ANIE-CSI Position Paper

ANIE-CSI Position Paper L’ uso delle reti a 169 MHz per smart metering gas A cura dello Smart Metering Group (SMG)

Introduzione Le reti di comunicazione wireless basate sulla frequenza a 169 MHz operano su una porzione di spettro non soggetta a licenza d’uso e sono state ideate e progettate per applicazioni e mercati specifici come lo smart metering, e in particolare per la realizzazione di infrastrutture di metering avanzate (AMI = Advanced Metering Infrastructures).

Le attuali infrastrutture di comunicazione, soprattutto per quanto riguarda le reti pubbliche wireless (2G, 3G e 4G), non sono state progettate per gestire in maniera ottimale il roll-out massivo dello smart metering1.

In particolare, è evidente come i modelli di traffico dati e di gestione delle reti per lo smart metering siano fortemente penalizzanti per le reti attuali. Alcuni esempi di fattori limitanti sono: la elevata richiesta di capacità di rete data dal numero stesso degli apparecchi connessi, l'asimmetria dei flussi di traffico uplinkdownlink, un differente modello di gestione della sicurezza, la necessità di coperture radio differenti rispetto a quelle predisposte per la comunicazione con smartphone, l'utilizzo di basse quantità di energia in comunicazione per poter garantire una durata delle batterie dei meters di alcuni anni, la garanzia della disponibilità dell'infrastruttura di rete in modo invariato per tutta la vita utile del meter.

Nella realtà italiana, i modelli di business legati allo smart metering e più in generale all'IoT sono tali per cui i costi complessivi di infrastruttura di comunicazione e di gestione della stessa, fino all'ottenimento del dato e la successiva elaborazione, devono essere generalmente compatibili con le caratteristiche di un servizio di pubblica utilità e da un costo comunque limitato

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anche dalle direttive AEEGSI. Le infrastrutture di rete per IoT e smart metering devono avere caratteristiche progettuali tali per cui ad un aumento sensibile del numero degli apparati interconnessi le prestazioni siano garantite costanti in termini operativi e di costi associati.

I paradigmi di comunicazione per l'IoT e lo smart metering sono tali per cui anche il ruolo dei tradizionali operatori di comunicazione e del loro rapporto con gli utenti del servizio deve essere ripensato. Una evidenza di questa situazione è data dallo stato attuale del roll-out dello smart metering del gas e dai risultati delle sperimentazioni nate dalla delibera AEEGSI 393/13/R/Gas. Sebbene ci siano indicazioni precise sulla efficacia e convenienza dell'impiego dei contatori con interfaccia di comunicazione in radiofrequenza (RF) a 169 MHz, in realtà non esiste un equivalente della rete pubblica per questa applicazione, lasciando l'onere della realizzazione alle società di distribuzione del gas e di fatto sottoutilizzando le potenzialità di questa tecnologia in un'ottica multi-servizio come quella auspicata dall'Autorità nella delibera citata.

L’uso della frequenza 169 MHz per il gas in Italia A valle della delibera AEEGSI 155/08/R/Gas, il CIG (Comitato Italiano Gas) ha definito una architettura di riferimento per lo smart metering che prevede l’impiego di una interfaccia RF a 169 MHz per gli smart meter gas di classe inferiore a G6.

In questa configurazione si realizza un’architettura di rete detta punto-multi punto, in cui un gruppo di misuratori sono affiliati ad un gateway/concentratore che si occupa della comunicazione dei misuratori con il sistema di acquisizione centrale (SAC).

La scelta della frequenza a 169 MHz (VHF, Very High Frequency), da un punto di vista regolatorio ha diversi vantaggi: - Si tratta di una frequenza armonizzata a livello EU (Decisione 2005/928/EC70): questo significa che la frequenza è disponibile e destinata ad un uso specifico per lo smart metering in tutti i paesi dell’Unione.

- La frequenza è di libero impiego: non vi sono costi diretti di licenza per la realizzazione di reti private da parte degli operatori. Questa caratteristica 1

https://www.gsma.com/iot/gsma-iot-device-connection-efficiency-guidelines/

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pone anche delle potenziali limitazioni sulla qualità del servizio, dal momento che l’utilizzatore della frequenza non ne ha un uso esclusivo o un diritto di protezione in caso di interferenze.

