Cisco Connected Grid Технические решения автоматизации подстанций электрических сетей

Георгий Азаренков Системный инженер gazarenk@cisco.com

Содержание

• Концепция Cisco Connected Grid

• Решения по автоматизации передающих подстанций

• Технологии сетей передачи данных

• Решения для распределительных электрических сетей

Концепция Cisco Connected Grid

Цифровая суперинфраструктура, использующая сетевые технологии взаимодействия и обработки, позволяющая сделать существующую аналоговую энергосистему более:

Полная информация о состоянии

энерго-системы

Возможность реализовать необходимое воздействие

в любой точке

системы

Способность адаптиро-ваться к

меняющимся условиям с

минимальным участием человека

Взаимо-действие

коммунальных систем и

процессов

ПРОЗРАЧНОЙ КОНТРОЛИ- РУЕМОЙ

АВТОМАТИЗИ- РОВАННОЙ

ИНТЕГРИРО- ВАННОЙ

Что такое Smart Grid?

Cisco Connected Grid

Энерго-эффективность

Управление Энергосистемой

Умные Дома

Интеллектуальная Энергосистема

Сеть как

платформа

Архитектура предусматривает сквозную интеграцию

Предусмотрена конвергенция для повышения масштабируемости

Поддерживается интеграция устаревших систем и план миграции

Единая архитектура связи Smart Grid

Cisco Connected Grid. Решения

ЦУС и ЦОД

Оперативно-диспетчерская

связь и управление

Сети Передачи и Сети

Подстанций МЭС

АРХИТЕКТУРА + БЕЗОПАСНОСТЬ + ИНТЕЛЛЕКТ

Распредсеть

РСК

Последняя миля

РСК

Домашние и офисные сети

Хранение и Аналитика

Сетевое Управление

Защита и Безопасность

Соответствие Нормативам

Ситуационный Анализ

Анализ Данных

Подключение к национальным/региональным сетям

Высокая надежность

Подстанционные сети

РЗА

Ультра-низкие задержки передачи

Физическая и информационная безопасность

Автоматизация распределения

Интеллектуаль-ные услуги

Низкие задержки/высокая полоса

Управление на основе политик

Масштабируе-мость и совместимость

Учет и наблюдаемость

Доступность и безопасность

Поддержка IPv6, открытые стандарты

Распределенная генерация

Оптимизация потребления

Снижение потребление по запросу

Управление на основе политик

Решения по автоматизации передающих подстанций

Автоматизация подстанций Проблемы эксплуатации современных подстанций

Старение инфраструктуры энергетической системы

Быстрый рост числа арендуемых выделенных каналов и разнородных, не совместимых приложений

Существующие проводные соединения требуют сложной реконфигурации и тестирования

Низкая скорость передачи данных не обеспечивает поддержку конвергентных приложений в таких областях как безопасность и контроль подключения пользователей

В сети с централизованным управлением уровень прозрачности и распределенного управления сетевыми элементами недостаточен для автоматизации энергетической системы

• Старение инфраструктуры энергетической системы

• Быстрый рост числа арендуемых выделенных каналов и разнородных, не совместимых приложений

• Существующие проводные соединения требуют сложной реконфигурации и тестирования

• Низкая скорость передачи данных не обеспечивает поддержку конвергентных приложений в таких областях как безопасность и контроль подключения пользователей

• В сети с централизованным управлением уровень прозрачности и распределенного управления сетевыми элементами недостаточен для автоматизации энергетической системы

• Сбор и обмен данными существующих и перспективных технологических и вспомогательных систем подстанций

• Единая конвергентная среда передачи информации с приоритетным обслуживанием и логическим разделением разных видов трафика

• Открытые стандарты и совместимость коммуникаций: Ethernet и IP

• Комплексная безопасность: обеспечение информационной и физической безопасности

• Высокая доступность, масштабируемость, гибкость, универсальность

Автоматизация подстанций Решения Cisco

Cisco Connected Grid Автоматизация передающих подстанций

• Основные сценарии автоматизации подстанций • Основные требования и преимущества • Схемы организации подстанционных систем • Дополнительные требования

• Решения по автоматизации подстаний • Подстанционная сеть Ethernet • Сетевые топологии • Линейка продуктов

Рекомендованный дизайн Cisco Systems

“Smart Grid Substation Automation Design and Implementation Guide”

• Рекомендации по дизайну и внедрению для различных сценариев

• Архитектура подстанционных сетей • Рекомендации по выбору оборудования • Рекомендации по конфигурации • Результаты тестирования ключевых

параметров решений

Design and Implementation Guide распространяется в рамках NDA

Автоматизация подстанций Основные сценарии

Use Case Use Case Title

1 Автоматизация подстанции нового поколения без использования протокола GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events)

