Struktury teleinformatyczne (część 1.)
w aspekcie planowanych funkcjonalności zautomatyzowanych sieci elektroenergetycznych typu Smart Grid
Rys. 1. Zasada działania transmisji typu unicast, broadcast oraz multicast
Rys. M. Szewczyk
W dzisiejszym świecie rola systemów teleinformatycznych oraz IT drastycznie wzrasta. Dotyczy to praktycznie wszystkich dziedzin naszego życia. Oczywiście nie mogło to również ominąć ogólnie pojętej infrastruktury elektroenergetyki. Jeszcze na początku ostatniego dwudziestolecia w użyciu były połączenia szeregowe i modemy analogowe, a i to było dostępne dla niewielu lokalizacji sieciowych. Wraz z rozwojem techniki cyfrowej i mikroprocesorowej oraz systemów IT zaczęły wzrastać wymagania stawiane infrastrukturze teleinformatycznej elektroenergetyki.
Zobacz także
AUTOMATION TECHNOLOGY Sp. z o.o. Automation Technology – nowy gracz na rynku
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
mgr inż. Grzegorz Pióro Procesowe podejście do redukcji zużycia energii w obiektach technicznych
Redukcja zużycia energii to proces, a nie działanie jednorazowe – wymaga ciągłego monitorowania, analizy danych i korekty pracy systemów. Kluczowe obszary optymalizacji to: systemy HVAC, oświetlenie, urządzenia...
Redukcja zużycia energii to proces, a nie działanie jednorazowe – wymaga ciągłego monitorowania, analizy danych i korekty pracy systemów. Kluczowe obszary optymalizacji to: systemy HVAC, oświetlenie, urządzenia pomocnicze i kompensacja energii biernej. Największy potencjał oszczędności energii tkwi nie tylko w samych technologiach, ale przede wszystkim w zrozumieniu procesów fizycznych, świadomym dostosowaniu instalacji do rzeczywistych potrzeb operacyjnych oraz precyzyjnym zarządzaniu energią na...
mgr inż. Krzysztof Szymański, mgr inż. Jerzy Żurawski, inż. Beata Kluczberg Zarządzanie energią w budynkach
Ideę inteligentnego budynku zapoczątkowano już w latach 70. XX wieku. Obecnie przez „inteligentny” rozumie się budynek wyposażony w odpowiednie urządzenia techniczne i taki, w którym zachodzi możliwość...
Ideę inteligentnego budynku zapoczątkowano już w latach 70. XX wieku. Obecnie przez „inteligentny” rozumie się budynek wyposażony w odpowiednie urządzenia techniczne i taki, w którym zachodzi możliwość efektywnego współkorzystania z tych urządzeń.
StreszczenieArtykuł omawia warunki funkcjonowania struktur teletransmisyjnych i teleinformatycznych w aspekcie planowanych funkcjonalności sieci elektroenergetycznych Smart Grid. W sposób szczególny zwrócono uwagę na wydajność i niezawodność pracy takich sieci oraz elementy bezpieczeństwa pracy takich sieci i ich podatności na ataki wynikające z konwergencji usług teleinformatycznych.AbstractTeleinformatic structures with reference to the forecasting functions of electric power Smart Grid networksThe paper discusses the conditions of functioning of the teletransmission and teleinformatic structures as regards the forecasting functions of electric power Smart Grid networks. In particular, special attention is paid to the efficiency, reliability and safety of such networks and their vulnerability to the attacks resulting from the convergence of ICT services. |
Coraz częściej zaczęto wykorzystywać łącza światłowodowe, a obecność wzajemnej komunikacji pomiędzy urządzeniami pracującymi w elektroenergetyce jest wykorzystywana dla polepszenia warunków funkcjonowania automatyki zabezpieczeniowej czy też w systemach nadzoru i sterowania ruchem. Dla wygody obsługi klienta systemy IT są również wprowadzane do części administracyjnej i rozliczeniowej.
Przez długi czas wszystkie te systemy działały jako systemy odosobnione. Wzrastające wymagania spowodowały, że w ostatnim czasie następuje ich silna integracja – tak, by zdarzenia w jednym systemie oddziaływały na drugi system. Te same dane mogą być wykorzystane do różnych celów i są dostępne dla różnych części systemu. Rozproszenie topologiczne urządzeń, z których można pozyskiwać i do których można przesyłać dane i informacje, jest tak duże, że zaczyna się sięgać po metody transmisji informacji wykorzystujące media bezprzewodowe.
