Introduzione alla telelettura dei contatori per acqua e relative tecnologie

Sommario

1 Sistema di telelettura ARROW ................................................................................................................... 1

1.1 Moduli radio ARROW ........................................................................................................................ 1

1.2 Contatori acqua e moduli radio compatti o separati ........................................................................ 2

1.3 Protocollo wireless M-Bus (EN 13757) e sistemi radio a 868 e 169 MHz .......................................... 3

1.4 OMS (Open Metering System) ........................................................................................................... 3

1.5 Lettura mobile (short range) ............................................................................................................. 3

1.6 Lettura fissa (short range – Local Area Network) .............................................................................. 5

1.7 Offerta Maddalena – Sistemi Tradizionali M-Bus/wM-Bus ............................................................... 6

1.8 Lettura fissa (Long Range – Wide Area Network).............................................................................. 6

1.9 Smart metering e il contesto italiano ................................................................................................ 8

2 Nuovi paradigmi IoT e LPWAN per lettura fissa long range ...................................................................... 9

2.1 IoT ...................................................................................................................................................... 9

2.2 LPWAN ............................................................................................................................................... 9

2.3 LoRaWAN™ ...................................................................................................................................... 11

2.4 Sigfox ............................................................................................................................................... 12

2.5 Offerta Maddalena – Sistemi LPWAN .............................................................................................. 13

3 Alcune referenze Maddalena – Impianti di telelettura mobili e fissi ...................................................... 14

1

1 Sistema di telelettura ARROW

La lettura via radio dei dati di consumo dei contatori sta diventando, e sarà sempre di più in futuro, la

soluzione ideale per gestire al meglio i contatori installati, questo anche in un’ottica di risparmio energetico.

Maddalena offre soluzioni smart per la misura di acqua ed energia termica e in questo documento si vuole

approfondire l’offerta dedicata ai sistemi di telelettura per il settore idrico e, in particolare, al mondo utility.

Oggigiorno la gestione responsabile e sostenibile di una risorsa preziosa quale l’acqua è di primaria

importanza. Il sistema radio ARROW è studiato per rispondere a queste esigenze ed è il risultato

dell’esperienza di Maddalena che da oltre novant’anni opera nel settore degli strumenti di misura e da oltre

quindici propone con successo sistemi di lettura a distanza per contatori. La gamma ARROW offre diversi

moduli radio che si distinguono per tipologia di applicazione (indoor/outdoor), frequenza trasmissiva (868,

169 MHz) e protocollo di comunicazione (wireless M-Bus EN13757, LoRaWANTM

, Sigfox).

1.1 Moduli radio ARROW

Qui sotto una tabella comparativa tra le diverse soluzioni di Maddalena sia per applicazioni submetering (contatori divisionali domestici indoor) sia per il mondo utility (gestori). Da sinistra verso destra si ha un incremento in termini di: specifiche, funzionalità e prezzo per dispositivo.

TIPO RADIO ARROW EVO ARROW ARROWWAN

169 ARROWWAN

868

1. Frequenza 868 MHz 868 MHz

(915 MHz) 169 MHz 868 MHz

2. Protocollo di comunicazione

wM-Bus(EN 13757) wM-Bus(EN 13757) wM-Bus(EN 13757),

AFNOR E17Z wM-Bus(EN 13757) o LoRaWAN o Sigfox

3. Tipo trasmissione

Unidirezionale (T1, C1) Unidirezionale (T1)

Bidirezionale (N2); possibilità di attivazione

della modulazione LORA (opzionale)

Unidirezionale (wM-Bus, C1), Bidirezionale

(LoRaWAN, Sigfox)

4. Intervallo trasmissione

Ogni 2 minuti, dalle 8 alle 18 dal lunedì al

venerdì (configurazione standard); configurabile

Ogni 12 secondi, sempre

4 volte al giorno (configurazione standard);

configurabile

4 volte al giorno (configurazione standard:

LoRaWan o Sigfox);

5. Tipologia installazione

Indoor Indoor e outdoor Indoor e outdoor Indoor e outdoor

6. Contatori compatibili

versione compatta

CD SD EVO (DN15-20)

CD ONE, DS TRP, MVM, MVM PLUS C

(DN15-40)

MVM, MVM PLUS C (DN15-40)

MVM, MVM PLUS C (DN15-40)

7. Interfaccia contatore

Sensore statico, bidirezionale

Sensore statico, bidirezionale

Sensore statico, bidirezionale

Sensore statico, bidirezionale

8. Contatori compatibili

versione split _

CD ONE, DS TRP, DS SD, WMAP (DN15-200)

CD ONE, DS TRP, DS SD, WMAP

(DN15-200)

CD ONE, DS TRP, DS SD, WMAP (DN15-200)

9. Durata batteria, anni

11 (config. standard), sostituibile

12 15 (config. standard) 15 (config. standard)

10. Sicurezza Crittografia dati

Sì Sì SI, con chiavi multiple Sì, con chiavi multiple,

Sì (Sigfox)

11. Aggiornam. FW

Sì (solo produttore) No Sì Sì

12. Certificazione - IP67

- RED 2014/53/UE - Direttiva 2014/30/CE

- IP68 - RED 2014/53/UE

- Direttiva 2014/30/CE

- IP68 - RED 2014/53/UE

- Direttiva 2014/30/CE

- IP68 - RED 2014/53/UE

- Direttiva 2014/30/CE

14. Parametri lettura iniziale, medium, lettura iniziale, medium, lettura iniziale, medium, lettura iniziale, medium,

2

TIPO RADIO ARROW EVO ARROW ARROWWAN

169 ARROWWAN

868

configurabili fattore impulsi, numero di serie contatore

meccanico, impostazioni radio, crittografia, date fatturazione, allarmi,

data e ora (via interfaccia locale radio)

fattore impulsi, impostazioni radio, data fatturazione, data e ora (via interfaccia locale

radio)

fattore impulsi, numero di serie contatore,

impostazioni radio, date fatturazione, allarmi, data e ora, aggiornamento FW (via interfaccia locale NFC o via

radio)

fattore impulsi, numero di serie contatore,

impostazioni radio, date fatturazione, allarmi, data e ora, aggiornamento FW (via interfaccia locale NFC o via radio per LoRaWAN

e Sigfox)

