Alcuni progetti di Gas metering

Il metering delle utilities è uno degli ambiti più significativi delle applicazioni Internet of Things a livello globale ed anche in Italia questa affermazione trova significativa conferma sia nel numero di oggetti connessi che nel valore del business direttamente ed indirettamente correlato [nota 1].

 

Lo smart metering: un po’ di normativa

Lo smart metering è uno storico ambito di successo per l’Italia che vanta il più grande deployment a livello globale nel settore elettrico con oltre 36 milioni di oggetti connessi e che, dal 2017, farà da battistrada con l’avvio del progetto 2.0 sul quale l’Authority di riferimento (AEEGSI) ha già dato le sue prime indicazioni.
Il progetto legato al metering del gas, delineato sin dal 2008 dall’allora AEEG (solo dal 2011 l’Authority dell’Energie Elettrica e del Gas ha acquisito competenza anche sul Settore Idrico) con la Delibera ARG/gas 155/08 e confermato nei successivi piani di roll-out in una serie di delibere (ultima in ordine di tempo la ARG/gas 554/15), è in pieno svolgimento con l’obiettivo di estendere la tele-gestione alla totalità dei misuratori di calibro ≥G10 ed al 50% del G4-G6 (mass market) al 31 Dicembre 2018 [nota 2].
Il progetto si caratterizza per una novità assoluta nel settore: per le utenze domestiche (˜22 milioni di apparati) non è solo prevista la comunicazione dei consumi rilevati (profilati su base oraria), ma anche la chiusura da remoto dell’elettrovalvola prevista nel progetto dei misuratori onde permettere la gestione della morosità con precisi SLA operativi dei Distributori Gas rispetto alle Società di Vendita che registrano la morosità dei Clienti.
Ancorché economicamente depressa l’importanza della connettività nell’IoT è evidente e lo è a maggior ragione nel metering, dove risulta particolarmente critica la raggiungibilità del misuratore, la cui ubicazione è spesso infelice e non negoziabile (non è tecnicamente fattibile immaginare lo spostamento dei misuratori in area di migliore copertura radio). Un effetto collaterale della raggiungibilità  è poi la durata delle batterie degli apparati che devono assicurare l’operatività su archi temporali dell’ordine dei 10 anni.
In questo scenario, mentre i produttori di misuratori diventano rapidamente commodity con l’interoperabilità degli apparati opportunamente definita e normata, i ruoli degli operatori telefonici e dei System Integrators diventano cruciali per i Distributori delle Utilities che, dovendo realizzare progetti la cui durata è nell’ordine dei 15 anni (il limite è legato alla validità metrologica dell’apparato utilizzato a fini fiscali), giocoforza devono avvalersi di partners più che di fornitori in grado di accompagnarli per l’intera durata del progetto anche per gestire opportunamente gli adeguamenti tecnologici che su un arco di progetto così lungo sono inevitabili.
Come detto, una delle principali criticità del metering, è la raggiungibilità stabile degli apparati non sempre garantita dalla connettività cellulare “storica” non progettata per raggiungere oggetti statici installati nei sottoscala o all’interno di nicchie la cui costruzione, non normata, costituisce una barriera spesso ardua da superare.

 

Deployment metering elettrico (Fonte AEESGI)

