Koncentrator danych: ignorowany element inteligentnych sieci
Koncentrator danych jest często pomijanym elementem inteligentnych sieci. Często jest on postrzegany jako brama pomiędzy siecią TCP-IP a siecią komunikacyjną liczników energii elektrycznej. W rzeczywistości koncentrator wykonuje szereg innych bardzo ważnych zadań, które mają znaczący wpływ na skuteczne pobieranie danych z liczników i użyteczność szerokiego zakresu funkcji.
Koncentrator czy brama?
Sieci liczników często wykorzystują PLC (komunikacja po linii energetycznej) lub komunikację radiową, więc komunikacja może być zawodna. Pomiędzy koncentratorem/bramą a serwerem używane jest połączenie GPRS/2G/3G/4G, PLC lub LAN. Pierwsze dwa łącza mają stosunkowo niską niezawodność i większe opóźnienia.
W przypadku bramy, prawdopodobieństwo utraty pakietów jest sumą prawdopodobieństwa obu sieci; opóźnienie jest sumą obu opóźnień. W przypadku koncentratorów prawdopodobieństwo utraty pakietów jest równe większemu prawdopodobieństwu. Wpływ opóźnienia na sieć można znacznie wyeliminować, łącząc dane w większe jednostki.
Zostało to udowodnione w projekcie pilotażowym w Holandii, gdzie G3 został użyty do komunikacji PLC i GPRS do połączenia z serwerem, ale zamiast koncentratorów użyto bramek. Odczyt danych profilu z jednego licznika do serwera trwał średnio 59 sekund, czyli wielokrotnie wolniej niż w przypadku korzystania z koncentratora.
Ważne jest, aby rozważyć dystrybucję mocy obliczeniowej między urządzeniami i oszczędność przepływu danych. Dystrybucja niektórych zadań z serwera do koncentratora może zaoszczędzić moc obliczeniową serwera i ilość danych przesyłanych między koncentratorem a serwerem przy minimalnych dodatkowych kosztach dla koncentratora.
Jednak w przypadkach, gdy kanał komunikacyjny jest wystarczająco szybki lub jeden z kanałów komunikacyjnych jest bardzo niezawodny, np: 485 lub LAN, a dystrybucja mocy obliczeniowej nie jest wymagana, brama może być z powodzeniem stosowana.
Ujednolicenie interfejsów i protokołów komunikacyjnych
Aby utworzyć sieć liczników, dostępnych jest wiele interfejsów: PRIME, G3, W-MBUS, RS485, GPRS itp. które mogą korzystać z szerokiej gamy protokołów: DLMS, OSGP itp. Co więcej, urządzenia różnych producentów korzystające z tego samego interfejsu i protokołu nie zawsze są kompatybilne.
Koncentratory danych są najbardziej odpowiednie do ujednolicenia tych różnic. Nowoczesne koncentratory danych powinny umożliwiać komunikację za pośrednictwem wszystkich interfejsów i protokołów używanych w sieciach liczników i tworzyć ujednolicony interfejs komunikacyjny do serwera. W ten sposób reszta infrastruktury znajdującej się za koncentratorem jest chroniona przed różnymi implementacjami sieci liczników.
Dodanie obsługi nowych interfejsów komunikacyjnych lub specyfikacji protokołów dla urządzeń określonego producenta powinno być łatwe dla nowoczesnego koncentratora danych, niezależnie od tego, czy urządzenie jest licznikiem energii elektrycznej, innym licznikiem energii czy konkretnym urządzeniem w inteligentnej sieci.
Odczyt i przetwarzanie danych
Koncentrator powinien obsługiwać liczniki z dowolną liczbą typów profili z dowolnymi okresami i dowolnymi rejestrami. Powinna istnieć możliwość zmiany konfiguracji odczytu danych dla dowolnego licznika, który ją obsługuje.
Jeśli licznik nie wykonuje profilowania, koncentrator powinien emulować to zachowanie, więc po stronie serwera liczniki zwykle wykonują profilowanie, chociaż nie można zagwarantować okresu profilowania.
