[ez-toc]

مقدمه

با گسترش شبکه‌های اندازه‌گیری هوشمند در حوزه‌ی آب، برق و گاز، انتخاب فناوری ارتباطی مناسب برای اتصال پایدار، امن و کم‌مصرف اهمیت حیاتی دارد. یکی از فناوری‌هایی که در سال‌های اخیر مورد توجه شرکت‌های توزیع انرژی قرار گرفته، Wi-SUN است؛ یک پروتکل بی‌سیم مبتنی بر شبکه مش (Mesh) که برای کاربردهای زیرساختی و صنعتی توسعه یافته است.

در این مقاله با نگاهی دقیق به استانداردها، مزایا، محدودیت‌ها و پروفایل‌های فنی Wi-SUN، کاربرد آن را در هوشمندسازی کنتورهای گاز بررسی می‌کنیم و آن را با سایر فناوری‌ها مانند LoRaWAN و NB-IoT مقایسه خواهیم کرد.

Wi-SUN چیست؟

Wi-SUN مخفف Wireless Smart Utility Network است و بر پایه‌ی استانداردهای باز IEEE و IETF توسعه یافته است. این فناوری بر اساس شبکه‌های مش زیر GHz (sub-GHz Mesh) فعالیت می‌کند و امکان ارتباط دوطرفه، پایدار و امن را برای کاربردهای مقیاس‌پذیر و حیاتی مانند کنتورهای هوشمند فراهم می‌سازد.

معماری و ساختار Wi-SUN

فناوری Wi-SUN بر اساس استانداردهای باز (Open Standard) ساخته شده و از لایه‌های شبکه تا MAC و فیزیکی دارای معماری ماژولار است. این معماری مبتنی بر مش‌بندی شبکه‌ای است که امکان ارتباط چند دستگاه با یکدیگر و ارسال داده‌ها به یک مرکز کنترل مرکزی را فراهم می‌کند.

پروفایل‌های فنی Wi-SUN

کمپانی Wi-SUN، یک پروفایل مشخصات فنی به منظور استاندارد سازی و فرآیند صدور گواهینامه برای دستگاه های Wi-SUN تولید شده توسط کمپانی های مختلف ارائه داده است. پروفایل مشخصات فنی از پروفایل های مختلفی تشکیل شده است. هر کدام از این پروفایل ها با اپلیکیشن های مختلف سازگاری دارند.

جدول زیر پروفایل های مختلف فنی Wi-SUN را برای سازگاری با کاربردهای مختلف شرح می دهد.

ساختار و معماری Wi-SUN FAN 1.1

Wi-SUN FAN (Field Area Network) دارای معماری لایه‌ای است که بر پایه‌ی استانداردهای زیر توسعه یافته:

• لایه فیزیکی: IEEE 802.15.4g

• لایه MAC: IEEE 802.15.4e

• لایه شبکه: IPv6 بر بستر RPL

• لایه امنیت: TLS/DTLS

• مدیریت: SNMP و CoAP

معماری مش FAN امکان رله‌کردن بسته‌ها بین نودها و ارسال به گیت‌وی مرکزی را فراهم می‌کند. این معماری برای محیط‌های شلوغ شهری و صنعتی طراحی شده است.

همانطور که در جدول بالا مشاهده مي شود پروفایل JUTA به طور اختصاصی برای اندازه گیری هوشمند گاز طراحی شده است. این در حالی هست که طبق مراجع و نظر کارشناسان FAN 1.1 نیز با سیستم های اندازه گیری گاز سازگار است. در حال حاضر Wi-SUN alliance دو گواهینامه JUTA و FAN 1.1 را برای کنتورهای گاز صادر می کند. توضیحات بیشتر در این زمینه در پیوست 1 آمده است.

‏شکل زیر ساختار مشخصات فنی و استانداردهای Wi-SUN برای هر لایه را نشان می دهد.

شکل زیر معماری شبکه  Wi-SUN FAN 1.1 را نشان می دهد.

