Connettività IoT per la misurazione intelligente su scala globale

Cos'è lo Smart Metering e perché la connettività ne definisce il successo?

I contatori intelligenti sono dispositivi digitali che misurano e trasmettono in tempo reale i dati di consumo di elettricità, gas e acqua ai fornitori di servizi. A differenza dei contatori tradizionali, che richiedono una lettura manuale, i contatori intelligenti consentono una comunicazione bidirezionale, supportando la gestione remota, gli aggiornamenti del firmware, la fatturazione automatizzata, il rilevamento delle interruzioni e la previsione della domanda.

Il mercato globale dei contatori intelligenti è stato valutato a circa 28 miliardi di dollari nel 2024 e si prevede che crescerà a un tasso di crescita annuale composto di oltre il 14% fino al 2034, spinto dai mandati governativi per modernizzare l'infrastruttura di rete, dalla spinta globale verso l'integrazione delle energie rinnovabili e dalla crescente domanda di dati di consumo granulari. Alla fine del 2023, erano stati installati più di 1 miliardo di contatori intelligenti in tutto il mondo e si prevede che la base installata supererà 1,75 miliardi entro il 2030.

Dietro ognuno di questi dispositivi si nasconde un livello di connettività. In caso di installazioni su larga scala, distribuite a livello nazionale o globale, il livello di connettività è l'elemento più determinante per far sì che un programma di misurazione intelligente mantenga le sue promesse o diventi un costoso problema di manutenzione.

Com4 è uno dei principali fornitori di connettività IoT in Europa, con oltre due decenni di esperienza nel supporto di installazioni di contatori intelligenti, infrastrutture energetiche e utility in diversi Paesi. Grazie alle schede SIM indipendenti dai carrier che si connettono a oltre 750 reti in più di 190 Paesi e alla propria rete centrale mobile ridondante, Com4 offre agli operatori di servizi pubblici, agli OEM e ai fornitori di infrastrutture la base di connettività richiesta dai loro programmi.

La sfida dell'implementazione globale: perché la connettività dei contatori intelligenti è più difficile di quanto sembri

I contatori intelligenti sembrano semplici dall'esterno: un dispositivo fisso che invia periodicamente una piccola quantità di dati. In pratica, sono tra le implementazioni IoT più impegnative da gestire su scala.

Ambienti fisici difficili. I contatori intelligenti sono in genere installati in scantinati, armadietti, celle sotterranee e luoghi rurali remoti. Questi ambienti attenuano notevolmente i segnali cellulari. La connettività deve penetrare in profondità all'interno degli edifici e funzionare in modo affidabile in luoghi in cui la copertura è debole o incoerente.

Lunga durata operativa. Si prevede che i contatori intelligenti funzionino per 10-20 anni senza dover sostituire l'hardware. Le strategie di connettività definite in fase di progettazione devono rimanere valide per più generazioni di tecnologie di rete. La chiusura delle reti 2G e 3G in molti mercati ha già costretto a costose migrazioni non pianificate gli operatori che si sono basati su standard precedenti: un rischio che ogni nuova implementazione deve tenere in considerazione fin dal primo giorno.

Budget energetici rigidi. Molti contatori intelligenti si affidano all'alimentazione a batteria per il funzionamento primario o di backup. Gli eccessivi tentativi di riattacco alla rete e i protocolli di connettività inefficienti prosciugano le batterie, riducendo la durata di vita dei dispositivi e aumentando direttamente i costi di manutenzione.

Programmi multinazionali. I gestori di servizi pubblici, gli OEM di hardware e gli investitori in infrastrutture si distribuiscono sempre più spesso in più Paesi. Ogni mercato ha un panorama di operatori, quadri normativi, bande di frequenza e requisiti di conformità diversi. La gestione della connettività attraverso contratti con operatori nazionali distinti crea costi operativi eccessivi e lacune di copertura a ogni confine.