15. Dati di misura Lettura corrente, periodica e data

fatturazione

Lettura corrente, periodica e data

fatturazione

Lettura corrente, indici (secondo configurazione)

Lettura corrente, indici (secondo configurazione)

16. Allarmi

Superamento della portata massima (soglia

attivabile e configurabile), flusso di ritorno, perdita, blocco contatore o inutilizzo

(soglia giorni impostata e configurabile), frode

magnetica, frode meccanica (rimozione) e

malfunzionamento

Flusso di ritorno, perdita, frode

magnetica, frode meccanica (rimozione),

malfunzionamento

Superamento della portata massima (soglia attivabile e

configurabile), flusso di ritorno, perdita, frode

magnetica, frode meccanica (rimozione) e malfunzionamento; da verificare in base alla

versione scelta

Superamento della portata massima (soglia attivabile e configurabile), flusso di

ritorno, perdita, frode magnetica e frode

meccanica (rimozione); da verificare in base alla

versione scelta e protocollo di

comunicazione

17. Dati tecnici

Allarmi, dati tecnici di funzionamento e lettura completa (via interfaccia

locale radio)

Allarmi, lettura completa (via

interfaccia locale radio)

Allarmi, dati tecnici di funzionamento e lettura completa (via interfaccia

locale NFC)

Allarmi, dati tecnici di funzionamento e lettura competa (via interfaccia

locale NFC)

18. Lettura mobile

Sì Sì Sì (configurazione speciale) Sì (solo wM-Bus)

19. Lettura fixed network

Sì (indoor) Sì (indoor e outdoor; outdoor: short range)

Sì (indoor e outdoor) Sì (indoor e outdoor;

configurazione LoRaWAN o Sigfox)

20. Prevista integrazione con futura rete ENEL

No No Sì No

1.2 Contatori acqua e moduli radio compatti o separati

Maddalena offre una gamma completa di contatori d’acqua meccanici a velocità o volumetrici che soddisfano le esigenze di precisione, affidabilità e trasmissione via radio dei dati di consumo. Tutti i contatori, sia per uso domestico (DN15-40) sia per grosse utenze (DN50-200) possono essere predisposti per la trasmissione dei dati via radio tramite moduli di comunicazione compatti “clip-on” o separati (nella tabella comparativa al punto 6 vengono indicati i contatori compatibili con soluzione compatta e al punto 8 i contatori compatibili con soluzione separata). Normalmente si cerca di utilizzare soluzioni compatte nel caso di utenze domestiche, e separate nel caso di grosse utenze; la scelta dipende molto dalle diverse tipologie di installazione, dallo spazio a disposizione e dalle schermature presenti. La versione separata in molti casi permette di risolvere le installazioni di tipo complesso (si pensi ai pozzetti profondi o a nicchie non standard). Inoltre si può utilizzare la versione separata in combinazione con altri contatori (tipologie/marche). Alla base di questi moduli di comunicazione c’è sempre il sistema di captazione/lettura del contatore. Maddalena utilizza come standard sensori di tipo statico che garantiscono un alto grado di affidabilità nel tempo, evitano falsi conteggi, permettono di distinguere la direzione dell’acqua (bidirezionali) e altri fenomeni anomali. Un’altra caratteristica importante da considerare è il grado di protezione ambientale del modulo. Questo va scelto in base alla tipologia di installazione (indoor/outdoor). Maddalena consiglia di utilizzare sempre soluzioni IP68 per le applicazioni outdoor o in pozzetti e nicchie. Per le installazioni divisionali domestiche invece si possono utilizzare moduli IP65 o IP67.

Nella tabella comparativa, oltre alle caratteristiche tecniche, vengono evidenziati i parametri configurabili sui diversi moduli radio tramite interfaccia locale e/o remota (punto 14) e i dati relativi alla misura/allarmi (punti 15 e 16) gestibili via radio. Si consiglia di consultare le singole schede tecniche dei diversi prodotti per ulteriori informazioni e approfondimenti.

3

ARROW EVO ARROWMVM

compatto

1.3 Protocollo wireless M-Bus (EN 13757) e sistemi radio a 868 e 169 MHz

L’M-Bus (Meter-Bus) è un protocollo di comunicazione standard europeo definito dalla norma EN 13757 per la lettura a distanza dei contatori (diverse tipologie). L'interfaccia M-Bus è stata sviluppata inizialmente per la comunicazione via cavo, mentre la variante radio Wireless M-Bus è stata inserita in un secondo momento nella stessa norma ed è in continua evoluzione. Attualmente l’M-Bus è il protocollo più utilizzato in Europa per la centralizzazione dei dati legati al metering e garantisce di poter far affidamento su un sistema aperto e interoperabile senza doversi legare a sistemi proprietari di uno o più produttori.