Złożoność systemu powoduje, że wzrasta liczba słabych punktów w sieci teleinformatycznej, a tym samym podatność systemów informatycznych energetyki na działania włamywaczy komputerowych czy wirusy. Dopuszczając do sieci coraz więcej użytkowników (pracowników, klientów, poddostawców), powiększa się obszar zagrożeń spowodowany faktem, iż autentyczność danych lub osób nie może być zagwarantowana. Ponadto wykorzystanie sieci teleinformatycznej do przesyłania danych niezwiązanych z potrzebami energetyki, dodatkowo zwiększa potrzebę zapewnienia bezpiecznej wymiany danych. Stosując odpowiednie techniki bezpieczeństwa, należy zapewnić niezbędną ochronę dla informacji technologicznych i administracyjnych. Konieczne staje się również oddzielenie tych informacji od danych przesyłanych na potrzeby zewnętrznych użytkowników.
W przeszłości istotną rolę odgrywały fizyczne aspekty polityki bezpieczeństwa sieci teleinformatycznych. Wynikało to z faktu większościowego wykorzystania łączy szeregowych, modemów telefonicznych i protokołów transmisyjnych będących integralną częścią danego rozwiązania. W takich przypadkach stosowano powszechnie proste metody autoryzacji w postaci pary uwierzytelniającej użytkownik-hasło (najczęściej przy braku jakiegokolwiek szyfrowania) [10]. Problemy dotyczące współdzielenia infrastruktury teleinformatycznej i/lub mediów pojawiają się z coraz większym nasileniem wraz z wykorzystaniem rozwiązań opartych na Ethernecie. Tego typu rozwiązania transportowo-usługowe są obecnie coraz częściej spotykane w zastosowaniach przemysłowych, w tym również w infrastrukturze teleinformatycznej elektroenergetyki. Wynika to m.in. z dużej elastyczności tego rozwiązania. Jednocześnie jest on najlepiej dopasowany do protokołu TCP/IP. Daje możliwość realizacji transmisji danych w sieciach rozległych. Nowoczesne przełączniki sieciowe (switche) zastosowane na wszystkich poziomach systemu dają szansę budowy sieci w pełni zarządzalnej o przewidywalnych parametrach jakościowych transmisji. W szczególności jest to bardzo istotne dla aplikacji czasu rzeczywistego. Sukcesywnie wprowadza się nowe funkcjonalności i rozwiązania, podwyższające wydajność i niezawodność pracy takich sieci. Podstawowymi filarami bezpieczeństwa systemów teleinformatycznych według standardów ISO/IEC 17799 są [1, 2, 4, 10]:
- uwierzytelnianie i kontrola dostępu,
- poufność danych,
- integralność danych,
- niezaprzeczalność.
W artykule zostaną zaprezentowane wybrane analizy problemowe funkcjonowania struktur teletransmisyjnych i teleinformatycznych we współczesnej infrastrukturze elektroenergetyki. Wymagania i zagrożenia występujące w pracy takich struktur w szczególności odnoszą się do systemów zautomatyzowanych sieci elektroenergetycznych Smart Grid. Należy podkreślić, że w dziedzinie planowania funkcjonalności takich sieci, błędnie przyjęte założenia np. w aspekcie doboru odpowiedniej infrastruktury teleinformatycznej, będą bardzo trudne lub wręcz niemożliwe do wyeliminowania w momencie, kiedy systemy te osiągną swoje pełne funkcjonalności. Dotyczy to zarówno części „technicznej” tych systemów (np. automatyka zabezpieczeniowa, nadzór i sterowanie), jak i „administracyjnej” (elektroniczna obsługa klienta, systemy bilingowe). Dlatego w sposób szczególny należy zwrócić uwagę na elementy bezpieczeństwa pracy takich sieci i ich podatności na ataki wynikające z konwergencji usług teleinformatycznych.
