Modelo Tecnologico Preliminar Tipologia V_2
16
Especificaciones funcionales y técnicas del Sistema AMM de adquisición remota de lecturas contadores - Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM – V.0.3 - 3 Junio de 2010
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Especificaciones funcionales y técnicas del Sistema
AMM de adquisición remota de lecturas contadores
- Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM –
V.0.3 - 3 Junio de 2010
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
Histórico de revisiones
Versión
Fecha
Autoría
(Doxa Consulting
)
Revisión
(Gas Natural Fenosa)
Descripción
0.1 27.4.2010
D. Martínez J. Sala
J. Roselló Documento en desarrollo. Definición de la estructura y el alcance del documento.
0.2 3.5.2010
D. Martínez J. Sala
J. Roselló X. Olivé F.de los Riscos J.Solís
Documento en desarrollo. Presentación y contraste de la estructura, el alcance y los contenidos a desarrollar.
0.3 Documento en desarrollo. Contiene finalizados, pendientes de su validación, los siguientes puntos:1 Objeto y alcance del documento2 Referencias europeas
Pág. 2
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
Contenido
1 OBJETO Y ALCANCE DEL DOCUMENTO............................................................8
1.1 OBJETO..............................................................................................................8
1.2 PUNTO DE PARTIDA, ÁMBITO Y ALCANCE...............................................................8
1.2.1 Punto de partida.........................................................................................8
1.2.2 Ámbito y alcance........................................................................................9
2 REFERENCIAS EUROPEAS................................................................................11
2.1 ESTÁNDARES Y RECOMENDACIONES EUROPEAS..................................................11
2.1.1 Mandato 441............................................................................................11
2.1.2 CEN TC 294.............................................................................................15
2.1.3 European Comission OPEN Meter..........................................................16
2.1.4 European Technology Platform SmartGrids............................................21
2.2 MODELOS Y DESARROLLOS EN EUROPA.............................................................23
2.2.1 Reino Unido.............................................................................................24
2.2.2 Alemania..................................................................................................28
2.2.3 Holanda....................................................................................................34
2.2.4 Italia.........................................................................................................38
2.2.5 Francia.....................................................................................................42
3 ANÁLISIS TECNOLÓGICO...................................................................................44
3.1 ARQUITECTURA Y MODELOS DE RED...................................................................44
3.1.1 Arquitectura de protocolos.......................................................................44
3.1.2 Arquitecturas de red.................................................................................45
3.2 ANÁLISIS DE TECNOLOGÍAS................................................................................46
3.2.1 Zigbee......................................................................................................46
3.2.2 6LoWPAN................................................................................................50
3.2.3 M-Bus.......................................................................................................53
3.2.4 Comunicaciones mediante red pública conmutada.................................58
3.2.5 DLMS COSEM.........................................................................................62
4 CONDICIONANTES, REQUERIMIENTOS Y CRITERIOS DE VALORACIÓN.....66
Pág. 3
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
4.1 CONDICIONANTES Y REQUERIMIENTOS PARA EL SISTEMA DE GAS NATURAL FENOSA
66
4.1.1 Servicios a gestionar................................................................................66
4.1.2 Requerimientos de comunicación............................................................67
4.1.3 Requerimientos de seguridad de la información......................................69
4.1.4 Requerimientos de estandarización.........................................................69
4.2 CRITERIOS DE VALORACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES.............69
4.2.1 Criterios de valoración de servicio...........................................................70
4.2.2 Criterios de valoración de comunicaciones.............................................70
4.2.3 Criterios de valoración de seguridad.......................................................71
4.2.4 Criterios de valoración de estandarización..............................................71
4.2.5 Resumen de criterios de valoración.........................................................72
5 VALORACIÓN DE ARQUITECTURAS Y PROTOCOLOS...................................73
5.1 VALORACIÓN CUALITATIVA.................................................................................73
5.1.1 Arquitecturas............................................................................................73
5.1.2 Comunicaciones......................................................................................73
5.1.3 Aplicación.................................................................................................73
5.2 TABLA RESUMEN...............................................................................................73
6 MODELO TECNOLÓGICO PRELIMINAR............................................................75
6.1 ARQUITECTURA DEL SISTEMA Y ELEMENTOS INTEGRANTES..................................75
6.1.1 Topología de la red..................................................................................75
6.1.2 Componentes e interfaces.......................................................................75
6.2 INTERFACES Y PROTOCOLOS DEL SISTEMA.........................................................77
6.2.1 Enlace y comunicaciones........................................................................77