La norma prevede 3 diverse frequenze utilizzabili: 433, 868 e 169 MHz. Attualmente la banda 868 ha rimpiazzato la banda 433 ed è quella più utilizzata in Europa per la telelettura dei contatori. La banda 868 è più versatile ed è indicata per i sistemi mobili di lettura, ma permette anche di sfruttare soluzioni fisse di tipo short range. La soluzione in banda 169, grazie alla maggiore potenza di trasmissione e al fatto che i dispositivi sono alimentati a batteria, può trasmettere meno frequentemente ed è quindi adatta a sistemi fissi di lettura. Negli ultimi tempi quest’ultima soluzione sta prendendo piede per cercare di superare il limite della banda 868 nei contesti di lettura fissa (short range). Questo grazie alle maggiori distanze di trasmissione raggiungibili.

Come descritto nella tabella comparativa iniziale, tutta la gamma di contatori Maddalena può essere dotata di moduli di comunicazione in accordo alla norma EN 13757 e può rispondere alle diverse esigenze in termini di frequenza di trasmissione. Le soluzioni Maddalena in banda 868 MHz possono essere impiegate (senza riprogrammazione) sia in contesti di lettura mobile sia fissa. Le soluzioni con frequenza in banda 169 MHz nascono, invece, per i contesti di lettura/rete fissa, ma possono essere impiegate anche per la lettura mobile utilizzando una configurazione speciale che ne salvaguardi la durata della batteria. Maddalena offre comunque diverse soluzioni di lettura (ricevitori mobili/fissi), ma non obbliga i clienti all’utilizzo esclusivo di tali soluzioni. Infatti, avendo alla base un protocollo di comunicazione standard, i moduli radio Maddalena possono essere integrati con sistemi di terze parti con totale compatibilità dei dati.

1.4 OMS (Open Metering System)

OMS è uno standard di comunicazione facoltativo sulla frequenza 868 MHz nato in Germania da un gruppo indipendente di produttori e utility, ed è un sottoinsieme della norma M-Bus (EN 13757) creato per semplificare l’interoperabilità tra contatori (diversi produttori) e sistemi di lettura dati. Con questo standard è obbligatorio l’utilizzo della protezione dati (crittografia). Generalmente, i produttori di contatori che offrono moduli di comunicazione OMS offrono tale soluzione come opzionale e configurabile a scelta dell’utilizzatore. Infatti, utilizzando tale standard, alcuni dati e funzionalità previste dalla EN 13757 che potrebbero invece essere di interesse dell’utilizzatore finale, vengono meno. Si suggerisce quindi, prima di effettuare tale scelta, di identificare le finalità della telelettura caso per caso (ad esempio: solo billing o anche monitoraggio etc.).

1.5 Lettura mobile (short range)

Per lettura mobile si intendono soluzioni walk-by o drive-by che permettono a un operatore di velocizzare, facilitare e gestire al meglio la lettura e il controllo dei contatori in qualsiasi condizione di installazione (pozzetti ai margini o sotto la pavimentazione di una strada, all’interno degli appartamenti di un condominio, in nicchie). Il letturista deve semplicemente passare in prossimità dei contatori con un ricevitore radio per raccogliere automaticamente i dati di lettura senza dover accedere alle abitazioni, agli spazi condominiali comuni o ai pozzetti. Le informazioni raccolte vengono generalmente gestite da un dispositivo mobile con il

ARROW DS separato

4

quale il letturista può controllare i dati di ciascun contatore, l’ubicazione e i messaggi relativi allo stato del processo di lettura. I dati possono poi essere esportati in formato standard compatibile con i più utilizzati software di bollettazione o di analisi.

Attualmente questo è lo scenario più utilizzato nel caso di sistemi smart di telelettura dedicati a soli contatori per acqua, specialmente nel mondo delle utility, perché comporta un investimento minimo per i gestori e permette di ridurre notevolmente il tempo necessario per una lettura completa del parco contatori con la possibilità di gestire bilanci idrici puntuali e anche informazioni aggiuntive come gli allarmi.

Le caratteristiche di un sistema mobile wireless M-Bus per garantire le migliori prestazioni e facilità d’uso sono descritte di seguito.

- Frequenza: 868 MHz: come descritto in precedenza, la frequenza 169 MHz non nasce per utilizzo in modalità mobile, ma per i contesti di lettura fissa e trasmissioni poco frequenti.

- Tipo di trasmissione: unidirezionale (modo T1 o C1, EN 13757); i vantaggi rispetto alle soluzioni bidirezionali, in questo contesto, sono:

o Migliore range di trasmissione radio o Lunga durata della batteria con possibilità di calcolare in maniera precisa la durata reale

indipendentemente dalla frequenza di lettura del contatore (richieste proprie o improprie) o Lettura mobile e/o fissa (anche contemporaneamente a parità di configurazione) o Per la lettura dei contatori è necessario solo un ricevitore e non un ricetrasmettitore

- Trasmissione frequente: generalmente ogni 1-2 minuti nel caso di lettura walk-by e inferiore ai 16 secondi nel caso di lettura drive-by (velocità non superiore ai 40 km/h).

- Utilizzo protezione dati (crittografia).

Le prestazioni indicative in termini di distanza di trasmissione sono descritte nella tabella sotto e dipendono dalla posizione di installazione del modulo radio.

Localizzazione del modulo 868 MHz wM-Bus

Distanza di trasmissione/ricezione

Pozzetto allagato 5 m

Pozzetto 20 m

Cantina di un palazzo 40 m

Piano terra di un palazzo 60 m

Campo libero 450 m

Maddalena, con il sistema Arrow 868, risponde a tutti questi requisiti e offre diverse tipologie di ricevitori radio più o meno performanti in base all’utilizzo e al tipo di lettura (walk-by indoor o walk-by outdoor/drive-by). Nei casi più semplici può bastare un economico ricevitore di tipo USB da collegare a PC/tablet PC, ma se si vuole velocizzare la lettura e raggiungere distanze maggiori, Maddalena consiglia l’impiego del ricevitore ARROW Collect che può interfacciarsi in modo wireless a dispositivi mobili come palmari o tablet PC sfruttando l’interfaccia Bluetooth integrata. ARROW Collect non presenta limitazioni sul numero di contatori gestibili. Il numero di kit di ricezione dati necessari dipende dalle necessità dell’ente gestore.

