Koncentrátor dat: Neprávem opomíjená součást inteligentních sítí
Koncentrátor dat je často opomíjeným prvkem inteligentních sítí. Často je vnímán jako brána mezi sítí TCP-IP a komunikační sítí elektroměrů. Ve skutečnosti koncentrátor plní řadu dalších velmi důležitých úkolů, které mají významný vliv na úspěšné získávání dat z elektroměrů a využitelnost široké škály funkcí.
Koncentrátor nebo brána?
Sítě měřičů často využívají PLC (power line communication) nebo rádiovou komunikaci, takže komunikace může být nespolehlivá. Mezi koncentrátorem/bránou a serverem se používá připojení GPRS/2G/3G/4G, PLC nebo LAN. První dvě spojení mají relativně nízkou spolehlivost a vyšší latenci.
V bráně je pravděpodobnost ztráty paketů součtem pravděpodobností obou sítí; latence je součtem latencí obou sítí. V případě koncentrátorů je pravděpodobnost ztráty paketů rovna větší pravděpodobnosti. Vliv latence na síť by bylo možné výrazně eliminovat sloučením dat do větších celků.
To se osvědčilo v pilotním projektu v Nizozemsku, kde se pro komunikaci s PLC používal G3 a pro spojení se serverem GPRS, ale místo koncentrátorů se používaly brány. Načtení profilových dat z jednoho měřiče na server trvalo v průměru 59 s, což je mnohonásobně pomalejší než při použití koncentrátoru.
Důležité je zohlednit rozložení výpočetního výkonu mezi zařízeními a úsporu datových toků. Rozdělení určitých úloh ze serveru na koncentrátor může ušetřit výpočetní výkon serveru a množství dat přenášených mezi koncentrátorem a serverem s minimálními dodatečnými náklady pro koncentrátor.
V případech, kdy je komunikační kanál dostatečně rychlý nebo je jeden z komunikačních kanálů velmi spolehlivý, např: 485 nebo LAN a není vyžadována distribuce výpočetního výkonu, lze úspěšně použít bránu.
Sjednocení komunikačních rozhraní a protokolů
Pro vytvoření sítě měřičů existuje řada rozhraní: PRIME, G3, W-MBUS, RS485, GPRS atd., které mohou používat širokou škálu protokolů: DLMS, OSGP atd. Navíc zařízení od různých výrobců používající stejné rozhraní a protokol nejsou vždy kompatibilní.
Pro sjednocení těchto rozdílů jsou nejvhodnější koncentrátory dat. Moderní datové koncentrátory by měly umožňovat komunikaci prostřednictvím všech rozhraní a protokolů používaných v sítích měřičů a vytvářet jednotné komunikační rozhraní k serveru. Tím je zbytek infrastruktury umístěné za koncentrátorem odstíněn od různých implementací sítí měřičů.
Přidání podpory nových komunikačních rozhraní nebo specifikací protokolů pro zařízení konkrétního výrobce by mělo být pro moderní koncentrátor dat snadné, bez ohledu na to, zda se jedná o elektroměr, jiný měřič energie nebo konkrétní zařízení v inteligentní síti.
Čtení a zpracování dat
Koncentrátor by měl podporovat měřidlo s libovolným počtem typů profilů s libovolnými periodami a libovolnými registry. Mělo by být možné změnit konfiguraci čtení dat pro libovolné měřidlo, které to podporuje.
Pokud měřič neprovádí profilování, koncentrátor by měl toto chování napodobit, takže na straně serveru měřiče profilování běžně provádějí, i když nelze zaručit dobu profilování.
Dalším důležitým aspektem je zpracování načtených dat. Možnost odeslání dat na server nebo jejich uložení v koncentrátoru je pouze základní funkcí. Koncentrátor by měl nabízet analýzu dat, kdy by na server mohly být odeslány pouze výsledky. Na základě analýzy může koncentrátor sám provádět některé úlohy, například opravu tabulek TOU.
Podpora více serverů
Běžné koncentrátory často komunikují pouze s jedním serverem. Energetické společnosti však disponují několika zcela odlišnými systémy, které mohou být ke koncentrátoru připojeny přímo. Například fakturační systémy, systémy řízení, monitorovací systémy atd.
Dále by podpora více serverů mohla být užitečná v případě podpory více měřičů spotřeby, kdy informace o spotřebě elektřiny putují k jedné společnosti, informace o spotřebě plynu k jiné atd.
Nejdůležitější je ověřování a autorizace každé transakce na serveru, které je určeno zařízeními, na něž budou transakce odeslány.
Události
Systém hlášení událostí z jednotlivých zařízení by měl být jednotný. Moderní koncentrátory by měly umožňovat pokročilé filtrování událostí podle jejich parametrů. Pravidla nastavují „prioritu odesílání událostí“ například prostřednictvím SMS, ve výchozím nastavení ponechávají pouze v koncentrátoru nebo drop, případně provedou jinou akci.
Sjednocení a filtrování výrazně šetří přenosový kanál a výpočetní výkon potřebný pro zpracování událostí na serveru.
Příkazy a parametrizace
Opět je velmi důležité mít jednotný přístup k parametrizaci všech zařízení. Nejvhodnějšími modely parametrizace jsou SNMP, který se používá v sítích TCP-IP a je určen především pro směrovače, brány atd. a je tedy velmi vhodný pro koncentrátor, a model COSEM, který se používá pro měřiče energie.