- L’impiego della frequenza a 169 MHz nello smart metering è compatibile con l’uso di frequenze adiacenti nelle applicazioni SRD (Short Range Devices) e presenta un elevato livello di compatibilità con applicazioni esistenti e future2.

- La frequenza a 169 MHz risulta anche essere sicura da un punto di vista sanitario ambientale. Alle potenze utilizzate (inferiori a 500 mW) non sono riportati in letteratura rischi per la salute pubblica3.

Tra i vantaggi principali dell’impiego della frequenza a 169 MHz per lo smart metering del gas vi sono senz’altro l’ottimizzazione dell’uso dell’energia e le caratteristiche di propagazione outdoor e indoor del segnale.

Da un punto di vista dell’uso dell’energia, la scelta dell’interfaccia RF a 169 MHz per i contatori del gas di nuova generazione permette una progettazione di un uso efficiente delle batterie; i contatori del gas infatti, a differenza di quelli per l’energia elettrica, possono utilizzare in sicurezza solo alimentazioni a batteria.

Dal momento che la vita effettiva del contatore installato è prevista pari a 15 anni, diventa molto importante poter contare su una durata di batteria più vicino possibile a questo periodo di tempo.

I progetti dei moduli di comunicazione RF a 169 MHz attualmente implementati dai produttori di contatori, consentono già oggi di poter garantire una durata delle batterie di almeno 10 anni in condizioni di utilizzo standardizzate e all’interno di livelli di servizio (SLA, Service Level Agreement) definiti dalla normativa tecnica4.

Per quanto riguarda la propagazione del segnale radio, vi sono alcuni studi scientifici5 e sperimentazioni effettuate in Italia6 ed in UK7, che dimostrano come 2

ECC REPORT 55 - COMPATIBILITY BETWEEN EXISTING AND PROPOSED SRDS AND OTHER RADIOCOMMUNICATION APPLICATIONS IN THE 169.4-169.8 MHZ FREQUENCY BAND (2004) 3 C.J. Schilling - Effects of exposure to VHF radio frequency radiation - Occup. Med. Vol. 50, 4956, 2000 4 UNI TS 11291-11-1 Appendice A, prospetti A.2 e A.3 5 C. Hägerling - Performance Evaluation of Wireless M2M Communication Technologies for Smart Grid Applications - 59 th SRD/MG Meeting

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le caratteristiche di propagazione della frequenza a 169 MHz siano preferibili a tutte le alternative disponibili e comprese nelle porzioni di spettro esente da licenza.

La norma tecnica UNI TS 11291, risultante dal lavoro del CIG per la standardizzazione del sistema di gas smart metering in Italia, definisce esplicitamente le modalità di impiego della frequenza a 169 MHz nel profilo di interfaccia PM1.

Il profilo PM1 prende origine dallo standard EN 13757-4 che definisce il livello fisico del trasporto radio8 implementando il protocollo di comunicazione Wireless M-BUS in modalità Narrow band bidirezionale (mode N); questa modalità suddivide il range di frequenza da 169.400 MHz a 169.475 MHz in 6 canali di ampiezza pari a 12.5 KHz. Il protocollo Wireless M-BUS utilizzato in modo N si avvale della modulazione GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) in cui spostamenti di frequenza vengono utilizzati per codificare i dati come un serie di variazioni di frequenza su di una portante9.

Vengono supportate velocità di trasmissione fino a 4.8 kbps, e nella versione adottata dallo standard UNI il meccanismo di accesso al canale è il tradizionale ALOHA10 integrato dal meccanismo LBT (Listen Before Talk) similmente ad altre tipologie di rete wireless11.

Il vantaggio principale della soluzione wireless MBUS in questo caso è dato dalla mancanza di barriere d’ingresso alla tecnologia. E’ possibile realizzare un sistema radio con le caratteristiche richieste dalla normativa senza incorrere in brevetti o 6

Fuschini et al. - Analysis of Outdoor-to-Indoor Propagation at 169 MHz for Smart Metering Applications - IEEE Transactions on Antennas and Propagation ( Volume: 63, Issue: 4, April 2015 ) 7 Belloul B. - Smart Meter RF Surveys – Final Report (version 1.1) - Department of Energy and Climate Change REDW_OPS_2012044 (2012) 8 EN 13757-4:2013 Wireless meter readout 9 Gerez S. - Implementation of Digital Signal Processing: Some Background on GFSK Modulation University of Twente, Department of Electrical Engineering 10 N. Abramson - "The ALOHA System - Another Alternative for Computer Communications". Proc.