Ricevitore USB ARROW Collect

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Il software ARROW MOBILE, installato su un qualsiasi terminale mobile (PC e tablet PC Windows 7 o superiori), consente di monitorare i dati di lettura e l’anagrafica delle diverse installazioni. In particolare, viene utilizzato per le operazioni di lettura automatica dei moduli radio, per l’inserimento manuale delle letture in caso di contatori tradizionali e per gestire l’esportazione e l’importazione dei dati. ARROW MOBILE può essere utilizzato anche per la lettura di altri contatori e dispositivi radio (anche non Maddalena) compatibili con il protocollo di comunicazione wM-Bus 868 MHz (T1/C1). Il software infatti permette la gestione di una libreria di chiavi di crittografia modificabili dal gestore. Con ARROW MOBILE non sono più necessarie costose licenze software desktop poiché i dati di consumo vengono direttamente esportati dal terminale mobile sul PC in formato Excel. I dati sono disponibili in formato standard e sono importabili in qualunque software di bollettazione o analisi utilizzato dall’ente gestore/committente.

1.6 Lettura fissa (short range – Local Area Network)

Per lettura fissa si intende l’impiego di dispositivi automatici di raccolta dati da posizionare in campo nei pressi dei contatori. Se alla base il sistema utilizza la frequenza 868 MHz e il protocollo wireless M-Bus si parla di sistemi fissi di tipo short range o local area network (LAN). Questo perché le prestazioni in termini di distanza trasmissiva sono limitate (vedere capitolo precedente) e non si può pensare a scenari di centralizzazione dati ad ampio raggio (wide area network, WAN) a causa del costo dell’infrastruttura necessaria (numero concentratori). I classici esempi di questo scenario sono le installazioni submetering indoor dedicate a contatori divisionali domestici (condominio), installazioni industriali, o zone/quartieri anche outdoor dove all’interno di un raggio di azione limitato si può concentrare un grande numero di contatori da gestire. In questi contesti può tornare utile l’utilizzo di concentratori dati come data logger o gateway per rendere la lettura automatica senza l’impiego di letturisti/operatori. In questo caso è fondamentale capire il tipo di esigenze, caso per caso, per identificare il giusto dispositivo da utilizzare. Di seguito sono riportati alcuni esempi di scelta del dispositivo ideale in base al contesto (LAN).

CONTESTO TIPOLOGIA CONCENTRATORE FISSO

Installazione indoor a scopo monitoraggio e lettura frequente contatori anche in numero importante (condominio, centro commerciale, industria, etc.)

Data logger radio M-Bus/wM-Bus ad alimentazione esterna e con possibilità di eventuale impiego di ripetitori di segnale. Necessità di personale specializzato per la messa in servizio. Possibile lettura da locale o da remoto con l’impiego di router 3G. In genere serve un ripetitore ogni 3 piani.

Installazione indoor a scopo billing/bollettazione e letture poco frequenti dei contatori (condominio, centro commerciale, etc.)

Gateway wM-Bus alimentato a batteria con modem GSM/GPRS integrato. Messa in servizio non complessa se chiaro come gestire SIM card e servizio di messa a disposizione dati su server FTP e/o portale web. Durata batteria 6-8 anni. In genere serve un gateway ogni 3 piani.

Installazione outdoor a scopo monitoraggio e lettura frequente contatori presenti in un’area ben delineata e raggio azione limitato (contatori utility che richiedono monitoraggio costante, industria, etc.).

Gateway wM-Bus alimentato a batteria con modem GSM/GPRS integrato e grado di protezione IP67/68. Messa in servizio non complessa se chiaro come gestire SIM card e servizio di messa a disposizione dati su server FTP e/o portale WEB. Durata batteria 2-3 anni.

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CONTESTO TIPOLOGIA CONCENTRATORE FISSO

Installazione outdoor a scopo bollettazione e lettura poco frequente dei contatori presenti in un’area ben delineata e raggio azione limitato (contatori utility, industria, irrigazione, etc.).

Gateway wM-Bus alimentato a batteria con modem GSM/GPRS integrato e grado di protezione IP67/68. Messa in servizio non complessa se chiaro come gestire SIM card e servizio di messa a disposizione dati su server FTP e/o portale WEB. Durata batteria 6-8 anni.

Generalmente le prestazioni che ci si può attendere da un simile scenario in termini di distanza di trasmissione dipendono dalla posizione di installazione del modulo radio e del concentratore. Con un buon posizionamento del concentratore (10/15 m da terra rispetto ai contatori) si possono migliorare le prestazioni di ricezione descritte nella tabella del capitolo precedente. In caso di installazioni indoor si può tenere come riferimento 1 concentratore ogni 3 piani.

Maddalena propone principalmente due dispositivi che rispondono alle esigenze di lettura fissa LAN come descritto sopra e sono illustrati nello schema sistemi riportato sotto (SMART KIT e SMART GSM KIT). Per approfondimenti rimandiamo alle singole schede prodotto e alla relativa documentazione tecnica.

