Smart meter Plc per le reti del futuro

SMART GRID –

Schemi di comunicazione più robusti, supporto IPv6 ed espansione della banda di frequenza; sono alcune caratteristiche delle soluzioni Plc degli smart meter di prossima generazione.

Mentre la prima generazione di smart meter che utilizzano la tecnologia Plc con modulazione Ofdm può già vantare una base installata di notevoli proporzioni, i costruttori stanno attivamente lavorando allo sviluppo dei prodotti della seconda generazione.  Costo, affidabilità e prestazioni sono ora gli elementi di differenziazione tra dispositivi diversi interoperabili tra loro. Quando si deve affrontare il progetto di una nuova piattaforma vi sono molti elementi da tenere in considerazioni al fine di pervenire a una realizzazione soddisfacente. Uno degli aspetti principali è la flessibilità delle componenti hardware e software. Spesso, purtroppo, a una maggiore flessibilità si accompagna un aumento dei costi. In questo caso è necessario ricercare il miglior compromesso tra le componenti hardware e software e sviluppare una piattaforma in grado di soddisfare le esigenze di un gran numero di mercati. Un'implementazione di tipo completamente software è più flessibile grazie alla possibilità di supportare differenti standard e rappresenta un'ottima scelta quando si vogliono valutare in anticipo nuove tecnologie, non si tratta comunque della miglior soluzione in applicazioni dove sono previsti grandi volumi a causa sia dei consumi elevati sia della quantità di memoria richiesta, soprattutto memoria dati. Questo è, ad esempio, il caso di implementazioni basate su architetture Dsp La latenza di sistema è più elevata ed è difficile ottenere il funzionamento multitask in tempo reale. Un'implementazione di tipo hardware, invece, prevede acceleratori hardware specifici - ovvero progettati per conseguire un determinato obiettivo - che garantiscono maggiori prestazioni, minori consumi e costi più competitivi. Un insieme di acceleratori hardware in grado di eseguire i compiti più complessi abbinato a un microcontrollore a elevate prestazioni con istruzioni Dsp è in grado di gestire tutte quelle funzioni che non risultano critiche in termini di temporizzazione e si propone come una soluzione certamente più valida.

I protocolli software
Un altro aspetto da prendere in considerazione sono i protocolli software. Anno dopo anno, le dimensioni del software installato sui contatori aumentano, vengono aggiunti livelli di comunicazione alle specifiche e risulta difficile prevedere il tipo di memorie, le funzionalità di storage e i nuovi protocolli che dovranno essere supportati. Una caratteristiche molto importante per le smart grid è l'interoperabilità: ciò significa che smart meter di produttori differenti devono poter funzionare in maniera sinergica sulla stessa rete. L'interoperabilità, che dovrebbe essere una caratteristica intrinseca di smart meter conformi ai differenti standard, in realtà non è automatica e in qualche caso è richiesto l'apporto di qualche leggere modifica software dovuta in alcuni casi a differenti interpretazioni degli standard e in altri casi ad alcuni parametri o funzionalità opzionali. Si tratta di un problema che sorge anche quando si utilizzano tecnologie mature come Bluetooth. In molti casi i problemi di interoperabilità si manifestano sul campo e richiedono quindi un aggiornamento firmware da remoto. In ogni caso non bisogna dimenticare che questi contatori “intelligenti” devono operare per un periodo di almeno 10 anni: durante questo lasso di tempo variazioni di regolamenti e tariffe e l'aggiunta di nuove caratteristiche software richiederebbero ulteriori aggiornamenti del firmware. Dal punto di vista hardware è buona norma prevedere una buona capacità di memoria, in grado quindi di supportare futuri aggiornamenti software. A questo punto è importante ricordare l'aggiornamento del livello di networking dei contatori, il livello di comunicazione che deve lavorare contemporaneamente. Ciò significa che è necessario prevedere nella memoria di programma una dimensione doppia di questo livello, una per lo stack che sta girando per ricevere la nuova immagine del firmware e una per quello nuovo.

La sicurezza informatica
Un altro aspetto critico che riguarda il firmware è la sicurezza e, in modo particolare, la sicurezza informatica. La diffusione su larga scala di reti basate sulla tecnologia Plc, come ad esempio un'infrastruttura per smart metering, richiede l'adozione di adeguate misure atte a garantire la protezione della privacy e la sicurezza dei dati. Un contatore “intelligente” è un dispositivo di fatturazione e la sicurezza dei dati deve essere garantita: non si deve infatti dimenticare il fatto che alcuni dei protocolli che saranno utilizzati sono aperti e quindi facilmente accessibili da parte di potenziali hacker. Dove memorizzare le chiavi, come accedere alle chiavi, chi ha accesso alle chiavi e frequenza di cambiamento di una chiave sono domande alle quali produttori di contatori e società erogatrici di servizi devono trovare una rapida risposta. L'utilizzo di piattaforme hardware che integrano engine di cifratura sono una soluzione sicura che ha anche il pregio di ridurre i consumi.

Tecnologie per la comunicazione
Il successivo aspetto da prendere in considerazione è quello della comunicazione: in particolare è necessario domandarsi quale tecnologia utilizzare e quali sono i criteri da seguire per scegliere la soluzione in grado di soddisfare al meglio i requisiti della linea elettrica. Attualmente vi sono due opzioni che utilizzano entrambe la tecnologia Ofdm a banda stretta: G3 e Prime. Quest'ultima può vantare un'ampia base installata per la quale è prevista una futura espansione. In ogni caso è necessaria un'evoluzione per aggiungere nuove caratteristiche e funzionalità capaci di soddisfare le esigenze di nuovi utenti e nuove applicazioni. Per esempio, se un particolare schema di modulazione non è in grado di supportare la comunicazione in condizioni estreme, è necessario prevedere modalità più “robuste”. Nel 90% dei casi, Prime 1.3.6 si propone come una soluzione bilanciata, caratterizzata da un compromesso ottimale tra velocità e affidabilità. Per il restante 10% dei casi può essere richiesto un aumento del grado di affidabilità: in questi frangenti è possibile utilizzare Prime 1.4, una soluzione più robusta che permette di sfruttare tutti i vantaggi di Prime 1.3-1. In definitiva, il
progetto di un contatore “intelligente” richiede l’integrazione di differenti
componenti hardware e software. Il problema reale è l’integrazione efficiente
di ciascuno di questi componenti allo scopo di soddisfare nuovi requisiti.
Aziende come Atmel, che hanno investito ingenti risorse nello sviluppo di nuovi
prodotti e soluzioni e nel miglioramento del portafoglio esistente, si
propongono come partner ideali per realizzare apparati per un mondo più
“intelligente” e sostenibile dal punto di vista ambientale. La società mette a
disposizione un’ampia gamma di microcontrollori, microprocessori, memorie
cifrate e soluzioni Plc basate su SoC espressamente ideati per le comunicazioni
a banda stretta che utilizzano la rete di distribuzione a bassa tensione.
Sfruttando il know-how acquisito nel campo della tecnologia Plc, la società ha
realizzato soluzioni ad alte prestazioni e bassi consumi conformi agli standard
G3 e Prime che garantiscono una sensibile riduzione del numero dei componenti
richiesti per lo sviluppo di un progetto.

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