Adatkoncentrátor: figyelmen kívül hagyott Smart Grid rész
Az adatkoncentrátor az intelligens hálózatok gyakran figyelmen kívül hagyott eleme. Gyakran a TCP-IP hálózat és a villamosenergia-mérők kommunikációs hálózata közötti átjárónak tekintik. Valójában a koncentrátor számos más, nagyon fontos feladatot is ellát, amelyek jelentős hatással vannak a mérőkből történő sikeres adatlekérdezésre és a funkciók széles körének használhatóságára.
Koncentrátor vagy átjáró?
A mérőhálózatok gyakran használnak PLC (hálózati kommunikáció) vagy rádiókommunikációt, így a kommunikáció megbízhatatlan lehet. A koncentrátor/átjáró és a kiszolgáló között GPRS/2G/3G/4G, PLC vagy LAN-kapcsolatot használnak. Az első két kapcsolat viszonylag rossz megbízhatósággal és nagyobb késleltetéssel rendelkezik.
Egy átjáróban a csomagvesztés valószínűsége a két hálózat valószínűségének összege; a késleltetés a két késleltetés összege. Koncentrátorok esetében a csomagvesztési valószínűség a nagyobb valószínűséggel egyenlő. Az adatok nagyobb egységekbe történő összevonásával nagymértékben kiküszöbölhető a késleltetés hatása a hálózatra.
Ezt egy hollandiai kísérleti projektben bizonyították, ahol a PLC-kommunikációhoz G3-at, a szerverrel való kapcsolathoz pedig GPRS-t használtak, de koncentrátorok helyett átjárókat alkalmaztak. A profiladatok leolvasása egy mérőről a szerverre átlagosan 59 másodpercig tartott, ami sokszor lassabb, mint a koncentrátor használata esetén.
Fontos figyelembe venni a számítási teljesítmény elosztását az eszközök között és az adatáramlás mentését. Bizonyos feladatoknak a kiszolgálóról a koncentrátorra történő elosztásával megtakarítható a kiszolgáló számítási teljesítménye és a koncentrátor és a kiszolgáló között továbbított adatmennyiség, a koncentrátor számára minimális többletköltséggel.
Olyan esetekben azonban, amikor a kommunikációs csatorna elég gyors, vagy az egyik kommunikációs csatorna nagyon megbízható, pl: 485 vagy LAN, és nincs szükség a számítási teljesítmény elosztására, akkor egy átjáró sikeresen használható.
A kommunikációs interfészek és protokollok egységesítése
A mérőhálózat létrehozásához számos interfész létezik: PRIME, G3, W-MBUS, RS485, GPRS stb., amelyek számos protokollt használhatnak: DLMS, OSGP stb. Ráadásul a különböző gyártók azonos interfészt és protokollt használó eszközei nem mindig kompatibilisek.
Az adatkoncentrátorok a legalkalmasabbak e különbségek egységesítésére. A modern adatkoncentrátoroknak lehetővé kell tenniük a kommunikációt a mérőhálózatokban használt összes interfészen és protokollon keresztül, és egységes kommunikációs felületet kell létrehozniuk a kiszolgálóhoz. Így a koncentrátor mögött található infrastruktúra többi része védve van a mérőhálózatok különböző megvalósításaitól.
Az új kommunikációs interfészek vagy protokollspecifikációk támogatásának hozzáadása egy adott gyártó eszközeihez egyszerűnek kell lennie egy modern adatkoncentrátor számára, függetlenül attól, hogy az eszköz egy villamosenergia-mérő, egy másik energiamérő vagy egy adott eszköz az intelligens hálózaton.
Adatolvasás és -feldolgozás
A koncentrátornak támogatnia kell a tetszőleges számú, tetszőleges időtartamú és tetszőleges regiszterű profiltípusokkal rendelkező mérőeszközöket. Lehetővé kell tenni az adatleolvasási konfiguráció megváltoztatását minden olyan mérő esetében, amely támogatja azt.
Ha a mérő nem végez profilozást, a koncentrátornak ezt a viselkedést kell emulálnia, így a szerveroldalon a mérők általában végeznek profilozást, bár a profilozási időszak nem garantálható.