Complessità normativa. Le installazioni devono soddisfare una matrice di standard in continua evoluzione, tra cui le direttive UE sulle smart grid, la Direttiva sulla resilienza delle entità critiche (CER), il Digital Operational Resilience Act (DORA), gli standard per le apparecchiature di misurazione IEC 62052/62053 e i requisiti di cybersecurity IEEE 1686, che variano a seconda dei Paesi e dei tipi di utility.

Come funzionano i sistemi di misurazione intelligenti: L'architettura AMI

I moderni sistemi di misurazione intelligenti si basano su un'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI), un sistema integrato di contatori intelligenti, reti di comunicazione e piattaforme di gestione dei dati che consentono una comunicazione bidirezionale tra le utility e i clienti.

Un tipico sistema AMI comprende:

• contatori intelligenti presso i clienti, dotati di sensori, moduli di comunicazione, display a prova di manomissione e batterie di backup
• Connettività che trasporta i dati tra i contatori e i sistemi head-end dell'azienda, utilizzando le reti cellulari(NB-IoT, LTE-M, 4G), le reti RF o la comunicazione su linea elettrica (PLC), a seconda dell'implementazione.
• Sistemi head-end che gestiscono i dati dei contatori e consentono operazioni remote come l'attivazione, la disattivazione e gli aggiornamenti del firmware.
• Sistemi di gestione dei dati dei contatori (MDMS) che memorizzano, elaborano e analizzano i dati dei contatori per la fatturazione, le previsioni e la reportistica.

L'AMI sostituisce i vecchi sistemi di lettura automatica dei contatori (AMR), che supportavano solo la comunicazione unidirezionale. La connettività bidirezionale è ciò che sblocca i vantaggi operativi e commerciali in cui le aziende di servizi pubblici stanno investendo: gestione remota, tariffazione a tempo, risposta alla domanda e rilevamento delle interruzioni quasi in tempo reale.

La scelta della giusta tecnologia di connettività per i contatori intelligenti

La scelta della connettività è una delle decisioni più importanti nella progettazione dei contatori intelligenti e deve essere presa prima della finalizzazione dell'hardware. Le principali tecnologie cellulari IoT per i contatori intelligenti sono NB-IoT e LTE-M, entrambe appartenenti alla categoria Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) .

NB-IoT

NB-IoT è progettato per dispositivi fissi che trasmettono piccole quantità di dati con scarsa frequenza. Offre una profonda penetrazione del segnale in ambienti interni - fondamentale per i contatori negli scantinati e negli spazi di servizio chiusi - e un utilizzo efficiente della batteria. Le velocità di picco di circa 250 kbps sono più che sufficienti per i dati di consumo e i messaggi di fatturazione.

Il limite principale per le distribuzioni globali: NB-IoT ha faticato ad affermarsi al di fuori della Cina, che rappresenta la stragrande maggioranza delle connessioni NB-IoT a livello mondiale. La copertura in Europa e Nord America varia notevolmente a seconda dell'operatore e il supporto al roaming transfrontaliero rimane limitato. Per le implementazioni puramente nazionali con un singolo operatore, NB-IoT può essere la scelta giusta. Per i programmi transfrontalieri o multimercato, il quadro di copertura richiede un'attenta verifica prima di impegnarsi.

LTE-M (Cat-M1)

LTE-M offre velocità di trasmissione dati più elevate (fino a 1 Mbps), latenza più bassa e una copertura internazionale più ampia, basandosi sull'infrastruttura LTE esistente. Supporta la voce, gli aggiornamenti firmware-over-the-air (FOTA) e la mobilità, rendendolo più versatile per i programmi che includono risorse mobili accanto a contatori fissi.

Per le implementazioni globali, LTE-M offre generalmente una copertura multinazionale più consistente rispetto a NB-IoT al di fuori dell'Asia. Sono ora disponibili chipset dual-mode che supportano sia l'NB-IoT che l'LTE-M, consentendo agli OEM di costruire un unico dispositivo che seleziona la tecnologia più appropriata in ogni luogo.

