Modelagem IEEE 1815 DNP3 em VHDL e análise de comunicação SG via IEEE 802.15.4 e IEEE 802.11

Abstract

The Smart Grid (SG) concept provides that, in addition to the power flow, the utilities has a two-way data flow in all sectors of the grid to consumers. Through Information and Communication Technology (ICT), it becomes possible the sensing of entire power grid, the more efficient and faster solution failures, and the teleprotection and management of the assets of utilities. To ensure this, requirements such as security, reliability and low latency are essential. Considering that there are several applications SG, to adapt a communication system between Smart Meters for each type of environment becomes complex. Moreover, the communication study of data flow SG becomes expensive in assembling real scenarios, due to the high cost of acquisition of Smart Meters. To enable SG communication studies simulated in low cost, in this work was constituted the modeling of IEEE 1815 DNP3 protocol, validated its operation through modeling of IEEE 1815 / 802.15.4 and IEEE 1815 / 802.11b integrations. The validation and analysis were performed by modeling and simulation of both protocols in Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language (HDL), and performing measurements of delay in the exchange of DNP3 messages sent via integrated wireless protocols. The teleprotection latency requirements in its general context, indicate the IEEE 802.15.4 interface as inadequate for this application due to high latency scenarios in the presence of contention access, low data throughput and low resilience of improved security. Situation that does not occur for the IEEE 802.11 interface, which becomes feasible because it presents latency, data throughput and robustness safety critical application compatible with that SG

O conceito Smart Grid (SG) estabelece que, em adição ao fluxo de energia, a concessionária tenha um fluxo de dados de duas vias em todos os setores da rede até os consumidores. Através da Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), torna-se possível o sensoriamento de toda a grade de energia, a solução de falhas mais ágil e eficiente, e a teleproteção e gerenciamento dos ativos das concessionárias. Para que isso seja garantido, requisitos como segurança, confiabilidade e baixa latência são essenciais. Considerando que existem diversas aplicações SG, adaptar um sistema de comunicação, entre os medidores inteligentes (Smart Meters), para cada tipo de ambiente se torna complexo. Além disso, o estudo de comunicação do fluxo SG se torna oneroso na montagem de cenários reais, devido ao alto custo na aquisição de Smart Meters. A fim de possibilitar estudos simulados da comunicação SG de baixo custo, neste trabalho foi realizada a modelagem do protocolo IEEE 1815 DNP3, validou seu funcionamento através de modelagem das integrações IEEE 1815/ 802.15.4 e IEEE 1815/ 802.11b. A validação e análise foram realizadas pela modelagem e simulação de ambos os protocolos, em Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language (HDL), e efetuando medições de atraso na troca de mensagens DNP3 enviadas através dos protocolos sem fio integrados. Os requisitos de latência de teleproteção, em seu contexto geral, apontam a interface IEEE 802.15.4 como inadequada para esta aplicação por apresentar alta latência na presença de cenários de disputa de acesso, baixa vazão de dados e baixa resiliência de segurança implementada. Situação que não ocorre para a interface IEEE 802.11, que se torna factível pois apresenta latência, vazão de dados e robustez de segurança compatíveis com tal aplicação crítica