1.7 Offerta Maddalena – Sistemi Tradizionali M-Bus/wM-Bus

1.8 Lettura fissa (Long Range – Wide Area Network)

Con la lettura fissa long range WAN ci si sposta verso scenari di telelettura ad ampio raggio (grandi aree urbane, città, etc.). In questo caso entra in gioco la frequenza 169 MHz che, grazie alle maggiori potenze trasmissive (circa 10 volte superiori), permette di aumentare la distanza di trasmissione e di ridurre quindi il costo dell’infrastruttura fissa necessaria alla centralizzazione dati (numero concentratori). Per contro, questa soluzione comporta moduli radio di dimensioni maggiori (antenna), batterie più importanti a causa dei maggiori consumi, impossibilità di trasmissioni frequenti e quindi in generale costi maggiori per dispositivo. Questa strada, ad esempio, è stata scelta recentemente in Italia dall’authority per una parte dei contatori del

gas ma si sta concretizzando anche in altre nazioni (v. cap. 1.9 Smart metering e il contesto italiano).

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Maddalena è uno dei primi produttori di contatori d’acqua ad aver sviluppato una gamma di moduli radio compatti e separati a 169 MHz con standard wireless M-Bus (ARROW

wan 169) per rispondere a questo

scenario di comunicazione anche nel settore dell’acqua. Invece, vista la complessità delle infrastrutture di rete necessarie alla centralizzazione dati fissa WAN, Maddalena ha deciso di identificare dei partner o operatori di rete specializzati che possano supportare i gestori e clienti finali nella creazione dell’infrastruttura di rete. Qui sotto una lista dei principali partner Maddalena italiani e internazionali che hanno anche già implementato la soluzione ARROW

wan 169 all’interno della loro infrastruttura di rete.

OPERATORI DI RETE e/o PRODUTTORI B.S.

PAESE WM-BUS 868/169

ENEL Italia •

TIM Italia •

A2A Italia •

URMET Italia •

CPL/M.ITALIA Italia •

API SYSTEMS Italia •

ERICSSON Italia •

EMBIT Italia •

MENOWATT Italia •

TELEREADING Italia •

DIGICOM Italia •

INFOSOLUTION CHEONIX Italia •

GEST Italia •

LA SAUR Francia •

ONDEO SUEZ Francia •

KERLINK Francia •

Di seguito descriviamo le caratteristiche che deve avere un sistema fisso wireless M-Bus per poter rispondere agli scenari WAN e per garantire le migliori performance.

- Frequenza: 169 MHz

- Tipo di trasmissione: bidirezionale (modo N2 EN 13757)

- Intervallo di trasmissione: poco frequente; esempio: 4 volte al giorno

- Utilizzo protezione dati (crittografia AES con chiavi multiple)

- Possibilità di aggiornamento firmware tramite rete

Generalmente, le prestazioni che ci si può attendere da un simile scenario in termini di distanza di trasmissione dipendono dalla posizione di installazione del modulo radio/contatore e dalla posizione di installazione del concentratore. La tipologia di installazione dei contatori acqua differisce molto da quella dei contatori del gas ed è peggiorativa per quanto concerne le prestazioni in termini di range di trasmissione. Quindi va considerata attentamente nelle analisi di studio della rete. Si riscontrano comunque distanze decisamente superiori rispetto allo scenario 868 wireless M-Bus descritto inizialmente.

Localizzazione del modulo

169 MHz wM-Bus

Distanza di trasmissione/ricezione

con BS propriamente installata

Pozzetto 500 m-1 km

Nicchie 1-2 km

Campo libero 20-30 km

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Di seguito un tipico esempio di infrastruttura di rete per questo scenario ("capillary network" esempio TIM, scenario gas in Italia: punto-punto via GSM o mediante 169 wM-Bus e concentratori).

1.9 Smart metering e il contesto italiano

Per quanto concerne l’Italia, l’AEEGSI (Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e Servizi Idrici) con la delibera 155/08 nel 2008 ha introdotto l’obbligo per le società di distribuzione del gas, di implementare un sistema di telegestione per i contatori. La soluzione adottata prevede due modalità di comunicazione attraverso cui ogni contatore gas può collegarsi al sistema di gestione (SAC): mediante una connessione diretta (soluzione punto-punto, ad esempio con modulo GSM a bordo del contatore) oppure tramite una rete di prossimità (rete punto-multipunto), ossia mediante un concentratore che raccoglie i dati provenienti da un insieme di contatori limitrofi collegati a esso mediante delle reti wireless basate su wireless M-Bus a 169 MHz dette capillary networks, e che li invia verso il centro di gestione mediante una connessione su rete pubblica (come descritto precedentemente nell’esempio TIM).

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2 Nuovi paradigmi IoT e LPWAN per lettura fissa long range

