Технологии беспроводной связи в электроэнергетике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра: Цифровая энергетика

Доклад

по дисциплине: Цифровые технологии в энергетике

на тему: Технологии беспроводной связи в электроэнергетике

Выполнил: студент группы ИТ-1320122

Рыбин Александр Михайлович

Проверил: старший преподаватель

Шестаков Дмитрий Николаевич

Содержание

Понятие беспроводной связи

Беспроводные сети

Применение беспроводных сетей

Угрозы беспроводных технологий

Список литературы

Понятие беспроводной связи

Системы беспроводной передачи информации существуют с изобретением электричества. Рассмотрим первые такие системы.

Телеграф в современном значении это электрическое устройство, обеспечивающее передачу сообщений на большие расстояния с помощью электрических импульсов. Телеграфия - это одна из первых систем дальней связи, которая возникла в XIX веке.

Искровые передатчики это устаревший тип радиопередатчика, который генерирует радиоволны с помощью электрической искры. Генерируемый электромагнитный сигнал представляет собой последовательность коротких импульсов в виде затухающих колебаний. Искровые передатчики были первым типом радиопередатчика и основным типом, используемым в беспроводной телеграфии на начальном этапе развития радио -- с 1890-х годов.

Спутниковые системы связи это целый комплекс оборудования, состоящего из ретранслятора на орбите и определенного количества наземных станций. Работа этой системы невозможна без специальных усилителей мощности радиосигнала. Крупнейшим в России создателем такой аппаратуры является «Росэлектроника». Предприятия холдинга на протяжении десятилетий обеспечивают электронную базу отечественных спутников.

Все это звенья одной цепи, изменялись технологии, но суть сетей передачи оставалась неизменной -- организовать взаимодействие нескольких различных элементов так, чтобы информация без проводов в заданное время поступала из одной точки в другую. Однако, несмотря на почтенный возраст, беспроводные технологии в последние 10-15 лет развиваются чрезвычайно интенсивно, став одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии.

В связи с общей мировой тенденцией по увеличению информационных

Потребностей, за последние 15-20 лет в России происходит модернизация сетей связи в энергетике: выполняется замена устаревших сетей, создаются цифровые телекоммуникационные системы обработки и передачи данных.

Рассмотрим основные современные технологий беспроводных сетей, причем особое внимание уделим вопросам обеспечения их безопасности, так как проблема надежной защиты информации служит одним из главных сдерживающих факторов развития беспроводных сетей и систем на их основе.

Беспроводные сети

Радиосети (беспроводные сети) обеспечивают обмен данными между локальными компьютерными сетями, когда использование традиционных кабельных технологий затруднено или нецелесообразно (дорого). Примером эффективного использования беспроводной технологии радиодоступа является обеспечение связи между сегментами локальных сетей при нехватке финансовых средств, отсутствии разрешения на проведение кабельных работ или отказе телефонной станции в аренде выделенного канала.

Основой любой беспроводной сети служит ее протокол. Как правило, протокол регламентирует топологию сети, маршрутизацию, адресацию, порядок доступа узлов сети к каналу передачи данных, формат передаваемых пакетов, набор управляющих команд для узлов сети и систему защиты информации.

Все многообразие протоколов беспроводной передачи данных можно классифицировать несколькими различными путями, выбрав в качестве основного один из параметров, например, топологию сети, скорость работы или алгоритмы безопасности. Наиболее распространенный метод классификации в технической литературе исходит из максимального радиуса действия беспроводной сети.

Приведем примеры классификации рассматриваемых протоколов по порядку уменьшению радиуса:

- WWAN (Wireless Wide area network) - в основном это сети сотовой связи, их радиус действия составляет десятки километров. Глобальные беспроводные сети WWAN используют для передачи данных в них беспроводные технологии сотовой связи, такие как UMTS, GPRS, CDMA2000, GSM, CDPD, Mobitex, HSDPA или 3G. Технологии WWAN дают возможность пользователю, например, с ноутбуком и WWAN-адаптером получать доступ к Всемирной паутине, пользоваться электронной почтой и подключаться к виртуальным частным сетям из любой точки в пределах зоны действия оператора беспроводной связи.

- WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks - это беспроводные сети масштаба города. Радиус действия таких сетей несколько километров. Стандарт IEEE 802.16, описывает Wireless MAN Air Interface как технологию «последней мили», использующая диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Так как это сантиметровый и миллиметровый диапазон, то необходимым условием является прямая видимость между антеннами приёмопередающих устройств. Стандарт поддерживает топологию point-to-multipoint, технологии frequency division duplex (FDD) и time division duplex (TDD), с поддержкой quality of service (QoS). Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 МГц.

- Wireless LAN (Wireless Local Area Network; WLAN) - это беспроводная локальная вычислительная сеть. Радиус действия этого класса сетей - несколько сотен метров. Это гибкая система передачи данных, которая применяется как расширение или альтернатива кабельной локальной сети и применяется в пределах одной территории внутри зданий (дом, школа, офис...). Всё это даёт возможность пользователям перемещаться в зоне обслуживания сети. В качестве центральной точки в WLAN сетях, применяют точки доступа или беспроводные Wi-Fi маршрутизаторы. Современные WLAN основаны на стандартах IEEE 802.11 и продаются под торговой маркой Wi-Fi. Такая беспроводная локальная сеть популярна из-за простоты установки и использования.

- WPAN применяются для связи различных устройств, включая компьютеры, бытовые приборы, оргтехнику, средства связи и т. д. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков метров. Физический и канальный уровни регламентируются стандартом IEEE 802.15.4. WPAN может быть развёрнута с использованием различных сетевых технологий, например: Bluetooth, ZigBee, 6loWPAN и другими.

Применение беспроводных сетей

Прошли те времена, когда где-нибудь в аппаратной ставился огромный шкаф с оборудованием, к нему тянулись километры толстых пучков кабелей, ведущих к датчикам и исполнительным механизмам. Сегодня, в подавляющем большинстве случаев, на много выгоднее установить несколько локальных контроллеров, объединенных в единую сеть, тем самым сэкономив на установке, тестировании, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании по сравнению с централизованной системой.

В последние два года в энергетической отрасли реализуется все больше проектов в области цифровизации (процесс превращения аналоговых данных и рабочих процессов в цифровой формат), повышения энергоэффективности и энергосбережения. Крупные компании рассматривают диджитализацию (процесс трансформации традиционного бизнеса посредством внедрения новейших цифровых технологий), как инновационный инструмент управления энергетической инфраструктурой и инвестируют в нее огромные средства. Внедряют цифровые подстанции (подстанция с высоким уровнем автоматизации, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами ПС, а также управление работой ПС осуществляются в цифровом виде), цифровые сети и цифровые двойники энергообъектов.

Широко используются сети интеллектуального учета энергоресурсов на основе LPWAN-технологии, системы прогнозного мониторинга энергетического оборудования и другие продукты отечественных вендоров.

Ожидается, что в ближайшие 2-3 года стартует ряд пилотных проектов по созданию российского «Интернета энергии» в рамках реализации «дорожной карты» Национальной технологической инициативы «Энерджинет».

Цифровизация электросетей и создание систем промышленного хранения энергии увеличат гибкость российской энергосистемы и позволят приблизиться к автоматической распределенной диспетчеризации.

Среди наиболее готовых к цифровизации направлений в Российской энергетике можно назвать мониторинг потребления и управление спросом, мониторинг и прогнозирование состояния генерирующих мощностей и электросетей. Например, применение системы мониторинга и диагностики в реальном времени позволяет обнаруживать большую часть самых распространенных отказов критичного и дорогостоящего оборудования (газовых и паровых турбин, трансформаторов, насосов, котлов и компрессоров). беспроводный информация энергоресурс интеллектуальный

Среди перспективных направлений: распределенная электроэнергетика, управление профилем потребления, выявление несанкционированных подключений. Применение беспроводных решений позволяет значительно расширить возможности диспетчеризации приборов учета. Развивающиеся беспроводные технологии позволяют существенно облегчить работу сотрудникам, ответственным за контроль показаний приборов учета и расходов энергоресурсов. Не так давно диспетчерам приходилось самостоятельно собирать показания непосредственно с каждого счетчика, сколько бы их ни было и на каком бы расстоянии они ни находились.

