Analiza prenosa podataka u sistemu za daljinski ... - Telfor 2009

17. Telekomunikacioni forum TELFOR 2009 Srbija, Beograd, novembar 24.-26., 2009.Analiza prenosa podataka u sistemu za daljinskinadzor i upravljanje ureñijima energetskeelektronikeDragan Mitić, Bojan Plavšić, IRITEL A.D., BeogradSadržaj — U sistemima za daljinski nadzor i upravljanjetrebalo je rešiti način prikupljanja i obrade podataka ureñajakoji se nadziru, zatim prenos podataka od udaljenihperifernih ureñaja do centra za nadzor i na kraju način kakoprikazati dobijene podatke u centru za nadzor. U početkurazvoja SDNU, više pažnje je posvećeno načinu prikupljanja iobrade podataka od udaljenih perifernih ureñaja do centra zanadzor i načinu prikaza dobijenih podatke u centru zanadzor, jer se smatralo da kod prenosa podataka od udaljenihperifernih ureñaja do centra za nadzor neće biti većihproblema. Meñutim, ta pretpostavka se pokazala pogrešnom.Nakon prvih praktičnih ispitivanja pokazalo se da jenajkompleksniji problem koji treba rešiti prenos podataka odperifernih ureñaja do centra za nadzor. Dodatnakomplikacija je realna situacija da veliki broj perifernihureñaja istovremeno uspostavlja vezu sa centrom za nadzor.Dakle, posebna pažnja se mora posvetiti izboru prenosnihputeva i rešenjima koja omogućavaju pouzdan prenospodataka. Rad opisuje kako je to realizovano u sistemuSDNU, i analizira prenosa podataka po prenosnim putevima(ETHERNET, GPRS , ISDN i DIAL UP modem).Ključne reči — energetska elektronika, komunikacija,sistem za daljinski nadzor i upravljanje, prenosni putevi,analiza grešaka.statistički podaci i prikazuju grafički i tabelarno. Deopodataka se prosleñuje ka višim hijerarhijskim nadzornimmrežama, [1]. Prenosni putevi koji se mogu koristiti usistemu za daljinski nadzor i upravljanje su ETHERNET,ISDN ili analogni DIAL UP modem i GPRS.U radu je opisana analiza grešaka nastalih u prenosupodataka po navedenim prenosnim putevima izmeñuureñaja DNU24 i centra nadzor.II. OPIS SISTEMA ZA DALJINSKI NADZOR I UPRAVLJANJESistem za Daljinski Nadzor i Upravljanje, SDNU, sesastoji od računara, sviča (switch), i ureñaja za daljinskinadzor i upravljanje, DNU24. Računar ili centralnanadzorna jedinica je centar gde se vrši prijem i obradapodataka od ureñaja DNU24. Ureñaj DNU24 služi zaprikupljanje podataka sa senzora. Podaci od ureñajaDNU24 mogu se slati ka računaru preko ETHERNET-a,preko modema (Integrated Services Digital Network,ISDN ili analogni DIAL UP modem) ili preko GPRS-a,(General Packet Radio Service, GPRS). Šema načinaprenosa podataka izmeñu centra za nadzor i ureñajaDNU24 je data na Sl. 1.SI. UVODISTEM za daljinski nadzor i upravljanje, SDNU, sesastoji od centralne jedinice i jedne ili više perifernihjedinica. Centralna jedinica, centar za nadzor, je računar(Personal Computer, PC) sa odgovarajućim programima,a periferna jedinica je namenski razvijen ureñaj nazvanDNU24. Ureñaj DNU24 omogućava prikupljanje svihrelevantnih električnih i neelektričnih veličina ureñajaenergetske elektronike koji se nadziru. U SDNU jeizuzetno važna sigurna razmena podataka izmeñuperifernog ureñaja, DNU24, i centra za nadzor. Zbog togase u SDNU uvek koriste dva prenosna puta. Prikupljenipodaci se prosleñuju po osnovnom ili rezervnom putu doudaljenog centra za nadzor. Udaljeni centar periodičnoprikuplja podatke sa svih lokacija. Broj lokacija može bitiproizvoljno veliki. U centru za