Концентраторы данных

• ООО "Микроника"
• хранение данных, удаленное управление

Концентраторы данных служат в качестве интерфейса между приложениями, контролирующими интеллектуальную распределительную сеть и конечными пользователями этой сети, для обмена данными между приложениями и множеством интеллектуальных счетчиков в определенной географической области. В системах с усовершенствованной измерительной инфраструктурой (AMI) концентраторы данных, также называемые агрегаторами данных, обеспечивают основные функции по сбору данных измерений о потребленных ресурсах (газ, вода, электроэнергия, тепло и т. д.) с последующей передачей этих данных на сервер сбора, хранения и обработки данных.

Между интеллектуальными счетчиками и серверами сбора, хранения и обработки данных существует множество стандартов и протоколов связи. С одной стороны интеллектуальные счетчики могут быть сконфигурированы с использованием сетей (NAN) c ограниченной пропускной способностью и меньшим энергопотреблением, на основе региональной и общенациональной политики, такой как RS-485, узкополосной и широкополосной связи по линии электропередач (NB PLC и BB PLC), маломощный радиочастотный каналы RF и т.д. С другой стороны коммунальными службами может использоваться широкополосная сеть (WAN), имеющая более высокую пропускную способность и более высокую скорость передачи данных, таких как GSM/GPRS/3G/LTE, Ethernet, оптический кабель и т.д. Концентраторы данных имеют достаточные коммуникационные возможности и гибкий настраиваемый интерфейс для работы с этими протоколами.

Кибербезопасность и защита конфиденциальности являются на сегодняшний день серьёзными проблемами. Благодаря внедрению интеллектуальных сетевых решений на основе облачных вычислений, растущие киберугрозы вынуждают принимать меры по усилению безопасности на всех уровнях интеллектуального сетевого оборудования. Информация, поступающая из частных жилых домов и квартир, должна быть защищена и не доступна для неавторизованных лиц, что вызывает необходимость использовать в концентраторах данных большое количество функций безопасности, включая шифрование контента и анти-хакинг.

Основные функции, выполняемые концентраторами данных:

• обеспечение надежной связи с интеллектуальными узлами измерений;
• обеспечение безопасности данных и информации, поступающих от потребителей распределительной сети;
• обеспечение непрерывного мониторинга распределительной сети;
• обеспечение поддержки различных приложений управления данными.

Как правило, в концентраторах данных, применяются сложные конструкции на основе микроконтроллеров (MCU) и микропроцессоров (MPU) и реализуются несколько беспроводных или проводных коммуникаций.

Маломощная радиочастотная сеть относится к использованию частот 315M / 433M / 780M / 2.4GHz с мощностью передачи, равной или менее 50 мВт. Маломощные радиочастотные модули могут быть встроены в электрические счетчики, чтобы обеспечить возможность использования беспроводной передачи данных в режиме автоматического считывания показаний счетчика, для мониторинга потребления энергии и сбора данных. Маломощные радиочастотные модули могут быть встроены непосредственно в счетчик во время производства и установлены на месте без прокладки кабелей при развертывании. Современная беспроводная сетевая технология позволяет концентратору взаимодействовать со всеми счетчиками в пределах своего сетевого управления. Такая низкочастотная радиочастотная сеть наиболее подходит для развертывания в ограниченном диапазоне, где имеется концентрация большого количества модулей связи малой мощности, например, в пределах одного этажа здания или комнаты, где находятся счетчики. Маломощная радиочастотная сеть также характеризуется низким энергопотреблением, автоматической маршрутизацией, двусторонней связью в реальном времени и мобильностью. RF-модули легко встраиваются в счетчики, DCU и электроприборы.

Поскольку маломощные радиочастотные модули связи используют общедоступные радиочастоты, другие устройства, использующие одни и те же частоты, неизбежно будут вызывать помехи сигнала. Кроме того, радиочастотные сигналы уязвимы для препятствий, таких как стены, которые вызывают нестабильность сигнала и приводят к уменьшению расстояния связи.