Le soluzioni 2G e RF169Mhz

In sede di normativa tecnica il Comitato Italiano Gas (CIG) ha affiancato alla rete cellulare (con SIM all’interno dei misuratori) la possibilità di utilizzare la radio frequenza a 169Mhz proprio per assicurare una migliore raggiungibilità degli apparti in condizioni particolarmente critiche.
TIM offre, per ora, ai propri Clienti entrambe le opportunità: copertura cellulare (2G dato che i misuratori usano modem di questa generazione) e copertura RF169Mhz con reti overlay realizzate ad hoc sulle aree di interesse indicate dai Clienti. Nel prossimo futuro anche la copertura NB-IoT sarà resa disponibile così da garantire, nel tempo, soluzioni di connettività standard 3GPP completamente integrate nelle reti commerciali (LTE) migliorando costi e prestazioni a completo beneficio del mercato.
L’incertezza sulla disponibilità della rete cellulare 2G per l’intero ciclo di vita dei misuratori unita all’oggettiva difficoltà della stessa rete a garantire la raggiungibilità della totalità dei misuratori ha spinto molti operatori del mercato della distribuzione gas a rivolgersi alla rete RF169Mhz che, proprio perché, essendo realizzata ad hoc sulla base di SLA contrattualizzati, assicura loro sia la disponibilità nel tempo che la raggiungibilità dei misuratori.
Con le reti RF169Mhz i Clienti indicano le aree di loro interesse e la localizzazione degli impianti che sono da gestire (in gergo Area Richiesta); su questo requisito viene prodotto un progetto di copertura che identifica l’Area Coperta (generalmente diversa da quella Richiesta): l’intersezione delle due Aree definisce l’Area Servita.
La Figura 1 a-b e Figura 2 a-b evidenziano due casi opposti: nella prima coppia di figure si vede come l’area richiesta (a sinistra) sia ampiamente servita dall’area coperta, mentre nella seconda coppia di figure si osserva come ci sia un’ampia area richiesta (sia pure scarsamente metanizzata) non coperta e quindi non servita.
Qualora l’Area Servita non soddisfi completamente il requisito fissato nell’Area Richiesta si esaminano le alternative possibili utilizzando non solo i siti di proprietà (siano essi a supporto della rete fissa che mobile), ma anche quelli del Cliente che tipicamente dispone delle cosiddette cabine REMI, ovvero aree di media altezza ed elettricamente attrezzate in grado di assicurare buone copertura in campo aperto (vedasi area violacea Figura 3).
Messo a punto il progetto relativo all’infrastruttura di copertura radio, sulla cui base si formula una proposta tecnico/economica con predefiniti SLA di servizio a regime, si procede (se la proposta viene accettata) alla fase esecutiva.

 

Figura 1 a-b - Esempio di area richiesta (a sinistra) ampiamente servita dal gas

 

Figura 2 a-b - Esempio di area richiesta (sia pure scarsamente metanizzata) non coperta e quindi non servita

 

Figura 3 - Esempio di area di media altezza ed ettricamente attrezzate in grado di assicurare buone copertura in campo aperto

 

Le ragioni per essere ottimisti

L’esperienza maturata sta dimostrando che il progetto esecutivo ha sempre migliorato le previsioni di copertura e di raggiungibilità dei misuratori (il KPI utilizzato è quello relativo al rapporto di concentrazione assicurato da ciascun sito attrezzato).
La ragione di tale miglioramento è essenzialmente legata alla flessibilità che i gateways di concentrazione permettono consentendo di attrezzare siti con la migliore configurazione possibile di antenne omnidirezionali e direzionali in grado di coprire al meglio il territorio circostante, dando così modo di realizzare reti con la sensibilità in ricezione (-112dbm [note 3]) allineata alla norma tecnica di riferimento (UNI 12291).
Se la copertura capillare del territorio e la conseguente densità di apparati raggiunti per unità di concentrazione è uno dei KPI importanti del servizio, occorre sottolineare come i progetti sviluppati in Azienda abbiano evidenziato come siano altri i fattori critici di successo: la stabilità nel tempo della raggiungibilità degli apparti sul campo, la tele-gestione dei misuratori, la complessità delle procedure (ancorché normate) di aggiornamento remoto del firmware (FW) dei misuratori, il tutto in un contesto di innovazione tecnologica di tutte le componenti della catena (misuratori, gateways di concentrazione, sistemi di gestione) che accentua ogni complessità.
I risultati conseguiti sono in generale buoni con eccellenze su alcune Aree, ove le coperture assicurano il 98,32% [note 4] od il 97,11% [note 5] delle letture ed altre che comunque assicurano un livello superiore al 92% [note 6]. Le discriminanti per le differenze sono certamente di carattere orografico, urbanistico ed impiantistico (con riferimento alla ubicazione e tipologia di case che ospita il misuratore), ma anche ai numerosi problemi legati all’attuale maturità degli apparti di campo, a quella dei sistemi di gestione che evidenziano lacune nella scalabilità delle loro prestazioni rese critiche dal fatto che ogni misuratore RF169Mhz invia fino ad un massimo di 4 messaggi giornalieri (uno ogni 6 ore),  nonché ad una certa ambiguità delle norme tecniche di riferimento specie nel processo di aggiornamento del firmware dei misuratori.
La prestazione nella tele-lettura non viene completamente confermata, se si guarda alla gestione, ovvero al governo dei comandi che indirizzano problematiche operative come la chiusura delle elettrovalvole dei misuratori, le letture fuori ciclo, … e l’aggiornamento del firmware. Accanto ad eccellenze che evidenziano una prestazione che supera il 90% il dato medio si attesta all’85%. Le ragioni di tale discrepanza sono già state evidenziate ed in generale afferiscono alla gioventù delle varie componenti della catena ad una certa ambiguità delle norme tecniche di riferimento, che hanno disegnato una procedura operativa che sul campo ha evidenziato complessità implementative non trascurabili, dovendosi gestire interoperabilità ed indipendenza dalle manifatturiere.

