Processori embedded a basso costo e reti dati sempre più diffuse hanno reso possibile rivoluzionare il modo in cui si misurano i consumi di energia. Aprendo la strada alla comunicazione bidirezionale tra abitazioni e società fornitrici di energia, i contatori connessi dotati di processori Embedded possono registrare e trasmettere le informazioni sui consumi ai data center delle utility con lo scopo di contabilizzare e garantire un servizio ai clienti. Questi nuovi contatori intelligenti o smart meter possono inoltre aiutare i consumatori a risparmiare energia e risparmiare sulle bollette elettriche e gas attraverso scelte più informate. I vantaggi che ne scaturiscono per le utility ma anche per i consumatori vedono l'attuale installazione su vasta scala di contatori di questo genere in tutto il mondo. Tuttavia la comunicazione bidirezionale che ne consegue presenta alcune sfide in termini di networking e sicurezza.
Collegamenti sicuri e affidabili
Quando si tratta di gestire forniture di energia in aree critiche come anche per quelle residenziali, le utility devono impedire accessi non autorizzati non solo al contatore ma anche agli apparecchi ad esso collegati. Un hacker potrebbe ottenere il controllo di qualsiasi apparecchio elettrico presente in una casa, anche dispositivi elementari come lampade o porte dei garage. Dal punto di vista della sicurezza nazionale, un accesso a questi sistemi permetterebbe a dei terroristi di accendere e/o spegnere intere utenze all'interno di un'area specifica con la conseguenza di causare picchi sulla rete di distribuzione capaci di far saltare i trasformatori o provocare black out di un'intera città. La protezione dei contatori connessi in rete richiede SoC (system-on-chip) Embedded che implementino funzionalità di sicurezza avanzate e solide tecniche di cifratura dei dati. Inoltre, quando si tratta di collegare questi contatori in maniera affidabile, l'intelligenza e la connettività di cui sono dotati non è sufficiente: occorrono tecniche di networking avanzate per collegare i contatori alle utility. Dispositivi come concentratori dati, router, hub e gateway sono essenziali per connettere i contatori alla dorsale del sistema; questa connettività insieme con la capacità di calcolo integrata è quello che trasforma un semplice contatore in uno smart meter. L'utilizzo e la collocazione di questi dispositivi smart grid varia da Paese a Paese; dipende dai regolamenti locali, indipendentemente dal fatto che si tratti di elettricità, gas o acqua; e nel caso dei contatori elettrici, anche dall'architettura della rete locale di distribuzione. Nel Regno Unito, per esempio, l’hub di comunicazione aiuta i contatori del gas e della elettricità a dialogare tra di loro con una interfaccia display per l'utente e con dei protocolli come ZigBee per la comunicazione, inviando le informazioni sulla dorsale attraverso modem Gsm/Gprs. I concentratori di dati o i gateway sono le soluzioni preferite per i contatori elettrici, per quanto questo dipenda dal Paese, dalla topologia della rete di distribuzione, dal livello di concentrazione delle utenze e dalla qualità dell'infrastruttura di rete. In Paesi come l'Italia, la Francia, il Portogallo e la Spagna i concentratori sono stati impiegati su vasta scala: il loro compito è di leggere e memorizzare le informazioni mediante una comunicazione Powerline sull'ultimo miglio e Gprs, wireless o Ethernet per la comunicazione upstream. Il livello di concentrazione alla sottostazione secondaria è pari a 200-300 utenze nelle grandi città. La tecnica migliore è la concentrazione dei dati con o senza supervisione a bassa tensione. Un concentratore è diviso in due componenti principali: il primo estrae i dati dai contatori e li memorizza in un database con una potente e complessa interfaccia Web; il secondo è l'interfaccia di comunicazione che integra capacità di coordinamento con la rete. Lo standard Prime (Powerline intelligent metering evolution) lo chiama "base node". Il layer applicativo del concentratore possiede un client Dlms/Cosem Embedded che interroga i contatori sfruttando le capacità crittografiche fornite dallo stack software. Di solito il concentratore comprende un supervisore trifase a bassa tensione per la supervisione remota e il bilanciamento energetico. Il base node è la parte del concentratore dati che forma e mantiene stabile la rete dei contatori fornendo al layer applicativo un canale trasparente per dialogare con ogni singolo contatore.
Comunicare con i gateway
Le utility devono anche poter gestire diverse tipologie di utilizzo, aree nelle quali il numero di abbonati è molto basso, tra le 5 e le 50 utenze. In queste situazioni un concentratore scalato per poter gestire centinaia di dispositivi non è certo una soluzione ottimale, e allora un gateway rappresenta una migliore alternativa: semplifica l'installazione e fornisce un vantaggio economico rispetto a un concentratore tradizionale. Il gateway è un puro dispositivo di comunicazione. La supervisione a bassa tensione non serve. Un'altra importante differenza rispetto a un concentratore tradizionale è che non occorre memorizzare i dati sul dispositivo; la memoria è assegnata solamente ai protocolli di comunicazione. Il layer applicativo può mantenere il client Dlms/Cosem nel data server centrale facendo risparmiare sui costi di licenza e permettendo di gestire reti differenti dal medesimo data centre. La sicurezza dei dati è un requisito fondamentale su un gateway: qui bisognerebbe poter proteggere le informazioni dirette a monte e a valle mediante algoritmi crittografici comunemente usati come Rsa, Dsa, Aes, Sha, Ecc ecc. Importanti sono anche le funzioni anti manomissione per rilevare e impedire accessi illegali alle apparecchiature. Un buon esempio di gateway è costituito dalla implementazione dello standard Prime su rete Smart Meter. Un gateway Prime è composto da un nodo base Prime che gestisce tutto quel che riguarda il networking Plc, un modem Gprs/Gsm e un'interfaccia Ethernet. Un’architettura per Smart Meter basata su gateway apre un mondo di possibilità per evolvere verso lo Smart Grid. I vantaggi sono costi inferiori nelle aree a bassa densità di utenze oltre che nel funzionamento e nella manutenzione della rete. Il concetto di gateway permette di integrare differenti tecnologie di comunicazione sugli Smart Meter abilitati alla comunicazione Plc (Power line communication): questo migliora le performance dell'intera rete.