1970 Fall Joint Computer Conference. AFIPS Press.

11 Jeon J. - LTE with listen-before-talk in unlicensed spectrum - 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW)

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licenze da parte di aziende o enti. Vi sono infatti a disposizione dei produttori di componenti per il gas smart metering diverse implementazioni di moduli radio, reference design a stack firmware e software di protocollo. Chiaramente questa scelta ha un impatto economico positivo nella costruzione degli smart meters, dato che i costi di produzione di una radio a 169 MHz con wireless M-BUS sono sensibilmente inferiori a qualsiasi altra tecnologia soggetta a licenza d’uso.

Risultati ed esperienze Attualmente sono presenti in Italia una serie di reti per telelettura e telegestione dei contatori gas di nuova generazione che utilizzano la tecnologia wireless MBUS per il loro esercizio.

Per quanto riguarda gli aderenti al gruppo smart metering di ANIE CSI, i risultati ottenuti da questi impianti non possono che confermare la validità e l’efficacia delle scelte operate dal CIG in fase di definizione dello standard.

Le implementazioni in radio frequenza a 169 MHz hanno confermato le aspettative in fase di design e progettazione delle reti, con raggi di copertura effettivi variabili da 450m a oltre 1400m in ambiente urbano, con un rapporto di concentrazione effettivo estremamente variabile da 1➗350 fino a 1➗1500, a seconda della densità di installazione dei contatori e della effettiva collocazione delle antenne dei gateway/concentratori. In queste reti il fattore di ridondanza medio è pari a 2.2, in cui uno smart meter vede o è visto da almeno due gateways distinti, aumentando la robustezza della soluzione anche in caso di fluttuazioni della copertura dovute a fattori esterni e successivi alla pianificazione di rete.

Sono anche state validate funzioni critiche nella gestione della rete RF come la sincronizzazione degli orologi dei contatori e soprattutto la possibilità di aggiornare il firmware di bordo dei misuratori attraverso la infrastruttura radio con un limitato impiego di energia da parte dei contatori.

Punti di attenzione Al termine delle attività di sperimentazione, in parte anche favorite da iniziative dell’AEEGSI come i progetti di sperimentazione multiservizio previsti dalla delibera 393/13/R/GAS, nonostante una prestazione complessivamente soddisfacente sono emeri alcuni punti di attenzione utili per interpretare

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l’evoluzione dei sistemi di smart metering all’interno di un quadro armonico di sviluppo delle infrastrutture di rete.

Per quanto riguarda l’eventuale divergenza tra le aspettative generate in fase di creazione dei piani predittivi di copertura e l’effettivo risultato in campo, emerge la necessità di definire dei modelli specifici per l’applicazione di smart metering12 e l’impiego della frequenza a 169 MHz13. Vi sono infatti alcune condizioni specifiche del servizio di smart metering quali la stazionarietà degli oggetti (contatori) rispetto alle antenne dei gateway, il posizionamento delle antenne stesse non sempre ottimale, le interferenze generate dai diversi ambienti operativi (in particolare quello urbano).

Nel roll out di applicazioni per smart metering a 169 MHz diventa fondamentale la fase di pianificazione e studio delle condizioni ambientali per gestire in modo ordinato le fasi di affiliazione ed arruolamento a sistema dei contatori.

La pianificazione è importante anche per la corretta allocazione e distribuzione dei canali radio utilizzabili con il wireless MBUS e per gestire eventuali condizioni di asimmetria tra la potenza di trasmissione e la sensibilità in ricezione di contatori e gateway/concentratori.

Una corretta pianificazione di rete, seguita da un puntuale monitoraggio dei livelli di potenza permette inoltre di ottimizzare l’uso delle batterie da parte dei contatori, eventualmente lavorando sulla potenza di trasmissione di questi ultimi.

Nei modelli di predizione ricavati dalle sperimentazioni in campo vengono inclusi anche fattori di correzione legati a condizioni operative differenti da quelle previste nei modelli di predizione per servizi radio mobile su spettro licenziato, come per esempio la presenza di rumore di fondo più elevato del teorico previsto.