Kolejną ważną kwestią jest przetwarzanie odczytanych danych. Opcja wysyłania danych na serwer lub przechowywania ich w koncentratorze to tylko podstawowa funkcjonalność. Koncentrator powinien oferować analizę danych, gdzie tylko wyniki mogą być wysyłane do serwera. Na podstawie analizy koncentrator może samodzielnie wykonywać niektóre zadania, takie jak korekta tabel TOU.
Obsługa wielu serwerów
Konwencjonalne koncentratory często komunikują się tylko z jednym serwerem. Jednak firmy energetyczne mają kilka zupełnie różnych systemów, które mogą być bezpośrednio podłączone do koncentratora. Na przykład systemy rozliczeniowe, systemy zarządzania, systemy monitorowania itp.
Co więcej, obsługa wielu serwerów może być przydatna w przypadku obsługi wielu liczników mediów, gdzie informacje o zużyciu energii elektrycznej trafiają do jednej firmy, informacje o zużyciu gazu do innej itp.
Niezwykle ważne jest uwierzytelnianie serwera i autoryzacja każdej transakcji, określona przez urządzenia, do których transakcje będą wysyłane.
Wydarzenia
System raportowania zdarzeń z każdego urządzenia powinien być jednolity. Nowoczesne koncentratory powinny umożliwiać zaawansowane filtrowanie zdarzeń według ich parametrów. Reguły ustawiają „priorytet wysyłania zdarzeń” np. przez SMS, domyślnie zatrzymują tylko w koncentratorze lub zrzucają, lub wykonują dowolną inną akcję.
Ujednolicenie i filtrowanie znacznie oszczędza kanał transmisji i moc obliczeniową wymaganą do przetwarzania zdarzeń na serwerze.
Polecenia i parametryzacja
Ponownie, bardzo ważne jest ujednolicone podejście do parametryzacji wszystkich urządzeń. Najbardziej odpowiednie modele parametryzacji to SNMP, który jest używany w sieciach TCP-IP i jest przeznaczony głównie dla routerów, bram itp. i dlatego bardzo dobrze nadaje się do koncentratora i modelu COSEM, który jest używany do liczników energii.
Częścią koncentratora powinna być baza danych z informacjami o parametrach wsparcia w urządzeniach. Informacje te powinny być udostępniane stronom trzecim w formie nadającej się do odczytu maszynowego.
Niektóre parametry są powiązane z jednym urządzeniem, ale przechowywane w innym urządzeniu. Na przykład wyższy priorytet komunikacji danego licznika może być przechowywany w koncentratorze. W idealnym przypadku użytkownik tego nie zauważa i wygląda to tak, jakby było ustawione w urządzeniu końcowym, nawet gdy urządzenie jest przenoszone pod inny koncentrator.
Istnieją moduły do komunikacji 485 i PLC z harmonogramami i oddzielnymi zadaniami w wątkach dla maksymalnego wykorzystania procesora i kanału komunikacyjnego. Istnieje moduł TCP-IP do komunikacji z aplikacją rozliczeniową i zarządzającą. Istnieje również moduł zarządzania do diagnostyki i konfiguracji DC. Dane pomiędzy są współdzielone przez bazę danych. Zdarzenia asynchroniczne pomiędzy modułami są przesyłane przez magistralę d-bus.
Zaletą może być możliwość ustawienia wartości parametru, która jest ważna tylko w określonym przedziale czasu, po którym parametr powróci do poprzedniej wartości. Kolejną zaletą jest możliwość ustawienia odpowiednich wartości parametrów w odniesieniu do kolejności, w jakiej żądania pochodzą, a nie w kolejności, w jakiej dotarły do koncentratora.
Polecenia powinny mieć możliwość ustawienia limitu czasu w odniesieniu do liczby prób lub czasu wykonania. Oczywiście powinny również istnieć polecenia zarządzania kolejką.