2 Автоматизация подстанции нового поколения с использованием протокола GOOSE

3 Автоматизация подстанции с использованием Phasor Measurement Unit (PMU)

4 Организация системы физической безопасности подстанции

5 Подключение мобильных ремонтных бригад на подстанции

6 Синхронизация времени на подстанции

7 Организация защищенного удаленного доступа управления подстанцией

8 Системы управления сетевым оборудованием и информационной безопасностью

Сценарии 1 и 2: Автоматизация подстанции с и без GOOSE

Сценарий Описание Преимущества Осн. требования

1 и 2 Автоматизация

подстанции с и без GOOSE

Распределенная система мониторинга, управления и их автоматизацию на подстанции

Возможность использования в одной сети IED разных производителей

Снижение количества каналов связи

Использование протоколов Ethernet и IP

Сбор данных для мониторинга и анализа состояния систем подстанций

Основные протоколы Ethernet и IP

Quality of service (QoS): приоритизация, low-latency queuing, классификация протоколов GOOSE, Modbus, DNP3 и IEC 60870-5

Обеспечение информационной безопасности: Port security, шифрование, защита периметра (МСЭ), IDS и т.д.

Поддержка Layer 2 multicast

Каналы связи -Broadband и оптика

Инфраструктура подстанции Автоматизация подстанции с/без GOOSE

Территория ПС Помещение ПС ДП, ЦОД, ЦУС

Шина процессов (Прямые кабельные подключения, последовательные интерфейсы и Ethernet)

Станционная шина (Ethernet)

Удаленно работающий специалист

Управление энергосистемой

IP ГВС сегментация и контроль доступа

Синхронизация времени от GPS

DFR

ЧМИ Реле, ТрансформаторыКонденсаторные блоки и др.

CTs, PTs, DAUs, MUs

Резервный канал (3G)

SCADA основной FEP

IRIG-B

Секции РУ

Последовательные интерфейсы (232)

Основной канал(Е1)

GPS Часы

Сеть ЦОД IED IED

Comm. Proc. SCADA RTU

Распределен-ный контроллер

Периметр информационной безопасности

Сценарий 3: Передача данных PMU

Сценарий Описание Преимущества Осн. требования

3

Автоматизация подстанций с

использованием Phasor

Measurement Unit (PMU)

Повышает стабильность энергосистемы, бвстрое восстановление после сбоев

PMU рассылает данные о работе энергосистемы и обеспечивает более эффективное управление

Измерение фазового вектора напряжения и тока в реальном времени

Данные для расследования инцидентов

Быстрая сходимость сети

QoS: Приоритизация и очень низкая задержка (для передачи данных PMU в реальном времени)

Каналы связи: широкополосные и оптические

Информационная безопасность

Сценарий 3: Инфраструктура подстанции Передача данных PMU

Подстанция ЦУС / ЦОД

Шина процессов

Станционная шина (Ethernet)

Анализ данных PMU (EMS)

Сегментация IP-трафика WAN, Контроль доступа, шифрование

Точное время GPS

DFR

HMI

Периметр безопасности

Резервный канал(3G)

SCADA Master FEP Сериальные

устройства (EIA-232)

Основной канал(Е1)

GPS Clock

PMU PMU

PDC

Системный оператор

Анализ данных PMU (EMS)

WAN

Сбор и хранение статистики

Сеть ЦУС/ЦОД

Распределенный контроллер

Мультисервисная архитектура подстанции Физическая безопасность

ЦУС/ЦОД Помещение ПС Территория подстанции

Cisco Physical Access Gateway

Коммутатор CGS

IP Сеть (ГВС)

LDAP Active Directory

Оптика

Сеть Центра

Управления

Контроль дверей

Ворота подстанции

Маршрутизатор CGR

PoE

Cisco® VSM и Media Server

Cisco Physical Access Manager

IP Камеры

Cisco Security Manager

Считыватель

Оптика

Оптика

Конвертер

Конвертер

Конвертер

ЦОД, ЦУС Помещение подстанции Территория ПС

Мультисервисная архитектура Мобильные бригады обслуживания

Трафик СПД Сегментация Контроль доступа МСЭ

Ethernet

AAA, ACS, др.

Беспроводное подключение

Инженер или техник с мобильным ПК

Внутренняя защищенная ТД

Проводное или беспроводное подключение

Инженер или техник с мобильным ПК

Инженер или техник с мобильным ПК

Промышленный ПК

Внешняя защищенная ТД

Оптика

Медь

СПД

Реле, Трансформаторы, Конденсаторные банки, др.

Устройство агрегации ЛВС

ДМЗ

Интернет

Data Center

LMS, EMS, др.

