O blog da AWS
Como uma empresa de saneamento planeja substituir 600 mil medidores de água com a ajuda do AWS IoT Core para LoRAWAN.
Por Javier Galvez, arquiteto de soluções na AWS,
Enzo Maiben, arquiteto de soluções na Morris & Opazo,
Pablo Carquín Trujillo, arquiteto de soluções na Morris & Opazo.
Com os governos reconhecendo a necessidade de controlar o consumo de recursos vitais para reduzir o desperdício e o consumo ineficiente, vemos uma necessidade crescente de serviços públicos inteligentes.
Embora as necessidades dos diferentes serviços públicos (luz, gás, eletricidade e água) sejam diferentes e muito específicas, vemos que todos eles precisam de soluções tecnológicas similares em termos de dispositivos inteligentes, conectividade e capacidade de processamento de dados.
A Aguas Nuevas, uma empresa de abastecimento de água no Chile, embarcou num programa para modernizar e digitalizar o processo de coleta de dados dos medidores de água de seus clientes, que atualmente é feito de forma manual uma vez por mês com a visita de um atendente da empresa a cada cliente.
Para isso, a Aguas Nuevas adquiriu antenas e dispositivos IoT compatíveis com a tecnologia LPWAN – LoRaWAN para coletar dados de consumo de agua, de forma sem fio (Wireless) e encontrou vários desafios na operação do gateway e de uma grande frota de dispositivos IoT, bem como a dificuldade de extrair valor dos dados dos sensores IoT.
Dispositivos inteligentes
Hoje vemos uma infinidade de dispositivos inteligentes disponíveis, mas muitos desses dispositivos precisam estar conectados a uma rede de forma eficaz para enviar os dados coletados, que só poderão nos trazer benefícios depois que forem processados, analisados e transformados em ação.
Conectividade
A conectividade se tornou, portanto, a última barreira para permitir que os serviços públicos sejam verdadeiramente inteligentes. Os chamados medidores inteligentes não podem alcançar sua inteligência e valor potencial sem estarem conectados de forma confiável, robusta e econômica.
Tecnologias como Low Power Wide Area Network (LPWAN – Rede de área ampla de baixa potência) em geral, e LoRaWAN especificamente, atendem e excedem as necessidades de conectividade das concessionárias de serviços públicos à medida que se transformam para a nova era digital de fornecimento de serviços públicos inteligentes.
LoRAWAN é a tecnologia de conectividade líder no mercado LPWAN e já é amplamente adotada em um grande ecossistema apoiado pela Aliança LoRa, da qual a AWS é integrante.
AWS IoT Core para LoRaWAN
AWS IoT Core para LoRaWAN é um serviço LoRAWAN Network Server (LNS – Servidor de rede LoRaWAN) totalmente gerenciado que permite aos clientes conectar dispositivos sem fio usando o protocolo LoRaWAN para obter conectividade LPWAN com a Nuvem AWS.
Com o AWS IoT Core, nossos clientes podem agora configurar uma rede privada LoRaWAN conectando seus dispositivos e gateways habilitados para LoRaWAN à Nuvem AWS, sem a necessidade de desenvolver, manter ou operar seu próprio servidor de rede LoRaWAN.
AWS e a água
A AWS entende que a necessidade das pessoas de acesso a água segura, limpa e acessível não vai mudar. Por outro lado, vemos uma série de desafios globais em questões relacionadas à água que estamos comprometidos a enfrentar com nossa tecnologia e os serviços da Amazon Web Services, por exemplo:
- Acessibilidade econômica da água
- Resiliência à mudança climática
- Envelhecimento da infraestrutura
- Substituição da força de trabalho
- Água não contabilizada (água perdida na distribuição)
- Disponibilidade do abastecimento de água
- Compreensão pública do valor da água
- Contaminantes emergentes
- Conformidade normativa
Arquitetura da solução
Nesta primeira fase do projeto a Aguas Nuevas utilizou o serviço AWS IoT Core para LoRaWAN para gerenciar facilmente seus gateways e sensores habilitados para LoRaWAN, bem como segurança e conectividade com centenas de medidores de água inteligentes que já estão enviando dados para AWS.
Nosso parceiro Morris & Opazo forneceu suporte à equipe da Aguas Nuevas para a integração dos gateways e sensores inteligentes e desenvolveu uma solução para integrar os dados recebidos dos sensores inteligentes com os sistemas de faturamento da Aguas Nuevas.
A Aguas Nuevas disse que ficou impressionada com a facilidade e rapidez de carregar todos os dispositivos com o AWS IoT Core para LoRAWAN.
Nesta seção, esboçaremos os componentes e a configuração utilizados nesta solução.
Configuração do serviço do AWS IoT para LoRAWAN
Para a configuração do serviço AWS IoT para LoRAWAN, as seguintes configurações precisam ser feitas:
- Gateways
- Dispositivos
- Perfis
- Destinos
Gateways
Para registrar os Gateways, você precisará do Gateway EUI (disponibilizado pelo fornecedor do dispositivo) e da frequência aceita em seu país.
Concluída essa etapa, obteremos as credenciais e os certificados necessários para a integração com seu Gateway.