Zarządzanie priorytetami i komunikacją
Większość kanałów transmisji w inteligentnej sieci ma niską przepustowość i wysoki poziom błędów, więc kontrola komunikacji koncentratora ma kluczowe znaczenie i może znacznie zwiększyć ilość otrzymywanych użytecznych danych oraz niezawodność zarządzania siecią.
Przykładem może być zdolność do przewidywania ilości danych w liczniku, współczynnika powodzenia komunikacji w zamierzonym punkcie czasowym, znaczenia danych w liczniku w odniesieniu do późniejszego przetwarzania itp.
Na podstawie tych przewidywań koncentrator może zdecydować, które dane z którego licznika odczytać. Zarządzanie siecią może być priorytetowe przy użyciu zmodyfikowanego harmonogramu LLQ, jednego z najbardziej efektywnych harmonogramów dla TCP-IP.
Bezpieczeństwo
Bezpieczeństwo można podzielić na uwierzytelnianie, autoryzację i szyfrowanie. Uwierzytelnianie i szyfrowanie koncentratora i serwera można uzyskać przy użyciu standardowego protokołu SSL/TLS lub sieci VPN.
Autoryzacja musi być wdrażana ręcznie ze względu na możliwość istnienia wielu serwerów oraz ze względu na lokalną diagnostykę i szeroki zakres uprawnień dla technik.
Uwierzytelnianie techników serwisowych może odbywać się za pomocą nazwy użytkownika i hasła lub tokena zabezpieczającego. Bezpieczeństwo w sieci liczników zależy od możliwości licznika. Koncentrator powinien obsługiwać większość standardowych algorytmów kryptograficznych do ewentualnej obsługi w przyszłości.
Komunikacja z serwerem
Pomiędzy koncentratorem a serwerem często występują sprzeczne wymagania dotyczące komunikacji. Jednym z wymagań jest wygodny i ustandaryzowany protokół, najczęściej oparty na usługach sieciowych.
Z drugiej strony istnieje wymóg optymalizacji przesyłanych danych, nie tylko ze względu na niską prędkość GPRS, ale także ze względu na możliwość wykorzystania PLC przynajmniej na części trasy. Ponieważ protokoły oparte na usługach sieciowych mają postać XML, nie jest łatwo spełnić oba wymagania.
Rozwiązaniem może być użycie aplikacji po stronie serwera, która konwertuje zoptymalizowany protokół binarny na protokół oparty na usługach sieciowych po stronie serwera. Rozwiązanie to zachowuje prostotę podłączania aplikacji firm trzecich do koncentratora i zapewnia maksymalną optymalizację przesyłanych danych.
Dużą zaletą jest to, że koncentrator może oferować moduły komunikacyjne dla mobilnego Internetu, Ethernet, Wi-Fi lub innych interfejsów. Rozwiązania zewnętrzne są zawsze droższe i mogą nie być w 100% kompatybilne.
Zarządzanie, diagnostyka i konfiguracja
Wysokiej jakości oprogramowanie diagnostyczne rozwiązuje problematyczne sytuacje w sieci i zwiększa współczynnik powodzenia odczytu danych oraz niezawodność całej sieci. Oprogramowanie konfiguracyjne umożliwia zmianę zachowania systemu, aby działał zgodnie z określonymi wymaganiami klienta.
Oprogramowanie to powinno być zaprojektowane tak, aby było przyjazne dla użytkownika, tak aby klienci mogli z niego korzystać samodzielnie, bez konieczności polegania na firmie dostawczej. Podobnie, powinno koncentrować się na bezpieczeństwie i prawach dostępu użytkowników.
Wnioski
Celem tego artykułu było podkreślenie faktu, że koncentrator danych nie jest bramą o prostej funkcjonalności, ale może mieć duży wpływ na przepustowość komunikacji, gromadzenie odpowiednich danych, zarządzanie siecią i bezpieczeństwo.
Z tego powodu ważne jest, aby zwrócić większą uwagę na wybór tego urządzenia. Wybór koncentratora danych ma wpływ na ogólną funkcjonalność inteligentnej sieci, podobnie jak wybór licznika energii elektrycznej.