 

Le ragioni per essere cauti

L’aggiornamento da remoto del firmware dei misuratori, come peraltro atteso, si è rivelato uno dei processi - come detto normato - più critici in assoluto con tutt’ora una elevata manualità nell’attuazione che rende questa fase non gestibile in autonomia dai Distributori del gas.
I punti critici di questo processo sono legati alla mimica del dialogo che le norme hanno definito per questo processo: un aggiornamento del firmware da 400KB (aggiornamento sia della componete metrologica del misuratore che della componente operativa/gestionale) per poter essere distribuito in broadcast ai misuratori gestiti da un gateway di concentrazione deve essere spacchettato in oltre 2.000 pacchetti perché il tempo destinato alla ricezione è di pochissimi millisecondi (al fine di limitare il consumo delle batterie).
La probabilità di perdere pacchetti e di dover iterare più volte spezzoni di broadcast (specifici per singolo misuratore) è evidente come un processo di aggiornamento del firmware su aree diffuse possa chiedere mesi.

 

Conclusioni

Le conclusioni che si possono trarre dai primi 24 mesi di lavoro sui progetti legati al metering dei misuratori gas ed acqua su reti capillari RF169Mhz hanno dei chiaroscuri che sono l’obiettivo prossimo futuro del mercato.
Sono punti di attenzione:

  • la diversità di performance che al momento viene registrata tra la lettura e la gestione dei misuratori rappresenta un gap rilevante non imputabile alla rete ed alla sua gestione ma ai misuratori che evidenziano prestazioni diverse per l’uplink ed il downlink;
  • l’aggiornamento remoto sia nella parte tecnica che nei sistemi che nei processi che rendono questa funzionalità non gestibile dai Clienti Distributori e soprattutto non prevedibile nei risultati complessivi e nelle tempistiche di esecuzione.

È confortante e di assoluto interesse, in chiave prospettica, quanto emerge dal progetto parzialmente finanziato dall’AEEGSI (con la Delibera 393/13), che ci vede impegnati con Ireti (Gruppo Iren) in merito al metering dell’acqua.
Il progetto prevedeva in origine 3.351 misuratori acqua da tele-leggere (730 nell’area di Genova e 2.621 nell’area Emiliana). Il Cliente ne ha installati 2.649 (714 a Genova e 1.935 nell’area Emiliana), avvalendosi di 3 diversi manifatturiere ed al momento sono tutti  visibili ed arruolati: il 100% di loro è stato correttamente tele-letto al 30 Settembre 2016. Il campione è certamente ridotto, ma comunque significativo soprattutto nell’area di Genova, dove orografia e impiantistica sono certamente un riferimento in termini di complessità (questo anche alla luce di evidenze che emergono da progetti similari sviluppati in Italia ove le prestazioni delle reti dispiegati sono state largamente inferiori).
Il risultato raggiunto dal metering dell’acqua (che ovviamente dovrà essere confermato su scale ben maggiori ma che fa guardare al futuro con maggiore ottimismo rispetto all’avvio del progetto) è certamente influenzato dal fatto per l’acqua il metering è limitato alla lettura (uplink) sia pure fatta con misuratori operativi in condizioni di raggiungibilità radio estremamente disagiata.

