Kommunikationssätt för fastighetsmätning 2 av 4

Kommunikationssätt för fastighetsmätning: LoRa, LoRaWAN och Mioty

Detta är en artikelserie i fyra delar. Del 2 av 4.
Del 1: Trådad M-bus och trådlös M-bus (wM-bus)
Del 2: LoRa, LoRaWAN och Mioty
Del 3: NB-IoT
Del 4: Jämförelse: M-Bus, trådlös M-Bus, LoRaWAN och NB-IoT

Fastighetsägare, BRF-styrelser och tekniska förvaltare kan i dag välja mellan flera sätt att samla in mätdata (värme, vatten, el med mera) i sina byggnader. Traditionell, trådad M-Bus har fått sällskap av trådlösa alternativ som Wireless M-Bus, IoT-nätverk som LoRaWAN (baserat på LoRa) och Mioty, samt det mobilnätsbaserade NB-IoT. I den här artikelserien jämför vi kommunikationssätten utifrån teknik, kostnad och användningsområde. Vi besvarar också vanliga frågor, till exempel vad som skiljer Wireless M-Bus från LoRaWAN, LoRa från LoRaWAN och NB-IoT från LTE.

LoRa och LoRaWAN – IoT-nät med lång räckvidd

LoRa (Long Range) är en radiomodulation som ger mycket lång räckvidd med låg effekt, genom så kallad chirp spread spectrum-sändning på olicensierade frekvensband under 1 GHz. Själva modulationen är utvecklad och patenterad av Semtech. Det är viktigt att skilja på LoRa och LoRaWAN: LoRa är det fysiska radioskiktet, medan LoRaWAN är ett kommunikationsprotokoll och en nätverksarkitektur ovanpå LoRa. LoRaWAN definieras av LoRa Alliance som en öppen standard för LPWAN (Low Power Wide Area Network). LoRa beskriver hur radiosignalen sänds, medan LoRaWAN beskriver hur nätverket är uppbyggt: allt från hur data paketeras, överförs och krypteras till hur en central nätverksserver tar emot och hanterar informationen.

Praktiskt innebär detta att LoRaWAN-enheter kommunicerar trådlöst med en eller flera gateways (radiomottagare med internetanslutning). Gatewayen vidarebefordrar LoRa-paketen till en nätverksserver (ofta i molnet), som i sin tur levererar data till en applikationsserver där mätvärdena används. Topologin är stjärna av stjärnor: sensorer → gateway → server. LoRaWAN är till viss del tvåvägs, eftersom enheterna kan ta emot nedlänksmeddelanden, men den största delen av trafiken går i upplänk (från sensor till server). Nätverksservern kan skicka nedlänk för att till exempel bekräfta mottagning eller ge kommandon. För de vanligaste enheterna (klass A) sker nedlänk dock bara i korta, fasta mottagningsfönster direkt efter att enheten själv har sänt.

Fördelar: LoRaWAN utmärker sig genom mycket lång räckvidd och god genomträngning. Tack vare den känsliga LoRa-modulationen kan en enda gateway täcka flera kilometer. I tät stadsmiljö är räckvidder på 1–2 km vanliga, och på landsbygden kan över 15 km nås med fri sikt. Signalen tränger dessutom igenom byggnader och betongväggar förhållandevis väl. För fastighetsägare innebär det att mätare i spridda byggnader eller på svåråtkomliga platser kan läsas av utan att man behöver installera många insamlingsenheter. LoRaWAN är utformat för låg strömförbrukning: en sensor som sänder några meddelanden per dygn kan nå 10 års batteritid eller mer, beroende på sändintervall, avstånd och batteri. Tekniken skalar bra i nät med många noder tack vare adaptiv datahastighet (ADR). Noder nära en gateway sänder automatiskt med högre hastighet och lägre effekt, vilket sparar batteri och minskar sändtiden, medan noder längre bort använder lägre hastighet för maximal räckvidd. LoRaWAN har också inbyggd säkerhet: all trafik krypteras med AES-128, och själva mätdatan är krypterad hela vägen från sensor till applikationsserver (end-to-end). En annan fördel är flexibiliteten. Man kan antingen ansluta sig till en publik LoRaWAN-operatör eller bygga ett eget privat nät, där en fastighetsägare till exempel sätter upp egna gateways i sina byggnader. Systemet bygger på öppna standarder och ett globalt ekosystem, så det finns många leverantörer av LoRaWAN-kompatibla sensorer, moduler och programvaror.

