Concentrateur de données : Un élément injustement ignoré
Le concentrateur de données est un élément souvent négligé des réseaux intelligents. Il est souvent considéré comme une passerelle entre un réseau TCP-IP et un réseau de communication de compteurs d’électricité. En réalité, le concentrateur effectue un certain nombre d’autres tâches très importantes, qui ont un impact significatif sur la récupération des données des compteurs et sur la facilité d’utilisation d’un large éventail de fonctionnalités.
Concentrateur ou passerelle ?
Les réseaux de compteurs utilisent souvent des communications CPL (par porteurs de ligne) ou des communications radio, de sorte que la communication peut ne pas être fiable. Entre le concentrateur/la passerelle et le serveur, on utilise une connexion GPRS/2G/3G/4G, PLC ou LAN. Les deux premières liaisons ont une fiabilité relativement faible et un temps de latence plus élevé.
Dans une passerelle, la probabilité de perte de paquets est la somme des probabilités des deux réseaux ; la latence est la somme des deux latences. Dans le cas des concentrateurs, la probabilité de perte de paquets est égale à la probabilité la plus élevée. L’impact de la latence sur le réseau pourrait être grandement éliminé en fusionnant les données en unités plus grandes.
Ceci a été prouvé dans un projet pilote aux Pays-Bas, où G3 a été utilisé pour la communication CPL et GPRS pour la connexion au serveur, mais à la place des concentrateurs, des passerelles ont été utilisées. La lecture des données de profil d’un compteur vers le serveur a pris en moyenne 59 secondes, ce qui est beaucoup plus lent que lors de l’utilisation du concentrateur.
Il est important de prendre en compte la répartition de la puissance de calcul entre les appareils et l’économie du flux de données. La répartition de certaines tâches entre le serveur et le concentrateur peut permettre d’économiser la puissance de calcul du serveur et la quantité de données transférées entre le concentrateur et le serveur, avec des coûts supplémentaires minimes pour le concentrateur.
Cependant, dans les cas où le canal de communication est suffisamment rapide ou que l’un des canaux de communication est très fiable, par ex : 485 ou LAN, et que la distribution de la puissance de calcul n’est pas nécessaire, une passerelle peut être utilisée avec succès.
L’unification des interfaces et des protocoles de communication
Pour créer un réseau de compteurs, il existe un certain nombre d’interfaces : PRIME, G3, W-MBUS, RS485, GPRS, etc. qui peuvent utiliser une large gamme de protocoles : DLMS, OSGP, etc. De plus, les appareils de différents fabricants utilisant la même interface et le même protocole ne sont pas toujours compatibles.
Les concentrateurs de données sont les mieux adaptés à l’unification de ces différences. Les concentrateurs de données modernes devraient permettre la communication via toutes les interfaces et tous les protocoles utilisés dans les réseaux de compteurs et créer une interface de communication unifiée avec le serveur. Ainsi, le reste de l’infrastructure située derrière le concentrateur est à l’abri des différentes mises en œuvre des réseaux de compteurs.
Il devrait être facile pour un concentrateur de données moderne de prendre en charge de nouvelles interfaces de communication ou spécifications de protocole pour les appareils d’un fabricant particulier, que l’appareil soit un compteur d’électricité, un autre compteur d’énergie ou un appareil spécifique du réseau intelligent.
Lecture et traitement des données
Le concentrateur doit prendre en charge les compteurs avec un nombre arbitraire de types de profils avec des périodes arbitraires et des registres arbitraires. Il doit être possible de modifier la configuration de la lecture des données pour tout compteur qui la prend en charge.
Si le compteur n’effectue pas de profilage, le concentrateur doit émuler ce comportement. Ainsi, du côté du serveur, les compteurs effectuent normalement un profilage, bien que la période de profilage ne puisse pas être garantie.
Une autre considération importante est le traitement des données lues. La possibilité d’envoyer les données au serveur ou de les stocker dans le concentrateur n’est qu’une fonctionnalité de base. Le concentrateur doit permettre l’analyse des données, seuls les résultats pouvant être envoyés au serveur. Sur la base de l’analyse, le concentrateur peut effectuer certaines tâches lui-même, comme la correction des tables TOU.
Prise en charge de plusieurs serveurs
Les concentrateurs conventionnels ne communiquent souvent qu’avec un seul serveur. Or, les entreprises du secteur de l’énergie disposent de plusieurs systèmes complètement différents, qui pourraient être directement connectés au concentrateur. Par exemple, les systèmes de facturation, les systèmes de gestion, les systèmes de surveillance, etc.
En outre, la prise en charge de plusieurs serveurs pourrait être utile dans le cas d’une prise en charge de plusieurs compteurs de services publics, où les informations sur la consommation d’électricité sont transmises à une société, les informations sur la consommation de gaz à une autre, etc.
L’authentification et l’autorisation du serveur pour chaque transaction, déterminées par les dispositifs auxquels les transactions sont envoyées, sont de la plus haute importance.
Evénements
Le système de notification des événements de chaque appareil doit être uniforme. Les concentrateurs modernes devraient permettre un filtrage avancé des événements en fonction de leurs paramètres. Les règles définissent la « priorité d’envoi de l’événement », par exemple par SMS, par défaut, en ne conservant que le concentrateur ou un dépôt, ou en effectuant toute autre action.
L’unification et le filtrage permettent d’économiser considérablement le canal de transmission et la puissance de calcul nécessaire au traitement des événements sur le serveur.