Součástí koncentrátoru by měla být databáze s informacemi o podpůrných parametrech zařízení. Tyto informace by měly být poskytovány třetím stranám ve strojově čitelné podobě.
Některé parametry se týkají jednoho zařízení, ale jsou uloženy v jiném zařízení. Například vyšší komunikační priorita určitého měřiče může být uložena v koncentrátoru. V ideálním případě si toho uživatel nevšimne a vypadá to, jako by to bylo nastaveno v koncovém zařízení, i když je zařízení přesunuto pod jiný koncentrátor.
K dispozici jsou moduly pro komunikaci 485 a PLC s plánovači a oddělenými úlohami ve vláknech pro maximální využití procesoru a komunikačního kanálu. Pro komunikaci s aplikací pro fakturaci a správu je k dispozici modul TCP-IP. K dispozici je také modul správy pro diagnostiku a konfiguraci DC. Data mezi moduly jsou sdílena prostřednictvím databáze. Asynchronní události mezi moduly jsou zasílány pomocí sběrnice d-bus.
Výhodou by mohlo být, kdyby bylo možné nastavit hodnotu parametru, která bude platná pouze v určitém časovém intervalu, po jehož uplynutí se parametr vrátí na předchozí hodnotu. Další výhodou je možnost nastavit správné hodnoty parametrů s ohledem na pořadí, v jakém požadavky vznikají, a ne v pořadí, v jakém dorazily do koncentrátoru.
Příkazy by měly mít možnost nastavit časový limit s ohledem na počet pokusů nebo dobu provádění. Samozřejmě by měly existovat i příkazy pro správu front.
Řízení priorit a komunikace
Většina přenosových kanálů v inteligentních sítích má nízkou propustnost a vysokou chybovost, takže řízení komunikace koncentrátoru má zásadní význam a může výrazně zvýšit množství získaných užitečných dat a spolehlivost řízení sítě.
Příkladem může být schopnost předvídat množství dat v měřiči, úspěšnost komunikace v zamýšleném časovém bodě, důležitost dat v měřiči s ohledem na následné zpracování atd.
Na základě těchto předpovědí se koncentrátor může rozhodnout, které údaje z kterého měřiče bude odečítat. Správa sítě by mohla být prioritizována pomocí modifikovaného plánovače LLQ, jednoho z nejefektivnějších plánovačů pro TCP-IP.
Zabezpečení
Bezpečnost lze rozdělit na autentizaci, autorizaci a šifrování. Autentizaci a šifrování koncentrátoru a serveru lze získat pomocí standardního protokolu SSL/TLS nebo pomocí sítě VPN.
Autorizace musí být prováděna ručně s ohledem na možnost existence více serverů a s ohledem na lokální diagnostiku a široký rozsah oprávnění pro techniky.
Autentizace servisních techniků může probíhat prostřednictvím uživatelského jména a hesla nebo bezpečnostního tokenu. Zabezpečení v síti měřičů závisí na jejich schopnostech. Koncentrátor by měl podporovat většinu standardních kryptografických algoritmů pro případnou budoucí podporu.
Komunikace se serverem
Mezi koncentrátorem a serverem se často vyskytují protichůdné požadavky na komunikaci. Jedním z požadavků je pohodlný a standardizovaný protokol, většinou založený na webových službách.
Na druhou stranu existuje požadavek na optimalizaci přenášených dat, a to nejen s ohledem na nízkou rychlost GPRS, ale také kvůli možnosti použít PLC alespoň pro část trasy. Protože protokoly založené na webových službách jsou ve formě XML, není snadné splnit oba požadavky.
Řešením může být použití aplikace na straně serveru, která na straně serveru převede optimalizovaný binární protokol na protokol založený na webových službách. Toto řešení zachovává jednoduchost připojení aplikací třetích stran ke koncentrátoru a poskytuje maximální optimalizaci přenášených dat.
Velkou výhodou je, pokud koncentrátor může nabídnout komunikační moduly pro mobilní internet, Ethernet, Wi-Fi nebo jiná rozhraní. Externí řešení jsou vždy dražší a nemusí být 100% kompatibilní.
Správa, diagnostika a konfigurace
Kvalitní diagnostický software řeší problematické situace v síti a zvyšuje úspěšnost čtení dat a spolehlivost celé sítě. Konfigurační software umožňuje změnu chování systému tak, aby fungoval podle specifických požadavků zákazníka.
Tento software by měl být navržen tak, aby byl uživatelsky přívětivý a zákazníci jej mohli používat sami, aniž by byli závislí na dodavatelské společnosti. Stejně tak by se měl zaměřit na bezpečnost a přístupová práva uživatelů.
Shrnutí
Cílem tohoto článku bylo upozornit na skutečnost, že datový koncentrátor není brána s jednoduchou funkčností, ale že může mít zásadní vliv na propustnost komunikace, sběr relevantních dat, správu sítě a bezpečnost.
Z tohoto důvodu je důležité věnovat výběru tohoto zařízení větší pozornost. Výběr koncentrátoru dat má vliv na celkovou funkčnost inteligentní sítě, stejně jako výběr elektroměru.