La tecnologia dello smart metering fu adottata inizialmente dall’industria elettrica per la telelettura dei contatori o Amr (Automated meter reading), per poi evolversi rapidamente in una vera e propria infrastruttura, nota come Ami (Advance metering infrastructure), che rende possibile l’introduzione di prestazioni aggiuntive quali profili tariffari diversificati a seconda della fascia oraria. Ad oggi, lo smart metering è esteso anche alle forniture di gas e acqua, alla distribuzione automatica e a nuove aree di telemetria, come dispositivi per il monitoraggio a distanza di reti domestiche o Han (Home area network), compreso il controllo di termostati programmabili. Questa evoluzione è stata resa possibile principalmente dai progressi nella tecnologica delle comunicazioni. I vantaggi offerti dallo smart metering a fornitori e consumatori sono molteplici: fatturazione automatica, informazioni sul profilo dell’utente finale, salvaguardia delle entrate e riduzione delle frodi dovute alla manomissione dei contatori. Inoltre, grazie agli ultimi sviluppi, sono possibili nuove prestazioni in grado di ridimensionare profondamente la catena del valore dell’intero mercato delle misure.
Sviluppo e benefici dello smart metering
Per fare alcuni esempi, nel settore della produzione e distribuzione dell’energia elettrica lo smart metering può avere un ruolo essenziale nel controllo delle interruzioni di corrente e nell’ottimizzazione delle reti. Nel settore idrico può essere utile per migliorare il controllo delle perdite negli acquedotti, mentre nell’industria fornitrice di gas aiuta a creare nuove metodologie di distribuzione. Grazie allo smart metering è possibile distribuire le fonti energetiche in modo più razionale, ridurre gli sprechi e controllare le reti, riducendo così i costi, sia a livello di distribuzione, sia a livello di utenza. Secondo dati forniti da Abi Research, il numero di smart meter operativi su scala mondiale raggiungerà nel 2020 780 milioni di unità nel settore elettrico, 150 milioni in quello del gas e 90 milioni nell’idrico: cifre che rappresentano una straordinaria opportunità di mercato. In questo contesto, è determinante la scelta della tecnologia di connettività, che deve essere predefinita prima dell’implementazione, ovviamente nel rispetto delle direttive energetiche nazionali. Nonostante la comunicazione su rete elettrica e svariate modalità di comunicazioni a radiofrequenza siano state impiegate in passato su vasta scala nelle infrastrutture di misurazione, oggi la telefonia cellulare è la scelta vincente: un trend incentivato anche da scelte governative che privilegiano tecnologie basate su specifiche da open standard. Le compagnie energetiche sono oggi sempre più propense ad appoggiarsi a network cellulari pubblici già operativi, annullando così costi altrimenti destinati a progettazione, gestione e manutenzione di reti private, per poter meglio investire nel loro core business.
I vantaggi degli open standard di telefonia cellulare
Gli open standard sono in grado di fornire benefici aggiuntivi in termini di interoperabilità, copertura e capacità, come pure altri aspetti critici riferiti ai fornitori multiservice. Ciò si verifica soprattutto quando piattaforme Ami sono utilizzate da utenze che hanno necessità di effettuare misure su forniture diverse, come elettricità, gas e acqua, ma anche quando lo smart metering è affiancato ad altri sistemi pubblici di automazione e di monitoraggio remoto, come raccolta di rifiuti, parcheggi intelligenti e altre forme di sorveglianza urbana ed ambientale. In questi casi, l’utilizzo della comunicazione cellulare semplifica molto il lavoro rispetto all’implementazione e all’utilizzo di una tecnologia radio proprietaria o di nicchia. Essendo la rete cellulare basata su open standard, garantisce livelli più elevati in termini di interoperabilità tra differenti dispositivi di misura di diversa provenienza Oem. La tecnologia cellulare può quindi dare un grande contributo a rendere meno complesso il progetto del network e assicurare alti livelli di qualità dei servizi riducendo interferenze e conflitti tra i vari segnali radio.
