SiLabs - Smart-Metering-Lösung

Intelligente Zählertechnologie:

Skalierbare drahtlose Lösungen für Ingenieure und Anwendungsentwickler

Im Zuge der Umgestaltung städtischer Ökosysteme durch intelligente Infrastrukturen hat sich die intelligente Zählertechnik zu einer entscheidenden Komponente für die Überwachung von Versorgungseinrichtungen und die datengestützte Optimierung entwickelt. Für Ingenieurteams und Anwendungsentwickler, die mit Smart-City-Lösungen arbeiten, ist es wichtig, die verfügbaren Wireless-Technologien, SoC-Funktionen und Integrationsstrategien zu verstehen.

In diesem Artikel wird untersucht, wie die Wireless-Plattformen von Silicon Labs die Entwicklung robuster, sicherer und skalierbarer Smart-Metering-Systeme für Strom, Wasser, Gas und Wärmeenergie unterstützen.

Smart Metering auf der Systemebene

Intelligente Zähler sammeln Echtzeit-Verbrauchsdaten und übertragen sie drahtlos an ein zentrales System. Diese Systeme erfordern in der Regel:

• Drahtlose Verbindungen mit geringer Leistung und grosser Reichweite

• Sichere Datenübertragung

• Unterstützung mehrerer Protokolle für heterogene Umgebungen

• Skalierbarkeit für dichte Installationen und Millionen von Knotenpunkten

Für Ingenieure geht es nicht nur darum, eine genaue Datenerfassung und -übertragung zu gewährleisten, sondern auch darum, Messlösungen nahtlos in Mesh- oder Sternnetze zu integrieren - je nach Anwendungstopologie und gesetzlichen Vorgaben.

Silicon Labs Wireless-Lösungen für Smart Metering

EFR32FG25 - Drahtloser Sub-GHz-SoC

Der FG25 wurde für die Kommunikation über grosse Entfernungen bei minimalem Stromverbrauch entwickelt und eignet sich hervorragend für Strom- und Gaszähler, die Protokolle wie Wireless M-Bus oder proprietäre Sub-GHz-Stacks verwenden.

• Sub-GHz-Betrieb für >1 km Reichweite in städtischen Umgebungen
• Bis zu +20 dBm Sendeleistung und hohe Empfängerempfindlichkeit
• Eingebautes Energiemanagement mit niedrigen Aktiv- und Ruhestromstärken
  

EFR32FG28 - Dual-Band (Sub-GHz + Bluetooth LE)

Ideal für hybride Messlösungen oder zur Überbrückung der mobilen Bereitstellung mit Feldgeräten.

• Nahtlose Koexistenz von Sub-GHz und BLE in einem einzigen SoC
• Geeignet für mobile Anwendungen für den Zugriff auf Zähler über BLE, während Sub-GHz für die Backend-Kommunikation beibehalten wird
• Flexible Protokollstack-Unterstützung (Wirepas, WM-Bus, proprietär)
  
  

EFR32FG23 - Wirepas Mesh Optimiert

Optimiert für gross angelegte Mesh-Netzwerke, bei denen extrem niedriger Stromverbrauch und Zuverlässigkeit entscheidend sind.

• Native Unterstützung für Wirepas Mesh (Sub-GHz)
• Hervorragend geeignet für intelligente Wasser- und Gaszähler in dicht besiedelten Gebieten
• Selbstheilende, skalierbare Netzwerktopologie für minimalen Wartungsaufwand

EFR32MG24 - Multiprotokoll-SoC mit verbesserter Sicherheit

Eine vielseitige Wahl für Entwickler, die Zigbee, OpenThread, BLE oder proprietäre Stacks benötigen.

• Arm® Cortex®-M33-Kern mit TrustZone
• PSA-zertifiziert Stufe 3 (über Secure Vault™)
• Ideal für Umgebungen mit Geräten mit unterschiedlichen Protokollen oder zur Nachrüstung bestehender Systeme

Secure Vault™ - die eingebettete Sicherheitsplattform von Silicon Labs

Sicherheit ist für intelligente Zählernetzwerke, in denen Millionen von Knotenpunkten Abrechnungs- und Verbrauchsdaten übertragen, von grösster Bedeutung. Secure Vault bietet:

• Hardware Root of Trust
• Sicheres Booten, sicheres Debuggen, Anti-Rollback-Schutz
• Manipulationserkennung und Widerstand gegen Seitenkanalangriffe
• PSA Level 3-Zertifizierung für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften

Designüberlegungen für Ingenieure

Bei der Auswahl einer drahtlosen Plattform für Smart Metering müssen Ingenieure folgende Punkte berücksichtigen:

1. Regionale RF-Konformität (ETSI, FCC, ARIB): Die Sub-GHz-Leistung muss den strengen Regeln für die Frequenznutzung entsprechen.
2. Optimierung der Batterielebensdauer: Energiesparmodi, TX/RX-Duty-Cycling und effiziente MCU-Nutzung sind entscheidend.
3. Netzwerkarchitektur: Stern- oder Maschentopologie beeinflusst die Wahl des Protokolls, die Latenzzeit und die Zuverlässigkeit.
4. Firmware OTA: Silicon Labs bietet OTA-Update-Frameworks, um eine langfristige Wartbarkeit zu gewährleisten.
5. Sicherheits-Lebenszyklus: Implementieren Sie sicheres Onboarding, Schlüsselspeicherung und verschlüsselten Transport vom ersten Tag an.

Beispiele für Anwendungen

• Elektrizitätszähler: Erfordern präzises Timing und robuste Sub-GHz-Kommunikation. Secure Vault™ gewährleistet die Integrität der Nutzungsdaten.
• Wasserzähler: In der Regel batteriebetrieben, mit FG23 + Wirepas Mesh für effiziente Netzwerke mit grosser Reichweite und geringem Stromverbrauch.
• Gaszähler: Dual-Band-Systeme mit FG28 ermöglichen eine sichere Bereitstellung über BLE mit kontinuierlicher Sub-GHz-Messung.
• Wärmezähler: MG24 SoCs unterstützen verschlüsselte Kommunikation über Zigbee oder Thread in Gebäudeautomationsnetzwerken.

Abschliessende Überlegungen

Für Ingenieure und technische Teams, die intelligente Messgeräte entwickeln, bietet Silicon Labs ein zusammenhängendes Ökosystem: hochintegrierte SoCs, zertifizierte Stacks, robuste Sicherheit und Entwicklungstools zur Beschleunigung der Bereitstellung.

Ganz gleich, ob Ihre Anwendung hohe Skalierbarkeit, Sub-GHz-Mesh-Networking oder FOTA-fähige Sicherheit benötigt, das Smart-Metering-Portfolio von Silicon Labs bietet die Bausteine, um Ihr Produkt schneller auf den Markt zu bringen - und das mit Sicherheit.

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