ЦУС

SiSi

Cisco Connected Grid Автоматизация передающих подстанций

• Основные сценарии автоматизации подстанций • Основные требованияи преимущества • Схемы организации подстанционных систем • Дополнительные требования

• Решения по автоматизации подстаний • Подстанционная сеть Ethernet • Сетевые топологии • Линейка продуктов

Подстанционная шина и шина процессов

Мультисервисная шина

Мультисервисная шина CGS 2520 обслуживает различные виды обмена и обеспечивает логическую изоляцию от обмена станционной шины

IEC 61850

Шина подстанции

DFR RTU

Распределен-ный контроллер

Шина процессов

Мобильное обслуживание

Физическая безопасность

Агрегация каналов

Беспроводные Оптика PLC

Основной канал Резервный канал

…. ИЭУ ИЭУ …

ИЭУ ИЭУ

Инфраструктура подстанции Мультисервисная архитектура

Мультисервисная сеть Ethernet

IEC 61850

Шина процессов

Ячейка 2

Сеть Ethernet подстанции Станционная шина

Сеть Ethernet подстанции Станционная шина и шина процессов

Layer 2 «Кольцо»

IEC 61850

Станционная шина

IED

Шина процессов. Прямые кабельные подключения

Primary WAN Secondary WAN

… IED … IED IED

CGS 2520

CGR 2010 с ESM

Primary WAN Secondary WAN

Layer 2 «Кольцо» - Иерархическая структура

IEC 61850

Станционная шина

IED

IEC 61850

Шина процессов

Ячейка 1

IED HMI HMI

IED/ MU

IED/ MU

IED/ MU

IED/ MU

IED/ MU IED/ MU

Архитектура подстанции. Топологии ЛВС Layer 2 Кольцевые

CGR 2010 с ESM

Сеть Ethernet подстанции Станционная шина

Сеть Ethernet подстанции Станционная шина и шина процессов

Layer 2 Иерархическая структура

IEC 61850

Станционная шина

IED

Шина процессов. Прямые кабельные подключения

Основной канал Резервный канал

… IED … IED IED

CGS 2520

CGR 2010 с ESM

Основной канал Резервный канал

Layer 2 Иерархическая структура

IEC 61850

Станционная шина и шина процессов

IED IED

HMI HMI

IED/ MU IED/ MU IED/ MU IED/ MU IED/ MU IED/ MU

…

CGS 2520

CGR 2010 с ESM

Архитектура подстанции. Топологии ЛВС Layer 2 Иерархические

Портфель решений Cisco Автоматизация подстанций

Локальная сеть подстанции

Сеть WAN подстанций WAN/Агрегация Физическая

безопасность

Защита сети в соответствии с требованиями NERC/CIP

SCADA и IP-связь Виртуальные

сети на единой платформе

Оптические решения для дистанционной защиты

Безопасные WAN-соединения для SCADA

Управление доступом к подстанции

Мониторинг периметра сети и оборудования

Связь с использованием станционной шины

Соответствие требованиям стандартов IEC 61850-3 и IEEE 1613

Функция

Коммутаторы CGS 2520

Промышленный коммутатор Ethernet IE 3000

Маршрутизатор CGR 2010 Оптическая сетевая платформа ONS 15454

Маршрутизаторы ASR 1000

IP-видеокамеры системы

видеонаблюдения

Шлюз физического доступа

Автоматизация подстанций Cisco Connected Grid Router 2010

• Соответствие стандартам (IEC 61850-3 и IEEE 1613)

• Отсутствие движущихся частей • Резервированное электропитание (общий

источник с Cisco CGS 2520) • Расширенный диапазон температур • Расширенный диапазон питания • Монтаж передней или задней панелью • Модули WIC (GRWIC) • Высота 2 юнита (2RUs) • Аппаратная поддержка IEEE 1588v2 • Аппаратная защита – цифровая подпись

Стандартный функционал Cisco IOS®: • OSPF, EIGRP, BGP, IS-IS, IGRP, RIP • IPv4 и IPv6 • MPLS VPN, VRF, Frame Relay, PPP • Безопасность: IPS, IDS, МСЭ с зонированием,

TACACS, SSH • Расширенный QoS • Туннелирование Modbus,

DNP-3, IEC60870-101 протоколов • Графические средства конфигурации

На основе семейства Cisco® ISR G2

Два Dual-Mode Gigabit Ethernet порта

4-х слотовое модульное шасси с вариантами модулей:

1- и 2-порта T1/E1 channelized 8-портов синхр/асинх сериальных Ethernet Switch Module: - 2 x GE + 8 x 10/100 RJ-45 портов; - 2 x GE + 4 x 100M SFP портов;

Специально для использования в энергетике

CGR 2010 Ethernet Switch Module (ESM) GRWIC-D-ES-2S-8PC 10 Port «медный» ESM GRWIC-D-ES-6S 6 Port «оптический» ESM