Podstawowe wymagania oraz analizy niezawodnościowe i funkcjonalne struktur teleinformatycznych w elektroenergetyce
Systemy teletransmisyjne i teleinformatyczne w elektroenergetyce, ze względu na specyficzne warunki użytkowania (środowiskowe, niezawodnościowe oraz „wydajnościowe”), wymagają odpowiedniego sprzętu i oprogramowania. Wymagania niezawodnościowe sieci transmisji danych dla potrzeb stacyjnych powinny być określane na podstawie standardu IEC 870-4 [13, 14, 15, 16]. Dla urządzeń realizujących takie transmisje decydujący charakter mają parametry MTBF (Mean Time Between Failures) i MTTR (Mean Time To Recovery). W sposób bezpośredni opisują one parametry związane z dyspozycyjnością sieci teleinformatycznej. Specyfika infrastruktury teleinformatycznej elektroenergetyki wymaga więc, aby elementy i urządzenia realizujące funkcje tejże infrastruktury były z góry przygotowane do pracy w warunkach środowiskowych elektroenergetyki. Nie powinny też one pracować w warunkach innych niż te, do których je zaprojektowano [9].
Wiele dotychczas wykorzystywanych protokołów transmisji danych w systemach stacyjnych było funkcjonalnie ograniczonych. Wynikało to generalnie ze specyfiki tych protokołów oraz powszechnej tendencji producentów do tworzenia systemów transmisji danych opartych na własnych rozwiązaniach. Dlatego często występowały/występują problemy ze wzajemną kompatybilnością poszczególnych rozwiązań. Niejednokrotnie transmisja danych wymaga stosowania koncentratorów sieciowych, umożliwiających dokonywanie konwersji różnych protokołów. Wpływa to na wydajność takich systemów, a przede wszystkim na wydłużenie czasu transmisji danych. Biorąc pod uwagę ciągły rozwój systemów sterowania, zabezpieczeń i nadzoru urządzeń i obiektów elektroenergetycznych, problem ten długo narastał. Doprowadziło to do poszukiwania nowych koncepcji komunikacji stacyjnej i międzystacyjnej. Zaproponowany został uniwersalny standard IEC 61850, którego spełnienie wymagań daje możliwość uzyskania pełnej kompatybilności (przynajmniej w założeniach) rozwiązań proponowanych przez różnych producentów oraz zagwarantowania założonych z góry (i przewidywalnych) wysokich wymagań parametrów transmisji danych. Z punktu widzenia możliwości realizacji zadań opisanych w standardzie IEC 61850 urządzenia przełączające sieci Ethernet, pracujące w warstwie drugiej i trzeciej, muszą realizować funkcjonalności, które są kluczowe dla zapewnienia odpowiedniego poziomu jakości transmisji danych. Funkcjonalności te opisują standardy IEEE 802.3x, IEEE 802.1p, IEEE 802.1Q oraz IEEE 802.1w. W pierwszym z wymienionych, podstawową właściwością jest prowadzenie ruchu w trybie tzw. full-duplexu. Tryb ten nie generuje kolizji połączeń i wpływa na bardziej deterministyczny charakter pracy sieci. Kolejny ze standardów (802.1p) daje możliwość realizacji tzw. kolejki priorytetowej. Do ramek dodawany jest znacznik, który może być wykorzystywany do zmiany kolejności przesyłania ramek w zależności od „wagi” informacji. Standard 802.1Q daje możliwość tworzenia tzw. sieci wirtualnych VLAN. Wykorzystuje się w nim jedno fizyczne łącze do przeźroczystego przesyłania danych pochodzących z różnych sieci i ogranicza w znacznym stopniu możliwość powstania tzw. domen kolizyjnych. Ostatni z wymienionych standardów (802.1w) wspiera mechanizmy krótkiego czasu przywracania sprawności połączeń po awarii występującej w strukturze sieci teleinformatycznej.
W sieciach teletransmisyjnych można wyróżnić trzy podstawowe architektury: kaskadową, pierścienia i gwiazdy. Architektury te, w sposób bezpośredni bądź jako hybrydy, realizowane są powszechnie przy użyciu przełączników aktywnych. Każda z nich oferuje różny stosunek wydajności do kosztów potrzebnych na jej realizację.
