V súčasnosti obrovsky vzrástlo použitie kategórie zariadení, ktoré poznáme ako "short-range radio" (SRD), teda rádiokomunikačné zariadenia s nízkym výkonom prevádzkované vo voľných pásmach. Tieto zariadenia, známe aj ako LPRD (License Free Low Power Radio Devices), sa čoraz častejšie využívajú ako rádiové kľúče, rádioidentifikačné systémy či priemyselné senzory. Vzhľadom na rýchly rozvoj bezdrôtových technológií a rastúci dopyt po autonómnych meracích systémoch, je dôležité zamyslieť sa nad budúcimi potrebami a možnosťami ich komunikácie.
Tento článok sa zaoberá zmyslom a možnosťami použitia rádiových prenosov na komunikáciu medzi meracími zariadeniami a centrálnym zberným systémom. Meracími zariadeniami sa rozumejú predovšetkým merače médií pre fakturačné účely, ako sú merače tepla, vodomery, elektromery a plynomery. Sem však môžu byť zaradené akékoľvek ďalšie merače a snímače, ktoré nemusia byť v spojení s centrálnym zberným systémom permanentne on-line. Môže sa jednať o registraččné snímače prostredia, ako sú snímače monitorovania ovzdušia, alebo o registráciu dopravy, napríklad registrácia diaľničného mýtneho.
Po určitom prispôsobení a priblížení centrálneho systému k snímačom, toto pojednanie môže vstúpiť aj do oblasti registrácie snímačov vyžadujúcich okamžitú reakciu, ako sú poplachové snímače, zabezpečovacie systémy či požiarne hlásiče. Samostatnou oblasťou pre použitie malých rádií môže byť monitorovanie technologických procesov, diaľkové meranie a podobné priemyselné aplikácie.
Vývoj a potreba bezdrôtovej komunikácie
Trendom v oblasti komunikačných médií je jednoznačne oslobodiť sa od drôtov, čo dokazuje extrémny rozvoj mobilných technológií ako mobilné telefóny, WLAN siete, vzájomná bezdrôtová komunikácia periférnych zariadení cez Bluetooth či diaľkové rádio ovládanie domácich spotrebičov. Z druhej strany, tento trend dokazuje aj potreba zachovávania súkromia, ktoré je istým spôsobom narúšané pri bytových odpočtoch spotreby vody, elektriny, plynu či pomerových indikátorov tepla. Hľadajú sa teda spôsoby, ako túto situáciu riešiť, a rádiové meranie predstavuje jedno z nich.
Rádio komunikácia pre potreby tohto pojednania je charakterizovaná ako úplne otvorené prostredie, takmer bez pravidiel. Komunikácia je priamo nesynchronizovateľná, prakticky je nemožné zabrániť vstupu cudzieho prenosu do nadviazaného spojenia, rovnako ako zabezpečiť voľnosť na požadovanej frekvencii v preddefinovaný okamih. Na rozdiel od drôtového spojenia, nie je zabezpečená okamžitá "počuteľnosť" ani rovnaké podmienky pri opakovanom pokuse.
Už z popisu hlavných pojmov je zrejmé, že za krátku dobu môžeme očakávať obrovské rozšírenie malých rádií všade okolo nás. Preto má zmysel pouvažovať o tom, či bude fungovať to, čo funguje dnes, aj o pár rokov.
Stav AMR a výzvy štandardizácie
Základným problémom v oblasti AMR (Automatic Meter Reading) je, že ešte neexistujú úplne presné pravidlá pre rádio komunikáciu s meracími zariadeniami. Tieto sa ešte len tvoria v ANSI.org, zatiaľ len pre pásmo 868 MHz, ktoré je pre komunikáciu s meračmi v západnej Európe takmer výhradne používané. Čo teda robiť v situácii, keď sa nasadia rádioodpočtové zariadenia, ktoré v blízkej budúcnosti z dôvodu nezodpovedania očakávanému štandardu budú na danom frekvenčnom pásme spôsobovať problémy? Alebo radšej čakať na štandard a nasadzovať až neskôr?
V oblasti mikroprocesorov už dlhšiu dobu existuje možnosť "field updating", t.j. preprogramovanie zariadenia bez demontáže priamo na mieste nasadenia. Pokiaľ by malo rádio komunikačné zariadenie túto vlastnosť, a pokiaľ možno priamo prostredníctvom rádio komunikácie, máme možnosť vyriešiť situáciu - nasadzovať rádio odpočty už teraz s možnosťou prípadnej korekcie s minimálnymi nákladmi neskôr.
Univerzálny rádiokomunikátor: Vlastnosti a možnosti
Univerzálny rádiokomunikátor by mal mať možnosť "field update" priamo prostredníctvom rádia. Merače majú možnosť aj servisnej komunikácie, t.j. univerzálny rádiokomunikátor vie komunikovať s rôznymi meracími zariadeniami, komunikujúcimi nezávisle na centrále, t.j. komunikujúcimi na základe výzvy od centrály.
V prípade obojsmernej komunikácie ide takmer bezvýhradne o "half duplex" komunikáciu, t.j. počas vysielania jednej strany druhá strana počúva a naopak, nemôžu vysielať aj prijímať súčasne. Ďalšie delenie môžeme urobiť podľa umiestnenia a časových relácií potreby ich použitia.
