,避免大型建筑物遮挡,对于地下室、城中村等信号弱覆盖区域,可以适当补充分级网关或者中继节点,保证100%区域覆盖。

节点生产阶段提前批量烧录唯一的设备密钥和地址信息,安装时不需要人工配置,上电自动入网,现场施工人员只需要完成电表更换即可,和普通电表安装流程完全一致,不需要额外培训,大幅降低大规模安装的人力成本。启用ADR自适应速率功能,根据节点信号质量自动调整发射功率和速率,近点降低功率省电,远点提升功率保障连通,整体网络容量提升一倍以上。

四、LoRaWAN智能电表远程抄表方案实际城市级项目案例

在某地级市智能电表改造项目中,全市共改造28万台居民电表,项目选用亿佰特E78系列LoRaWAN节点模块嵌入电表内部,全市范围内部署260台E106系列8通道LoRaWAN网关节点模块,实现主城区和下辖县城电表全覆盖。

项目实际运行数据显示,整体抄表成功率稳定在99.3%以上,剩余不到1%的信号弱区域通过补装小型网关补盲后抄表成功率达到99.8%。电表整机静态电流低于2μA,电池容量计算续航时间超过7年,满足国网标准6年寿命要求。单网关平均接入1000台以上电表,整体硬件和部署成本相比电力载波方案降低40%,后期不需要支付流量费用,每年节省流量费数百万元。

五、LoRaWAN智能电表远程抄表方案FAQ常见问题

Q1:LoRaWAN抄表需要支付流量费吗?

A:LoRa网络是企业自建私有网络,只有网关回传需要一张4G流量卡,所有节点之间通信不需要流量卡,没有持续的流量费用支出,网关单月流量仅几十兆,流量成本几乎可以忽略,相比每台电表都需要4G卡的方案,长期成本优势极其明显。

Q2:LoRa抄表可以远程拉合闸控制吗?

A:完全可以,LoRaWAN Class C模式下下行延迟极低,主站下发拉合闸指令后几秒内即可到达电表完成控制,也可以配置为Class B模式定时唤醒接收指令,平衡功耗和实时性,完全满足远程控制需求。

Q3:地下室的电表信号能覆盖到吗?

A:地下一层、二层的电表,只要地面网关部署位置合理,LoRa信号可以穿透地面和楼板覆盖到地下室,对于深度地下室,可以在地下室楼道内部署小型补盲网关,即可实现100%覆盖。

Q4:LoRaWAN抄表数据安全吗?会被窃电吗?

A:LoRaWAN协议内置AES128加密,网络层和应用层双重加密,空口数据无法被窃听和篡改,同时节点有唯一身份密钥,非法设备无法接入网络,安全性完全满足电力行业要求,不会出现非法控制电表窃电的问题。

六、总结

亿佰特LoRaWAN智能电表远程抄表方案,凭借大连接容量、强穿透能力、超低功耗、无后续流量成本的核心优势,完美解决了城市级大规模电表抄收的痛点,已经在国内多个城市的电表改造项目中大规模落地应用,抄表成功率、电池寿命、建设成本都明显优于传统电力载波和4G抄表方案,是未来智能电网无线抄表的主流技术方向。


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成都亿佰特电子科技有限公司是深耕物联网无线通信领域十余年的国家高新技术企业,主营LoRa、LoRa mesh、FMS设备监控系统、蓝牙模块、WiFi模块等无线数传模块及LoRa网关、LoRa数传电台、LoRaWAN、远程IO模块等物联网设备,产品通过CE、FCC、3C等认证。如需方案选型与技术支持,可致电 4000-330-990 或邮件 support@cdebyte.com。


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