Intelligens hálózatok: Adatkoncentrátor vagy átjáró?
A kommunikációs hálózatok létrehozása óta választani kellett a centralizált és a decentralizált megoldások között. Azonban nem csak két megoldás létezik, hanem a decentralizáció különböző szintjei is választhatók. Az, hogy a decentralizáció melyik szintje a megfelelő, számos paramétertől függ. A fő paraméterek közé tartozik a különböző hálózati elemek közötti összeköttetés és azok számítási teljesítménye.
Az intelligens hálózatok eszközei és topológiája
Minden intelligens hálózat alapvető eleme az intelligens fogyasztásmérő. A mérő akkor „intelligens”, ha rendelkezik olyan kommunikációs interfésszel, amely lehetővé teszi a mérőnek az intelligens hálózatba való integrálását. A leggyakoribb kommunikációs interfészek a következők: PLC (hálózati kommunikáció), W-MBus, ZigBee, 6LoWPAN, GPRS stb.
Ha eltekintünk a GPRS-től, amely nem igényel átjárót vagy koncentrátort, elmondható, hogy a többi kommunikációs típus a kommunikációs hálózat kiépítése szempontjából alacsony költségű, de a kommunikáció alacsonyabb megbízhatósága és viszonylag alacsony adatátviteli teljesítménye jellemzi őket.
Az intelligens mérőberendezések kommunikációjához használt legtöbb hálózat viszonylag rövid kommunikációs távolsága miatt biztosítani kell a hálózati összeköttetést más hálózatokkal, például az internettel.
Ezt a funkciót egy átjáró vagy adatkoncentrátor biztosíthatja, amely lehet egy transzformátorban, az épület közös helyiségeiben vagy más helyen. Ezek az eszközök kommunikálnak egy központi szerverrel, többnyire mobilhálózatokon keresztül. Az intelligens hálózat topológiájának példája, beleértve a központi szerverrel való kapcsolatot, az 1. ábrán látható.
Átjáró
Az átjáró legfontosabb funkciója az üzenetek továbbítása egyik hálózatból a másikba. Az átjáró továbbá kezelheti az alhálózatok topológiáját, vagy integrálhatja az útválasztó funkciót.
Meg kell jegyezni, hogy a mérőeszközök a legtöbb esetben nem támogatják a számítógépes hálózatokban használt protokollokat, amelyek többnyire webes szolgáltatásokon alapulnak. Még ha az eszközök kompatibilisek is az IP protokollal, az alkalmazási szinten az intelligens hálózatokra specializált protokollokat használnak, mint például a DLMS, W MBus stb.
E tények miatt az adatkoncentrátor funkcióira továbbra is szükség van, de ezeket a szerveroldalon lehet megvalósítani, ahol magas szintű programozási nyelvek használhatók, és könnyebb a szoftver karbantartása.
Átjáró várólistával/várólista nélkül
A kommunikáció minőségét befolyásolja az átjáró üzenetsorok támogatása. Ha az átjáró nem támogatja a várólistát, akkor az átjáró nagyon könnyen megvalósítható alacsony számítási teljesítményigénnyel, de potenciálisan rossz következményekkel járhat az átviteli teljesítményre, a hibaarányra és a kommunikáció késleltetésére nézve.
Ha az átjáró támogatja a várakozást, akkor támogatnia kell a QoS-t (szolgáltatásminőséget) is, amely lehetővé teszi az üzenetek rangsorolását egy ütemező segítségével. Ilyen ütemezőre jó példa az Ethernet-routerekben használt LLQ (low-latency queuing). A QoS-támogatással együtt a sorban állás megvalósítása azonban számításigényes.
Az 1. táblázatban látható a várólista nélküli és a várólistával rendelkező átjáró kommunikációs paramétereinek kiszámítása, ha a második hálózat master-slave (kérés-válasz) típusú. A várólista nélküli változatban a baud-ráta [az információ átviteli sebessége egy kommunikációs csatornán] mindig kisebb, mint a baud-ráta mindkét hálózatban.
| Átjáró várakozás nélkül | Átjáró várólistával / Koncentrátor | |
| Baud-sebesség (R) | R = ( R1 R2 ) / ( R1 + R2 ) | R = min (R1 , R2 ) |
| Késleltetés | Késleltetés = Késleltetés1 + Késleltetés2 | Késleltetés = Késleltetés2 |
| Hibaarány (PER) | PER = 1 – (1 – PER1 ) (1 – PER2 ) | PER = ( R – min( R1(1-PER1 ), R2(1-PER2 )) / R |
| Átviteli teljesítmény | L R / ( L + R Késleltetés ) ( 1 – PER ) |
Jelentős relatív csökkenés következik be a minimális adatátviteli sebességhez képest, ha ezek a sebességek hasonlóak. A késleltetés a két hálózat késleltetésének összege, és a hibaarány mindig nagyobb, mint az egyes hálózatok hibaaránya.
A legnagyobb hibaarányhoz képest jelentős relatív növekedés következik be, ha a hálózatok hibaaránya hasonló. A sorba állított átjárók esetében a baud-ráta csak a lassabb hálózat baud-ráta által korlátozott.
| GPRS | MT-PLC | |
| Baud-sebesség (R) | R1 = 3200 B/s | R2 = 1160 B/s |
| Késleltetés | Késleltetés1 = 0,3 s | Késleltetés2 = 0,022 s |
| Hibaarány (PER) | PER1 = 20 % | PER2 = 30 % |
| Keret hossza | L = 42 B |
A hosszú távú hálózati áteresztőképességet csak a második hálózat késleltetése befolyásolja, mivel az első hálózat késleltetését a várólista kiküszöböli. A gyorsabb hálózat hibaaránya csak akkor fordul elő, ha az átviteli teljesítménye kisebb, mint a lassabb hálózat átviteli teljesítménye.