In questa fase iniziale di assestamento dei sistemi, i modelli predittivi beneficiano molto delle statistiche ricavate dal funzionamento delle reti già operative e da campagne di misura e verifica della copertura e raggiungibilità dei contatori per validare il design iniziale.

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Uccellari M, Facchini F. - On the use of support vector machines for the prediction of propagation losses in smart metering systems - 2016 IEEE 26th International Workshop on Machine Learning for Signal Processing (MLSP) 13 Uccellari M, Facchini F. - On the Application of Support Vector Machines to the Prediction of Propagation Losses at 169 MHz for Smart Metering Applications https://arxiv.org/abs/1607.05154

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A proposito di sicurezza Nella implementazione attuale per lo smart metering gas, la sicurezza viene gestita a diversi livelli. Le soluzioni proposte dallo standard UNI TS 11291 sono studiate per situazioni particolarmente difficili dal punto di vista operativo, considerando che gli smart meter hanno ridotte capacità computazionali e che l’uso del canale di collegamento è fortemente teso alla conservazione dell’energia. Da un punto di vista della sicurezza informatica, il protocollo wireless M-BUS è stato analizzato e sono emerse diverse criticità nella sua implementazione su contatori dell’energia14. Alcune di queste criticità sono state risolte nello standard UNI TS 11291 adottando algoritmi di cifratura più robusti di quelli utilizzati in versioni e modalità diverse del wireless M-BUS. La cifratura delle informazioni viene effettuata nelle trame di contenuto applicativo scambiate tra smart meter e SAC, e l’evoluzione del modello punto-multi punto dal concentratore dati al gateway ha ridotto un ambito di vulnerabilità evitando la conservazione delle chiavi di cifratura su apparati (come i concentratori) che non sono soggetti a sicurezza fisica, Le prescrizioni della normativa tecnica sono utili strumenti per implementare la sicurezza nelle reti a 169 MHz, ma è sempre necessario ricordare che la sicurezza informatica non risiede in una specifica tecnologia o in una implementazione, ma consiste in un processo che deve essere attuato e seguito dagli utilizzatori della tecnologia.

Come tutte le reti wireless, anche per le reti a 169 MHz attuali sono possibili attacchi di tipo Denial of Service (DoS) realizzabili in modo relativamente semplice. Ma il rischio può essere mitigato con sistemi di monitoraggio attivo e passivo e con una serie di procedure operative atte a prevenire ed eventualmente rimediare eventuali problemi di sicurezza operativa.

D’altro canto, anche le alternative proposte con l’introduzione di tecnologie di rete soggette a licenza possono presentare problemi di sicurezza, a volte non gestibili direttamente dall’utilizzatore dei servizi. Questa constatazione è applicabile anche a proposte basate sull’impiego delle e-SIM, che presenta delle vulnerabilità15 potenziali come se non più complesse da gestire della tecnologia a

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Brunschwiler, Cyrill. "Wireless M-Bus Security Whitepaper Black Hat USA 2013, June 30th, 2013.

15 http://www.mobileeurope.co.uk/news-analysis/e-sims-could-unlock-door-to-fresh-securityrisks-claims-kpn

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169 MHz, come riportato anche nel KPN - European Cyber Security Perspectives 2017 report.

Come rendere le reti a 169 Mhz “future proof”?

Le reti a 169 MHz sono fortemente specializzate per specifiche tipologie di servizio, ovvero lo smart metering ed altri servizi che possono essere modellati sullo schema concettuale dello smart metering.

Pensare allo smart meter come un elemento costitutivo e di collegamento in una nuova infrastruttura di comunicazione permette di elaborare una serie di strategie per il futuro.

Tra queste possiamo suggerire la creazione di un tavolo di lavoro per la definizione di uno standard di comunicazione per IoT aperto e basato sulla attuale implementazione dello smart metering gas.

Una tecnologia aperta per infrastrutture di comunicazione che accesso immediato all'industria per lo sviluppo di nuovi apparecchi che vanno dagli smart meters, al gateway/data logger domestico, elementi costitutivi della rete domestica (Home Area Network, edificio.

consenta un interconnessi, fino ai singoli HAN) e/o di

L'obiettivo è quello di arrivare alla proposta di un nuovo standard condiviso in grado di integrare quanto già in essere con le normative tecniche per il gas smart metering, con quanto stabilito o in fase di definizione per lo smart metering di seconda generazione e le ulteriori aperture verso la home area network.