Сигнальные помехи могут быть ослаблены при скачкообразной перестройке частоты. Однако, когда другие устройства также используют скачкообразную перестройку частоты для противодействия помехам, это само по себе создает больше помех. Следовательно, проблема взаимных помех не может быть легко решена. Уязвимость RF-сигналов к препятствиям также ограничивает их использование. Например, беспроводная связь между разными этажами, между подвалом и цокольным этажом, часто затрудняется толстыми стенами, что приводит к нестабильной её работе или вообще к её отсутствию. С другой стороны, в сети PLC отсутствуют такие проблемы.

Устройства PLC, совместно с радиочастотными устройствами, могут быть объединены в сеть, что повышает эффективные расстояния связи между концентратором данных и подключенными к нему счетчиками. В отличие от маломощных радиочастот, технология PLC позволяет эксклюзивно пользоваться всем спектром частот линии электропередачи от 50 кГц до 500 кГц. Благодаря этой способности, с помощью данной технологии решаются все три основные проблемы, описанные ранее: импеданс, затухание и помехи.

Коммуникации с помощью линий электропередач (PLC) используются уже в течении многих десятилетий и получили всеобщую популярность из-за способности модулировать сигналы связи по существующим линям электропередач и обеспечивают возможность подключения устройств без введения каких либо новых проводов и кабелей. Эта возможность чрезвычайно привлекательна для широкого спектра приложений в сфере коммунальных услуг, домашних сетей, освещения, использовании солнечной энергии.

Предоставление современных услуг и использование связанных с ними приложений требуют большей надежности и скорости передачи, чем технологии PLC, применявшиеся еще сравнительно недавно. PRIME, G3 и IEEE P1901.2 являются тремя стандартами PLC, наиболее обсуждаемыми на рынке на в последнее время, и все они основаны на модуляции с ортогональным частотным разделением (OFDM) и канальным кодировании для эффективного использования полосы CENELEC (регулируемой в Европе) для достижения высокой отказоустойчивости к помехам и затуханию, а также скорость передачи данных до 40 Кбит/с. При использовании полного диапазона FCC (3 кГц-490кГц) может быть достигнута более высокая скорость передачи данных от 40 Кбит/с до 1 Мбит/с. На уровне PHY определены надежные режимы, которые обеспечивают связь между трансформаторами среднего напряжения (MV) и трансформаторами низкого напряжения (LV). В результате последние версии PLC могут обеспечить надежную связь на расстоянии до 10 км при пересечении трансформаторов среднего напряжения. Стандарты также обеспечивают связь по пересечению трансформатора низкого и среднего напряжения (LV / MV) на общее расстояние до 4-5 км в зависимости от состояния канала.

На уровне MAC PRIME, G3 и IEEEP1901.2 поддерживают сети IPv4/IPv6 достаточно эффективно, поэтому для работы в сети IP не требуется дополнительный маршрутизатор.

Помимо PLC и радиочастотной технологии с малой мощностью также широко используется связь с помощь интерфейса RS485, используемая для поддержки устаревших счетчиков, развернутых на многих рынках рынках. Для них требуются MCU и MPU с достаточным количеством последовательных интерфейсов (например, до 8 UART).

Что касается каналов связи со стороны WAN, то 10/100/1000M Ethernet и оптические кабели широко используются в сетевых инфраструктурах, но они могут быть не везде доступны. Технология беспроводного доступа - еще один выбор. В настоящее время широко используется технология GSM/GPRS (пропускная способность до 52 Кбит/с), к которой на смену уже пришла технология передачи данных по стандартам WCDMA / CDMA2000 (до 2 Мбит/с) и LTE (до 1 Гбит/с). Соответствующий выбор для технологии WAN, скорее всего, будет сделан по следующим критериям: доступность, цена, пропускная способность, латентность, покрытие географических областей и покрытие внутри помещений.

Масштабируемость – важная черта аппаратной платформы и программного обеспечения, связанная с применением концентраторов данных, которая способствует снижению общих затрат, в том числе и временных. В зависимости от конкретных условий, к концентратору данных может быть подключено от 100 до 1000 интеллектуальных счетчиков.

С учетом выше сказанного можно сделать вывод, что концентраторы данных играют большую и важную роль в построении современных интеллектуальных сетей, повышая их экономичность и безопасность.