Cyfryzacja sieci łączności dyspozytorskiej elektroenergetyki

Transkrypt

1 Cyfryzacja sieci łączności dyspozytorskiej elektroenergetyki Autor: Mirosław Derengowski - Biuro Operatora Sieci Radiowej PTPiREE ("Energia Elektryczna" - 9/2017) Wybudowany w latach analogowy system trankingowy Digicom7, eksploatowany jest jeszcze w większości spółek operatorskich. Pomimo ważnej funkcji, jaką pełni od wielu lat w komunikacji operatorów sieci dystrybucyjnych, nie jest już jednak w stanie zaspokoić wszystkich ich potrzeb w zakresie transmisji danych do sterowania i telemetrii. Migracja z sieci analogowej do cyfrowej stała się niezbędnym krokiem na drodze unowocześnienia funkcjonowania przedsiębiorstw dystrybucyjnych, zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony sieci elektroenergetycznej, polepszenia jakości świadczonych usług oraz wzrostu konkurencyjności, zgodnie ze strategią państwa i celami biznesowymi. Dlatego spółki dystrybucyjne podjęły działania mające na celu przejście do innego systemu. Przygotowanie procesu cyfryzacji sieci dyspozytorskiej wymagało wykorzystania informacji i doświadczeń gromadzonych wiele lat przez operatorów, a także wiedzy projektantów oraz producentów uzyskanej podczas wdrożeń i eksploatacji systemów telekomunikacyjnych. Prowadzone były analizy dotyczące możliwości i celowości stosowania alternatywnie wielu technik radiowych, takich jak: GSM, TETRA, GPRS, CDMA2000, UMTS, HSPA, NEXEDGE, Wi-MAX oraz LTE.Ostateczny wybór systemu w standardzie TETRA poprzedziły nie tylko wyniki testów praktycznych urządzeń cyfrowych, ale również dogłębna analiza rynków wykonana przez doradcze firmy eksperckie. Wykazała ona, że w praktyce nigdzie na świecie nie realizuje się dużych resortowych sieci dyspozytorskich w innych technikach niż TETRA (lub P25). Ostatecznie przeważył pogląd, że inne rozwiązania mogą być brane pod uwagę jedynie jako uzupełnienie lokalnych niedostatków funkcjonalnych własnej sieci trankingowej. Powołani przez Operatorów Systemów Dyspozytorskich oraz Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej specjaliści wypracowali wspólne stanowisko dotyczące kryteriów koniecznych dla zachowania jednolitego charakteru ogólnokrajowego systemu łączności radiowej dla sektora energetyki. Celem optymalnego zagospodarowania widma częstotliwości wykonano propagacyjne projekty bazowe sieci radiowej TETRA dla wszystkich spółek dystrybucyjnych. Umożliwiło to planowy rozdział 33 kanałów radiowych uzyskanych drogą rezerwacji na potrzeby trankingowego systemu cyfrowego TETRA oraz 25 nowych, które mają być utworzone dla niego z 50 dotychczas użytkowanych kanałów w analogowym Digicom7.