Typy rádiových prenosov a ich využitie
Rádio prenosy sú v súčasnosti štandardne používané na komunikáciu napríklad s výmenníkovými stanicami tepla, lenže tu ide o licencovanú rádio komunikáciu, kde je potrebná častá komunikácia podľa potrieb dispečerského systému. Centrálou v prípade dispečerského monitorovania a riadenia je pevná stanica, obojstranne komunikujúca s jednotlivými substanicami dostupnými prostriedkami v časovom intervale v rozsahu minút až hodín.
Pochôdzkové, resp. iné pravidelne sa opakujúce procesy - rozvoz, pošta, zber odpadkov - môžu byť tiež riešené pomocou modemov na GSM, resp. univerzálnych rádiokomunikátorov zabudovateľných do rôznych druhov centrál.
Z pohľadu meračov umiestnených v bytoch, resp. v rodinných domoch, kde platí, že interval odpočtovania nie je potrebný kratší ako 1 mesiac (štandardne pol roka), možno jednoznačne prehlásiť, že rádiomerače sú veľmi výhodné.
Spolužitie SRD zariadení v praxi
V podmienkach mestskej zástavby s panelovými domami je otázkou, kam radiť merače umiestnené na päte bytových domov - či do dispečerského, alebo len odpočtového komunikovania. Dnešné inteligentné merače sú schopné identifikovať a následne aj ohlásiť stavy ako prekročenie maximálneho prietoku, teploty, či výkonu, a teda nesú informáciu veľmi žiadúcu pre včasnú identifikáciu a lokalizáciu prípadnej poruchy na rozvode médií. Týmito charakteristikami by sa mohli radiť do dispečerského riadenia a teda skôr by bolo žiadúce túto komunikáciu zabezpečovať pevnejšími prostriedkami komunikácie ako je rádio - t.j. drôtom.
Napriek tomu, že toto pojednanie smeruje k definícii univerzálneho rádiokomunikátora, tam kde je možné nasadiť drôtové spojenie, netreba nasilu strkať rádio komunikáciu. Na druhej strane, spomínané ohlasované stavy sa radia do kategórie alarmových hlásení, a pokiaľ odborné posúdenie stanoví, že dostupnosť informácie o týchto stavoch je postačujúca aj pre dispečerské monitorovanie v časových intervaloch hodín až dní, dá sa aj táto problematika riešiť pomocou rádio modulov.
V prípade dosahu spojenia na pevnú lokálnu stanicu existuje v takomto prípade možnosť rýchlej identifikácie alarmového stavu, či požadovaného ohlasovania preddefinovanej situácie. Rovnako v prípade šikovne nadefinovaného retranslačného systému je možné takéto stavy zachytiť a údaje preniesť.
Riešenia pre harmonické spolužitie
Pre spolužitie s okolitými SRD zariadeniami je dôležité, že moderné transceivery majú možnosť výberu používanej frekvencie až na úrovni zmeny frekvencie počas prevádzky bez potreby zmeny externých súčiastok. Vychádzajúc z maximálnej rýchlosti prenosu údajov, čo zabezpečí minimálnu dobu obsadenia frekvenčného pásma, podmieňuje potrebnú šírku pásma, z čoho zase môžeme vypočítať počet dostupných frekvenčných kanálov v priestore frekvenčného pásma.
Tým sa dostávame k základnej možnosti spolužitia SRD - rozdelenie si frekvenčných kanálov. Jednotlivé spolužijúce SRD zariadenia, komunikujúce na rôznych kanáloch frekvenčného pásma, potom môžu komunikovať súčasne bez vzájomného ovplyvňovania sa. Čisto teoreticky, ak sa nedohodnú plynári, vodári, elektrikári, teplári na spoločnom odpočtovom systéme, t.j. každé médium bude odpočtované svojim vlastným SRD zariadením, na základe dohody o rozdelení kanálov nebudú jednotlivé odpočtové subsystémy navzájom nijak zvlášť ovplyvňované ani pri súčasnom zbere údajov.
Peter Baumert (ASTON ITM) – AI a humanoidní roboti: Budúcnosť, ktorú žijeme už dnes | INOFEST 2025
Univerzálny rádiokomunikátor je schopný snímať viacero samostatných meračov. V tejto fáze pojednania sa dostávam k vzájomnému spolužitiu SRD zariadení v dosiahnuteľnom okolí. Dosiahnuteľné okolie je oblasť okolia v rámci ktorého je možné s daným SRD komunikovať.
Prakticky dôležité je vedieť, že každých 6 dB útlmu predstavuje dvojnásobné skrátenie dosahu. Napriek krátkym dosahom sa v tomto priestore môže nachádzať veľké množstvo rádio modulov. Ak budú všetky v pravidelných intervaloch vysielať údaje, môže dôjsť k miešaniu prenosov, čo spôsobí, že prakticky neodčítame vôbec nič. Predĺženie časového intervalu medzi vysielaniami daného rádio modulu zase spôsobí problémy v dlhom čase čakania na odpočet, čo by takmer mohlo vylúčiť pojazdové odpočtovanie.
Moderné transceivery majú možnosť výberu používanej frekvencie až na úrovni zmeny frekvencie počas prevádzky bez potreby zmeny externých súčiastok. Pre spolužitie s okolitými SRD je dôležité, že moderné transceivery majú možnosť výberu používanej frekvencie až na úrovni zmeny frekvencie počas prevádzky bez potreby zmeny externých súčiastok.