L'imperativo della multirete

Nessun operatore è in grado di fornire una copertura ottimale ovunque venga installato un contatore intelligente. Le aree rurali, i confini nazionali e gli ambienti sotterranei creano situazioni in cui un dispositivo legato a un solo operatore non è in grado di funzionare o si spegne. Le SIM multirete, che selezionano l'operatore più forte disponibile in un determinato luogo, risolvono direttamente questo problema. Inoltre, eliminano la necessità di gestire contratti con operatori separati per ogni paese di installazione. Le SIM IoT di Com4, non gestite da un operatore, si connettono a oltre 750 reti a livello globale, consentendo a ogni dispositivo di accedere al miglior segnale disponibile senza alcun intervento manuale.

Sei principi di progettazione per un'installazione affidabile dei contatori intelligenti

1. Iniziare dalla strategia di connettività, non dall'hardware

L'errore più comune nella progettazione dei contatori intelligenti è quello di considerare la connettività come un componente scelto dopo la finalizzazione del fattore di forma. Il posizionamento dell'antenna, l'attenuazione del segnale e la scelta del modulo interagiscono direttamente con la progettazione del dispositivo fisico. Cambiare l'approccio alla connettività dopo l'involucro richiede in genere una riprogettazione completa. Definire la strategia di connettività fin dalle prime fasi.

2. Progettare per l'intera durata di vita del dispositivo

Un contatore messo in funzione oggi potrebbe essere ancora sul campo nel 2040. I dispositivi dovrebbero incorporare la tecnologia eUICC, che consente il rifornimento remoto della SIM via etere, permettendo di aggiornare i profili di connettività senza visite sul campo o sostituzione fisica della SIM. Ciò è essenziale per la migrazione da un operatore all'altro o da una tecnologia di rete all'altra, in quanto il panorama cambia nel corso di una vita operativa di 15-20 anni.

3. Ottimizzare il consumo energetico

Le soluzioni di connettività progettate per i protocolli LPWAN, tra cui PSM (Power Saving Mode) ed eDRX (extended Discontinuous Reception), prolungano notevolmente la durata della batteria. Per un dispositivo destinato a funzionare per un decennio o più, ciò determina direttamente il costo totale di proprietà.

4. Costruire la conformità fin dall'inizio

I requisiti normativi variano a seconda dei Paesi e dei tipi di servizi. La scelta di un partner di connettività con esperienza di conformità a più mercati riduce il rischio di lacune scoperte dopo che i dispositivi sono già stati distribuiti. Com4 ha un'esperienza diretta nella gestione delle certificazioni e dei requisiti normativi nei mercati europei per conto dei clienti delle utility.

5. Privilegiare la capacità di gestione remota

La diagnosi, la risoluzione dei problemi di connettività senza l'invio di un tecnico è un requisito fondamentale per le grandi distribuzioni. Le piattaforme di connettività devono fornire accesso in tempo reale ai registri di rete, ai dati di segnalazione, allo stato dei dispositivi e alle analisi di utilizzo. Quando un contatore va offline, il team operativo deve essere in grado di identificare immediatamente la causa e intervenire da remoto.

6. Pianificare la scala e l'espansione multiutility fin dal primo giorno

I programmi di misurazione intelligente coprono sempre più spesso l'elettricità, il gas e l'acqua all'interno dello stesso quadro infrastrutturale e spesso si estendono a più Paesi. La piattaforma di connettività e gestione scelta per l'implementazione iniziale dovrebbe essere scalabile tra le varie utenze e aree geografiche senza richiedere ulteriori rapporti con gli operatori o rinegoziazioni. Secondo le proiezioni, l'adozione dei contatori intelligenti per l'acqua crescerà del 16% fino al 2030, rendendo questa esigenza di pianificazione a breve termine.