2 O konieczności wdrożenia prac zadecydowało również jednoznaczne stanowisko Urzędu Komunikacji Elektronicznej zakładające, że wszelkie analogowe systemy radiowe muszą być sukcesywnie wymieniane na cyfrowe. Wynika to z faktu, że cyfrowe są zdecydowanie bardziej efektywne widmowo, a pasma radiowe są dobrem deficytowym, które musi być racjonalnie eksploatowane. Ich wykorzystywanie podlega centralnemu planowaniu i koordynacji międzynarodowej. Proces migracji z systemu analogowego do cyfrowego w energetyce jest zatem niezbędny. Tym bardziej, że wdrażanie rożnych programów zmierzających do poprawy bezpieczeństwa państwa powoduje, iż rosną wymogi stawiane przed systemami łączności bezprzewodowej. Od niezawodności radiowej łączności dyspozytorskiej wykorzystywanej przez służby spółek dystrybucyjnych i spółki przesyłowej zależeć będzie w dużej mierze bezpieczeństwo energetyczne kraju, o czym mogliśmy się przekonać choćby w czasie katastrofalnych nawałnic w sierpniu br. Pozostaje otwartą kwestia, czy przyszła sieć będzie ogólnopolska, czy też decyzją spółek pozostanie zbiorem korporacyjnych sieci łączności realizowanych z wykorzystaniem systemu TETRA. Jednak już sam fakt ujednolicenia systemu radiowego umożliwi współpracę ekip energetycznych graniczących ze sobą OSD oraz współpracy ze służbami operatora systemu przesyłowego. Niezależność od radiowych systemów publicznych powinna jednak nadal pozostać fundamentalną cechą nowej sieci łączności radiowej, która ma w przyszłości stanowić ważny element ochrony Krajowego Systemu Elektroenergetycznego. TETRA z LTE wspólna przyszłość Szybki postęp techniczny sprawia, że nie można wykluczyć możliwości dodatkowego korzystania przez spółki z oferty operatorów komercyjnych budujących na własnych kanałach systemy przeznaczone głownie do bardzo szybkiej transmisji danych. Rozwój systemów łączności wykorzystujących transmisję IP i komutację pakietów - na których bazują w całości sieci 4G oparte na technologii LTE, a za kilka lat sieci 5G - jest nieunikniony. Aby już teraz dopasować się do potrzeb rynku, projektowane są rozwiązania konwergentne, które poprzez uaktualnianie oprogramowania pozwolą na ewolucję w kierunku sieci szerokopasmowych wykorzystywanych zarówno do transmisji danych, jak i łączności w sytuacjach kryzysowych. Zdaniem wielu analityków ewolucja radiowych sieci łączności dyspozytorskiej w kierunku szerokopasmowym nastąpi poprzez tworzenie rozwiązań hybrydowych łączących sieci standardu TETRA z pracującymi w uaktualnionym standardzie 4G, a później 5G. Obecnie trudno wyobrazić sobie całkowite zastąpienie sieci trankingowych przez te o standardzie LTE, gdyż nie są one jeszcze gotowe do świadczenia pełnej gamy usług realizowanych przez specjalizowane systemy dyspozytorskie. Pierwsze komercyjne urządzenia z takimi możliwościami mają szanse pojawić się na rynku dopiero w 2021 r. Zanim zostaną one wdrożone, upłynie dodatkowy rok poświęcony na testy w rzeczywistych warunkach wielkoobszarowych przy zmiennej dynamice ruchu i skali użytkowania. Dlatego właściwą

3 drogą ewolucji nie jest zastępowanie jednego rozwiązania drugim, lecz współpraca sieci standardu TETRA oraz standardu LTE w celu zapewnienia właściwej interakcji uzależnionej od realnych potrzeb, dostępności specyfikowanych usług i bezpieczeństwa systemu jako całości. Sieci LTE mogą być postrzegane jako szerokopasmowe rozwiązania tworzące autostradę dla danych, lecz w sytuacjach krytycznych, gdy wzmożona liczba wywołań blokuje realizację połączeń, sieci w standardzie TETRA stanowią najskuteczniejsze medium bezprzewodowe dla zapewnienia potrzeb łączności. Słuszność takiego podejścia do zagadnienia potwierdził przegląd najnowszych rozwiązań technicznych w zakresie łączności zorganizowany dla czołowych producentów przez Ministerstwo Energii w 2016 r. oraz prezentacje firmowe sprzętu na wystawach i targach specjalistycznych, takich jak EUROPOLTECH Przegląd firmowych rozwiązań Na potrzeby ewolucji w kierunku rozwiązań szerokopasmowych, opartych na standardach LTE, Motorola proponuje dualne stacje bazowe MTS4L mogące obsługiwać moduły radiowe standardu TETRA oraz LTE. Na początek można więc wdrożyć stacje do budowy sieci standardu TETRA. Gdy zaistnieje potrzeba i możliwość posiadania radiowej sieci szerokopasmowej, migracja będzie polegała na doposażeniu takiej gotowej do rozbudowy stacji bazowej w moduły radiowe standardu LTE. Oferowane rozwiązanie zapewnia unifikację usług w sieciach TETRA oraz LTE i integrację komunikacji rozmownej o znaczeniu krytycznym z aplikacjami multimediów szerokopasmowych. Airbus oferuje substytut łączności dyspozytorskiej oparty na sieciach LTE z wykorzystaniem aplikacji Tactilon Agnet, która daje także możliwość (o ile sieć danego operatora komórkowego na to pozwala) rezerwacji pasma transmisyjnego, jak i ustalenia priorytetu dla pakietów IP. Bardziej wymagający użytkownicy mogą korzystać zamiast z typowego urządzenia mobilnego jak smartfon ze specjalizowanego terminala ruchomego Tactilon Dabat (fotografia), który z jednej strony jest smartfonem opartym na systemie operacyjnym Android, z drugiej zaś zapewnia także łączność w sieciach standardu TETRA. Oba rozwiązania wchodzą w skład całego środowiska sieciowego o nazwie,,tactilon Suite'', opracowanego na potrzeby integracji radiowych sieci dyspozytorskich PMR oraz prywatnych, mobilnych, szerokopasmowych, jak i wirtualnych MVNO.