Dosyć istotnym wymaganiem w infrastrukturze teleinformatycznej elektroenergetyki jest zapewnienie kompatybilności elektromagnetycznej EMC (electromagnetic compatibility). Urządzenia w takiej strukturze mogą być w wielu przypadkach mocno narażone na uszkodzenia z powodu wysokiego poziomu zakłóceń elektromagnetycznych EMI (electromagnetic interference). Zakłócenia elektromagnetyczne EMI, na które narażone są elementy sieci teletransmisyjnych, opisywane są w normie IEC 61850-3 Communication Networks and Systems in Substations – Part 3: General Requirements. Dla zapewnienia odpowiedniej niezawodności transmisji danych, ze względu na EMI i wymagania EMC, transmisja pomiędzy urządzeniami powinna być realizowana wyłącznie za pośrednictwem światłowodów. Wynika to z ich wysokiej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne. Powinno się to przewidzieć już na etapie projektowania zarówno stacji elektroenergetycznych, jak i innych obiektów, pracujących w infrastrukturze elektroenergetyki. Typowymi zakłóceniami w pracy sieci teleinformatycznych w stacjach elektroenergetycznych są przede wszystkim zakłócenia, które powstają podczas zwarć. Mogą one powodować niepożądane stany przejściowe w takich sieciach. W 1997 roku EPRI (Electric Power Research Institute) przeprowadziło testy dla kabli typu UTP i STP celem zbadania ich odporności na zakłócenia określone przez normę IEC61000-4-4. Z badań tych wynika, że kable te nie mogą być stosowane dla sieci LAN o założonych silnie deterministycznych właściwościach. Sieć stacyjna, choćby z uwagi na komunikaty GOOSE (opisane w dalszej części), musi minimalizować opóźnienia, jak i pozostałe możliwe do wystąpienia problemy w transmisji danych. Stąd też w wielu lokalizacjach tylko w niewielkim stopniu powinno dopuszczać się połączenia z wykorzystaniem telekomunikacyjnych kabli miedzianych. Również wykorzystanie łączności bezprzewodowej w takich lokalizacjach jest silnie ograniczone. Wynika to ze zbyt małej dyspozycyjności i niezawodności takiej transmisji oraz relatywnie dużych czasów opóźnień transmisji w takich sieciach.
Główną funkcją warstwy sieciowej protokołu transmisyjnego jest przesył pakietów z urządzenia nadającego do urządzenia docelowego. W przypadku sieci rozległych bardzo ważną funkcję pełnią algorytmy wyboru optymalnej trasy. Zanim pakiety dotrą do celu, wymagają przejścia przez wiele punktów będących węzłami takiej sieci. Od algorytmu routingu (trasowania) oczekuje się kilku właściwości: poprawności realizacji funkcji trasowania, odporności na zakłócenia w pracy, stabilności i szybkości realizacji optymalnego wyboru trasy przesyłu danych [3, 5, 7] Jako przykłady powyższych typów algorytmów można wskazać np. algorytmy RIP i OSPF. Pierwszy z nich wykorzystuje tzw. tablicę wektorów odległości, utrzymywaną przez router [4, 8, 9, 13]. Tablice są aktualizowane za pomocą wymiany informacji miedzy sąsiednimi routerami. Każdy router utrzymuje tablicę routingu indeksowaną po każdym routerze w podsieci i zawierającą po jednym wpisie na router. Podstawowym założeniem tego algorytmu jest to, że router zna odległość do sąsiedniego routera. Jeśli miarą „odległości” są konieczne „przeskoki” poprzez węzły sieci, wtedy „odległość” do sąsiedniego routera wyniesie jeden przeskok. Miarą może być też opóźnienie, które router wyznacza używając do tego celu specjalnych pakietów. Następcą algorytmu RIP jest algorytm OSPF (Open Shortest Path First). RIP sprawdza się dobrze tylko w stosunkowo niewielkich sieciach. W 1990 roku OSPF stał się standardem, przez co większość producentów routerów zapewnia jego obsługę. Dodatkowo jest protokołem otwartym, co z natury rzeczy daje możliwość jego znacznie szybszego i ciągłego rozwoju. Używa on hierarchicznej struktury sieci z podziałem na obszary, w tym tzw. obszarem zerowym, który uczestniczy w wymianie tras między wszystkimi obszarami w domenie OSPF. W ramach obszaru każdy z routerów zna całą topologie obszaru, w jakim się znajduje.