Il caso commerciale: Cosa offre il contatore intelligente

Le motivazioni finanziarie e operative a favore dei contatori intelligenti sono ben consolidate e continuano a rafforzarsi con l'aumento delle installazioni e la maturazione delle capacità dei dati.

• Secondo una ricerca dell'UE, i contatori intelligenti generano risparmi energetici del 2-10% per ogni punto di misurazione, con un risparmio medio sui costi di circa 230 euro per il gas e 270 euro per l'elettricità per ogni punto della catena di valore.
• Ogni camion evitato fa risparmiare centinaia di dollari in termini di manodopera, carburante e usura del veicolo. La gestione remota rende questi risparmi sistematici anziché accidentali.
• Una fatturazione accurata e in tempo reale riduce le controversie e i costi operativi per risolverle. Una ricerca condotta nel Regno Unito ha rivelato che l'80% dei residenti dotati di contatori intelligenti ha dichiarato di avere una migliore conoscenza delle proprie bollette energetiche.
• Il rilevamento delle interruzioni e il ripristino a distanza riducono i tempi di risposta ai guasti ed eliminano le ispezioni sul campo non necessarie.
• Nel 2024, oltre il 45% delle nuove installazioni di contatori intelligenti a livello globale utilizzerà la connettività IoT cellulare: un chiaro spostamento del settore verso una tecnologia di comunicazione più capace e scalabile.

Caso d'uso: Validér - la più grande installazione IoT di contatori intelligenti della Norvegia

Quando il Parlamento norvegese ha imposto che tutte le famiglie norvegesi fossero dotate di contatori automatici digitali, ha dato vita a una delle più grandi installazioni di contatori intelligenti della storia europea. Validér, fornitore leader di servizi di misurazione e raccolta dati per le società norvegesi di servizi energetici, è stato incaricato di realizzare questo rollout.

Per fornire la spina dorsale di connettività per i contatori automatici su scala nazionale, Validér ha scelto Com4, che ha collaborato con Atea per gestire la logistica e l'amministrazione, mentre Com4 ha fornito le soluzioni e la tecnologia di comunicazione.

I requisiti tecnici erano molto severi. I contatori dovevano connettersi in modo affidabile in tutta la Norvegia, dagli appartamenti urbani alle località rurali e remote, e riferire i dati di consumo senza lacune. La sicurezza era imprescindibile: il traffico di dati veniva instradato attraverso una rete isolata e chiusa con crittografia end-to-end, per garantire la protezione dei dati di consumo durante tutto il percorso dal contatore all'azienda.

Un'innovazione fondamentale nell'implementazione è stata l'uso di schede SIM riscrivibili, che hanno permesso di cambiare l'operatore mobile senza sostituire la SIM fisica all'interno di ogni contatore. Per una distribuzione che comprende centinaia di migliaia di dispositivi, questo approccio ha evitato l'enorme costo operativo e finanziario della sostituzione della SIM sul campo se i requisiti di connettività cambiavano nel corso della vita del dispositivo.

"Si tratta della più grande fornitura di comunicazioni IoT della Norvegia. È essenziale che la soluzione sia progettata sulla base dei requisiti di sicurezza", ha dichiarato Stein André Larner, CEO di Com4 al momento dell'annuncio.

Thomas Thiis, CEO di Validér, ha confermato che la partnership con Com4 fornisce all'azienda le basi per un'espansione a lungo termine: "L'accordo contribuisce a renderci ben attrezzati per l'espansione nell'ambito della raccolta dati dei valori dei contatori tramite banda larga mobile, sia per i clienti esistenti che per quelli nuovi".

L'implementazione di Validér illustra con precisione ciò che rende la connettività dei contatori intelligenti diversa dall'IoT in generale: scala nazionale, lunghi orizzonti contrattuali, profondi requisiti di sicurezza e la necessità di un partner di connettività in grado di garantire l'affidabilità in tutte le condizioni e di adattarsi alla crescita del programma.