Interface Cards (WAN or LAN)

Модули Cisco CGR 2010 Ethernet Switch Module (ESM)

Обзор функциональности •Оптимизирован для работы с условиях подстанций •Форм-фактор GRWIC двойной ширины •Две версии мрдуля ESM:

•10 port ESM - 8xFE RJ45 порты (4 порта с поддержкой POE), 1xGE combo порт, 1xGE fiber SFP порт •6 port ESM - 4xFE fiber SFP порт, 1xGE combo порт, 1xGE fiber SFP порт

•Интерфейсы могут быть настроены для LAN и WAN подключений •Операционная система Cisco IOS® . Функциональность идентична коммутаторам CGS-2520

Отдельный Cisco IOS Доступны два варианта функционала LANBase и IPServices

Поддержка до 2-х модулей в CGR 2010

Автоматизация подстанций Cisco Connected Grid Switch 2520

• Соответствие стандартам (IEC 61850-3 и IEEE 1613)

• Отсутствие движущихся частей • Резервированное электропитание (общий

источник с Cisco CGR 2010) • Расширенный диапазон температур • Расширенный диапазон питания • Монтаж передней или задней панелью • Cisco Connected Grid Swap Drive • 1RU • IEEE 1588v2 аппаратно

• Высокая доступность: REP и Flexlink • Поддержка GOOSE: QoS, быстрая сходимость в

кольце, работа с VLAN • Modbus поддержка • SmartPort макросы • Аппаратная безопасность: SUDI • Расширенные опции безопасности • Апгрейд до Layer 3 функциональности • Графические средства конфигурации

На основе Cisco Catalyst® 2000 и 3000 серий

CGS-2520-24TC

CGS-2520-16S-8PC

24 10/100BASE-TX порта и два Gigabit Ethernet аплинка

16 Fast Ethernet SFP портов, 8 портов 10/100BASE-TX PoE, и два Gigabit Ethernet аплинка

Специально для использования в энергетике

Сетевое управление и мониторинг Пример реализации

Технологии сетей передачи данных

Cisco Smart Grid Технологии сетей передачи данных

• Виртуализация сетевой инфраструктуры • VRF Lite • MPLS VPN L2 и L3 • DMVPN

• MPLS-TP (Transport Profile) • Синхронизация в пакетных сетях

• SyncE • IEEE 1588v2 PTP

• Передача TDM-трафика в пакетных сетях

38

Тенденция в отрасли: Внедрение принципов “Smart Grid” влечет ускоренное появление новых

сценариев использования сетей передачи данных электроэнергетики Устаревшие TDM- и Serial- технологии достигают окончания срока

эксплуатации во многих отраслях промышленности, что ведет к внедрению систем на базе стандартного протокола IP

Операторы связи сворачивают предложение услуг на базе технологий “leased line”, таких как – Frame Relay, DDS, TDM, так как сами мигрируют на технологии IP/MPLS и Carrier Ethernet

Преимущества с точки зрения инфраструктуры : Гибкость в выборе скорости передачи и эффективность статистического

мультиплексирования Мультисервисный транспорт с использованием любых технологий

физического уровня (Layer 1) – Оптика, Медные каналы, Беспроводные сети, PLC и т.д.

Консолидация сетей в единую инфраструктуру, снижающая эксплуатационные расходы (стоимость каналов связи и сложность управления)

Миграция к сетям с коммутацией пакетов

Уровень агрегации

Передающие подстанции

Ядро

Уровень агрегации: 7600 и ASR 1000

Cisco CGR 2010, CGS 2520 и IE 3000 Резервированное ядро с логической сегментацией Layer 3 VPN: Cisco® 7600 и ASR 9000

Агрегация

Подстанц. шина

Мультисер- висная шина

Устр

ойст

ва

Устр

ойст

ва

ЦО

Д и

ЦУС

Автоматизация подстанций Агрегация и ядро MPLS

ESP

PE P

CE

PE

PE

PE

P

Корпоративная сеть и ЦОД

Системы управления

ЦУС

SCADA

Мультисервисная сеть

Станционная шина

Смежные подсистемы (Агрегация распред.сетей, IP-телефония, Физическая

безопасность)

Локальный сегмент IED

Сегмент SCADA

Корпоративный центр управления

Реле с сериальными интерфейсами

IED с поддержкой IP

Периметр информационной безопасности подстанции (ESP)

Маршрутизатор CGR 2010

MPLS WAN

Коммутаторы CGS 2520

Мультисервисная сеть подстанции Трафик различных подсистем с

логическим разделением

IEC 61850 Станционная шина Защиту периметра обеспечивает CGR 2010

Шлюз

Сетевая инфраструктура подстанции Логическая сегментация

Контроль доступа Изоляция трафика Разграничение сервисов

СПД

Фун

кции

Подстанция ЦУС / ЦОД

VRFs

GRE MPLS

Аутентификация клиента (пользователя, устройство, приложения)