nadzor se obrañujuD. Mitić, IRITEL A.D., Batajnički put 23, 11080 Beograd, Srbija,(telefon 381-11-3073420; e-mail: mita@iritel.com).B. Plavšić, IRITEL A.D., Batajnički put 23, 11080 Beograd, Srbija,(telefon: 381-11-3073540; e-mail:boki@iritel.com ).Sl. 1. Šema načina prenosa podataka izmeñu centraza nadzor i ureñaja DNU24U računaru se nalaze četiri celine koji ostvarujukomunikaciju preko UDP (User Datagram Protocol,UDP) protokola. Te celine su procesi nadzor, tajmer,izvršni softver (proces za rad sa operaterom), korisničkiservis (obavlja prikaz dobijenih merenja i komunikaciju saoperaterom) i komunikacioni servis (obavlja izbor da li1149

komunikacija ide preko ISDN ili analognog DIAL UPmodema ili GPRS prenosa). Podaci koji se dobijaju odureñaja DNU24 preko ETHERNET-a direktno se upućujuna izvršni softver, tj. na proces nadzor. Blok šemasoftvera u centru za nadzor je data na Sl. 2.Sl. 2. Blok šema softvera u centru za nadzorBroj procesa nadzor zavisi od broja korišćenih ureñajaDNU24, jer svaki ureñaj DNU24 ima svoj proces nadzor(nadzor1, nadzor2,…, nadzor5,…). Komunikacijaizmeñu modula u centru za nadzor odvija se preko UDPprotokola, [1].III. KOMUNIKACIJA IZMEðU PROCESA NADZOR IKOMUNIKACIONOG SERVISAU centralnoj nadzornoj jedinici komunikacija izmeñuprocesa nadzora i komunikacionog servisa obavlja sepreko modula za slanje podataka ka ETHERNET-u ilipreko proces koji komunicira sa modemima ili GPRS-om,koji je sastavni deo procesa nadzor. Osnovnakomunikacija izmeñu modula za slanje podataka kaETHERNET-u ili procesa koji komunicira sa modemima iliGPRS-om, je preko ETHERNET-a, preko odgovarajuće IPadrese i porta (IPadr_DNU1: 192.168.61.11, Port: 5181).Odgovarajuća IP adrese se očitava iz konfiguracionedatoteke imeN.txt, a port je upisan u moduo za slanjepodataka ka ETHERNET-u ili na proces koji komunicira samodemima ili GPRS-om.U slučaju da se posle tri slanja zahteva za merenja nedobije odgovor na poslati zahtev od ureñaja DNU24,prelazi se na pomoćni put za slanje zahteva za merenje.Komunikacija se obavlja, preko odgovarajuće IP adrese iporta (IPadr_DNU1: 192.168.61.11, Port: 5551).Očitavanje odgovarajuće IP adrese se očitava izkonfiguracione datoteke imeN.txt, a port je upisan umoduo za slanje podataka ka ETHERNET-u ili na proceskoji komunicira sa modemima ili GPRS-om. Posleodgovarajućeg vremena komunikacije preko pomoćnogputa ponovo se uspostavlja kominikacij sa osnovnimputem, preko ETHERNET-a. Parametar koji definiševreme komunikacije po pomoćnom putu definisan je ukonfiguraconoj datoteci imeN.txt. U slučju da se uspostavikomunikacija po osnovnom putu nastavlja se rad prekoETHERNET-a, a u slučaju da se ne uspostavi komunikacijapo osnovnom putu, ponovo se vraća komunikacija napomoćni put.Postoji mogućnost da se komunikacija obalja samopreko pomoćnog puta u slučju da ne postoji mogućnost zaostvarivanje komunikacije preko ETHERNET-a. To sepostiže upisom odgovrajućeg podatka u konfiguracionudatoteku imeN.txt, [2].IV. KOMUNIKACIJA UREðAJA DNU24 SA CENTRALNOMNADZORNOM JEDINICOMNa Sl. 3. je data blok šema povezivanja pet ureñajaDNU24, (moguće je koristiti trideset ureñaja DNU24) sacentralnom nadzornom jedinicom. Ako se poñe od izvorainformacija (bilo koji centar gde se nalazi ureñaj DNU24)imamo komunikaciju, u zavisnosti od konfiguracije ureñajaDNU24, preko (Internet Protocol, IP) IP mreže, (Time-Division Multiplexing, TDM) TDM mreže ili (GlobalSystem for Mobile communications, GSM) GSM mreže gdese dolazi do centra gde se sakupljaju i obrañujuinformaciju, a to je centralna nadzorna jedinica.Postupak je isti, samo u obrnutom smeru kada se šaljezahtev za slanje informacija ka bilo kome od izvorainformacija, ureñajima DNU24. Prenos preko IP mreže jeosnovni put za prenos podataka od ureñaja DNU24 docentralne nadzorne jedinice. Postoje još tri rezervna putaza prenos informacija i to su: prvi preko ISDN modema,drugi preko analognog DIAL UP modema i trećikomunikacija preko GPRS-a.Sl. 3. Prenos podataka od centralne nadzorne jedinice doureñaja DNU24 i obrnutoAko se koristi osnovni put za prenos informacija ondapomoćni put može biti preko ISDN ili analognog DIALUP modema. U slučaju da nema mogućnosti zakomunikaciju preko IP mreže (ETHERNET-a) onda sekoristi kao osnovni put komunikacija preko modema(ISDN ili analogni DIAL UP modem), a pomoćni put zaprenos informacija je preko GPRS-a. Treći način1150

komunikacije je samo preko GPRS-a, a to je slučaj kadanema nikakvih drugih mogućih veza sa izvorominformacija. Postoji mogućnost da se koristi osnovni putprenosa preko IP mreže (ETHERNET-a), a rezervni put dabude preko GPRS-a. Sve zavisi od mogućnosti prenosnihputeva od centralne nadzorne jedinice do samog izvorainformacija, ureñaja DNU24, [2], [3].V. KARAKTERISTIKE PRENOSNIH PUTEVANijedan prenosni put nije idealan. U zavisnosni odtehničkih uslova na objektu gde se ureñaj DNU24postavlja, bira se prenosi put. Po kriterijumu brzineuspostava veze i prenosa podataka, najbolje rešenje zaizbor primarnog prenosnog puta je ETHERNET. PrednostETHERNET-a je što se podaci praktično trenutnoprosleñuju u oba smera. Vremenski interval za uspostavuveze je zanemarljiv, a podaci se šalju preko UDPprotokola po unapred odreñenim portovima. Brzinaprenosa podataka kod eterneta je reda 115 Kbit-a, [4].Najpoznatiji protokoli transportnog sloja su: TCP,UDP,SPX. TCP protokol ima funkciju kontrole greške uprenosu preko mreže tako da vrši pouzdan i siguran prenospodataka. UDP protokol nema funkciju kontrole greške alise uprkos tome koristi za prenos podataka koji zahtevajuveću brzinu prenosa. UDP protokol je mnogo jednostavnijiod TCP-a.Komunikacija preko komutirane DIAL UP veze radi nabrzinama koje zavise od same infrastrukture telefonskemreže.U praksi je brzina konekcije oko 115 Kbit-a ili 33.6Kbit-a, stim što je brzina samog prenosa podataka neštomanja. Loša strana ovog tipa komunikacije je štouspostava veze traje dugo, reda i do 40 sekundi. Prenospodataka je reda stotina milisekundi (u zavisnosti odkoličine podataka). Optimalan broj ureñaja koji se vezujuna jedan DIAL UP modem (jedan telefonski broj) je pet. Upraksi se pokazalo da pet ureñaja može nesmetano da radipo jednom telefonskom broju. Pored prijema podatakakoje je poslao periferni objekat ili centar za nadzor postojei funkcije sinhornizacije, zadavanje granica alarma idefinisanje centra za nadzor. Sve to opterećuje modemskuvezu i na prijemnoj i na predajnoj strani. Pri svakojuspostavi veze postoji vreme sinhronizacije izmeñumodema. Dakle, komunikacija preko DIAL UP veze jenajsporija. Prednost modemskih veza je što postoji potvrdao ispravnosti poruke, tako da ukoliko doñe do greške uprenosu nekog podatka u istoj konekciji se poruka ponovošalje.Kada se koristi ISDN, vreme uspostave veza se smanjujena 15 sekundi. Mana ovog tipa komunikacije