Com4: il principale fornitore di connettività IoT per i contatori intelligenti in Europa

Com4 è uno dei principali fornitori di connettività IoT in Europa e gestisce una propria rete centrale mobile ridondante - costruita sull'infrastruttura Nokia 5G Standalone Core - che le conferisce il controllo, la flessibilità e la resilienza richiesti dai programmi di smart metering. A differenza degli operatori di telecomunicazione tradizionali, vincolati a un'unica rete, Com4 è indipendente dai carrier e connette i dispositivi a oltre 750 reti in più di 190 Paesi attraverso un unico rapporto commerciale.

Per le implementazioni di smart metering in particolare, Com4 offre:

Copertura tecnologica completa. Com4 supporta l'intera gamma di tecnologie IoT cellulari - NB-IoT, LTE-M, 4G, 5G e 5G RedCap - nonché il satellite (NTN/LEO) per le implementazioni in luoghi al di fuori della copertura terrestre. I clienti scelgono la tecnologia giusta per ogni contesto e possono evolvere la loro strategia in base allo sviluppo delle reti.

eSIM e eUICC per implementazioni a prova di futuro. Come primo operatore IoT in Europa a implementare la gestione degli abbonamenti eSIM eUICC conforme a GSMA - e come organizzazione dietro il primo scambio di profili SIM IoT di successo in Europa - Com4 consente il rifornimento remoto di SIM per l'intera flotta distribuita. Non sono necessarie visite sul campo per aggiornare i profili di connettività di migliaia o milioni di contatori.

Una piattaforma di gestione della connettività unificata. Polaris Connectivity Management Platform (CMP) di Com4 fornisce provisioning, controllo dei criteri, monitoraggio dell'utilizzo in tempo reale, diagnostica e analisi per ogni SIM in ogni mercato in un'unica interfaccia. Un'API consente ai clienti di integrare i dati di connettività direttamente nei propri sistemi operativi, mentre gli strumenti di automazione riducono le spese manuali di gestione di grandi flotte.

Resilienza per design. Com4 gestisce piattaforme mobili completamente ridondanti con connessioni in fibra e alimentazione duplex, centri dati geograficamente separati e una struttura secondaria di backup in un sito montano protetto. Per i programmi che servono milioni di clienti dell'elettricità, del gas o dell'acqua, questo livello di ridondanza dell'infrastruttura è un requisito, non una cosa da poco.

Una comprovata esperienza nel campo dei contatori intelligenti. L'implementazione di Validér rimane uno dei punti di riferimento per la connettività IoT dei contatori intelligenti in Europa. Il track record di Com4 nell'implementazione nazionale norvegese, unito alla sua portata globale e indipendente dai carrier, la posiziona come partner di connettività di riferimento per gli operatori di servizi pubblici che pianificano implementazioni su scala nazionale o internazionale.

La connettività è la base, non un componente

I contatori intelligenti hanno una lunga durata, sono ampiamente distribuiti, sono soggetti a limitazioni di potenza e sono sempre più diffusi in diversi Paesi e tipi di utility. Il livello di connettività su cui si basano deve soddisfare tutti questi requisiti simultaneamente e deve rimanere utilizzabile per l'intera vita operativa del dispositivo.

L'implementazione di Validér dimostra cosa è possibile fare quando la connettività viene trattata come una base strategica fin dall'inizio: un programma sicuro, scalabile e a prova di futuro che ha sostenuto la transizione della Norvegia verso una copertura quasi universale dei contatori intelligenti.

Per gli operatori di servizi pubblici, gli OEM di hardware e gli investitori in infrastrutture che stanno pianificando la prossima generazione di installazioni di contatori intelligenti - a livello nazionale o globale - Com4 offre l'infrastruttura, l'esperienza e l'esperienza per farle funzionare.

Contattate Com4 per discutere i vostri requisiti di connettività per i contatori intelligenti.