Analizując ruch w sieciach teleinformatycznych można zauważyć, że jego największą część stanowią transmisje typu unicast (rys. 1.). W takiej transmisji dokładnie jeden punkt wysyła pakiety do dokładnie jednego punktu – istnieje tylko jeden nadawca i tylko jeden odbiorca takiej informacji. Mniejszą część ruchu w sieci stanowi ruch typu rozgłoszeniowego (broadcast). Jest to jednokrotne wysłanie pakietu, który adresowany jest do wszystkich odbiorców (hostów). Powoduje to spowolnienie działania sieci i często jest w różny sposób ograniczane. Obciążenie sieci teleinformatycznych ciągle wzrasta wraz z dodatkowymi aplikacjami i ich zapotrzebowaniem na pasmo przepustowości. Coraz częściej pojawia się konieczność dostępu różnych urządzeń do wspólnych informacji. Jak już wspomniano wcześniej, przesyłanie tych informacji za pomocą rozgłoszeń wiąże się z koniecznością przetwarzania tych pakietów przez wszystkie routery, nawet te, które nie należą do zamierzonych adresatów. Alternatywą są transmisje unicastowe. W takim przypadku informacje należałoby przesyłać do każdego urządzenia odbiorczego z osobna. W sieciach o oczekiwanych wysokich wymaganiach co do szybkości i przewidywalności krótkiego czasu transmisji informacji obydwa wspomniane wcześniej rozwiązania nie będą się sprawdzać. Komunikacja rozgłoszeniowa angażuje za dużo zasobów sieciowych, ponieważ rozgłaszanie „zalewa” sieć danymi [13, 14]. Z kolei transmisje kierunkowe (unicast) powodują konieczność wielokrotnej transmisji tych samych danych. Możliwym rozwiązaniem powyższego problemu są transmisje grupowe (multicasting). Takie transmisje przewidują możliwość rejestrowania się w grupie wszystkim tym klientom, którzy potrzebują określonych informacji. Grupa ta identyfikowana jest jako odbiorca określonych danych dla wybranej aplikacji. Dzięki temu nadawca wyśle dane tylko raz, a dane odbiorą tylko urządzenia należące do grupy. Czyni to transmisje grupowe dużo bardziej wydajnym sposobem komunikacji z grupą odbiorców niż transmisje kierowane i rozgłoszenia. Funkcje przyłączania i opuszczania grup multicastowych realizowane są poprzez protokół IGMP. Protokół ten, zaimplementowany w aktywnych urządzeniach sieciowych, pozwala na śledzenie obszarów sieci, do których należy wysłać transmisje grupowe, definiując je na podstawie przynależności określonych urządzeń do grup. IGMP i tzw. IGMP snooping to podstawowe mechanizmy wspomagające np. rozsyłanie komunikatów GOOSE [12, 13]. Na rysunku 1. przedstawiono zasadę działania transmisji typu unicast, multicast oraz broadcast.
W komunikacji typu punkt-wielopunkt stosowane są trzy podstawowe tryby transmisji danych: tryb master – slave, tryb klient – serwer, tryb wydawca – subskrybent.
Pierwszy z wymienionych jest i powinien być coraz rzadziej stosowany ze względu na specyfikę wymagań, jakie stawiane są dzisiejszym strukturom teleinformatycznym. Dotyczy to przede wszystkim sieci o dużej wymaganej szybkości dostępu do informacji (krótkie czasy opóźnień, duża elastyczność pracy sieci). W trybie tym występuje jedno nadrzędne urządzenie (master), które „odpytuje” w odpowiedniej kolejności urządzenia typu „slave”. Tryb klient – serwer umożliwia podział zadań dla poszczególnych urządzeń. W tym trybie serwer oferuje usługi, które są dostępne dla klientów. Klient może zgłaszać żądanie obsługi, na które odpowiada serwer. W praktyce, w wielu modelach architektury sieciowej, każde z urządzeń, w zależności od potrzeb, może realizować funkcje klienta lub serwera (najczęściej realizuje te funkcje równocześnie). Informacje, które wymagają najkrótszych czasów opóźnień transmisji, najczęściej przesyłane są w trybie wydawca – subskrybent. Podstawowe funkcje realizowane w strukturze teleinformatycznej elektroenergetyki oraz wykorzystywane do ich realizacji tryby (mechanizmy) komunikacyjne zestawiono w tabeli 1.