je što seIntrakom ISDN modem, periodično resetuje. Posledicareseta je neupotrebljivost ureñaja dok se ne završiinicijalizacija modema. Vreme u kome je modem vanfunkcije traje i do dva minuta.Usvojeno je da se GPRS komunikacija koristi kaorezervni prenosni put. Brzina konekcija po GPRS je reda115 Kbit-a. Funkcionalnost GPRS komunikacije zavisi odkvaliteta signala operatera mobilne telefonije. U SDNU jeformirana mreža zatvorenog tipa na kojoj se nalaze svikorisnici SDNU. Mogućnosti ove mreže su velike, ali zasada postoje ograničenja nametnuta brzinom prenosapodataka.Ideja na kojoj se radi je da se napravi neprekidna vezaizmeñu perifernih ureñaja i centara za nadzor. Na taj načinbi se dobila neka vrsta “bežičnog eterneta”, a vremeuspostave veze gotovo da ne bi ni postojalo. Svaki GPRSmodem imao bi svoju IP adresu i prijemni i predajni port,tako bi razmena podataka bila trenutna, [5].VI. ANALIZA GREŠAKA NASTALIH U PRENOSA PODATAKAPO PRENOSNIM PUTEVIMA IZMEðU UREðAJA DNU24 ICENTRALNOG NADZORAZa analizu prenosa podataka po prenosnim putevimaizmeñu ureñaja DNU24 i centralnog nadzora posmatraćesamo prenos zahteva za slanje izmerenih podataka i slanjeizmerenih podataka bez dodtnih zahteva koje upućujeoperater i odgovore na njih ili zahteve koje upućujeDNU24, a odgovore šalje nadzorna jedinica. Posmatranisu meseci januar i mart u 2009. godini.Maksimalni broj bajtova za jedan mesec 166656 bajta.On je jednak proizvodu broja dana u mesecu (31) sabrojem petnestominutnih intervala u toku jednog dana(96) koji se zatim pomnoži zbirom broja bajtova kojiobuhvataju zahtev za slanje merenja (11) sa poslatimmerenjima (45).Prvo će biti analiziran prenos podataka prekoprenosnog puta koji koristi ETHERNET komunikaciju,zatim preko prenosnog puta koji koristi ISDN ili analogniDIAL UP modem i na kraju preko prenosnog puta kojikoristi GPRS.Ako se uzme za BER (Bit Error Rate) najjednostavnijikoncept, tj. jednostavnu definiciju datu sledećim izrazom:BER = broj pogešnih bita/ukupan broj bita (1)onda se za pomenute komunikacije može izračunati svakipojedinačni BER čije vrednosti su prikazane na Sl. 4.BER0,120,10,080,060,040,020Prikaz BER-a za tri nacina prenosa za mesec januar i martETHE MODE GPRSmeseciBER januar BER martSl. 4. Prikaz BER za tri načina komunikacijeza mesece januar i martZa ETHERNET komunikaciju za mesec januar brojpogrešnih bajtova je 728 bajta, a za mesec mart je 448bajta. Ako se sada koristi jednostavna definicija za BER,jednačina (1), tj. broj pogrešnih bajtova podeli sa brojem1151

maksimalnih bajtova dobija se za mesec januar BER je0.0044, a za mesec mart BER je 0.0027.Za komunikaciju sa ISDN ili analognim DIAL UPmodemom za mesec januar broj pogrešnih bajtova je8008 bajta, a za mesec mart je 7672 bajta. Korišćenjemjednačune (1), dobija se za mesec januar BER je 0.048, aza mesec mart BER je 0.046.Za GPRS komunikaciju za mesec januar broj pogrešnihbajtova je 16800 bajta, a za mesec mart je 15456 bajta.Ako se sada koristi jednačina (1) dobija se za mesecjanuar BER 0.101, a za mesec mart BER 0.093.Sa Sl. 4. može se uočiti da je BER najmanji zakomunikaciju preko ETHERNET-a, a sledi BER zakomunikaciju preko ISDN ili analognim DIAL UPmodemom koji je za red veličine veći od komunikacijepreko ETHERNET-a. Na kraju je kao najveći BER je zakomunikaciju preko GPRS-a, koji je za dva reda veličineveći od komunikacije preko ETHERNET-a, a za redveličine