Concentradores de datos: Elementos ignorados de red inteligente
El concentrador de datos es un elemento de las redes inteligentes que a menudo se pasa por alto. A menudo se ve como una pasarela entre una red TCP-IP y una red de comunicación de contadores eléctricos. En realidad, el concentrador realiza otras tareas muy importantes, que tienen un impacto significativo en el éxito de la recuperación de datos de los contadores y en la usabilidad de una amplia gama de funcionalidades.
¿Concentrador o pasarela?
Las redes de contadores suelen utilizar PLC (comunicación por línea eléctrica) o comunicación por radio, por lo que la comunicación podría ser poco fiable. Entre el concentrador/pasarela y el servidor se utiliza una conexión GPRS/2G/3G/4G, PLC o LAN. Los dos primeros enlaces tienen una fiabilidad relativamente baja y una latencia más alta.
En una pasarela, la probabilidad de pérdida de paquetes es la suma de la probabilidad de ambas redes; la latencia es la suma de ambas latencias. En el caso de los concentradores, la probabilidad de pérdida de paquetes es igual a la probabilidad mayor. El impacto de la latencia en la red podría eliminarse en gran medida fusionando los datos en unidades mayores.
Esto se ha demostrado en un proyecto piloto en los Países Bajos, donde se utilizó G3 para la comunicación con el PLC y GPRS para la conexión con el servidor, pero en lugar de concentradores se utilizaron pasarelas. La lectura de los datos de perfil de un contador al servidor tardó una media de 59 s, lo que es mucho más lento que cuando se utiliza el concentrador.
Es importante tener en cuenta la distribución de la potencia de cálculo entre dispositivos y el ahorro de flujo de datos. La distribución de determinadas tareas del servidor al concentrador puede ahorrar potencia de cálculo del servidor y la cantidad de datos transferidos entre el concentrador y el servidor con unos costes adicionales mínimos para el concentrador.
Sin embargo, en los casos en que el canal de comunicación es lo suficientemente rápido o uno de los canales de comunicación es muy fiable, por ejemplo: 485 o LAN, y no se requiere la distribución de la potencia de cálculo, se puede utilizar con éxito una pasarela.
Unificación de interfaces y protocolos de comunicación
Para crear una red de contadores, existen varias interfaces: PRIME, G3, W-MBUS, RS485, GPRS, etc. que pueden utilizar una amplia gama de protocolos: DLMS, OSGP, etc. Además, los dispositivos de distintos fabricantes que utilizan la misma interfaz y el mismo protocolo no siempre son compatibles.
Los concentradores de datos son los más adecuados para unificar estas diferencias. Los concentradores de datos modernos deben permitir la comunicación a través de todas las interfaces y protocolos utilizados en las redes de contadores y crear una interfaz de comunicaciones unificada con el servidor. De este modo, el resto de la infraestructura situada detrás del concentrador queda protegida de las distintas implementaciones de las redes de contadores.
Añadir compatibilidad con nuevas interfaces de comunicación o especificaciones de protocolo para los dispositivos de un fabricante concreto debería ser fácil para un concentrador de datos moderno, independientemente de si el dispositivo es un contador de electricidad, otro contador de energía o un dispositivo específico de la red inteligente.
Lectura y tratamiento de datos
El concentrador debe soportar contadores con un número arbitrario de tipos de perfil con periodos arbitrarios y registros arbitrarios. Debería ser posible cambiar la configuración de lectura de datos de cualquier contador que lo admita.
Si el contador no hace perfilado, el concentrador debe emular este comportamiento, por lo que en el lado del servidor, los contadores normalmente hacen perfilado, aunque no se puede garantizar el periodo de perfilado.
Otra consideración importante es el tratamiento de los datos leídos. La opción de enviar los datos al servidor o almacenarlos en el concentrador es sólo una funcionalidad básica. El concentrador debe ofrecer un análisis de los datos cuyos resultados sólo puedan enviarse al servidor. Basándose en el análisis, el concentrador puede realizar algunas tareas por sí mismo, como la corrección de las tablas TOU.
Soporte para múltiples servidores
Los concentradores convencionales suelen comunicarse con un único servidor. Pero las empresas energéticas tienen varios sistemas completamente distintos, que podrían conectarse directamente al concentrador. Por ejemplo, sistemas de facturación, de gestión, de supervisión, etc.
Además, el soporte de múltiples servidores podría ser útil en el caso de un soporte de múltiples contadores de servicios públicos, donde la información sobre el consumo de electricidad va a una compañía, la información sobre el consumo de gas a otra, etc.
Lo más importante es la autenticación y autorización del servidor de cada transacción, determinada por los dispositivos a los que se enviarán las transacciones.
Eventos
El sistema de notificación de sucesos de cada dispositivo debe ser uniforme. Los concentradores modernos deberían permitir el filtrado avanzado de eventos según sus parámetros. Las reglas establecen ‘prioridad de envío de eventos’ por ejemplo vía SMS, por defecto, mantener sólo en concentrador o una gota, o realizar cualquier otra acción.
La unificación y el filtrado ahorran considerablemente el canal de transmisión y la potencia de cálculo necesaria para el procesamiento de eventos en el servidor.