La nostra proposta non è intesa a creare uno standard ex-novo, implicando quindi tempi e costi indefiniti, bensì utilizzare know-how già presente e in qualche modo approvato dalle autorità e implementato dagli operatori di mercato, con l'obiettivo di estendere e migliorare quanto oggi risulta essere efficace.

Si tratterebbe quindi di avviare una valutazione delle criticità emerse, nelle sperimentazioni delle reti a 169 MHz con wireless MBUS modo N, e lavorare in modo da superare dove possibile queste limitazioni a costi ridotti e con la massima libertà di implementazione da parte di tutte le parti interessate.

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Tra le aree di intervento sulle quali operare per un miglioramento dell’uso della frequenza a 169 MHz, noi identifichiamo alcune che potrebbero consentire la risoluzione a molti delle critiche sollevate sulla tecnologia nelle osservazioni al DCO AEEGSI 416/2015/R/eel. In particolare il nuovo standard “169 MHz 2.0” potrebbe: - Lavorare con data rates (velocità) inferiori ma più efficienti: abbiamo verificato sperimentalmente anche con altre tecnologie di rete analoghe al 169 MHz attuale che, data la tipologia di trasmissione, nelle applicazioni IoT data rates inferiori sono accettabili senza impatti rilevanti sulla qualità del servizio. L’effetto collaterale di questa scelta consentirebbe coperture più ampie ed affidabili nel tempo.

- L’impiego combinato di schemi di modulazione differenti dal GFSK attuale, come per esempio (a titolo non esaustivo): GMSK e offset-QPSK, DSSS/FHSS (spread spectrum).

L’impatto di questo cambiamento porterebbe ad una ulteriore ottimizzazione dei consumi energetici, una minimizzazione delle possibilità di interferenza, un sistema di sincronizzazione preciso con conseguente utilizzo più efficiente delle risorse radio e l’aumento della capacità complessiva della rete (mediante per esempio utilizzo di tecniche FDMA e TDMA16 nei canali da 12.5 KHz). Inoltre un intervento sullo schema di modulazione può irrobustire la rete anche dal punto di vista della sicurezza, implementando per esempio una cifratura anche a livello fisico, e rendendo più complessi attacchi di Denial of Service.

- L’impiego di algoritmi di instradamento intelligenti: la loro definizione è già prevista nello standard del wireless MBUS come modo P e modo Q 17. Tali tecniche integrate da meccanismi di instradamento (routing) e riconoscimento (acknowledgment) dei messaggi, da una sincronizzazione precisa e da protocolli di instradamento progettati per l’impiego di dispositivi a batteria18 possono ulteriormente espandere la copertura e la robustezza delle reti a 169 MHz. Tutte queste considerazioni possono essere fatte con una particolare attenzione alla retro-compatibilità dei sistemi, in modo tale da garantire gli investimenti già fatti mantenendo un livello di compatibilità per su gateway/concentratori.

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FDMA = Frequency-Division Multiple Access, TDMA = Time-Division Multiple Access. Queste tecniche sono già utilizzate in altre reti di telecomunicazioni da molti anni.

17 EN 13757-5:2013 Part 5: Wireless relaying

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Evoluzione vs. Rivoluzione La nostra proposta di aggiornamento sul fronte della tecnologia wireless per lo smart metering wireless in ottica multi servizio prevede di lavorare sull'attuale standard a 169 MHz wireless M-BUS modo N, estendendolo e migliorandolo con limitati interventi tecnici, in modo da garantire in ogni caso una compatibilità dell'infrastruttura con il roll-out già in corso per lo smart metering del gas.

Questo permetterebbe di limitare, e in molti casi evitare, eventuali problemi di copertura, capacità e interferenza potenzialmente presenti nell'infrastruttura a 169 MHz. Verrebbe posta attenzione anche sul modello di sviluppo della rete di comunicazione, prevedendo anche delle architetture di sistema che includano anche il gateway/data logger domestico e le sue integrazioni con smart meters e sistemi di home e building automation.