Le tecnologie radio tradizionali a breve distanza vengono ormai largamente utilizzate per la lettura mobile dei contatori principali particolarmente difficili da leggere (difficoltà di accesso) e per la telelettura dei contatori divisionali domestici (submetering) andando a identificare dei piccoli network locali gestiti privatamente (Local Area Network). Un esempio è quello della continua crescita del mercato della contabilizzazione (acqua e calore) dove i contatori possono essere letti attraverso sistemi mobili o fissi, in maniera veloce ed economica, portando numerosi vantaggi agli utilizzatori. Inoltre, ora si può fare affidamento su sistemi aperti e interoperabili (EN 13757). Queste tecnologie tradizionali, anche se declinate in altre frequenze, come quella a 169 MHz, non riescono però a rispondere completamente alle diverse esigenze del settore acquedottistico e utility, dove si guarda a contatori installati in condizioni ambientali complesse (outdoor) e si vorrebbe andare nella direzione di sistemi di telelettura fissi ad ampio raggio (Wide Area Network), che devono essere efficienti ed economicamente sostenibili. Il costo dell’infrastruttura, fino a ora, è stato la ragione principale che ha causato il blocco gli investimenti delle utility italiane ed europee. Le nuove soluzioni LPWAN sono studiate proprio per rispondere a queste esigenze, riducendo drasticamente il costo dell’infrastruttura e permettendo di connettere alla stessa rete numerosi altri dispositivi e sensori oltre ai contatori (smart city). Le soluzioni LPWAN come LoRa™, Sigfox e NB-IoT permettono una connettività a lungo raggio e presentano un costo di infrastruttura inferiore per connettere svariati tipi di sensori (IoT), in diverse tipologie di applicazioni, come smart metering, smart building e smart city, che possono portare più valore e risparmi rispetto alle attuali soluzioni dedicate al solo metering. Il target di queste tecnologie sono le applicazioni che devono trasmettere pochi dati, che richiedono economicità di connettività e che devono essere alimentate a batteria per lungo tempo. Inoltre sono nati e si stanno affermando sul mercato internazionale operatori di connettività per queste tecnologie che garantiranno coperture nazionali e connettività a costi molto competitivi. La connettività cellulare attraverso le reti esistenti permette già simili performance, ma generalmente a un costo più elevato per ciascun end point.

2.1 IoT

Siamo ormai entrati nell’era dell’Internet of Things, dove le cose comunicano con l’ambiente circostante. Questi oggetti, grazie all’evoluzione tecnologica, sono in forte aumento e nei prossimi anni si registrerà un aumento di dieci volte del numero di connessioni. La diffusione massiva darà una spinta determinante all’evoluzione digitale dei paesi e rappresenterà il prossimo ciclo di innovazione. Siamo solo agli inizi comunque e la strada da percorrere è ancora lunga. Alla base di tutto c’è la trasformazione degli oggetti o end point,, per permettere loro, oltre che di rilevare un fenomeno fisico o un evento, anche di poterlo trasmettere a una rete/piattaforma in grado di riceverlo ed elaborarlo. Il concetto può essere applicato in diversi ambiti i cosiddetti settori verticali dell’IoT (automotive, smart metering, smart agriculture, smart city, industria 4.0, smart vending, etc.), proiettando così nei prossimi anni il numero di oggetti connessi dai milioni attuali ai miliardi previsti dagli analisti. Per supportare questa trasformazione sono necessarie 3 componenti principali:

1) end point equipaggiati con sensori evoluti che siano in grado di rilevare e trasmettere le informazioni via radio verso le infrastrutture di rete in modo appropriato in base alle specifiche caratteristiche dei diversi settori verticali.

2) infrastruttura di rete per la ricezione e trasmissione dei dati verso le applicazioni 3) applicazione che sia in grado di interpretare i dati e implementarli nei processi.

L’approccio Maddalena è quello di focalizzare l’attenzione sul suo core business e quindi sull’end point acqua che dovrà essere il più possibile flessibile per la comunicazione, andando ad integrare le tecnologie che si affermeranno nei prossimi anni e faranno crescere l’adozione dell’IoT nel verticale specifico dello smart metering. Nel nuovo contesto le altre due componenti verranno sempre di più gestite dagli specialisti delle infrastrutture di rete (operatori di connettività) e dagli specialisti del software e nelle piattaforme gestionali che saranno in grado di riunire e gestire un numero sempre maggiore di verticali e ambiti il più diversi tra di loro.

2.2 LPWAN

Le tecnologie di comunicazione wireless sul mercato sono numerose, come il numero dei diversi verticali da servire e dei loro relativi requisiti per i quali tali tecnologie vengono scelte. A oggi è quasi impossibile identificare un’unica tecnologia in grado di soddisfare i requisiti di ogni ambito. Da qui si è affermato negli ultimi anni l’uso di protocolli specifici per ciascun settore (esempio M-Bus nello smart metering) e in certi casi di semantiche particolari spesso proprietarie (telecontrollo, automazione, etc.). Questa frammentazione, fino a ora, è la ragione principale della stagnazione del mercato IoT.

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Con il termine generico Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) si identifica un gruppo di tecnologie che rispondono perfettamente alle esigenze dell’IoT. Le caratteristiche principali sono:

BASSO CONSUMO LUNGO RAGGIO DATI ESSENZIALI COSTO RETE/DISPOSITIVI

End point a batteria che possono durare più di 10 anni in campo

Range di trasmissione e copertura elevati e buone caratteristiche di penetrazione per installazioni complesse (deep indoor)

Possibilità/necessità di trasmettere pochi dati al giorno (basso bit rate)

Riduzione della complessità, del costo della rete, nascita o affermazione di operatori di connettività; basso costo per end point

Le tecnologie più conosciute e al momento pronte all’interno di LPWAN usano frequenze libere (ISM unlicensed spectrum) a 868 (Europa) e 915 (USA) MHz e si chiamano Sigfox e LoRa. Negli ultimi tempi, anche il mondo legato alla telefonia sta cercando una valida alternativa a queste due tecnologie per non perdere il passo e la proposta si chiama NB-IoT (Cat NB1). L’ente di standardizzazione 3GPP, infatti, ha reso disponibile dei nuovi profili di accesso radio (Cellular IoT o Machine type) con l’obiettivo di aumentare le coperture rispetto alle attuali reti mobili, ridurne i consumi e avere un costo paragonabile agli attuali moduli GPRS, spesso utilizzati come alternativa in questi contesti. Questo garantendo l’affidabilità delle soluzioni standardizzate a banda licenziata. Attualmente la tecnologia NB-IoT è in via di definizione.