مزایای Wi-SUN برای کنتورهای هوشمند گاز

1. استاندارد باز و بدون نیاز به لایسنس اختصاصی

2. قابلیت خودترمیم در شبکه مش

3. پوشش گسترده در محیط‌های ساختمانی و زیرزمینی (sub-GHz)

4. امنیت بالا با رمزنگاری در سطح بسته‌های داده

5. سازگاری با چندین فروشنده (multi-vendor interoperability)

6. پشتیبانی از مدیریت و پیکربندی از راه دور (remote configuration)

شرکت‌هایی که نیاز به فناوری DLMS برای راه‌اندازی راهکارهای اندازه گیری گاز دارند، اغلب از فناوری ارتباطات بی‌سیم Wi-SUN استفاده می‌کنند. این فناوری چندین مزیت کلیدی را به ارمغان می‌آورد که عبارتند از:

1-    منبع باز بودن: Wi-SUN بر اساس استانداردهای باز توسعه یافته است، به این معنی که هیچ هزینه ای برای لایسنس دارایی مالکیتی وجود ندارد.

2-    قابل اعتماد بودن یا reliable: به عنوان یک پروتکل شبکه‌سازی sub-GHz ی مبتنی بر مش، Wi-SUN همچنین اعتماد‌پذیری لازم برای ارتباطات بی‌سیم بحرانی در محیط‌های بسیار پراکنده را برای شرکت‌های امدادرسانی فراهم می‌کند. اگر یک دستگاه در زیرساخت اندازه گیری خراب شود، دستگاه‌های دیگر می‌توانند همچنان سیگنال‌های یکدیگر را رله کنند و آن‌ها را به یک نقطه کنترل مرکزی بازگردانند.

اتصال کنتور ها به شبکه مش بی‌سیم، به اپراتورها امکان اعلام خطاهای سرویس در لحظه را می‌دهد و این امکان را فراهم می‌کند تا به سرعت به مشکلات پاسخ داده شود. فناوری زیر sub-GHz ی Wi-SUN برای ارتباطات درون ساختمانی نیز به دلیل نفوذ سیگنال خوب، این ارتباط را پشتیبانی می‌کند.

3-    امن بودن: Wi-SUN مانند بیشتر فناوری‌های ارتباط بی‌سیم است، به این معنی که قبل از انتقال، اطلاعات خود را رمزگذاری می‌کند. با این حال، شرکت Renesas، این فناوری را ایمن‌تر می‌داند زیرا شرکت ها و ادغام‌کننده‌های آن‌ها می‌توانند کد زیربنایی را بخوانند و تأیید کنند تا از حریم خصوصی داده‌های آن اطمینان حاصل کنند.. آنها مجبور نیستند به تضمین های فروشندگان فناوری اختصاصی تکیه کنند.

4-    قابلیت همکاری: بسیاری از شرکت های گاز و برق عموماً گروه‌های مهندسی داخلی خود را ندارند، در عوض به تولیدکنندگان و ادغام‌کنندگان خود برای ایجاد قابلیت همکاری و سازگاری محصولات خود متکی هستند. این امر منجر به استقرار چند فروشنده یا عدم انحصار به یک فروشنده خاص است. قابلیت همکاری یک راه‌حل استاندارد باز برای شرکت های گاز، آب و برق ارزشمند است که رقابت بیشتری را به همراه می‌آورد و قیمت را کاهش می‌دهد در عین حال انعطاف پذیری یک سبد چندفروشنده را ارائه می‌دهد.

Wi-SUN در حال حاضر به شرکت ها امکان می‌دهد تا بیش از یک فروشنده را در RFP های خود مشخص کنند. این فروشندگان می‌توانند با پشتیبانی از مشخصات Wi-SUN، محصولات خود را قابل همکاری کنند.

اشکالات و محدودیت های Wi-SUN در هوشمندسازی اندازه گیری گاز مشترکین جز

علی رغم مزایایی که Wi-SUN دارا می باشد و در جدول زیر خلاصه شده است، همچنین دارای مشکلاتی نیز می باشد. این مشکلات هنگام استفاده از Wi-SUN در اندازه گیری هوشمند برق شناسایی شدند.

Wi-SUN در استفاده از اندازه گیری هوشمند گاز دارای برخی محدودیت‌ها می باشد، مانند:

مصرف بالای انرژی: Wi-SUN دستگاه‌ها را به طور مکرر در فواصل 10 ثانیه سرشماری می کند که باعث افزایش مصرف انرژی و کاهش عمر باتری دستگاه‌ها می‌شود. در مقایسه، فناوری‌های دیگر مانند LoRaWAN و NB-IoT کمترین مصرف انرژی را دارند و عمر باتری بیشتری دارند. همچنین توپولوژی مش استفاده شده در این فناوری انرژی بیشتری مصرف می کند.