In questo modo sarà possibile gettare le fondamenta di un ecosistema di IoT al quale possano partecipare più operatori nel mercato, garantendo per quanto possibile accessibilità alle risorse di rete senza oneri derivanti da licenze, che si traducono in costi più bassi per l'utente finale.

Come per l'esistente standard wireless MBUS, le innovazioni apportate saranno accessibili da chiunque senza limitazioni.

La questione logistica e il TCO Il costo totale di possesso (TCO = Total Cost of Ownership) delle reti a 169 MHz è probabilmente competitivo rispetto a soluzioni basate sullo spettro soggetto a licenza. La realizzazione di una rete a 169 MHz consiste essenzialmente nello sviluppare il piano di copertura per gateway/concentratori, installare gli apparati e utilizzare una dorsale a banda larga per portare i dati al centro servizi e quindi al SAC. Questo modello, per le aziende di distribuzione del gas ha una valenza anche di carattere economico finanziario, in quanto i meccanismi di rimborso in tariffa concorrono a mantenere il costo complessivo della soluzione entro limiti accettabili.

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EARP: Energy Aware Routing Protocols

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Il problema principale di queste soluzioni è però legato alla logistica di installazione degli apparati gateway/concentratori a 169 MHz. Idealmente, le antenne dei gateway dovrebbero essere collocate ad un’altezza media superiore ai 15 metri, e questo rende dei buoni siti di installazione il tetto dei condomini o di edifici di almeno 4 piani. Per poter procedere con installazioni di questo tipo, attualmente è necessario ricorrere al parere dell’assemblea condominiale per la delibera e l’autorizzazione all’installazione; risulta complicato quindi preparare dei piani di rete ottimali dal momento che non è sempre detto che i siti identificati nei modelli predittivi corrispondano a quelli effettivamente disponibili.

Un grosso aiuto per la diffusione capillare delle reti a 169 MHz potrebbe essere un intervento regolatorio da parte di AEGGSI e AGCOM che consenta di velocizzare il procedimento nei confronti dell’assemblea condominiale semplificando l’iter per l’installazione, a titolo oneroso per gli operatori di rete, delle antenne dei gateway a 169 MHz, estendendo l’interpretazione dell’art. 1122-bis del codice civile19, trattandosi di servizi di pubblica utilità e di cui anche i condomini stessi vanno a beneficiare.

Inoltre nel caso della costruzione di una rete di proprietà della concessionaria, sarebbero auspicabili anche misure di rimborso in tariffa anche per i canoni di locazione dei siti utilizzati per la telelettura e telegestione degli smart meter gas.

La gestione della qualità del servizio e le interferenze Il maggior punto in discussione sull’impiego della tecnologia di rete a 169 MHz da parte di operatori di rete mobile e sostenitori delle tecnologie basate su porzioni di spettro radio soggette a licenza d’uso, riguarda la impossibilità di garantire una qualità di servizio adeguata per le applicazioni.

Lo spettro libero è per definizione aperto all’accesso condiviso da parte di un numero illimitato di utenti, a patto che questi rispettino alcune regole di base.

Gli utenti di reti a 169 MHz non beneficiano di alcuna protezione regolatoria nei confronti di interferenze da parte di altri utenti nella stessa banda, con la conseguente difficoltà nella garanzia di SLA (service level agreement) vincolanti.

Le apparecchiature utilizzate per la realizzazione di reti a 169 MHz, secondo le direttive del Dlgs. 259/03 ("Codice delle comunicazioni elettroniche"), devono 19

http://www.quotidianocondominio.ilsole24ore.com/art/il-condominio/2015-09-02/tutte-regolele-antenne-televisive-la-riforma-2012-201636.php?uuid=ACrqHwq

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possedere tutte le certificazioni richieste per l’impiego nello spettro libero, ma non esiste alcun meccanismo di garanzia per un impiego prevalente e coordinate dei canali disponibili.

Per questo motivo è auspicabile la definizione di un ruolo di guida e garante degli utenti delle reti a 169 MHz che incentivi gli utilizzatori ad un “fair use” delle risorse condivise.

Come ipotesi di lavoro, sarebbe utile definire a livello regolamentare un gestore di roll-out delle reti a 169 MHz che si occupi di mantenere una tracciabilità della coesistenza di reti di questo tipo nel contesto geografico nazionale.