Чаще всего для построения беспроводной системы диспетчеризации используют GSM-модемы для снятия показания приборов учета в режиме дозвона. Например, с GSM-модема, установленного в диспетчерской, осуществляется вызов по телефонному номеру SIM-карты, установленной в другой модем, который, в свою очередь, подключен к прибору учета с помощью цифрового интерфейса RS232 / RS485. Режим дозвона позволяет последовательно, один за другим обзвонить все подключенные к системе GSM-модемы.

Но могут возникнуть некоторые проблемы при подключении в такую систему большого числа приборов учета.

Во-первых, опрос производится последовательно, а это значит, что опрос всего списка приборов учета может занять длительное время, учитывая, что на опрос одного прибора учета может уйти около 5 минут. Для получения показаний раз в месяц это некритично, но для промышленных отребителей со сбором получасовых срезов этот режим неприемлем.

Во-вторых, операторы сотовой связи не заинтересованы в увеличении количества оборудования для сетей 2G - это обычная GSM-связь.

В некоторых регионах операторы отключают возможность работы в CSD для новых тарифов или используют другие способы связи, вынуждая использовать оборудование с поддержкой GPRS или сетей третьего поколения 3G.

Такие связующие серверы, или серверы коммутации TCP - соединений, могут быть установлены как в самой диспетчерской, так и выступать в роли облачного решения. Благодаря такому решению можно без подключения дорогостоящих услуг на SIM-карте, организовать связь между прибором учета и программным обеспечением верхнего уровня при помощи GPRS/3G -терминала. Подключение к приборам учета большого количества GPRS-терминалов позволяет оперативно и в режиме онлайн собирать оперативные данные с приборов учета. Использование передачи данных через интернет по TCP каналу является перспективным решением для построения систем с большим количеством контролируемых точек учета. Именно эту задачу и решают радиомодемы SmartVoyager FX868. Они выступают в роли устройств, сбора и передачи данных (УСПД).

Угрозы беспроводных технологий

Существенные проблемы безопасности беспроводных сетей, несмотря на их существенные плюсы, является одним из основных их недостатков. В этом плане они намного уступают проводному соединению. Это связано с тем, что для взлома проводной сети злоумышленнику необходим непосредственный доступ к кабелю, получить который намного сложнее, чем перехватить радиосигнал при помощи специальных устройств. Кроме того, часто беспроводные сети работают даже без элементарной защиты паролем.

Получение доступа к локальной беспроводной сети дает злоумышленникам возможности похищения конфиденциальной информации и персональных данных, распространения вредоносного ПО, для других манипуляций.

Различают несколько основных видов атак, которые угрожают безопасности беспроводных компьютерных сетей:

- Человек посередине, или Man-in-the-Middle, относится числу наиболее распространенных типов атак. Этот способ чаще всего применяется для подключения к точкам доступа, не защищенным паролем. Поскольку сигнал в таких сетях транслируется без шифрования, злоумышленник может легко перехватывать его при помощи обычного ноутбука или компьютера с адаптером Wi-Fi. Однако возможно хакер может подключиться и к запаролиной сети при помощи специальной программы для взлома паролей методом подбора.

- DDoS - атаки, еще один распространенный тип угроз, которые необходимо учитывать в стандартах безопасности беспроводных сетей, являются DDoS-атаки, или отказ в обслуживании. Целью злоумышленников является нарушение работы локальной сети, при котором ее невозможно полноценно использовать. Атака может производится на программном и на аппаратном уровне. В первом случае хакеры используют существующие уязвимости в программном обеспечении. Атака на аппаратном уровне выполняется за счет переполнения системы запросами, что приводит к исчерпанию ее ресурсов (дискового пространства, процессорного времени, пропускной способности и т. д.).