Авторизация доступа в требуемый сегмент (VLAN)

Предотвращение несанкционированного доступа

Поддежка разделение трафика в Layer 3 инфраструктуре сети

Изоляция трафика разных приложений

Обеспечение соответствия трафика изолированных L3 VPN – L2 VLAN’-ам уровней доступа и агрегации

Обеспечение доступа к сервисам

Разделяемый

Выделенный

Контроль политик доступа

Изоляция приложений и сервисов, если требуется

Виртуализация сетевой инфраструктуры

• Multi Protocol Label Switching – технология с коммутацией пакетов на основе меток (label switching)

• MPLS – обеспечивает логическую сегментацию сетевой инфраструктуры (повышение безопасности)

• MPLS обеспечивает различные сервисы • MPLS – наиболее масштабируемая технология на данный момент • Единая инфраструктура, поддерживающая различные приложения и

типы трафика

L2 VPNS VPWS/VPLS

Traffic Engineering

Unicast &multicast L3 VPNs

MPLS

Единая сетевая инфраструктура

IP+Optical MPLS-TP

Any Transport

Over MPLS

Сетевая инфраструктура на основе технологии MPLS

ЦУС

PE

Сеть MPLS

Multi-VRF CE Router (no MPLS)

Логическая сегментация в канале CE/PE*

PE

Подстанция

VRF Green

Vrf Red

Vrf Green

Vrf Green

Vrf Red

*Vlan (802.1Q trunk), Frame Relay, ATM VCs

Vrf Red

Сервис MPLS – L3 VPN

Варианты организации: CE на подстанции – сервисы L3VPN обеспечиваются PE маршрутизатором уровня агрегации

Сегментация на подстанции с помощью функционала Multi-VRF (interface/vrf)

PE на подстанции – Присвоение метки MPLS на подстанции Терминация VRF на CGR 2010

Пример Multi-VRF CE и L3VPN

ЦОД

IED

Сервис MPLS – L2 VPN

Варианты организации: Layer 2 VPN «Точка-точка»

Виртуальные соединения Layer 2 – Any Transport over MPLS (AToM) Для связи «каждый с каждым» необходима полносвязная система соедиений

Layer 2 VPN «Точка-многоточка» Виртуальные соединения Layer 2 – Технология Virtual Private LAN Services (VPLS),

H-VPLS PE-маршрутизаторы уровня агрегации обеспечивают коммутацию виртуальных

соединений CE-PE Layer 2

ЦУС

Сеть MPLS PE

Подстанция

VLAN1

IED

Пример L2VPN «Точка-точка»

VLAN2

GOOSE

GOOSE

PE GOOSE

GOOSE

Ethernet over MPLS (EoMPLS) Ethernet Ethernet

Сервис IP/MPLS – 2547oDMVPN

ЦУС

PE

IP WAN

DMVPN Hub Router

PE

Пример 2547 over DMVPN

Обеспечивает сервис MPLS L3VPN (RFC 2547) по соединениям DMVPN Трафик всех VRF передается через единый DMVPN туннель

Обеспечивает шифрование трафика RFC 2547 L3VPN!

Подстанция

Подстанция

PE

MPLS-VPN

MPLS-VPN

DMVPN Spoke Router

Operation VRF

Enterprise VRF

3G

E1

47 47

Основной LSP

PE PE

Резервный LSP

Путь статически заданный NMS или выбранный динамически

Клиентское устройство

Клиенское устройство

MPLS-TP LSP (Статический или динамический)

Pseudowire

Передача данных клиента

с e2у-to e2e and segment OAM

Секция Секция

Постоянное соединение с предопределенными основным и резервным маршрутами Транспортный туннель с резервированием 1:1 , switching triggered by in-band OAM, Статический путь задается NMS, динамический - протоколами маршрутизации и сигналинга

Технология MPLS-TP (Transport Profile)

48

TDM транспорт Пакетные сети

Connection mode На основе соединений Без установки соединений

OAM Встроенные средства диагностики и мониторинга (In-band OAM)

Внешние (кроме PW, TE)

Protection Switching на уровне Data Plane Выполняется Control plane

BW efficiency Фиксированная полоса пропускания

Статистическое мультиплексирование

Data Rate Granularity Негибкая система SONET/SDH сетей

Произвольные скорости передачи

QoS Единственный класс обслуживания

Обеспечение QoS

Пакетный транспорт

MPLS-TP совмещает преимущества TDM и пакетных сетей

Синхронизация в пакетных сетях Источники синхронизации

Cesium PRC/SDH Источник опорной частоты в сетях SDH

GPS Источник класса Stratum 1 со спутников GPS

Synchronous Ethernet (SyncE) Синхронизация по Ethernet-каналам Головное устройство получает тактовый сигнал (PRC) и передает его соседнему узлу по SyncE