Egy másik fontos szempont a beolvasott adatok feldolgozása. Az a lehetőség, hogy az adatokat a szerverre küldjük vagy a koncentrátorban tároljuk, csak alapfunkció. A koncentrátornak az adatok elemzését kell kínálnia, ahol csak az eredményeket lehet elküldeni a kiszolgálónak. Az elemzés alapján a koncentrátor maga is elvégezhet bizonyos feladatokat, például a TOU-táblák korrekcióját.
Több szerver támogatása
A hagyományos koncentrátorok gyakran csak egyetlen kiszolgálóval kommunikálnak. Az energiavállalatoknak azonban van néhány teljesen más rendszerük, amelyek közvetlenül a koncentrátorhoz csatlakozhatnak. Például számlázási rendszerek, irányítási rendszerek, felügyeleti rendszerek és így tovább.
Továbbá, a több szerver támogatása hasznos lehet több közüzemi mérőeszköz támogatása esetén, ahol a villamosenergia-fogyasztásról szóló információk az egyik vállalathoz, a gázfogyasztásról szóló információk a másikhoz stb. mennek.
Rendkívül fontos az egyes tranzakciók szerverhitelesítése és engedélyezése, amelyet az határoz meg, hogy a tranzakciókat mely eszközökre küldik.
Események
Az egyes készülékek eseményeinek jelentési rendszerének egységesnek kell lennie. A modern koncentrátoroknak lehetővé kell tenniük az események paraméterek szerinti fejlett szűrését. A szabályok beállíthatják az „eseményküldés prioritását” például SMS-ben, alapértelmezés szerint csak a koncentrátorban tartva, vagy egy cseppet, vagy bármilyen más műveletet végezve.
Az egységesítés és szűrés jelentősen megtakarítja az átviteli csatornát és a szerveren az események feldolgozásához szükséges számítási teljesítményt.
Parancsok és paraméterezés
Ismét nagyon fontos, hogy az összes eszköz paraméterezése egységes megközelítéssel történjen. A legfontosabb paraméterezési modellek az SNMP, amelyet a TCP-IP hálózatokban használnak, és elsősorban útválasztók, átjárók stb. számára készült, és ezért nagyon jól alkalmazható a koncentrátorhoz, valamint a COSEM modell, amelyet az energiamérőkhöz használnak.
A koncentrátor része kell, hogy legyen egy adatbázis, amely információkat tartalmaz az eszközök támogatási paramétereiről. Ezt az információt gépileg olvasható formában kell harmadik felek rendelkezésére bocsátani.
Egyes paraméterek egy eszközhöz kapcsolódnak, de egy másik eszközön tárolódnak. Például egy adott mérő magasabb kommunikációs prioritása tárolható a koncentrátorban. Ideális esetben a felhasználó ezt nem veszi észre, és úgy tűnik, mintha a végberendezésben lett volna beállítva, még akkor is, ha egy eszközt egy másik koncentrátor alá helyeznek át.
Vannak modulok a 485-ös és PLC-kommunikációhoz ütemezőkkel és különálló feladat szálakba rendezve a CPU és a kommunikációs csatorna maximális kihasználása érdekében. Van TCP-IP modul a számlázási és kezelési alkalmazással való kommunikációhoz. Van egy menedzsment modul is a DC diagnosztikájához és konfigurálásához. A modulok közötti adatokat az adatbázis osztja meg. A modulok közötti aszinkron eseményeket a d-busz küldi.
Előnyös lehet, ha olyan paraméterértéket lehet beállítani, amely csak egy bizonyos időintervallumban érvényes, és utána a paraméter visszatér az előző értékre. További előny, ha a megfelelő paraméterértékek beállítása a kérések keletkezési sorrendje szerint lehetséges, nem pedig a koncentrátorhoz való beérkezés sorrendjében.
A parancsoknak lehetőséget kell adniuk az időkorlát beállítására a próbálkozások száma vagy a végrehajtási idő tekintetében. Természetesen a várólista-kezelő parancsoknak is létezniük kell.