Nackdelar: LoRaWAN:s styrkor kommer med vissa begränsningar i datamängd och sändfrekvens. För att nå lång räckvidd används låg datahastighet och små paket. Ett enskilt meddelande kan vara cirka 50–240 byte beroende på datahastighet, och protokollet är optimerat för kanske ett par dussin meddelanden per dygn och enhet. I praktiken skickar LoRaWAN-enheter ofta färre meddelanden än trådlös M-Bus, men varje meddelande kan få högre tillförlitlighet tack vare möjligheten till kvittens. Även om en LoRaWAN-sensor kanske bara rapporterar en gång i timmen i stället för var 15:e minut, kan nätet bekräfta att värdet har kommit fram, och utebliven kvittens kan utlösa en omsändning. Kvittenser kostar dock sändtid för gatewayen och används därför sparsamt i stora nät. LoRaWAN bygger i grunden på ALOHA-principen, vilket innebär att paket kan krocka i det olicensierade bandet när många enheter sänder samtidigt. Dessutom finns regler för sändtid (oftast 1 % duty cycle i EU-bandet) som gör att ingen enskild enhet får belägga radiokanalen för mycket. Därför lämpar sig LoRaWAN, liksom andra LPWAN, inte för täta realtidsavläsningar från väldigt många noder samtidigt utan särskild planering. Ska hundratals enheter sända varje minut i samma område riskerar man sämre batteritid, överskridna regler eller paketkrockar. LoRaWAN-nät hanterar många noder väl vid låg trafik per nod, men vid stora mängder kontinuerliga meddelanden når man gränser.

En annan aspekt är beroendet av infrastruktur och internet. LoRaWAN är i många fall mer beroende av molntjänster än enklare lokala system som trådlös M-Bus. Man kan visserligen driva en egen nätverksserver, men det kräver IT-kunnande. Väljer man i stället en publik nätoperatör tillkommer abonnemangskostnader per enhet, och man blir delvis operatörsbunden. LoRaWAN medger tvåvägskommunikation, men nedlänk (till exempel fjärrstyrning eller firmware-uppdatering) är begränsad. Större datamängder som firmware är svåra att skicka på grund av den låga hastigheten och reglerna för sändtid. Sammanfattningsvis erbjuder LoRaWAN längre räckvidd och kvitterad överföring jämfört med wM-Bus, men det kräver ett annat ekosystem (gateways och nätverksserver) och passar bäst för batteridrivna sensorer som sänder små mängder data.

Kan man använda LoRa utan LoRaWAN? – Ja, det går att utnyttja själva LoRa-radion i punkt-till-punkt-läge eller i ett eget proprietärt protokoll utan att följa LoRaWAN. LoRaWAN är frivilligt – LoRa kan liknas vid en avancerad walkie-talkie medan LoRaWAN är ett helt uppkopplat system. Om man t.ex. bara vill att två LoRa-moduler skickar data direkt mellan varandra i ett eget format är det fullt möjligt. Däremot förlorar man då skalbarheten och de funktioner som LoRaWAN-nätverket ger (som standardiserad hantering av många noder, integration mot moln, etc.). De flesta IoT-implementationer drar nytta av LoRaWAN för att bygga större nätverk, men enklare fall kan använda rå LoRa.