- Ложная точка доступа, этот тип атак применяется злоумышленниками в местах, где действует общественная точка доступа, например, в кафе, в транспорте и т. д. Хакер через смартфон или ноутбук создает незапаролированную точку доступа, которая маскируется под легальную. Пользователи при попытке подключения к общественному Wi-Fi, видят в списке доступных сетей ложную точку доступа и подключаются к ней. В результате злоумышленник перехватывает весь передаваемый трафик, включая конфиденциальные данные.

- Атаки на сетевое оборудование. Точки доступа и другое сетевое оборудование с неправильно выстроенной конфигурацией и недостаточно эффективной защитой часто становится каналом для проникновения хакеров в локальную беспроводную сеть. Более того, беспроводные сети в конечном итоге, как правило, коммутируются с проводными. Поэтому взлом сетевого оборудования создает угрозу безопасности и проводных сетей.

Технология PLC (Power Line Communication)

Технология PLC (Power Line Communication) - новая телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной технологии. Но прогресс не стоит на месте, и появление более мощных DSP - процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дали возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.

Технология PLC использует электрические сети для высокоскоростной передачи данных и основана на тех же принципах, что и ADSL, которая применяется для передачи данных в телефонной сети. Принцип работы следующий: сигнал высокой частоты (от 1 до 30 МГц) накладывается на обычный электрический сигнал (50 Гц) с применением различных модуляций, а сама передача сигнала происходит через электрические провода. Оборудование может принять и обработать такой сигнал на значительном расстоянии - до 200 м. Трансфер данных может осуществляться как по широкополосным (BPL), так и по узкополосным (NPL) линиям электропередачи. Только в первом случае передача данных будет идти со скоростью до 1000 Мбит/с, а во втором значительно медленнее - только до 1 Мбит/с.

Сегодня PLC находит широкое практическое применение. В связи с тем, что технология использует существующую электросеть, она может быть использована в автоматизации технологических процессов для связки блоков автоматизации по электропроводам (например, городские электросчетчики).

Нередко PLC применяют при создании систем видеонаблюдения или локальной сети в небольших офисах (SOHO), где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая масштабируемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные ее сегменты могут быть построены с помощью PLC-адаптеров. Часто в уже существующую офисную сеть необходимо включить удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате или даже в другом конце здания -- c помощью PLC-адаптеров эту проблему можно решить за несколько минут.

Кроме того, PLC-технология открывает новые возможности для реализации идеи «умного» дома, в котором вся бытовая электроника должна быть завязана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления.

Вывод

Исходя из выше изложенного можно сделать вывод что на сегодняшний день большое развитие в области передачи данных получили беспроводные сети - сети радиосвязи. Это объясняется удобством их использования, дешевизной и приемлемой пропускной способностью. Исходя из текущей динамики развития, видно, что по количеству и распространенности беспроводные сети в скором времени превзойдут проводные сети.

Каждая из рассматриваемых технологий имеет и свои плюсы, и минусы.

В одном они схожи - это современные технологии беспроводной передачи данных с широкими возможностями, и они успешно применяются для создания эффективных систем беспроводной диспетчеризации, телеуправления, сигнализации и других задач.

Список литературы

1. СТО 70238424.17.220.20.005-2011. Системы связи для сбора и передачи информации в электроэнергетике. Условия создания. Нормы и требования. Дата введения - 01.12.2011. г. Москва. 57 с. Стандарт организации Некоммерческое Партнерство «Инновации в электроэнергетике».

2. Гуртовцев А.Б. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах // Журнал "СТА" №3, 1999, с.44-45

3. Каулио В.В. Управление встраиваемым WiFi-модулем WIZ610wi компании WIZnet // Беспроводные технологии. 2010. № 5.

4. Рестович А., Стоян И., Чубич И. Bluetooth технология беспроводной связи и ее применение. 18/2005/1.

5. https://www.qtech.ru/support/wiki/163/630/

6. https://network.xsp.ru/5_5.php

Размещено на Allbest.ru