 

Note

  1. Dal punto di vista del mercato dell’internet of things, per il metering, si contabilizza (ed è di nostro diretto interesse) il valore della realizzazione dei progetti (valore degli apparati, della connettività, delle piattaforme di gestione). Quello che è interessante osservare è il valore del business che viene generato/gestito da questi progetti  basti pensare  all’intero mercato Elettrico Italiano(315TWh nel 2015 con un PUN di 52,31€/MWh come indicato nella relazione annuale 2015 del GME datata 10 luglio 2016)  le cui bollette sono prodotte sulla base del metering o senza contare i benefici gestionali (cambio da remoto della potenza del misuratore, …).
  2. Il dato si riferisce alle consistenze gestite dai Distributori del gas con oltre 200.000 misuratori (16 ragioni sociali che gestiscono oltre 15,898 milioni di misuratori). I distributori che hanno tra i 100 ed il 200mila misuratori sono obbligati, sempre a fine 2018, a mettere il 33% della propria consistenza in tele gestione, si tratta di 15 Distributori che gestiscono un totale di 2,530 milioni di misuratori).
  3. Il dato è considerato al netto di una attenuazione indotta massima ammissibile di -14dbm che tiene conto delle eventuali barriere infrastrutturali che si frappongono tra il misuratore ed il campo aperto.
  4. Il dato si riferisce alle consistenze gestite da un Cliente nel Settembre 2016 (3.048 misuratori tele-letti su 3.100 installati nell’area Servita). Da segnalare che per lo stesso Cliente sono gestiti dalla rete (e dai sistemi di gestione associati) anche altri  1.088 misuratori su 1.231 installati al di fuori dell’area Servita, l’88,38% del totale). I misuratori fuori area Servita sono regolarmente contabilizzati e fatturati al Cliente con il quale si è contrattualizzato e si sta realizzando un nuovo lotto di copertura.
  5. Il dato si riferisce alle consistenze gestite da un Cliente nel Settembre 2016 (3.429 misuratori tele-letti su 3.521 installati nell’area Servita). Da segnalare che per lo stesso Cliente sono gestiti dalla rete (e dai sistemi di gestione associati) anche altri  241 misuratori su 333 installati al di fuori dell’area Servita, il 72,37% del totale). I misuratori fuori area Servita sono regolarmente contabilizzati e fatturati al Cliente con il quale si è contrattualizzato e si sta realizzando un nuovo lotto di copertura che porterà l’Area Servita a coprire la totalità del ˜18.500 misuratori.
  6. Con il ruolo di terzo Carrier che TIM si è ritagliata sul campo (fornitore della rete capillare di copertura radio e dei conseguenti sistemi di gestione), non potendo contare sulla disponibilità delle chiavi di criptazione dei messaggi da e per i misuratori ci si è posto il problema del governo del ciclo di vita dei misuratori che si connettono ai gateways di concentrazione in varie fasi: quando sono nei magazzini, quando sono installati in campo, quando vengono arruolati, quando diventano operativi e quindi da gestire, quando vengono “cessati”. Si sono definiti – condivisi con i Clienti - gli stati di Visibili (misuratori “visti” dalla rete e quindi forse nei magazzini, forse installati da operati limitrofi, forse in spostamento da un luogo ad un altro - i dati ricevuti da questi oggetti vengono scartati), Installati (misuratori che sono stati installati dal Cliente presso l’utenza finale ma non ancora arruolati sui sistemi di gestione della rete - i dati ricevuti da questi oggetti vengono scartati), Arruolati (misuratori Installati dal Cliente di cui, avendo ricevuto dai sistemi gestionali tutte le informazioni utili al loro governo in campo, da quel momento si avvia la gestione e l’accounting contrattuale). Tra tutti gli arruolati sono poi distinti i tele-letti e i tele-gestiti per poter governare gli SLA di progetto e gli impegni contrattuali conseguenti.
 

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