Mioty – LPWAN byggt för täta mätnät

Mioty är en LPWAN-teknik som har utvecklats av Fraunhofer IIS i Tyskland, samma forskningsinstitut som låg bakom MP3-formatet. Tekniken är standardiserad av ETSI i TS 103 357 (första versionen 2018, en större revidering 2024) och drivs vidare av branschorganisationen Mioty Alliance. Precis som LoRaWAN använder Mioty det licensfria 868 MHz-bandet i Europa och en stjärntopologi, där basstationer tar emot data från sensorer och mätare. Det som skiljer Mioty från andra tekniker är metoden telegram splitting (TSMA, Telegram Splitting Multiple Access). I stället för att skicka ett helt meddelande på en gång delas det upp i ett stort antal mycket korta delpaket, som sänds utspritt i tid och över flera smala frekvenskanaler. Mottagaren kan återskapa hela meddelandet även om en stor del av delpaketen har störts ut.

Fördelar: Telegram splitting gör Mioty mycket tåligt mot störningar och krockar. Eftersom varje delpaket bara belägger radiokanalen en kort stund är risken liten att två sändare förstör varandras meddelanden. Leverantörerna anger att ett meddelande kan återskapas även när upp till hälften av delpaketen har gått förlorade. Det ger mycket hög kapacitet: enligt leverantörerna kan en enda basstation ta emot i storleksordningen en miljon meddelanden per dygn, vilket passar täta mätnät med många mätare i samma område. Räckvidden är lång, upp till omkring 15 km i öppen terräng och flera kilometer i stadsmiljö. Strömförbrukningen är låg, och batteritider på 15–20 år anges för typiska mätartillämpningar. Kommunikationen är krypterad (AES-128), stöder tvåvägskommunikation och kan byggas som eget privat nät utan operatörsberoende. För fastighetsmätning är det också intressant att Mioty har integrerats i OMS Generation 5 (så kallat Splitting Mode). Det kopplar tekniken till samma öppna datastandard som används för trådlös M-Bus.

Nackdelar: Mioty är yngre och har ett mindre ekosystem än både wM-Bus och LoRaWAN. Utbudet av mätare, sensorer och basstationer är ännu mindre än för de mer etablerade teknikerna, men växer. Hittills har tekniken främst fått fäste hos energi- och vattenbolag i Tyskland. Datahastigheten är låg (runt 0,5 kbit/s), så varje meddelande tar relativt lång tid att sända. Det fungerar utmärkt för mätarställningar och sensorvärden, men inte för större datamängder som firmware-uppdateringar. Tekniken bygger på patenterade metoder som licensieras via en patentpool, vilket kan påverka priset på utrustningen. Precis som för LoRaWAN gäller EU:s regler för sändtid i det licensfria bandet, och nedlänken är mer begränsad än upplänken.

Vad skiljer Mioty från LoRaWAN? Båda är LPWAN-tekniker för det licensfria 868 MHz-bandet med lång räckvidd och låg strömförbrukning, och båda kan byggas som privata nät. Skillnaden ligger främst i hur radiosignalen sänds. LoRaWAN skickar varje meddelande i ett stycke och förlitar sig på kvittens och omsändning när något går förlorat. Mioty delar upp meddelandet i många små delpaket, vilket gör tekniken mer tålig mot störningar och låter fler enheter dela samma basstation. LoRaWAN har i gengäld ett betydligt större och mer etablerat ekosystem av sensorer, gateways och nätoperatörer.

Observera:
Informationen i denna artikel är sammanställd i informationssyfte och baseras på tillgänglig kunskap vid publiceringstillfället. Vi strävar efter att vara korrekta och uppdaterade, men vi reserverar oss för eventuella felaktigheter, förändringar i teknik eller externa faktorer som kan påverka innehållets riktighet över tid. För specifika beslut rekommenderar vi alltid att du kontaktar vår tekniska support eller rådgivare.