قابلیت مقیاس‌پذیری محدود: Wi-SUN ظرفیت شبکه‌ای محدود دارد و تنها می‌تواند تا ۱۰۰۰ کنتور را در هر گیت­وی پشتیبانی کند. این می‌تواند برای پیاده‌سازی‌های کنتور هوشمند گاز در مقیاس بزرگ، به خصوص در مناطق شهری، کافی نباشد. فناوری‌های دیگر مانند LoRaWAN و NB-IoT قادر به پشتیبانی از تعداد بیشتری دستگاه در هر گيت وي و دارای ظرفیت شبکه بیشتری هستند.

هزینه بالا: Wi-SUN نیاز به طیف اختصاصی و سخت‌افزار اختصاصی دارد که هزینه دستگاه‌ها و زیرساخت شبکه را افزایش می‌دهد. فناوری‌های دیگر مانند LoRaWAN و NB-IoT می‌توانند از طیف و سخت‌افزار موجود استفاده کنند که هزینه را کاهش می‌دهد و دسترسی به دستگاه‌ها و زیرساخت شبکه را افزایش می‌دهد.

پیاده‌سازی و مدیریت پیچیده: راه‌اندازی و مدیریت یک شبکه Wi-SUN نیاز به دانش و تخصص ویژه دارد. ممکن است شامل پیکربندی و هماهنگی پیچیده بین دستگاه‌ها باشد که می‌تواند برای برخی از کاربران یا سازمان‌ها در پیاده‌سازی و مدیریت چالش‌برانگیز باشد.

به طور کلی اگر متولیان انرژی (گاز و برق) با یکدیگر همکاری می کردند و میتوانستند یکپارچه شوند، آنگاه Wi-SUN می توانست گزینه مناسبی باشد.

مقایسه Wi-SUN با LoRaWAN و NB-IoT

جمع‌بندی

Wi-SUN یک فناوری شبکه‌سازی مبتنی بر استاندارد باز است که در اندازه‌گیری هوشمند برق و گاز، مخصوصاً در پروژه‌های چندفروشنده‌ای و نیازمند قابلیت همکاری بالا عملکرد خوبی دارد.

اما در مواردی که نیاز به مصرف انرژی پایین، عمر باتری طولانی، هزینه پایین یا مقیاس‌پذیری زیاد است، فناوری‌هایی مانند LoRaWAN یا NB-IoT گزینه‌های بهتری هستند.

برای شرکت‌های توزیع گاز در ایران که نیاز به مالکیت کامل، امنیت، پایداری، انعطاف‌پذیری شبکه و بومی‌سازی دارند، انتخاب بین Wi-SUN و سایر فناوری‌ها باید با بررسی دقیق و آزمون میدانی انجام شود.

 سوالات متداول (FAQ)

1. آیا Wi-SUN برای کنتور گاز مناسب است؟

بله، اما در صورتی که مصرف انرژی و تعداد زیاد کنتورها مد نظر باشد، ممکن است LoRaWAN یا NB-IoT گزینه بهتری باشند.

2. تفاوت اصلی Wi-SUN با LoRaWAN چیست؟

Wi-SUN از توپولوژی مش و نرخ داده بالاتر بهره می‌برد ولی مصرف انرژی بیشتر و مقیاس‌پذیری کمتر دارد. در حالی‌که LoRaWAN برای برد زیاد و مصرف بسیار کم انرژی طراحی شده است.

3. آیا Wi-SUN امن است؟

بله، Wi-SUN از رمزنگاری در سطح ارتباط پشتیبانی می‌کند و به دلیل استانداردهای باز، امکان بررسی امنیتی کامل برای شرکت‌ها وجود دارد.

4. آیا Wi-SUN رایگان است؟

بله، استفاده از Wi-SUN نیاز به لایسنس اختصاصی ندارد ولی ممکن است هزینه سخت‌افزار و پیاده‌سازی آن بیشتر باشد.