6.2.2 Aplicación y modelo de datos..................................................................77
7 ANEXO. GLOSARIO DE TÉRMINOS...................................................................78
Pág. 4
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
Índice de esquemas, figuras e ilustraciones
Ilustración 1. Desarrollo metodológico del documento....................................................9
Ilustración 2. Alcance y resultados del documento.......................................................10
Ilustración 3. Coordinación estándares y Smart Meter Coordination Group.................13
Ilustración 4. Mandato 441. Ámbito, estructura y alcance.............................................13
Ilustración 5. Ámbito de actuación de OPEN Meter......................................................17
Ilustración 6. Arquitectura del sistema OPEN Meter.....................................................18
Ilustración 7. Torre de protocolos definidos en OPEN Meter........................................20
Ilustración 8. Estructuración y alcance de SmartGrid....................................................21
Ilustración 9. SmartGrid y metering...............................................................................22
Ilustración 10. Arquitectura del sistema SmartGrid.......................................................23
Ilustración 11. Arquitectura del sistema AMM de British Gas........................................25
Ilustración 12. Arquitectura del sistema AMM de British Gas. Modelos de lectura.......26
Ilustración 13. Sistemas de comunicaciones AMM en Reino Unido.............................28
Ilustración 14. Arquitectura del modelo AMM en Alemania...........................................30
Ilustración 15. Topologías de despliegues AMM en Alemania......................................31
Ilustración 16. Detalle de MUC, interfaces y protocolo..................................................33
Ilustración 17. Arquitectura en el sistema AMM en Holanda (entorno local).................34
Ilustración 18. Torre de protocolos en el sistema AMM en Holanda.............................35
Ilustración 19. Ejemplo de arquitectura WM-Bus..........................................................36
Ilustración 20. Comunicaciones del sistema AMM en el modelo holandés...................37
Ilustración 21. Arquitectura del sistema AMM en Italia..................................................40
Ilustración 22. Definición de arquitectura estándar de smart metering.........................44
Ilustración 23. Mapa de estándares smart metering.....................................................45
Ilustración 24. Esquema de topología AMM en estrella (star network).........................45
Pág. 5
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
Ilustración 25. Esquema de topología AMM en árbol (tree network)............................46
Ilustración 26. Esquema de topología AMM mallada (mesh network)..........................46
Ilustración 27. Topologías de red ZigBee......................................................................48
Ilustración 28. Stack de protocolos ZigBee...................................................................49
Ilustración 29. Arquitectura 6LoWPAN..........................................................................51
Ilustración 30. Torre de protocolos y enrutamiento (en fase de definición)...................52
Ilustración 31. Estados del sistema y ahorro de consumo............................................53
Ilustración 32. Modelo de funcionamiento de M-Bus (wired).........................................55
Ilustración 33. Wireless M-Bus......................................................................................55
Ilustración 34. Protocolos en M-BUS.............................................................................56
Ilustración 35. Interfaces y protocolos para EN-13757-1..............................................57
Ilustración 36. Modelo de transmisión y consumo en M-Bus........................................58
Ilustración 37. Arquitectura 2G......................................................................................59
Ilustración 38. Arquitectura 3G......................................................................................60
Ilustración 39. Sistema AMM sobre red de comunicaciones móviles............................60
Ilustración 40. Modelos de modem GSM de Elster para telegestión.............................61
Ilustración 41. Alcance y aplicación DLMS COSEM.....................................................63
Ilustración 42. Ámbito DLMS.........................................................................................63
Ilustración 43. Arquitectura DLMS COSEM...................................................................64
Ilustración 44. Estructura DLMS sobre ZigBee.............................................................65
Ilustración 45. Escenarios del sistema AMM de Gas Natural Fenosa...........................67
Ilustración 46. Red mesh RF.........................................................................................68
Ilustración 47. Ejemplo de red incompleta por falta de conectividad RF.......................69
Ilustración 48. Ejemplo de red mediante repetidores RF..............................................69
Ilustración 49. Adaptación del interfaz de contador.......................................................75
Pág. 6
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
Índice de tablas
Tabla 1. Identificación arquitectura OPEN Meter..........................................................19
Tabla 2. Tecnologías y protocolos definidos por OPEN Meter......................................19
Tabla 3. Normativas de referencia en Holanda.............................................................35
Tabla 4. Criterios de valoración de los protocolos.........................................................72
Tabla 5. Valoración comparativa de los protocolos.......................................................74
Pág. 7
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
3.1.2 Arquitecturas de red
Como paso previo al análisis de tecnologías o protocolos de comunicación, se
presenta las diferentes arquitecturas de red, diferenciándose entre las tipologías
constructivas (edificio o vivienda), ubicaciones física de los contadores (batería,
vivienda, rellano), así como las diferentes arquitecturas de red (árbol. malla, mixto).
