Caso de Uso de Telemetria: Controle e Monitoramento de Energia Doméstica

A menos que o usuário queira se envolver na economia de energia usando o medidor, o medidor não requer intervenção do usuário. Isso não deve reduzir a confiabilidade do fornecimento de energia para dispositivos individuais.

Um cliente MQTT pode ser integrado no software implementado com o medidor, e não requer instalação ou configuração separada.

A comunicação entre dispositivos e medidores inteligentes demanda normas de conectividade diferentes das que existem entre o medidor e o ponto de conexão remota.

A conexão do medidor inteligente com dispositivos deve ser altamente disponível e compatível com as normas de rede para uma rede doméstica.

É provável que a rede remota use várias conexões físicas. Algumas delas, como um celular, têm um alto custo de transmissão e podem ser intermitentes. A especificação MQTT v3 é voltada para conexões remotas, e conexões entre adaptadores locais e o medidor inteligente.

As conexões entre tomadas de energia e dispositivos e o medidor usam uma rede doméstica, como Zigbee. MQTT para redes de sensores (MQTT-S), é projetado para trabalhar com o Zigbee e outros protocolos de rede de baixa largura de banda. MQ Telemetry não suporta MQTT-S diretamente. Ele requer um gateway para conectar MQTT-S a MQTT v3.

Assim como o monitoramento de pacientes em casa, as soluções para monitoramento e controle de energia doméstica requerem diversas redes, conectadas usando um medidor inteligente como um hub.

Há inúmeros problemas de segurança associados aos medidores inteligentes. Esses problemas incluem não repúdio de transações, autorização de todas as ações de controle que são iniciadas e privacidade dos dados de consumo de energia.

Para garantir a privacidade, os dados transferidos entre o medidor e o ponto de controle remoto por MQTT podem ser criptografados usando TLS. Para garantir a autorização de ações de controle, a conexão MQTT entre o medidor e o ponto de controle remoto pode ser mutuamente autenticada usando TLS.

A natureza física da rede remota pode variar consideravelmente. Ela pode usar uma conexão de banda larga existente, ou uma rede remota com alto custo de chamadas e disponibilidade intermitente. Para conexões intermitentes e de alto custo, MQTT é um protocolo eficiente e confiável; consulte Caso de uso de telemetria: Monitoramento de pacientes em casa.

Eventualmente as empresas de energia, ou pontos de controle central, planejam a implementação de dezenas de milhares de medidores inteligentes. Inicialmente, os números de medidores por implementação estão entre dezenas e centenas de milhares. Este número é comparável ao destino inicial MQTT de 50.000 conexões de cliente aberto por gerenciador de filas.

Um aspecto crítico da arquitetura para monitoramento e controle de energia doméstica é o uso do medidor inteligente como um concentrador de rede. Cada adaptador de dispositivo é um sensor separado. Ao conectá-los a um hub local usando MQTT, o hub pode concentrar os fluxos de dados em uma única sessão TCP/IP com o ponto de controle central, e também armazenar mensagens por um curto período para superar interrupções de sessão.

As conexões remotas devem ser deixadas abertas em casos de uso de energia doméstica por duas razões. Primeiro porque a abertura de conexões leva muito tempo em relação ao envio de solicitações. O tempo que se leva para abrir várias conexões para enviar solicitações de limitação de carga em um curto intervalo é muito longo. Segundo, para receber solicitações de limitação de carga da empresa de energia, primeiro a conexão deve ser aberta pelo cliente. Com MQTT, as conexões são sempre iniciadas pelo cliente, e para receber solicitações de limitação de carga da empresa de energia, a conexão deve ser deixada em aberto.

Se a taxa de abertura de conexões for crítica ou se o servidor iniciar solicitações com tempo crítico, normalmente a solução será manter várias conexões abertas.