IEEE1588-2008 (PTP) Синхронизация частоты и времени в пакетных сетях Тактовый сигнал Grandmaster со входа (PRC) передает с помощью пакетов PTP Slave принимает пакеты PTP и восстанавливает тактовый сигнал в выходе

• Технология унаследована от SDH/SONET синхронизации частоты (frequency synchronization)

Эквивалент последовательности синхронизации SDH/SONET Соотвествует требованиям стандартов ITU-T

• Вопрос о необходимости апгрейда сетевого оборудования решается в зависимости о пути распространения синхросигналов

Не каждое сетевое устройство требуется апгрейдить

ITU-T G.8262 (EEC) Node

BITS/SSU

SONET/SDH

PRC/PRS SSU/TSG

PHY SyncE

SSU/TSG

PHY SyncE

ITU-T G.8262 (EEC) Node

ITU-T G.8262 (EEC) Node

ITU-T G.8262 (EEC) Node

Технология Synchronous Ethernet (PHY Layer)

IEEE 1588v2 – протокол синхронизации частоты и точного времени (PTP)

• Специализированный протокол для систем операторов связи (Telecom Profile) и автоматизированного управления процессами и систем связи энергетики (Power Profile)

• Обеспечивает: • Точность синхронизации времени - 1мкс; • Алгоритм выбора лучшего источника точного времени (Best

Master Clock) • «прозрачная» передача пакетов - Transparent clock • Коммуникация на уровне IP/UDP (L3) (Telecom Profile) и

(Ethernet/L2) с зарезервированными Ethertype 0x88F7 и адресом групповой рассылки PTP Multicast Mac (Power Profile)

• Функционал определения снижения точности (worst case error)

Сравнение технологий IEEE 1588 v2 и Synchronous Ethernet SyncE применима в случае использования технологии Ethernet для

каналов связи в СПД

SyncE гарантирует более высокие точность и стабильность синхронизации (частоты)

Synchronous Ethernet обеспечивает (только) синхронизацию частоты через Ethernet, тогда как IEEE 1588 может синхронизировать частоту и точное время

Точное время необходимо для – функций контроля качества сервиса (SLA), систем мониторинга и управления

Синхронизация частоты – технологиям сетей связи (TDM, Circuit Emulation, систем связи)

IEEE 1588 работает на L3 или L2, тогда как SyncE – Layer 1

IEEE 1588 работает между двумя конечными устройствами, SyncE должна поддерживаться всеми промежуточными узлами

Уровень агрегации ЦУС

N x10GE

Подстанция (Уровень доступа)

TDM, E1

ATM, E1, IMA

Уровень агрегации

E1

N x10GE STM1 STM1

ЦУС

SDH, PDH

N x GE

STM1

Structured

E1

Structured, Unstructured

STM1

Structured

MPLS P/PE

Static routes or IGP

MPLS/IP Ethernet

100, 1000 FX/TX

E1

Structured, Unstructured

Circuit Emulation в пакетных сетях

• Технологии CESoPSN (RFC 5086) и SAToP (RFC 4553) • Structured (nxDS0) и Unstructured (E1) подключения на подстанциях,

structured STM1/OC3 - в ЦУС/ЦОД • Поддерживается уровнями доступа и агрегации инфраструктуры

СПД – Транспортные протоколы MPLS или IP/UDP

MPLS P/PE

54

Доступ/ Агрегация Агрегация Агрегация/ Ядро

ME 3800X

ME 3600X

7600 ASR 9000

Поддержка системами управления (NMS)

Платформы Cisco для построения магистральных сетей передачи данных

ASR 901/903

ASR1006/1010

ASR1004

ASR1001/1002

Распределительные электрические сети

• Структура связи распределительных сетей • Преимущества протокола IPv6 на участке «последняя миля» • Новые стандарты PHY & MAC уровней

– IEEE 802.15.4 RF Mesh – IEEE P1901.2 Power Line Communication

• Адаптация протокола IPv6 на уровнях PHY & MAC – 6LoWPAN – RPL

• Решения Cisco для распределительных подстанций • Позиционирование • Сетевые топологии

О чем пойдет речь

Архитектура распределительных электрических сетей Load

Control DMS

NMS

Учет электроэнергии

Мониторинг трансформа

торов

Автоматизация распред.сетей

Станции зарядки э/м

Коммерческий учет

Автоматизация мобильных

бригад

Распределенная генерация

Распределенная защита и сеть

управления

Protection and Control Network

Передающие подстанции

MDM

HES

Cisco CGR 1000 Series Router

Распределительные подстанции

GPRS, 3G, LTE

Ethernet WiMAX

802.15.4 sub-GHz RF Mesh or IEEE P1901.2 G3 PLC Mesh

Уличное освещение

SCADA OMS

уров

ень

NAN

уровень WAN

Специализированные mesh сети NAN на основе протокола IPv6

WAN уровень на базе IP, проводные или беспроводные, арендованная или собственная инфраструктура

Стек протоколов распределительных сетей

• Отображает новые технологии PHY & MAC – PLC and RF Mesh

• Сопутствующие стандарты IEEE, IETF, IEC, W3C и др.