Si tratta di un ufficio o agenzia governativa di pianificazione e governance delle reti per AMI che mantenga un registro dei roll-out di rete nello spettro non licenziato in modo tale da concertare una distribuzione delle reti che minimizzi la possibilità di interferenze, che incoraggi il dialogo tra i fornitori di servizio e gli utilizzatori di reti a 169 MHz.

Le esperienze all’estero La tecnologia a 169 MHz trova applicazione in servizi di smart metering e smart city anche in altri paesi Europei che stanno affrontando lo stesso tipo di problematiche con le quali si confrontano le utilities italiane. Tra i paesi più attivi nell’uso di wireless MBUS mode-N a 169 MHz il principale dopo l’Italia è sicuramente la Francia. In Francia è stata infatti fondata nel 2017 una associazione che promuove l’uso a livello industriale e su scala nazionale di questa tecnologia. L’associazione è nota con il nome di “Wize Alliance” (http://www.wize-alliance.com) e conta circa una trentina di associati comprendenti utilities, produttori di apparati e contatori, produttori di infrastruttura e di sistemi di telecomunicazione e società di consulenza strategica.

Allo stato attuale Wize dichiara circa 3 milioni di smart meter acqua installati nell’arco di 6 anni in diverse nazioni tra cui, oltre la Francia anche Spagna, Italia, Portogallo, UK, Malta, Repubblica Ceca, Cina, Singapore, Cile, Indonesia e Colombia.

L’obiettivo della Wize Alliance è quello di fornire una infrastruttura sicura, affidabile e scalabile alle multi-utilities in ottica di smart city.

I risultati pubblicati da alcuni aderenti all’associazione, tra cui Gas Reseau Distribution France (GRDF), Suez e Veolia hanno dimostrato sul campo tutte le

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caratteristiche di versatilità e robustezza in ambiti complessi come lo smart metering acqua. Vengono riportati casi di elevatissima scalabilità, con il supporto di fino a 50.000 contatori per un singolo ricevitore a 169 MHz nella zona dell’Ile de France20.

Per quanto riguarda il servizio gas, GrdF ha avviato una campagna di roll-out per i propri 11 milioni di contatori con la stessa identica tecnologia di comunicazione usata in Italia.

Le maggiori differenze tra lo standard proposto da Wize Alliance e quello previsto nella UNI TS 11291 è solo nello strato applicativo costruito sul protocollo di trasporto della rete a 169 MHz; questo implica che già oggi una interoperabilità e compatibilità tra i due sistemi è possibile mantenendo inalterata l’architettura di rete e i componenti attivi (concentratori e gateways).

Come nel caso delle indicazioni fornite in Italia dall’Autorità, anche nel caso francese la convergenza di più servizi (“pooling”) sulla stessa rete viene considerata una soluzione economicamente sostenibile e che offre ampie garanzie di evoluzione per futuri servizi di smart city.

Le esperienze in Italia: il punto sul roll out Nel presente paragrafo si riportano alcune considerazioni sviluppate dallo Smart Metering Group (CSI-ANIE): •

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dal 2014 -data di inizio del roll out massivo nel segmento residenziale- i prodotti smart meters hanno riscontrato un crescente grado di maturità e conseguente affidabilità; una considerazione importante riguarda il fatto che le problematiche riscontrate in campo, sono per la maggior parte dei casi attribuite dalle Utilities, al prodotto contatore, ultimo anello della catena; in realtà il contatore è un componente del Sistema. Questo sistema influenza, con le sue prestazioni, il comportamento e la durata del contatore in campo, sia nella sua configurazione GPRS che in quella WMbus169MHz; condizioni contrattuali sempre più gravose, compaiono sempre più spesso nei capitolati e nei contratti di fornitura, chiaro sintomo di una scarsa fiducia nel proprio fornitore;

ON Connect March 2017 - Wize Alliance

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sarebbe auspicabile che la relazione cliente/fornitore si basasse su una vera e propria Partnership tesa ad ottimizzare le prestazioni del Sistema; uno degli scopi dello Smart Metering Group è proprio quello di ristabilire il giusto equilibrio nel rapporto cliente/fornitore adottando le opportune azioni concordate tra i membri del gruppo.