Prioritások kijelölése és a kommunikáció kezelése
Az intelligens hálózatban a legtöbb átviteli csatorna alacsony átviteli teljesítményű, magas hibaaránnyal, ezért a koncentrátor kommunikációs vezérlése kulcsfontosságú, és jelentősen növelheti a kapott hasznos adatok mennyiségét és a hálózatirányítás megbízhatóságát.
Ilyen lehet például a mérőeszközben lévő adatok mennyiségének előrejelzése, a kommunikáció sikerességének aránya a tervezett időpontban, a mérőeszközben lévő adatok fontossága a későbbi feldolgozás szempontjából stb.
Ezen előrejelzések alapján a koncentrátor eldöntheti, hogy melyik mérőből melyik adatot olvassa le. A hálózatirányítás a módosított LLQ ütemezővel, a TCP-IP egyik leghatékonyabb ütemezőjével priorizálható.
Biztonság
A biztonság hitelesítésre, engedélyezésre és titkosításra osztható. A koncentrátor és a kiszolgáló hitelesítését és titkosítását szabványos SSL/TLS protokoll vagy VPN segítségével lehet elérni.
Az engedélyezést manuálisan kell végrehajtani, tekintettel a több szerver létezésének lehetőségére, a helyi diagnózisra és a technikák széles körű jogosultságaira.
A szerviztechnikusok hitelesítése történhet felhasználónévvel és jelszóval vagy biztonsági tokennel. A fogyasztásmérő hálózat biztonsága a fogyasztásmérő képességeitől függ. A koncentrátornak támogatnia kell a legtöbb szabványos kriptográfiai algoritmust a lehetséges jövőbeli támogatás érdekében.
Kommunikáció a szerverrel
A koncentrátor és a kiszolgáló között gyakran ellentétes kommunikációs követelmények merülnek fel. Az egyik követelmény egy kényelmes és szabványosított, többnyire webszolgáltatásokon alapuló protokoll.
Másrészt a továbbított adatok optimalizálására van szükség, nemcsak a GPRS alacsony sebessége miatt, hanem azért is, mert az útvonal legalább egy részén PLC-t lehet használni. Mivel a webszolgáltatásokon alapuló protokollok XML formátumúak, nem könnyű mindkét követelményt kielégíteni.
A megoldás lehet egy olyan szerveroldali alkalmazás használata, amely egy optimalizált bináris protokollt webszolgáltatás-alapú protokollá alakít a szerveroldalon. Ez a megoldás megőrzi a harmadik féltől származó alkalmazások koncentrátorhoz való csatlakoztatásának egyszerűségét, és maximálisan optimalizálja az átvitt adatokat.
Nagy előny, ha a koncentrátor kommunikációs modulokat kínál mobilinternet, Ethernet, Wi-Fi vagy más interfészekhez. A külső megoldások mindig drágábbak és nem biztos, hogy 100%-ban kompatibilisek.
Kezelés, diagnosztika és konfiguráció
A minőségi diagnosztikai szoftver megoldja a problémás helyzeteket a hálózatban, és növeli az adatleolvasás sikerességének arányát és a teljes hálózat megbízhatóságát. A konfigurációs szoftver lehetővé teszi a rendszer viselkedésének megváltoztatását, hogy az adott ügyfél igényei szerint működjön.
Ezt a szoftvert úgy kell megtervezni, hogy felhasználóbarát legyen, hogy az ügyfelek maguk is tudják használni, anélkül, hogy az Ellátó cégtől függenének. Hasonlóképpen a biztonságra és a felhasználói hozzáférési jogokra kell összpontosítania.
Következtetés
A cikk célja az volt, hogy rávilágítson arra a tényre, hogy az adatkoncentrátor nem egy egyszerű funkcionalitású átjáró, hanem jelentős hatással lehet a kommunikáció áteresztőképességére, a releváns adatok gyűjtésére, a hálózatkezelésre és a biztonságra.
Emiatt fontos, hogy nagyobb figyelmet fordítsunk ennek az eszköznek a kiválasztására. Az adatkoncentrátor kiválasztása ugyanúgy befolyásolja az intelligens hálózat általános funkcionalitását, mint a villamosenergia-mérő kiválasztása.