veći od komunikacije preko ISDN ili analognogDIAL UP modema. Komnikacija preko ETHERNET-a jenajbrži način komunikacije (bez obzira što sekomunikacija odvija preko UDP protokola) i sa najmanjepogrešnih bajta (bita). Kao najsporiji način komunikacijei sa najviše pogrešnih bajta (bita) smatra se komunikacijapreko GPRS-a.VII. ZAKLJUČAKU radu je opisano rešenje prenosa podataka u sistemu zadaljinski nadzor i upravljanje ureñajima energetskeelektronike SDNU sa analizom grešaka nastalih u prenosupodataka po prenosnim putevima izmeñu ureñaja DNU24 icentra nadzor. Usko grlo u sistemu za daljinsko nadziranjepredstavljaju prenosni putevi. U zavisnosti od tehničkihmogućnosti na perifernom objektu bira se najpovoljnijiprenosni put. Prenosni putevi se razlikuju po brziniuspostave veze, brzini prenosa podataka, sigurnosti,pouzdanosti i ekonomičnosti. Nažalost, nijedan prenosniput nije idealan. Zato je usvojeno, obavezno korišćenjedva prenosna puta. Ovim je omogućena neprekidnost uradu sistema za daljinski nadzor i upravljanje. Sadašnjerešenje u potpunosti zadovoljava potrebe SDNU.LITERATURA[1] D. Mitić, „SYSTEM FOR REMOTE SUPERVISION ANDCONTROL OF POWER ELECTRONICS DEVICES ”, 32.meñunarodni skup MIPRO 2009, Zbornik Radova Telekomunikacije iinformacije, Vol. II. CTI, ISBN 978-953-233-043-4, Opatija, Hrvatska,Maj 25-29. 2009. god.[2] D. Mitić, „Komunikacija u sistemu za daljinski nadzor i upravljanjeureñajima energetske elektronike”, Zbornik Radova XVITelekomunikacioni Forum, TELFOR 2008, ISBN 978-86-7466-337-0,Beograd, Novembar 25-27. 2008. god.[3] M. Lazić, M. Stanković, “Ureñaj za akviziciju podataka DNU 24 –osnovne funkcije,” Jahorina ’08[4] MultiTech system, “Socket Ethernet IP mt100sem - AT CommandsReference Guide”[5] B. Plavšić, D. Petrović, Ž. Kovačević, “IZBOR PRENOSNIHPUTEVA U SDNU”, VII SIMPOZIJUM, INDUSTRIJSKAELEKTRONIKA, INDEL 2008, Banja Luka, Novembar 06-08,2008.ABSTRACTIn systems for remote monitoring and managementshould be a way to solve the collection and data processingdevices that are monitored, and data from the remoteperipheral device to the center for supervision and at theend of a way to display the data obtained in the center formonitoring.In the beginning of SDNU, more attention is paid to themanner of collecting and processing data from the remoteperipheral device to the center for monitoring and how thedata obtained in the center for monitoring, because it isconsidered that data from the remote peripheral device tothe monitoring center will be larger problems.However, that assumption was wrong. After firstpractical investigation it turned out that most complexproblem need to solve were sending data from peripheralequipment to data center. So, special attention must be puton choices which way of data transmission need to be useand solutions which enabling reliable data transfer.Additional complication is also one real situation whenbig number of peripheral devices at the same timeestablishing connection with data center. So, specialattention must be put on choices which way of datatransmission need to be use and solutions which enablingreliable data transfer. This paper describes way it isrealized inside SDNU system, and analyzes the data bytransmission paths (ETHERNET, GPRS, ISDN and DIALUP modems).ANALZSIS OF TRANSFER DATA IN THE SYSTEMFOR REMOTE AND CONTROL OF POWERELEKTRONICS DEVICESMitić Dragan, Bojan Plavšić1152