La sicurezza dello smart metering
Un altro importante aspetto del progetto di smart metering è la sicurezza, un panorama in continua e veloce evoluzione, soprattutto in considerazione del fatto che i complessi network informatici devono garantire funzionalità ottimali per lunghi periodi di tempo. La sicurezza richiederà pertanto una continua attenzione per tutta la vita operativa di una rete. Nel 1983 WorldGames ci ricordava che “Non esistono sistemi completamente sicuri”. Senza scomodare la fantascienza, non è difficile immaginare uno scenario catastrofico in cui gli smart meter siano hackerati, specialmente quando ne sono impiegati a milioni e sono stati operativi sul campo per molti anni. Una disfunzione o un attacco al firmware degli smart meter può provocare il fuori servizio simultaneo di milioni di dispositivi, mettendo a rischio la rete di una intera regione o addirittura di un intero paese. Una Ami deve perciò garantire altissimi livelli di sicurezza nel tempo dal momento che uno dei principali requisiti degli smart meter è la possibilità di aggiornare il firmware, ovvero il software embedded che ne controlla il funzionamento, via etere. L’aggiornamento diretto del firmware per mezzo di un operatore richiederebbe tempo e denaro, soprattutto in situazioni in cui è necessario operare su vasta scala o per rimediare nel più breve tempo possibile ad un attacco alla sicurezza. Per ultimo, l’intervento wireless elimina la necessità della presenza fisica dell’operatore. La maggior parte dei radio network sub-GHz a bassa potenza presentano difficoltà nell’aggiornamento Ota (Over the air) del firmware, data la loro capacità di supportare downlink rate di poche centinaia di byte al giorno per ciascun dispositivo; un ostacolo che può essere evitato ricorrendo alla tecnologia firmware via etere, già sfruttata nell’ambito della telefonia cellulare, e ora supportata dalla machine-to-machine che consente agli utenti di aggiornare in rete il firmware dei loro dispositivi.
L’uso della tecnologia cellulare nello smart metering
Grazie ai molteplici vantaggi offerti, la tecnologia cellulare sta vivendo attualmente una ampia diffusione nelle applicazioni di smart metering, assicurando una connettività end-to-end nelle infrastrutture di misurazione. Le soluzioni 2G General Packet Radio Service sono largamente impiegate all’interno di reti residenziali e commerciali, mentre l’uso della tecnologia 3G predomina tra gli smart meter in ambito industriale. Anche laddove vengono impiegate soluzioni point-to-multipoint basate su protocolli radio a breve distanza (come M-Bus wireless 169 MHz o altre tecnologie radio Low-Power Wide-Area proprietarie) la tecnologia cellulare gioca comunque un ruolo molto importante nel fornire una connettività di ritorno (back-haul) dai collettori di dati locali Han ai sistemi di gestione dei dati della infrastruttura. Anche gli hub di comunicazione metrologica, ovvero i cosiddetti “Smart Meter Gateways” utilizzano la tecnologia cellulare: una topologia Ami largamente diffusa o pianificata in molti Paesi europei e in Giappone, dove la connessione tra misuratori elettrici o gateway domestici o commerciali e i sistemi back-haul di controllo dei dati è affidata proprio a questa tecnologia. La connessione tra sistemi wireless RF (Wireless M-Busx 868 in Europa, Wi-Sun 920 MHz in Giappone e ZibBee) in campo industriale, scientifico e medico e misuratori ed altri sistemi nell’edificio è affidata al dispositivo gateway. I vantaggi economici e la velocità di trasmissione dei dati hanno reso le connettività 2G e 3G predominanti nei sistemi di smart metering in tutto il mondo, anche se l’attenzione per i futuri sviluppi è puntata verso la 4G Lte. E questo per due motivi: la vita più lunga garantita per prodotti e infrastrutture dalla tecnologia Lte, e le migliori prestazioni in termini di larghezza di banda, latenza e consumo ottimizzate per Ami offerte dalle versioni dedicate Lte: Category 1, Category M1 e Narrowband IoT (NB-IoT).
Guardando al futuro
La disponibilità di moduli di comunicazione cellulare ad hoc assicura tempi di sviluppo più rapidi e facilita la creazione di soluzioni innovative per il mercato metrologico. Le nuove tecnologie come Lte Cat 1, Cat M1 e NB-IoT promettono sviluppi molto interessanti favorendo l’evoluzione dal semplice smart metering a un’era di connettività wireless tra molteplici nuove tipologie di sensori IoT intelligenti, offrendo l’opportunità di sperimentare rapidamente nuovi modelli d’impresa con tempi e investimenti inferiori rispetto alle soluzioni tradizionali. u-blox ha a catalogo una linea completa di moduli per comunicazione cellulare per sistemi di smart metering che include i prodotti 2G Sara-G e 3G Sara-U da usarsi in installazioni di misura di gas, acqua ed energia elettrica, come pure le serie Lara-R, Toby-R e Sara-R che supportano gli standard Lte Cat 1 e Cat M1 per sistemi smart gateway. Il portfolio u-blox dedicato alla comunicazione cellulare per il mercato smart metering è certificato secondo gli standard Atex e Iso 16785 garantendo piena operatività anche in ambienti caratterizzati da livelli di temperatura, umidità e sollecitazioni fisiche estremi. u-blox ha anche aperto la strada all’introduzione di NB-IoT, una tecnologia che migliora copertura e penetrazione del segnale, oltre a incrementare la vita delle batterie degli smart meter, semplificare progetto, operatività e manutenzione delle reti di smart metering e ridurre i costi.