Aktywne przełączniki sieciowe (switche) umożliwiają konfigurowanie topologii sieci nie tylko poprzez fizyczną strukturę tej sieci. Dodatkowe funkcjonalności takich jednostek umożliwiają bowiem tworzenie logicznych połączeń (sieci wirtualnych VLAN) w ramach konkretnej fizycznej struktury sieciowej. Uzyskuje się przez to separację ruchu między określonymi grupami portów przełącznika, zwiększając przy tym efektywność działania urządzeń w ramach konkretnych sieci logicznych oraz ograniczając liczbę domen kolizyjnych (rys. 2.). Komunikacja między wirtualnymi sieciami jest możliwa w sieciach z wykorzystaniem przełączników warstwy trzeciej. Bez dodatkowych mechanizmów ruch w takiej sieci logicznej jest niewidoczny dla pozostałych urządzeń podpiętych do urządzenia przełączającego. VLAN omija więc pewne ograniczenia fizycznie istniejącej sieci. Daje też możliwość optymalnego zarządzania strukturą sieciową [9].
W sieci LAN stacji elektroenergetycznej znajduje się zazwyczaj kilka do kilkunastu aktywnych urządzeń przełączających, pracujących typowo w redundantnych pierścieniach światłowodowych. Dla układów zgodnych z IEC 61850 szybka transmisja danych, niezawodność i nadmiarowość połączeń jest bardzo istotna. Szczególne znaczenie ma to dla komunikatów GOOSE. Mają one charakter komunikatów o znaczeniu krytycznym, a ich niezawodne przesyłanie wymaga stosowania transmisji typu multicast oraz ustalenia odpowiednich priorytetów w urządzeniach przełączających. GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) jest mechanizmem, w którym każdy rodzaj danych różnego formatu (status, wartość) zostaje pogrupowany w zbiory danych i przekazywany w czasie nie dłuższym niż 4 milisekundy. Uzyskuje się przez to możliwość szybkiego i pewnego przesyłania komunikatu o zdarzeniu do wielu urządzeń fizycznych. W celu zapewnienia wymaganej prędkości transmisji i niezawodności stosuje się dodatkowe mechanizmy wspierające [6, 9, 12].
Dla sieci teletransmisyjnych największe wymagania „czasowe” (minimalne opóźnienia) mają informacje z zabezpieczeń i próbki sygnałów pomiarowych [13, 14, 17]. Minimalizację opóźnienia uzyskuje się tu poprzez wysyłanie informacji bezpośrednio w ramce protokołu Ethernet. Wprowadzane są również specjalne etykiety, które wpływają na sposób przełączania ramki przez infrastrukturę sieciową. Ponieważ warstwy wyższe nie biorą udziału w tym procesie, konsekwencją staje się zastosowanie charakterystycznych mechanizmów związanych z zarządzaniem ruchem w sieci [9]. Ethernet nie oferuje mechanizmu potwierdzeń otrzymania informacji przez stację odbiorczą i żądań retransmisji. Dlatego komunikaty GOOSE muszą być wysyłane cyklicznie ze zmiennym czasem retransmisji. Cykle i wspomniany wcześniej interwał czasowy są zależne od stanu pracy stacji (stan pracy normalny, zdarzenie, alarm, po alarmie).
Sieciom teletransmisyjnym, którym stawia się duże wymagania i zapewnia należyte redundancje połączeń, należy postawić również warunek, by czas rekonfiguracji struktury był możliwie jak najkrótszy. Za rekonfigurację struktury sieci odpowiedzialne są przełączniki (switche). Takie urządzenie musi być zdolne do identyfikacji przerwy w połączeniu. Można to osiągnąć za pomocą ustandaryzowanych rozwiązań. Są nimi np. IEEE Spanning Tree Protocol (STP) lub Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) [14, 16]. Eliminacja przerw w połączeniach jest konieczna z punktu widzenia zmniejszenia „błądzenia” pakietów po sieci. W sieci Ethernet tzw. zamknięte trasy pakietów skutkowałyby powstawaniem tzw. sztormów rozgłoszeniowych, czyli przeciążeń powstających wskutek niekończącego się krążenia pakietów w sieci. Gdy któraś z wcześniej ustalonych dróg przesyłu nie może być osiągnięta, sieć jest rekonfigurowana za pomocą algorytmu drzewa rozpinającego. Rekonfiguracja sieci przy użyciu protokołu STP powinna trwać nie dłużej niż 30 sekund. Czas rekonfiguracji jest zależny od złożoności i określoności struktury sieci. RSTP jest rozwiniętym protokołem STP. Zapewnia on szybszą rekonfigurację. Czas rekonfiguracji może być w tym przypadku skrócony do około 5 sekund.