4 Zdjęcie: Airbus Defence & Space Tactilon Dabat smartfon (LTE, 3G, WiFi) i TETRA w jednym urządzeniu Podobny zestaw rozwiązań proponuje Rohill. System LTEtraNode umożliwia ewolucję sieci standardu TETRA, zapewniając współpracę z publicznymi LTE i pozwalając tworzyć prywatne LTE, świadczące komunikację rozmowną dla potrzeb łączności krytycznej. W rezultacie uzyskuje się płynną migrację sieci standardu TETRA do rozwiązań szerokopasmowych, w których łączność trankingowa stanowi zapasowy środek komunikacji w sytuacjach krytycznych podczas rozległych incydentów. Ponadto firma ta ma swojej ofercie zestaw aplikacji o nazwie,,teamlink'' dla urządzeń mobilnych z systemem operacyjnym Android, ios oraz Windows Phone/Mobile. Aplikacje zapewniają świadczenie usług rozmownych, statusowych, tekstowych, lokalizacyjnych, a także transmisję zdjęć i wideo, współpracując z systemem LTEtraNode i gwarantując interoperacyjność z siecią trankingową standardu TETRA. Aplikację o nazwie,,pttconnect'' na urządzenia typu smartfon z systemem operacyjnym Android posiada w swojej ofercie Hytera. Hybrydowe rozwiązania TETRA/LTE oferują również Siemens i Sepura (system LTE enebula, ktory można zintegrować z TETRĄ NEBULĄ).