TIPOLOGIAS CONSTRUCTIVAS Bloque de viviendas Viviendas bajas
UBICACIÓN CONTADORES BateriaVivienda ViviendaRellano
TIPOLOGIAS DE RED Arbol ArbolMalla MallaMixto Mixto
GAS, GAS + ELECTRICIDAD
Atendiendo a la estructura tipológica anterior, se describen a continuación las
diferentes tipologías de red y sus aplicaciones, susceptibles de ser implementadas en
las diferentes soluciones tecnológicas.
Pág. 8
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
1.1.1.1 Topología en árbol/estrella
En la topología en estrella cada dispositivo solamente tiene un enlace con el núcleo de
la red (concentrador). Los dispositivos no están directamente enlazados entre sí
La topología en árbol es una variante de la de estrella. Como en la estrella, los nodos
del árbol están conectados a un equipo central que controla el tráfico de la red. Sin
embargo, no todos los dispositivos se conectan directamente al concentrador central.
La mayoría de los dispositivos se conectan a un equipo secundario que, a su vez, se
conecta al concentrador central
Ilustración 1. Esquema de topología AMM en estrella (star network)
Ilustración 2. Esquema de topología AMM en árbol (tree network)
Las redes en árbol o estrella son utilizadas principalmente cuando el área geográfica a
cubrir es amplia y se precisa que cada elemento de la red agregue información a la
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Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
ruta principal hasta concentrarlo en el nodo central de la red. Las redes en arquitectura
árbol, también son utilizadas para distribuir información generada desde el nodo
central, desagregándose la señal por los diferentes “ramales” que conforman la red.
Esto implica que en los dos ejemplos de ámbito de aplicación expuestos, los
elementos más cercanos al nodo central, se encuentren operativos la mayor parte del
tiempo de transmisión, dado que han de gestionar el tráfico generado en su área de
influencia y el que reciben de los dispositivos gregarios de su ruta, implicando un
consumo constante de energía.
1.1.1.2 Topología mallada
En una topología en malla, cada dispositivo dispone de un enlace dedicado con
cualquier otro dispositivo. El término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico
únicamente entre los dos dispositivos que conecta.
Ilustración 3. Esquema de topología AMM mallada (mesh network)
Por tanto, una red en malla completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales
físicos para enlazar “n” dispositivos. Para estructurar dichos enlaces, cada dispositivo
de la red debe tener sus puertos de entrada/salida.
La topología en malla es más robusta que las indicadas anteriormente. Si un enlace
falla, no inhabilita todo el sistema.
Principalmente son utilizadas en ubicaciones geográficas reducidas y con necesidad
de disponer de elevados puntos de toma de datos próximos entre sí. Al no estar
diseñada configurando sus elementos de forma jerárquica, los dispositivos que
Pág. 10
Modelo tecnológico preliminar del sistema AMM
conforman la red permanecen inactivos hasta requerírsele la transmisión de los datos
de su área de influencia.
1.1.1.3 Topología mixta o hibrida
En este tipo de topologías, no existe un patrón definido de enlaces y concentradores,
La tipología no sigue un modelo determinado, pudiendo establecerse diferentes tipos
de conexiones entre dispositivos configurando equipos con jerarquías gregarias entre
ellos (árbol), o utilizando diferentes rutas de tráfico entre dispositivos (malla).
1.1.1.4 Aplicación en el modelo tecnológico de sistemas AMM
Como se describe en el apartado de arquitecturas de red, bla,…bla,…
GAS PROS CONTRASTIPOLOGIAS CONSTRUCTIVAS
Bloque de viviendas
UBICACIÓN CONTADORESBateria
TIPOLOGIAS DE REDArbol
GAS PROS CONTRASTIPOLOGIAS CONSTRUCTIVAS
Bloque de viviendas
UBICACIÓN CONTADORESBateria
TIPOLOGIAS DE REDMalla
- Facilidad de configuración y mantenimiento
- Necesidad de instalar mayor número de repetidores - Duración de las baterias - Arquitectura poco robusta
- Facilidades de routing. - Optiización del numero de repetidores - Mayor redundancia de red - Optimización de consumos
- Configuración compleja - Funcionamiento en redes sincronas
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