Back-end reference architecture for smart water meter data gathering service

Abstract

The Finnish waterworks industry is on the brink of digitalization. Currently, many of them have started to convert their water meters to smart water meters. However, there is yet no suitable solution for gathering the IoT data from these smart water meters.

To answer their arising needs, many pilots and workshops have been conducted. Those pilots have yielded some basic ground rules for their use cases. In this study, those ground rules have been gathered as a set of requirement categories. The categories are studied and analyzed in order to establish a reference architecture for IoT data-gathering systems suitable for waterworks.

Using the requirements and the reference architecture, an information system, Dataservice, was implemented by Vesitieto Oy. The system gathers the IoT data and visualizes it to waterworks’ employees. The System was deployed in Microsoft’s cloud service, but other cloud vendors were examined as well. The system has a two-folded database system, the data required by the system, like users and user groups, are held in the SQL database. The IoT-data is held in a NoSQL database. The selected NoSQL database provider was MongoDB as it could be integrated with the cloud provider.

Suomen vesihuolto on digitalisaation partaalla. Tällä hetkellä monet vesilaitokset ovat alkaneet vaihtaa vanhoja analogisia vesimittareitaan älykkäiksi vesimittareiksi. Vesihuoltolaitokset eivät kuitenkaan ole löytäneet kaikille sopivaa ratkaisua IoT-tiedon keräämiseen älykkäistä vesimittareista. Vastatakseen vesilaitosten tarpeisiin, monia pilotteja ja työpajoja on järjestetty eri yhteistyökumppaneiden kanssa. Näistä eri piloteista on muodostunut käsitys siitä, kuinka vesimittareiden digitalisaatio voidaan ratkaista vesilaitoksilla. Tässä tutkimuksessa eri laitosten väliset perussäännöt on koottu ohjelmistovaatimusluokiksi. Näitä luokkia tutkitaan ja analysoidaan vesilaitoksille sopivan IoT-tiedonkeruujärjestelmän viitearkkitehtuurin luomiseksi.

Vaatimuksia ja viitearkkitehtuuria hyödyntäen Vesitieto Oy toteutti tietojärjestelmän nimeltään ”Dataservice”. Järjestelmä kerää IoT-tiedot ja visualisoi ne vesilaitosten työntekijöille. Järjestelmä otettiin käyttöön Microsoftin pilvipalvelussa, mutta myös muita pilvipalvelun palveluntarjoajia tutkittiin. Järjestelmässä on kaksiportainen tietokantajärjestelmä. Järjestelmän tarvitsemat tiedot kuten käyttäjät sekä käyttäjäryhmät pidetään SQLtietokannassa ja IoT-tiedot pidetään NoSQL-tietokannassa. Valittu NoSQL tietokantajärjestelmä oli MongoDB, koska se voitiin integroida pilvipalveluntarjoajan kanssa.