IEEE 802.15.4g (FSK, DSSS, OFDM)

IEEE 802.15.4e FHSS

6lowpan

IEEE P1901.2 (G3-based PLC)

Routing – RPL IPv4 / IPv6 Multicast, QoS, Security

IEEE 802.3 Ethernet

2G / 3G / LTE Cellular

IEEE 802.16 WiMax

TCP/UDP

SE2.0/Web Services/EXI

IEEE 802.15.4 2.4GHz DSSS

IEEE 802.15.4e

SNMP/HTTPS/CoAP

IEC 61968 CIM C12.22

DLMS COSEM IEC 60870 DNP IEC 61850

PHY

/ MAC

Fu

nctio

nalit

y N

etw

ork

Func

tiona

lity

App.

La

yer

Com

m. N

etw

ork

Laye

r

802.1x / EAP-TLS based Access Control Solution

MODBUS

IEEE 802.11 Wi-Fi

IETF RFC 2464

Выбор и преимущества IPv6

• Сеть Internet – наиболее масштабируемая сеть на базе IP на текущий момент в мире – Критичный трафик, такой как голос и видео уже передается по

протоколу IP – Большинство промышленных стандартов поддерживают

возможность работы по IP • Проверенные архитектуры и широкая совместимость

– IP работает по любым типам каналов пережачи данных – беспроводные (WiFi, 3G, WiMax,…) and проводные (Ethernet, Sonet/SDH, serial,…)

– 6LoWPAN определяет IPv6 over IEEE 802.15.4 (RF Mesh) & P1901.2 (PLC)

• "End-to-end" надежность в добавление к надежности каналов передачи данных – TCP/UDP транспорт – Включая контроль целостности данных TLS/DTLS и шифрования

IEEE 802.15.4. Ключевые характеристики

• Скорости передачи данных 851 kb/s, 250 kb/s, 100 kb/s, 40 kb/s, and 20 kb/s

– В зависимости от частоты и кодировки

• Основные частотные диапазоны: 915 МГц (США), 2,4ГГц (весь мир)

• Алгоритм доступа к среде - Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA-CA) или ALOHA [ultra-wide band (UWB)] channel access

• Полностью подтверждаемая передача для надежности

• Низкое потребление энергии – Устройства могут работать на батареях

• Определение уровня мощности приема (ED)

• Индикация качества связи (LQI)

IEEE 802.15.4 Обзор MAC уровня

• Сетевые топологии – Звезда, Peer-to-Peer,

комбинированные (cluster) • Полнофункциональные устройства

(FFD) – Любая топология – Возможность координации сети – Коммуникации с любым устройством – Узлы 6LoWPAN/RPL являются FFD

• Устройства с ограниченным функционалом (RFD)

– Топология звезда (только) – Не может быть координатором – Коммуникация только с

координатором • Каждая независимая PAN

присваивает уникальный идентификатор

Full function device

Reduced function device

Communications flow

IEEE P1901.2. Технология Power Line Communication (PLC)

• IEEE P1901.2 – Открытый стандарт NarrowBand PLC − Определены PHY & MAC уровни − Покрывает весь низкочастотный диапазон (до 500 KHz) PLC − Поддерживает работу в сетях низкого и среднего вольтажа MV/LV − Поддерживает уровень адаптации 6LoWPAN и протокол RPL для

маршрутизации на сетевом уровне

• Полностью соответствует референсному стеку протоколов Connected Grid, разработанному для RF Mesh – Позволит использовать RF Mesh и PLC для одних задач

• Альтернативные сценарии использования IEEE P1901.2 PLC кроме AMI - зарядные станции Э/М, уличное освещение, управляемые розетки, солнечные панели и т.д.