Perfis
Nesta seção especificamos as capacidades técnicas do dispositivo, bem como os parâmetros de partida que o servidor LNS precisa para estabelecer a conectividade. Em nosso caso, o dispositivo utilizado foi configurado utilizando os seguintes parâmetros:
- Frequência aceita em seu país: AU915
- VERSÃO DO MAC: 1.2
- Versão do parâmetro regional: RP002
- MaxEIRP: 15
Destino
As informações nesta seção se referem ao destino dos dados que o dispositivo envia para o gateway e que o gateway envia para o serviço AWS IoT para LoRaWAN, em que é possível aplicar uma regra ou publicar a mensagem para uma fila do agente de mensagens do AWS IoT:
Por fim, o dispositivo no qual utilizaremos os parâmetros previamente especificados de Perfis e Destinos:
Com essas etapas concluídas, podemos passar a verificar a conectividade dos dispositivos e a ingestão de dados do console.
Também podemos verificar a entrada dos dados gerados pelo dispositivo usando o cliente MQTT no mesmo console, assinando a fila da regra definida em Destino anteriormente:
Uma vez recebidos os dados dos dispositivos, podemos começar a usá-los em vários serviços da AWS. Por exemplo, foram utilizados os seguintes componentes para esta solução:
- AWS Lambda: para decodificar os dados ou a carga útil gerada no dispositivo. A mesma função do Lambda a republicará em outra fila de mensagens do agente de mensagens do AWS IoT Core para que ela possa ser consumida por outra aplicação.
- AWS Kinesis Firehose: para armazenar a carga útil decodificada no S3.
- AWS Glue: para transformar os dados em formato Apache Parquet.
- Amazon Redshift: para realizar o armazenamento e análise dos dados.
- Amazon API Gateway: para consumo de dados e autenticação fornecida pelo Amazon Cognito.
- O sistema de faturamento da Aguas Nuevas poderá consumir os dados por meio da API de forma segura.
Conclusão e próximos passos
No processo de se tornar uma concessionária inteligente, a Aguas Nuevas está encontrando novas possibilidades que poderiam ajudá-la a melhorar ainda mais as operações na produção e distribuição de água aos cidadãos, por exemplo:
- Monitoramento das bombas de distribuição de água.
- Medição das perdas de água na rede de distribuição.
- Amostragem da qualidade da água na distribuição.
- Fornecer mais informações ao público sobre o valor da água
Como próximos passos, a Aguas Nuevas continuará a instalar mais medidores inteligentes nas casas dos clientes com o objetivo de substituir mais de 600 mil sensores de medidores de água e acrescentar mais funcionalidades às novas aplicações que estão sendo desenvolvidas.
Aguas Nuevas e Morris & Opazo falando sobre a solução na WWPS Summit Washington 2022 (para ver o vídeo clique sobre a imagem)
Dados adicionais
Workshop sobre AWS IOT para LoRAWAN: https://catalog.us-east-1.prod.workshops.aws/workshops/b95a6659-bd4f-4567-8307-bddb43a608c4/es-US
https://aws.amazon.com/es/iot-core/LoRAWAN/
https://aws.amazon.com/pt/blogs/industries/humans-as-sensors-for-water/
https://aws.amazon.com/pt/solutions/case-studies/veolia-water/
https://aws.amazon.com/pt/power-and-utilities/
https://aws.amazon.com/pt/iot/
Arquitetura de referência
The Smart Territory Framework
The Smart Territory Framework é um conjunto de ferramentas e módulos padronizados que nossos parceiros e clientes podem montar juntos para construir e operar soluções sustentáveis e altamente eficazes.
https://github.com/aws-samples/aws-stf-core-scorpio/
Sobre o Grupo Aguas Nuevas
É uma empresa de abastecimento de água no Chile. O Grupo Aguas Nuevas almeja ser reconhecido como uma empresa que contribui para melhorar a qualidade de vida de seus clientes, através da gestão especializada dos recursos hídricos em todas as regiões distantes e diversificadas em que opera.
Sobre a Morris & Opazo (Enzo & Pablo)
A Morris & Opazo é uma parceira avançada da AWS, especializada em Big Data e análises, posicionando-se como a melhor da América Latina nesta área. O IoT para LoRAWAN foi um novo desafio importante em que a empresa aplicou várias características deste serviço e as unificou com decodificação e processamento de dados programáveis.
Sobre os autores
Javier Galvez trabalha atualmente como arquiteto de soluções. Além disso, tem experiência de mais de 22 anos em tecnologia da informação. Hoje ele está principalmente focado em projetar e entregar novas soluções híbridas na Nuvem AWS, com foco nos serviços AWS IoT e Kubernetes, bem como desenvolver atividades técnicas com demonstrações e sessões interativas para nossos clientes.
Enzo Maiben trabalha atualmente como arquiteto de soluções na Morris & Opazo. Orientado para o projeto de soluções escaláveis e resilientes na Nuvem AWS. Focado na modernização empresarial, desenvolvimento de aplicações IoT, análise de dados e cultura DevOps.
Pablo Carquín Trujillo (Santiago, Chile) é um arquiteto de soluções e faz parte do grupo de construtores da comunidade AWS na categoria de contêineres. Trabalha atualmente como arquiteto de soluções na Morris & Opazo. Apaixonado pela resolução de problemas com foco em projetos de soluções escaláveis e resilientes na Nuvem AWS. Atualmente, está focado em projetos IoT, dados e contêineres. Fora do trabalho, ele gosta de praticar esportes, tocar música e passar tempo com seus entes queridos (entre outros).