Az első hálózat GPRS és a második hálózat MT PLC kommunikációs paramétereinek példa számítása a 3. táblázatban látható; a GPRS és MT PLC paraméterei a 2. táblázatban.
| Várakozás nélkül | Várólistával | |
| Baud-sebesség (R) | R = 851 B/s | R = 1160 B/s |
| Késleltetés | Késleltetés = 0,322 s | Késleltetés = 0,022 s |
| Hibaarány (PER) | PER = 44 % | PER = 30 % |
| Átviteli teljesítmény | 64 B/s = 0,50 kb/s | 505 B/s = 3,95 kb/s |
Mivel a két hálózat adatátviteli sebessége meglehetősen hasonló, az első hálózat késleltetési ideje jelentősen magasabb, és mivel a hálózatok hibaaránya is hasonló, nem meglepő, hogy a sor nélküli átjáró átviteli teljesítménye sokkal alacsonyabb, mint a sorral rendelkező átjáróé. Ethernet és MT PLC kombinációja esetén a különbség nem lesz olyan jelentős.
A 4. táblázat összefoglalja a várólistás és a várólista nélküli átjárók előnyeit és hátrányait.
| Átjáró várakozás nélkül | Átjáro sorban állással |
| + ár + egyszerű szoftverfrissítés + könnyebb fejlesztés | + egyszerű szoftverfrissítés + könnyebb fejlesztés |
| – alacsony hálózati átbocsátóképesség – komplex szoftver a szerveroldalon – nagyobb adatáramlás az átjáró és a kiszolgáló között | – komplex szoftver a szerveroldalon – nagyobb adatáramlás az átjáró és a kiszolgáló között – a kiszolgálónak kell kezelnie az átjáró várólistájának használatát. |
Adatkoncentrátor
Az adatkoncentrátor az átjáró egy másik fejlesztési szakasza a várólistával. Tekintettel arra, hogy a várólistás átjáró több számítási teljesítményt igényel, lehetőség van a teljesítmény kismértékű növelésére és több funkció hozzáadására. Az adatkoncentrátor tényleges előnyeit és hátrányait az 5. táblázat mutatja be.
Rutinfeladatok automatikus létrehozása – Az intelligens hálózatokban az üzenetek többsége a mért adatokkal és aszinkron naplókkal ellátott profilok időszakos leolvasása, és semmi sem akadályozza meg a koncentrátort abban, hogy maga hozza létre ezeket az üzeneteket. Ezzel a kiszolgáló és a koncentrátor közötti kommunikáció jelentős része megtakarítható, és a kiszolgálónak nem kell ütemeznie ezeket a feladatokat.
A válaszok nagyobb egységekbe történő egyesítése – Mivel a koncentrátor és a kiszolgáló közötti hálózatban a csomagok mérete a legtöbb esetben lényegesen nagyobb lehet, mint a mérők hálózatában lévő csomagok mérete, célszerű a mérőktől egyetlen üzenetben több választ továbbítani a kiszolgálónak. Ezenkívül lehetőség van adattömörítés alkalmazására. Mint korábban, ez jelentős mennyiségű adatot takarít meg a koncentrátor és a kiszolgáló között továbbított adatokból.
| Adatkoncentrátor |
| + alacsonyabb adatáramlás az adatkoncentrátor és a kiszolgáló között + egyszerű alkalmazásfejlesztés szerveroldalon + gyorsabb reagálás az intelligens hálózatok eseményeire |
| – ár – komplex FW fejlesztés és karbantartás |
Protokollfordítás – A szerveroldali alkalmazások esetében nehéz olyan speciális protokollokat megvalósítani, mint a DLMS, W-MBus stb., amelyeket az intelligens hálózatokban használnak. Ezért előnyös, ha a koncentrátor a kiszolgálóval a mérőhálózatban használt protokolltól független protokollal kommunikál. Továbbá ez a protokoll optimalizálható, és nagyobb kényelmet biztosíthat a magas szintű programozási nyelveken történő feldolgozásban.
Adatelemzés, események szűrése – A koncentrátornak nem csak a mérőműszerek adatait kell továbbítania a szerverre. A koncentrátor elemezheti ezeket az adatokat, szűrheti azokat, vagy egyéb feldolgozást végezhet. Ez jelentős megtakarítást eredményezhet a koncentrátor és a kiszolgáló közötti kommunikációban, és jelentősen felgyorsítja a bizonyos hálózati állapotokra való reagálást is.
Következtetés: Mi a tökéletes megoldás?
A várólista nélküli átjáró költséghatékonyabb megoldás lehet, ha a kiszolgáló és az átjáró közötti hálózat alacsony késleltetéssel és nagy áteresztőképességgel rendelkezik, minimális hibaaránnyal a mérőhálózathoz képest.
Mivel a gyakorlatban a megoldások nagy része nagyobb késleltetési és hibaarányú, valamint alacsonyabb áteresztőképességű hálózatokat használ, a várólista nélküli átjáró használata ezekben az esetekben nem megfelelő, és a várólistával rendelkező eszközökhöz képest az adatátviteli teljesítmény jelentős csökkenését okozhatja.
Ezekben az esetekben legalább egy sorba állított átjárót kell használni, vagy egy adatkoncentrátort, amely megtakaríthatja a szerveralkalmazások fejlesztésének és a koncentrátor és a szerver közötti adatátvitel költségeit.
A koncentrátor javíthatja az intelligens hálózati eseményekre való reagálást is, és általában nagyobb kényelmet biztosít a készülék használata és szervizelése során. Ha a készülék sorban állással rendelkezik, a QoS-t biztosító sorban állás ütemező elrendezése szintén nagyon fontos.