Per quanto riguarda l’architettura di rete/connettività, le tecnologie LPWAN si dividono tra “capillary” (LoRa, Sigfox, 169 wM-Bus) e “cellular” (NB-IoT). Nel caso di LoRa e Sigfox, i dispositivi comunicano con i gateway che poi si appoggiano sulle reti mobili (3G/4G/5G) per la connessione con i gateway e il backbone e i sistemi in cloud. Nel caso dell’NB-IoT invece, la comunicazione avviene direttamente attraverso la rete cellulare. Ovviamente quest’ultimo scenario richiede l’implementazione nei dispositivi di modem/SIM/eSIM e quindi vanno considerati tutti gli aspetti aggiuntivi (di gestione ad esempio) che questo comporta.

Range e bit rate tecnologie per IoT

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Come accennato in precedenza, in questi contesti saranno sempre di più gli operatori specializzati a occuparsi della connettività e delle reti. Per cui sarà possibile per gli utilizzatori/gestori acquistare end point compatibili con queste tecnologie e chiedere i dati a fronte di un canone annuo per ogni dispositivo. Nel prospetto di seguito si cerca di dare una stima dei costi per la connettività/anno confrontata alla qualità del servizio nei casi Lora, NB-IoT e M2M.

L’attuale scelta di Maddalena è quella di adottare le tecnologie all’interno del cappello LPWAN per la propria offerta di end point acqua. Come precedentemente indicatole tecnologie più pronte e disponibili sono Sigfox e LoRa (componenti/hardware/reti/operatori) e infatti Maddalena ha già una gamma di prodotti che possono andare in questa direzione. Per quanto riguarda la tecnologia NB-IoT, Maddalena è in fase di studio e test e sta seguendo attentamente l’evoluzione che avrà nei prossimi anni. Di seguito viene mostrato un confronto tra le tecnologie a disposizione dell’attuale gamma prodotti Maddalena in termini di distanza di trasmissione che, viste le caratteristiche di installazione dei contatori acqua, è fondamentale in ottica di sistemi fissi di lettura.

TECNOLOGIA > W.M-BUS LORA Sigfox FREQUENZA 169 MHz 868 MHz (Europa e Medio

Oriente) 169 MHz non standard 915 MHz (Nord America) 433 MHz (Asia)

868 MHz (Europa e medio Oriente) 915 MHz (Nord America) 920 MHz (Sud America, Australia, Nuova Zelanda)

PROTOCOLLO APERTO APERTO (modulazione radio esclusa)

PROPRIETARIO

RANGE TEORICO 20-30 km 15-20 km 30-60 km

RANGE IN AMBITO URBANO (semplice)

1-2 km 3-5 km 5-8 km

2.3 LoRaWAN™

LoRaWAN™ è una specifica di rete wireless Low Power Wide Area Network (LPWAN) per dispositivi alimentati a batteria che trasmettono pochi dati al giorno e operano in una rete regionale, nazionale o globale. LoRaWAN

TM offre una comunicazione bidirezionale sicura, servizi di mobilità e localizzazione. La

specifica LoRaWANTM

definisce un protocollo aperto a disposizione degli sviluppatori (end point, gateway, etc.), degli operatori di connettività e delle piattaforme software per garantire una reale interoperabilità.

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Nell'architettura di rete LoRaWANTM

i gateway sono un ponte trasparente che trasmette messaggi tra gli end point e un server di rete centrale nel back-end. I gateway sono connessi al server di rete tramite connessioni IP standard mentre i dispositivi finali utilizzano la comunicazione senza fili single-hop a uno o più gateway. Tutte le comunicazioni con gli end point sono generalmente bidirezionali, ma supportano anche operazioni come il multicast che consente l'aggiornamento del software over the air o altri messaggi di distribuzione di massa per ridurre il tempo di comunicazione in aria. La comunicazione tra end point e gateway è distribuita tra diversi canali di frequenza e diverse velocità di trasmissione dati. La selezione del peso dei dati è un compromesso tra l'intervallo di comunicazione e la durata dei messaggi. Grazie alla modulazione a banda larga (spread spectrum), le comunicazioni a differenti velocità di trasmissione non interferiscono tra loro e creano una serie di canali "virtuali" che aumentano la capacità del gateway. Le velocità dei dati LoRaWAN vanno da 0,3 kbps a 50 kbps. Per massimizzare sia la durata della batteria degli end point sia la capacità di rete complessiva, il server di rete LoRaWAN

TM gestisce individualmente la velocità di trasmissione e l'uscita

RF per ciascun end point mediante un regime ADR (Adaptive Data Rate). Gli aspetti legati alla sicurezza sono garantiti invece da diversi strati di crittografia.

Principali caratteristiche della soluzione LoRa:

bidirezionale, ricezione dopo invio dati o ricezione periodica (per dispositivi alimentati a batteria), bit rate variabile (dipende da distanza con gateway), modulazione a banda larga (spread spectrum)

protocollo aperto (LoRaWAN), la modulazione radio invece è proprietaria

i dati sono crittati e vengono decrittati dall’utilizzatore finale

la dimensione massima per ogni trasmissione è di 51 byte di dati applicativi, comunque va rispettato il limite normativo (quindi dipende dal tempo in trasmissione)

localizzazione dei dispositivi senza necessità di GPS

i gateway sono disponibili sul mercato, è quindi possibile installare la propria rete, oltre a usarne una di terzi (operatori di connettività locali o nazionali)

A maggio 2017 risultano attivi 39 operatori di connettività internazionali (servizio connettività) e oltre 460 aziende all’interno della LoRa Alliance. Per ulteriori approfondimenti sull’attuale copertura/operatori e per consultare la lista dei membri facenti parte della LoRa Alliance preghiamo di visitare: www.lora-alliance.org.