Comandos y parametrización
Una vez más, es muy importante tener un enfoque unificado para la parametrización de todos los dispositivos. Los modelos de parametrización más relevantes son SNMP, que se utiliza en las redes TCP-IP y está pensado principalmente para routers, pasarelas, etc., por lo que se adapta muy bien al modelo de concentrador y COSEM, que se utiliza para los contadores de energía.
Parte del concentrador debe ser una base de datos con información sobre los parámetros de apoyo en los dispositivos. Esta información debe facilitarse a terceros en formato legible por máquina.
Algunos parámetros están relacionados con un dispositivo, pero se almacenan en otro. Por ejemplo, la mayor prioridad de comunicación de un contador concreto puede estar almacenada en el concentrador. En el mejor de los casos, el usuario no se percata de ello y aparece como si estuviera configurado en el dispositivo terminal, incluso cuando un dispositivo se desplaza bajo otro concentrador.
Hay módulos para la comunicación 485 y PLC con programadores y tareas separadas en hilos para la máxima utilización de la CPU y del canal de comunicación. Hay un módulo TCP-IP para la comunicación con la aplicación de facturación y gestión. También hay un módulo de gestión para el diagnóstico y la configuración del CC. Los datos entre módulos se comparten mediante una base de datos. Los eventos asíncronos entre módulos se envían por d-bus.
La ventaja podría ser la posibilidad de establecer un valor de parámetro que sólo sea válido en un determinado intervalo de tiempo, tras el cual el parámetro volverá al valor anterior. Otra ventaja es la posibilidad de establecer valores de parámetros adecuados con respecto al orden en que se originan las solicitudes y no en el orden en que llegaron al concentrador.
Los comandos deben tener la capacidad de establecer el tiempo de espera con respecto al número de intentos o al tiempo de ejecución. Por supuesto, también debería haber comandos de gestión de colas.
Gestión de prioridades y comunicación
La mayoría de los canales de transmisión de una red inteligente tienen un bajo rendimiento con una alta tasa de errores, por lo que el control de la comunicación de un concentrador es crucial y puede aumentar significativamente la cantidad de datos útiles recibidos y la fiabilidad de la gestión de la red.
Un ejemplo podría ser la capacidad de predecir la cantidad de datos en el contador, el porcentaje de éxito de la comunicación en el momento previsto, la importancia de los datos en el contador con respecto al tratamiento posterior, etc.
En función de estas predicciones, el concentrador puede decidir qué datos de qué contador leer. La gestión de la red podría priorizarse utilizando el planificador LLQ modificado, uno de los más eficaces para TCP-IP.
Seguridad
La seguridad puede dividirse en autenticación, autorización y cifrado. La autenticación y el cifrado del concentrador y el servidor pueden obtenerse mediante un protocolo SSL/TLS estándar, o utilizando una VPN.
La autorización debe implementarse manualmente en lo que respecta a la posibilidad de existencia de múltiples servidores y en lo que respecta al diagnóstico local y la amplia gama de privilegios de las técnicas.
La autenticación de los técnicos de servicio puede realizarse mediante un nombre de usuario y una contraseña o un token de seguridad. La seguridad en la red de contadores depende de las capacidades del contador. El concentrador debe soportar la mayoría de los algoritmos criptográficos estándar para un posible soporte futuro.
Comunicación con el servidor
A menudo se encuentran requisitos de comunicación contradictorios entre el concentrador y el servidor. Uno de los requisitos es un protocolo cómodo y estandarizado, basado sobre todo en servicios web.
Por otro lado, existe el requisito de optimizar los datos transmitidos, no sólo en relación con la baja velocidad de GPRS, sino también por la posibilidad de utilizar PLC para al menos parte de la ruta. Como los protocolos basados en servicios web están en formato XML, no es fácil satisfacer ambos requisitos.
La solución puede consistir en utilizar una aplicación del lado del servidor que convierta un protocolo binario optimizado en un protocolo basado en servicios web en el lado del servidor. Esta solución conserva la sencillez de conectar aplicaciones de terceros al concentrador y ofrece la máxima optimización de los datos transferidos.
La gran ventaja es si el concentrador puede ofrecer módulos de comunicación para Internet móvil, Ethernet, Wi-Fi u otras interfaces. Las soluciones externas son siempre más caras y pueden no ser 100% compatibles.
Gestión, diagnóstico y configuración
El software de diagnóstico de calidad resuelve situaciones problemáticas en la red y aumenta el porcentaje de éxito en la lectura de datos y la fiabilidad de toda la red. El software de configuración permite cambiar el comportamiento del sistema para que funcione según los requisitos específicos del cliente.
Este software debe diseñarse para que sea fácil de usar, de modo que los clientes puedan utilizarlo por sí mismos sin depender de la empresa suministradora. Asimismo, debe centrarse en la seguridad y los derechos de acceso de los usuarios.
Conclusión
El objetivo de este artículo era poner de relieve que un concentrador de datos no es una pasarela con una simple funcionalidad, sino que puede tener un gran impacto en el rendimiento de la comunicación, la recogida de datos relevantes, la gestión de la red y la seguridad.
Por eso es importante prestar más atención a la elección de este dispositivo. La elección del concentrador de datos repercute en la funcionalidad general de la red inteligente, al igual que la elección del contador eléctrico.