Podsumowanie
Dla uzyskania odpowiednich właściwości sieci teletransmisyjnej i struktury systemów IT istotne są pogłębione analizy takich struktur oraz właściwy dobór jej urządzeń. W wielu przypadkach analizy takie ogranicza się jedynie do podstawowych parametrów sieciowych, takich jak np. przepustowość czy skalowalność danego rozwiązania. Dotyczy to w szczególności infrastruktury teleinformatycznej elektroenergetyki. Dla większości zastosowań, a szczególnie specyficznych funkcjonalności, których oczekuje się od zautomatyzowanych sieci Smart Grid, często pomija się konsekwencje, jakie wynikają z konkretnego wyboru topologii, medium transmisyjnego, użytego protokołu czy też rozwiązania sprzętowego. Mówi się też o dopuszczalnych opóźnieniach, kiedy znacznie bardziej istotnym parametrem jest zmienność opóźnienia (jitter). Ma ona szczególne znaczenie w transmisjach typu izochronicznego, gdzie wymagana jest stała wartość szybkości przesyłu danych niezależnie od obciążenia sieciowego. Dlatego struktury przesyłu danych i wymiany informacji oraz systemy IT w elektroenergetyce nie powinny być projektowane tylko i wyłącznie na bazie stałych wytycznych [9, 10, 13]. Szczególną uwagę należy zwrócić na zapewnienie odpowiedniego bezpieczeństwa i poufności przesyłanych danych [4, 10].
Literatura
- CIGRE, JWG D2-B3-C2.01: Cyber security considerations in power system operations. Electra 218/2005
- CIGRE, JWG D2-B3-C2.01 Managing information security in an electric utility. Electra 216/2004
- Comer D.E.: Sieci komputerowe i intersieci. Warszawa, WNT 2003
- Halinka A., Szewczyk M.: Bezpieczeństwo przesyłu informacji oraz algorytmy szyfrujące możliwe do wykorzystania w infrastrukturze teleinformatycznej energetyki, Wiadomości Elektrotechniczne, ISSN 0043-5112, 6/2008, s. 3-8
- Vademecum teleinformatyka Tom 1-3. Warszawa, IDG Poland 1999, 2002, 2004
- Marzio P. Pozzuoli: The Need for “Substation Hardened” Ethernet Switches
- Scrimger R., LaSalle P., Leitzke C., Parihar M., Gupta M.: Biblia TCP/IP, Helion, 2004
- Simmonds A.: Wprowadzenie do transmisji danych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1999
- Szewczyk M. Analizy wymagań niezawodnościowych i jakościowych układów i urządzeń transmisji danych we współczesnej elektroenergetyce. Przegląd Elektrotechniczny R. 90 nr 3, s. 84-89, 2014
- Szewczyk M. Wybrane analizy pracy struktur teletransmisyjnych i teleinformatycznych w elektroenergetyce. Przegląd Elektrotechniczny R. 90 nr 3, s. 1-5, 2014
- Szewczyk M., Halinka A.: Media transmisyjne w automatyce elektroenergetycznej, Materiały Sympozjum Naukowo-Technicznego pod patronatem honorowym Komitetu Automatyki Elektroenergetycznej SEP "Zabezpieczenia elektroenergetyczne w zakładach górniczych", ISBN 978-83-60837-04-7, Gliwice, 3 kwietnia 2007, s. 43 - 61
- Tekniska S.A.: IEC61850, biuletyn wewnętrzny
- Wieczorek Z.: Sieć Ethernet LAN w stacjach elektroenergetycznych zgodnych z IEC61850 – podstawy projektowania, Urządzenia dla energetyki 8/2009
- Wieczorek Z.: Komunikacja zgodna z IEC61850, elektro.info 5/2010
- IEC 61850-3: “Communications networks and systems in substations – Part 3: General Requirements”
- IEC 61000-6-5 “Generic Standards – Immunity for power station and substation environments”
- Specyfikacja funkcjonalna PSE - Operator S.A.: Standardowa specyfikacja funkcjonalna dla sieci LAN stacji; Standardowe wymagania funkcjonalne dla systemów telekomunikacyjnych obiektów stacyjnych PSE - Operator S.A.
- Networld 12/2013: „Bezprzewodowe systemy detekcji i prewencji antywłamaniowej”, s. 41-45
- Networld 1/2014: „Oddzielić dane od kontroli”, s. 44-48
- Networld 3/2014: „„Zintegrowana ochrona sieci LAN/WAN, s. 61-65