2.4 Sigfox

Sigfox, fondata nel 2009, è una società francese, con sede a Labège, vicino a Tolosa. Realizza reti wireless per l’IoT. e utilizza una tecnologia proprietaria LPWAN che attiva la comunicazione sfruttando la banda radio ISM che utilizza le frequenze di 868 MHz in Europa e 902 MHz negli Stati Uniti. Questa tecnologia usa una modulazione a banda strettissima, che passa liberamente attraverso oggetti solidi, chiamata "ultra narrow band" e richiede poca energia/potenza. La rete è basata su topologia “one-hop star” che richiede a un operatore mobile di gestire il traffico generato. Il segnale può essere utilizzato per coprire facilmente aree di grandi dimensioni e raggiungere end point installati in condizioni difficoltose (deep indoor).

Sigfox collabora con numerose aziende del settore LPWAN come Texas Instruments, Silicon Labs e ON Semiconductor. La banda radio ISM supporta la comunicazione bidirezionale. Lo standard esistente per le comunicazioni Sigfox supporta fino a 140 messaggi di uplink al giorno, ognuno dei quali può trasportare un messaggio utile di 12 byte (escludendo l'intestazione dei messaggi e le informazioni di trasmissione) e fino a 4 messaggi di downlink al giorno, ognuno dei quali può portare un messaggio utile di 8 byte.

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Principali caratteristiche Sigfox:

bidirezionale, ricezione dopo invio dati, per massimo 4 volte al giorno, bit rate di 100 bps, modulazione a banda strettissima

protocollo proprietario (controllato da Sigfox)

i dati sono disponibili (non cifrati) sull’infrastruttura di rete di Sigfox

Oltre ad un identificatore univoco del dispositivo si possono inviare al massimo 12 byte (es.: 3 o 4 valori di volume di un contatore), in ricezione se ne possono ricevere al massimo 8 (impossibile ad esempio gestire aggiornamenti di firmware direttamente)

per rispettare le normative (duty cycle) si possono inviare al massimo 140 messaggi al giorno

la rete è di proprietà e gestita da Sigfox

Sigfox, quindi, più che una tecnologia si presenta come operatore di connettività internazionale (single network). In alcuni paesi opera direttamente e in altri si avvale di partnership con aziende che sviluppano sotto loro licenza le diverse reti nazionali. Attualmente è presente in circa 30 paesi con l’obiettivo di coprire tutto il mondo nei prossimi anni. Per approfondimenti e controllo della copertura a oggi disponibile visitare www.sigfox.com.

2.5 Offerta Maddalena – Sistemi LPWAN

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3 Alcune referenze Maddalena – Impianti di telelettura mobili e fissi

Elenco delle principali referenze di impianti di telelettura mobili e fissi forniti negli ultimi anni.

Per i dettagli sui diversi progetti e le tecnologie utilizzate preghiamo di consultare il documento completo relativo alle referenze Maddalena.

ANNO PAESE LUOGO, CLIENTE NUMERO CONTATORI

TIPO SISTEMA

2006 ITA Comune di Pejo 1.000 Lettura mobile

2006/07 ITA Potenza, Acquedotto Lucano 3.800 Lettura mobile

2007 ITA Foggia, Capitanata 700 Lettura mobile

2007 ITA Roma, Consorzio Valle del Liri 2.400 Lettura mobile

2008 ITA Comune Campione d’Italia 800 Lettura mobile

2007/08 ITA Piaggione (Lucca), GEAL 1.050 Lettura mobile

2008 ITA Comune di Pisoniano, ACEA 900 Lettura mobile

2009 ITA Codigoro, CADF 250 Lettura mobile

2010 ITA Comune di campo Tures 700 Lettura mobile

2010 ITA Preone, CAFC SPA 500 Lettura mobile

2010/11 ITA Comune di Olbia 850 Lettura mobile

2010/11 ITA Bari, Consorzio Terra Apulia 100 Lettura mobile

2012 ITA Savigliano, Alpi Acque 500 Lettura mobile

2013/16 SLO Lubiana, Unithing DOO 17.000 Lettura mobile

2013/14 ITA Comune Selva di Val Gardena 500 Lettura mobile

2013/14 LET Riga, Sistemserviss 2.000 Lettura mobile

2013/14 SVI Gravesano, Tecnocalor 2.000 Lettura mobile

2013/14 FRA Nizza, First 1.000 Lettura mobile

2014 ITA Livorno, ASA SPA 1.000 Lettura mobile

2014 ITA Lignano Sabbiadoro, CAFC 500 Lettura mobile

2014 SPA Madrid, Monedero 2.500 Lettura mobile

2015 ITA Ferrara, HERA SPA 300 Lettura FISSA

2015 ITA Genova, Mediterranea delle Acque (IREN-TIM)

700 Lettura FISSA

2015 ITA Comune di Isera, CPL Concordia 810 Lettura FISSA

2015 ITA Verona, Acque Veronesi 300 Lettura FISSA

2015/16 ITA Bari, Consorzio Terra Apulia 2.000 Lettura mobile

2015/16 ITA Milano, Perry Electric e Save Energy 10.000 Lettura mobile e FISSA

2016 ITA Sondrio, SECAM SPA 5.500 Lettura mobile

2016 SPA Siviglia, Conthidra 4.000 Lettura mobile

2016/17 FRA Issy-les-Moulineaux, SAUR SAS 150.000 Lettura mobile e FISSA

2017 ITA Roma, ACEA (Ericsson/Api Systems) 250 Lettura FISSA

2017 ITA Brescia, A2A Unareti 500 Lettura FISSA

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