5 Łączność dla energetyki Wynika z tego, że najlepszym rozwiązaniem zapewniającym sprawną i bezpieczną łączność w sektorze elektroenergetycznym, a być może nadal spełniającym większość potrzeb służb bezpieczeństwa publicznego i ratownictwa, jest budowa sieci w standardzie TETRA. Takie podejście nie jest bynajmniej odrzuceniem ani nowoczesności, ani możliwości ewolucji w kierunku nowszych rozwiązań szerokopasmowych. Co przedstawiono w tym artykule na przykładzie rozwiązań producentów, którzy strategię rozwoju opartą na systemach hybrydowych dostrzegli i dopasowali do niej ofertę swoich produktów. Wymagane jest jedynie mądre zaplanowanie działań, aby taki proces migracji można było w przyszłości przeprowadzić. Nie bez znaczenia są również aspekty gospodarowania widmem radiowym (zwłaszcza w paśmie 700 MHz) i bardzo wysoki koszt pozyskania, a później posiadania, własnych szerokopasmowych kanałów radiowych. Należy założyć, że ze względu na bardzo wysokie koszty zasobów częstotliwości, konieczność wybudowania rozległej infrastruktury i zainstalowania olbrzymiej liczby urządzeń, sektor elektroenergetyczny nie będzie samodzielnym posiadaczem systemu LTE w najbliższej przyszłości. Ewentualne potrzeby w zakresie bezprzewodowej łączności szerokopasmowej będą uzupełniane usługami zakupionymi u operatorów zewnętrznych i to najprawdopodobniej komercyjnych z wykorzystaniem terminali dwusystemowych. Aktualne pozostaje ryzyko braku możliwości świadczenia usług krytycznych przez publiczne sieci komórkowe w sytuacji natłoku połączeń i ogólna niepewność co do jakości realizowanych usług w całości opartych na komutacji pakietów. Ocenia się, że prawdopodobnym terminem, kiedy kompleksowa ewolucja w kierunku systemów typu LTE mogłaby rozpocząć się w naszym kraju, jest 2023 r. W praktyce jednak już teraz niezbędne jest posiadanie odpowiednich rozwiązań i funkcjonalności realizowanych drogą radiową. W opracowanych przez sektor elektroenergetyczny analizach porównawczych wykazano, że taką łączność można z powodzeniem oprzeć na dojrzałym technicznie, ciągle doskonalonym i wspieranym przez czołowych producentów standardzie TETRA, nie ponosząc ani ryzyka braku możliwości rozwoju, ani niepożądanego uzależnienia się od jednego producenta. Standard TETRA, przeznaczony do zastosowań resortowych, spełnia w całości wymagania stawiane systemom dla organów bezpieczeństwa, zdefiniowane przez ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Wydzielony system łączności radiowej dla sektora elektroenergetycznego jest podstawowym elementem bezpieczeństwa w każdych warunkach pogodowych i w każdej lokalizacji krajowej sieci energetycznej. Rola systemu łączności znacznie rośnie w przypadku sytuacji katastrofalnych i kryzysowych. Jego infrastruktura spełnia wymóg zapewnienia autonomii zasilania i funkcjonowania długoterminowego, co najmniej 36 godzin w sytuacji awarii o charakterze masowym, gdy wyłączona jest dostawa energii do większości obiektów telekomunikacyjnych na obszarze objętym klęską żywiołową.

6 Obok łączności głosowej, system komunikacji dyspozytorskiej jest przeznaczony do bezprzewodowego sterowania elementami sieci elektroenergetycznej, a więc do zarządzania ruchem za pomocą specjalistycznych systemów automatyki dla rozłączników SN i innych rozwiązań SCADA. Ma to bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo energetyczne odbiorców energii elektrycznej, a także na poziom strat operatorów sieci dystrybucyjnych, wynikających z niedostarczenia energii o wymaganych parametrach jakościowych. Potrzeby w zakresie bezprzewodowej, szybkiej transmisji danych będzie można uzupełnić zakupem takich usług u operatora, który wdroży system LTE na własnych zasobach częstotliwości i zapewni jego odpowiednio wysoki poziom techniczny, z uwzględnieniem standaryzacji właściwej dla systemów przeznaczonych dla łączności krytycznej. Współistnienie rożnych systemów radiowych, telekomunikacyjnych i informatycznych stało się bowiem powszechnie akceptowanym faktem, a przemyślana aplikacja specjalizowanych technik jest często jedyną drogą do uzyskania w pełni funkcjonalnej sieci. Literatura 1. Airbus, How to succeed in PMR evolution the smart way, White paper, 03/2016, 2. Airbus, Tactilon Dabat Inteligentny. Wytrzymały. Bezpieczny, 05/2016, 3. Anke Sturtzel, Kai Schlichtermann, Airbus Defence and Space präsentiert neue Breitband- Produktfamilie Tactilon Suite, Elancourt, 27/05/2016, 4. Key Touch 2/2016, 3/2016, 1/2017, 5. DAMM, DAMM Partner Overview, 2017, 6. Eric Davalo, Airbus Defence and Space Press Briefing Critical Communications World, Amsterdam, 1/06/2016, 7. Hytera, PTTconnect - TETRA over LTE ; 05/2017, 8. Motorola, Motorola Solutions Approach to Unifying TETRA and LTE for Public Safety Communications, 2013, 9. Motorola, Transform Public Safety Communications Through Broadband Innovation, 2013, 10. Rohill, LTE for Critical Communications, White paper, 06/2015, 11. Sepura, SystemsInsight, Quick Reference Guide, 2017, 12. Tapio Mäkinen, Hybrid (TETRA + LTE) networks for public safety, metro lines, energy industry and airports, Comms Connect 2016.