I contatori oggi presenti sul mercato hanno beneficiato dell’esperienza iniziale migliorando alcuni aspetti tecnici, tra i quali si possono citare aspetti relativi alla comunicazione, al budget energetico e all’interfaccia con il cliente finale, fermo restano il principio di misura adottato: •

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l’entrata in vigore (feb 2016) della norma sull’intercambiabilità Uni Cig 11291-11-6 ha permesso di uniformare le configurazioni dei prodotto WMbus169Mhz rendendo il prodotto più stabile e di più facile installazione; in relazione all’esperienza iniziale la seconda generazione degli Smart Meters ha focalizzato l’attenzione, in termini di design, sui consumi energetici cercando di ottimizzare la durata delle batterie; ottimizzazione dell’interfaccia con il cliente: aggiunta di un pulsante “ad hoc” per leggere il volume consumato e/o funzioni specifiche, miglior leggibilità tramite display.

Gli «Smart Meters», per loro natura, necessitano di un livello di configurazione articolato, che va oltre il semplice inserimento della SIM. Parametri come ad esempio il PDR, l’APN, il PIN, la data e l’ora, il DST costituiscono il set –up iniziale di ogni smart meter.

Questa caratteristica, nella fase iniziale del roll out, ha modificato il classico processo di installazione del misuratore, rendendolo più lungo e macchinoso.

Gli installatori dovevano essere: • adeguatamente formati • equipaggiati di PC software di installazione e sonda ottica • equipaggiati di SIM cards ed di un sistema di tracciabilità delle stesse Inoltre, oltre alla posa l’installatore doveva: • Connettere la batteria • Chiudere correttamente lo sportellino • Verificare la trasmissione dei dati

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Il tutto nei luoghi più disparati e nelle più svariate condizioni meteo.

L’evoluzione dello smart meter, le richieste dei distributori di un processo semplificato uniti ai volumi crescenti di misuratori ordinati hanno portato i costruttori a farsi carico delle oprerazioni di prima configurazione direttamente in fabbrica.

I costruttori hanno modificato la loro offerta commerciale, creando dei prodotti customizzati per ogni cliente abbinando allo smart meter il set di parametri scelto codificando opportunamente il prodotto con le esigenze del cliene ( Sim Card...)

Questa flessibilità dei costruttori unita alla possibilità fornita dai system integrator di scrivere il PDR da remoto ha permesso di installare i misuratori Smart con la stessa semplicità dei tradizionali.

Il punto sul roll out : ipotesi di partenza

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Il punto sul roll out : quantitativi installati ad oggi e prospettiva al 2018

Le Aziende associate allo Smart Metering Group gruppo hanno una quota di mercato stimata al 31/112/2017 pari al 35 % in volume.

Conclusioni: la tecnologia a 169 MHz può essere considerata “Future Proof”?

Le reti basate sulla frequenza a 169 MHz operano su una porzione di spettro radio non soggetta a licenza d’uso, presentano dei vantaggi per quanto riguarda l’uso dell’energia (che le rende adatte ad applicazioni alimentate a batteria), possono avere una soddisfacente capacità di nodi per centro stella21, consentono una la copertura generalmente ampia e variabile a seconda della architettura della rete ed hanno un costo di esercizio compatibile con le politiche di remunerazione in tariffa.

Oggi le reti a 169 MHz rappresentano una opportunità reale per gestire un mercato di servizi smart metering e IoT che prosegue nel suo sviluppo e, per quanto riguarda lo smart metering del gas in Italia, una roadmap definita dall’AEEGSI con un traguardo molto vicino nel tempo.

Le reti a 169 MHz rappresentano uno strumento indubbiamente “future proof” per le società di distribuzione del gas in quanto consentono di mantenere pressoché inalterate le condizioni operative per tutto il periodo di vita utile dello smart meter gas.

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In pratica il rapporto di concentrazione del gateway nell’architettura UNI-TS

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Per questo motivo, riteniamo utile e condivisibile un ulteriore sviluppo evolutivo della tecnologia a 169 MHz che consente ora e consentirà in futuro la realizzazione di reti multiservizio a costi competitivi.

In un prossimo futuro ANIE CSI pubblicherà un ulteriore position paper di approfondimento, sul tema specifico dell’uso della frequenza a 169MHz per l’impiego in reti multiservizio.

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