Commandes et paramétrage
Là encore, il est très important d’avoir une approche unifiée du paramétrage de tous les appareils. Les modèles de paramétrage les plus pertinents sont SNMP, qui est utilisé dans les réseaux TCP-IP et qui est principalement destiné aux routeurs, aux passerelles, etc. et qui est donc très bien adapté au concentrateur, et le modèle COSEM, qui est utilisé pour les compteurs d’énergie.
Le concentrateur devrait comporter une base de données contenant des informations sur les paramètres de soutien des dispositifs. Ces informations devraient être fournies à des tiers sous une forme lisible par machine.
Certains paramètres sont liés à un appareil, mais stockés sur un autre appareil. Par exemple, la priorité de communication supérieure d’un compteur particulier peut être stockée dans le concentrateur. Idéalement, l’utilisateur ne s’en aperçoit pas et la priorité semble avoir été définie dans le terminal, même lorsqu’un appareil est déplacé sous un autre concentrateur.
Il existe des modules pour la communication 485 et CPL avec des planificateurs et des tâches séparées en threads pour une utilisation maximale de l’unité centrale et du canal de communication. Il existe un module TCP-IP pour la communication avec l’application de facturation et de gestion. Il existe également un module de gestion pour le diagnostic et la configuration du DC. Les données entre les modules sont partagées par la base de données. Les événements asynchrones entre les modules sont envoyés par d-bus.
L’avantage pourrait être la possibilité de définir une valeur de paramètre qui n’est valable que pendant un certain intervalle de temps, après quoi le paramètre reviendra à la valeur précédente. Un autre avantage est la possibilité de définir des valeurs de paramètres appropriées en fonction de l’ordre d’origine des demandes et non de l’ordre dans lequel elles sont arrivées au concentrateur.
Les commandes doivent permettre de définir le délai d’attente en fonction du nombre de tentatives ou du temps d’exécution. Bien entendu, il devrait également y avoir des commandes de gestion des files d’attente.
Gestion des priorités et de la communication
La plupart des canaux de transmission dans un réseau intelligent ont un faible débit et un taux d’erreur élevé. Le contrôle de la communication d’un concentrateur est donc crucial et peut augmenter de manière significative la quantité de données utiles reçues et la fiabilité de la gestion du réseau.
Il peut s’agir, par exemple, de la capacité à prévoir la quantité de données contenues dans le compteur, le taux de réussite de la communication au moment prévu, l’importance des données contenues dans le compteur en ce qui concerne le traitement ultérieur, etc.
Sur la base de ces prédictions, le concentrateur peut décider quelles données de quel compteur doivent être lues. La gestion du réseau pourrait être priorisée en utilisant le planificateur LLQ modifié, l’un des planificateurs les plus efficaces pour TCP-IP.
Securité
La sécurité peut être divisée en trois catégories : l’authentification, l’autorisation et le cryptage. L’authentification et le cryptage du concentrateur et du serveur peuvent être obtenus à l’aide d’un protocole SSL/TLS standard ou d’un VPN.
L’autorisation doit être mise en œuvre manuellement compte tenu de la possibilité d’existence de plusieurs serveurs et compte tenu du diagnostic local et de la large gamme de privilèges pour les techniques.
L’authentification des techniciens de maintenance peut se faire au moyen d’un nom d’utilisateur et d’un mot de passe ou d’un jeton de sécurité. La sécurité du réseau de compteurs dépend des capacités du compteur. Le concentrateur doit prendre en charge la plupart des algorithmes cryptographiques standard en vue d’une éventuelle prise en charge future.
Communication avec le serveur
Les exigences de communication entre le concentrateur et le serveur sont souvent contradictoires. L’une de ces exigences est un protocole pratique et normalisé, le plus souvent basé sur les services web.
D’autre part, il est nécessaire d’optimiser les données transmises, non seulement en raison de la faible vitesse du GPRS, mais aussi de la possibilité d’utiliser le CPL pour au moins une partie de l’itinéraire. Étant donné que les protocoles basés sur les services web sont sous forme XML, il n’est pas facile de satisfaire à ces deux exigences.
La solution peut consister à utiliser une application côté serveur qui convertit un protocole binaire optimisé en un protocole basé sur les services web côté serveur. Cette solution préserve la simplicité de connexion des applications tierces au concentrateur et permet d’optimiser au maximum les données transférées.
Le grand avantage est que le concentrateur peut offrir des modules de communication pour l’internet mobile, l’Ethernet, le Wi-Fi ou d’autres interfaces. Les solutions externes sont toujours plus chères et peuvent ne pas être compatibles à 100 %.
Gestion, diagnostic et configuration
Le logiciel de diagnostic de qualité résout les situations problématiques dans le réseau et augmente le taux de réussite de la lecture des données ainsi que la fiabilité de l’ensemble du réseau. Le logiciel de configuration permet de modifier le comportement du système afin qu’il fonctionne selon les exigences spécifiques du client.
Ce logiciel doit être conçu pour être convivial, afin que les clients puissent l’utiliser eux-mêmes sans dépendre de la société d’approvisionnement. De même, il devrait mettre l’accent sur la sécurité et les droits d’accès des utilisateurs.
Conclusion
L’objectif de cet article était de souligner le fait qu’un concentrateur de données n’est pas une passerelle aux fonctionnalités simples, mais qu’il peut avoir un impact majeur sur le débit des communications, la collecte de données pertinentes, la gestion du réseau et la sécurité.
C’est pourquoi il est important d’accorder plus d’attention au choix de ce dispositif. Le choix du concentrateur de données a une incidence sur la fonctionnalité globale du réseau intelligent, tout comme le choix du compteur d’électricité.