6LoWPAN. Уровень адаптации IPv6

• IETF WG – IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks – Уровень адаптации IPv6 по IEEE 802.15.4 – Также поддерживается IEEE P1901.2 PLC, Bluetooth Low Energy,

DECT Ultra Low Energy (ULE) • Сжатие заголовков IPv6 в сетях 6LoWPAN

– До 15.4g, 15.4 поддерживал максимальный размер фрейма до 127 байтов;

– Даже если 15.4g поддерживает больший размер пакетов, оптимизация пропускной способности все равно нужна

• Поддержка фрагментации – В IPv6 фрагментация поддерживается конечными устройствами

или на канальном уровне (Layer 2)

IPv6 Протокол маршрутизации для маломощных сетей с потерями (RPL) • Специально разработан для маломощных сетей с потерями - Low Power

and Lossy Networks (LLNs)

• RPL - Distance Vector routing protocol – Новые метрики: Energy, latency, link reliability, node state, link color,…

• Уровень маршрутизации “Route Over” гарантирует использование любых каналов связи

– IEEE 802.15.4, IEEE P1901.2, Bluetooth LE, IEEE 802.11ah и другие; – Набор метрик соотвествуют основным сценариям работы

RPL domain

Rank

Inte

rfac

e / D

evic

e / A

pplic

atio

n La

yer

Con

figur

atio

n M

anag

emen

t

NAN Modules (1 or 2) (900 MHz RF Mesh, PLC)

WAN Modules (1 or 2) (2G/3G, WiMax, LTE)

Cisco Network Services Security QoS Routing Timing IP Embedded Management

Connected Grid Intelligence and Applications

Application APIs

Ethernet + Serial

Interfaces

• Portfolio of products for different deployment scenarios but common architecture

• Small form factor / power consumption for space / power constraint deployments

• Modular HW design with support for multiple wireless technologies (interfaces)

• Network Services for Converged multi-service networks

• Connected Grid intelligence: Flexibility to host 3rd party applications

• Single management solution: independent of communication interfaces

WiFi GPS

Cisco 1000 Series Connected Grid Routers Функциональная блок-схема

Концепция «Интеллектуальный учет» (АMI)

CISCO OPERATING SYSTEM

LINUX

IP

HAN Сеть

технологической связи

Партнер - Счетчик-

- Дизайн и коммуникации-

Партнер - MDC -

- NMS, Security -

IPv6

GPRS/3G/LTE Сетевая платформа Cisco для

распределительных сетей

– Интеллектуальный счетчик

– Управление и сбор данных со счетчиков

– Система управления приборами учета и потребителями

– Коммуникационный модуль для интеллектуального счетчика

– Сетевое управление и Безопасность

– Маршрутизатор сети распределения для приложений агрегации данных счетчиков

– Центры Обработки Данных

Партнер

DSL , Fiiber Optic.

PLC Mesh RF

6LoWPAN

IEEE 802.15.4

6LoWPAN Партнер

Концентратор AMI

Комплексная безопасность Connected Grid

Информационная безопасность Физическая безопасность Аутентификация, контроль доступа, мониторинг,

отчеты Сетевая безопасность: VPN (шифрование), МСЭ,

IPS, Управление безопасностью Специфика Smart Grid—Безопасность систем

SCADA, телеметрии, сетей управления и мониторинга

Regulatory compliance—NERC CIP

Видеонаблюдение—IP камеры, аналоговые камеры, сенсоры

Контроль физического доступа — управление доступом

Управление инцидентами—ПК, радио, мобильные телефоны, IP телефония, цифровая подпись Сервисы и Архитектуры безопасности энергосистемы

Физическая безопасность

Безопасность Сети Безопасность Smart Grid Контроль доступа

IP камеры

Контроль доступа

Монитор видеонаблюдения

Менеджер контроля физического доступа

Управление видеопотоками и архивом

IPSec VPN

GET VPN

МСЭ

Intrusion Prevention System

Периметр безопасности

Соотвествие стандартам NERC/CIP

Сервисы безопасности адаптированы под требования Smart Grid

Cisco TrustSec

Network Access Control

Secure Access Control Server

Cisco Trust Agent

Автоматизация передающих и распределительных подстанций Основные преимущества

Снижение расходов на эксплуатацию

Cisco предлагает пути миграции к конвергированной сети передачи данных на основе протокола IP, обеспечивая высокий приоритет трафику управления и мониторинга энергосистемы

Повышение надежности энергосистемы

Коммутаторы и маршрутизаторы Cisco для подстанций созданы специально для эксплуатации в сложных промышленных условиях

Богатый функционал Cisco IOS и средств управления обеспечивает быстрый поиск и устранение сетевых сбоев

Расширение корпоративных сетей

Расширение корпоративных сетей до уровня подстанций для обеспечения информационного доступа к прикладным и технологическим сервисам ЦОД и ЦУС

Повышение безопасности энергосистемы

Использование передовых решений и продуктов Cisco Systems для построения критичных для технологических и бизнес-процесов сетей мониторинга и управления энергосистемой

? Вопросы?

Спасибо! Просим Вас заполнить анкеты. Ваше мнение очень важно для нас!