© 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC 1 Senzorické sítě v praxi EurOpen Klínovec – říjen 2009 Jaroslav Čížek Sponsor Logo Sponsor Logo Sponsor Logo Sponsor Logo

2 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Agenda  Bezdrátové a drátové senzorické sítě  Industriální wireless  Zabezpečovací systémy  Inteligentní budovy  Smart gridy

3 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Bezdrátové a drátové senzorické sítě Použité technologie dle způsobu a rozsahu senzorické sítě Bezdrátové technologie související specifikace WLAN Drátové technologie Sériové sběrnice Speciální rozhraní Stavové porty IP sítě

4 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Industriální wireless Použití ve výrobě Standardy WLAN aktivní RFID tagy jako senzory Architektura industriálních wireless sítí

5 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Industriální wireless Bezdrátové senzorické sítě pro měření různých fyzikálních veličin a detekci stavů Používané technologie WirelessHART specifikace Rozšiřuje Wired HART Fyzická vrstva a MAC IEEE LR-WPAN Přidává robustnost a spolehlivost – TDM, mesh, retry mechanizmus Další standardy ISA a(sec a qos), 6LoWPAN WLAN levnější, ale …

6 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Použití ve výrobě Rychlé a „levné“ nasazení proti drátovým sítím, možnost jednoduché překonfigurace výrobní linky, dočasné sondy při řešní problémů Měření: teploty, tlaku, hladiny, vibrací, otáček, stavu atd. Extrémě nízká spotřeba a výdrž Vysoká dostupnost, sec Konponenty - senzory, kontrolery, mngm. Nejčastější použití - petrochemický prům. Motes Sensors/Actuators/ Field Devices Managers Gateways/Controllers

7 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC WLAN aktivní RFID tagy jako senzory Pasivní RFID Identifikace, předání statické hodnoty, cena < $0.10 Aktivní RFID Identifikace, real-time lokalizace, napájení z baterie Možnost předání dynamické hodnoty ze vstupu Bezdrátový inteface ANSI 371, …, WiFi (2,4 GHz), 125kHz Cena $30-50, výrobci – AeroScout, PanGo, WhereNet

8 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Koexistence WSN a WLAN IEEE vs Vysílání poměrně nízkého výkonu (10mW, 200mW) v Industrial Scientific and Medical (ISM) pásmu 2.4 GHz Způsoby oddělení komunikace - Time Diversity, Coding Diversity, Frequency Diversity, Path Diversity, Spatial Diversity

9 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC 6LoWPAN IPv6 Low-power WPAN IETF internet skupina senzory mají omezené výpočetní zdroje (počet cyklů, mem) => je třeba optimalizovat síťový stack Základní specifikace viz RFC 4944, popis RFC 4919 Mapování adres Zapouzdření, komprese hlaviček Fragmentace/defragmentace rámců MTU 127 / 102 / 81 oktetů vs. min 1280B pro IPv6 Proč IPv6: s klesající cenou HW se předpokládá velký nárůst počtu senzorů ve všech možných aplikacích

10 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Architektura industriálního wirelessu Control Network Services Field Network Access Points Sensor Gateway Mesh APs Wireless Control System Wireless LAN Controller Cisco Call Manager Sensor Mote Cisco Location Appliance Mobile Field Device Sensor Mgmt System Sensor Gateway Location Video Surveillance Asset Tracking Wireless Sensor Network (Mesh or Star) WSN connected Field Devices Cisco ISR ERP Unified Comm. Location Sense & Respond Services Apps Mobile OperatorVideo DCS Process Historian Condition Monitoring Security Plant Network IdentityVirtualization

11 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Zabezpečovací systémy Domácnosti Klasické zabezpečovací systémy Architektura

12 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Zabezpečovací systémy Domácnosti, malé firmy / ZigBee senzory Digitální domácnost - řízení spotřeby, zabezpečovací systémy, dálkové ovládání přes mobil nebo Internet Klasické systémy fyzické bezpečnosti Drátové senzorické sítě, bezdrát jen jako doplněk EZS – čidla pohybu, stavu, kamerové systémy EPS – čidla požárního systému Kombinace s přístupovými systémy – čtečky RFID karet, biometrických údajů atd.

13 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC HW pro zabezpečovací systémy Komponenty Senzory Brány (převod do IP) Kontroler + management Způsob komunikace Rozhraní pro dveřní systémy (např. Weigant) Sériové sběrnice mezi jednotlivými moduly a bránami např. CANbus (Controler Area Network) samostatné In/Out vstupy a výstupy RS-485

14 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Architektura systémů fyzické bezpečnosti Maximum of 40 Meters (130 Feet) Cisco Access Gateway Reader Module Reader Module Input Module Output Module CAN Bus Layer 2 switch IP Network LAN/WAN Physical Access Manager LDAP / Microsoft Active Directory HR Database Other IT Apps POE CAN Bus Additional Modules

15 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Inteligentní budovy Definice inteligentní budovy Mediátor

16 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Renewable Sources Trash Compactor HVAC UPS Electrical Access Control Lighting IT Power Meters Inteligentní budovy Elevators “Commercial buildings waste up to one-third of all energy they consume.”

17 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Inteligentní budovy Building Automation Systems (BAS) / Building Management System (BMS) Způsoby řízení jednotlivých komponent budov Manuální -> základní automatizace -> programovatelné řízení Centralizované systémy -> Inteligentní systémy budov Funkce BAS Minimální funkcionalita – řízení topení, ventilace a klimatizace (Heating, Ventilating, and Air-Conditioning (HVAC)) tzn. senzory vnitřní a venkovní teploty, spotřeby energie, stavu zařízení + řízení topení, ventilace, klimatizace, zpracování alarmů a možnost plánování Další funkce – integrace řízení osvětlení, přístupu, kamerových systémů, požární bezpečnosti atd. Komponenty - komunikační brána a programovatelný kontroler

18 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Mediátor Mediátor = zařízení / kontroler, které je na základě vstupních údajů od komunikačních bran a naprogramované logiky schopné řídit funkci jednotlivých systémů budovy Podporuje velké množství protokolů a typů senzorů Modbus BACnet (ANSI) LonTalk (ANSI/EIA) RS-485 TCP/IP industriální standardy

19 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC (1) Console Port for Management (4) RS-485 Ports for 3 rd Party Protocol Communication Mediátor – příklad zařízení (2) Relay, Discrete Outputs (4) Dallas 1-Wire Ports (4) Pulse Counter Inputs (2) Ethernet TCP/IP Ports (2) USB Ports (2) RS-232 Ports for 3rd Party Protocol Communication (1) RJ-11 Phone/Modem Port 24 VAC ‘Floating’ Power

20 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Konvergované řešení inteligentní budovy Energy & Power Metering CCTV DVR Fire Alarm System Smoke Sensor Break Glass Sounder ENTERPRISE APPLICATIONS Energy Management Building Management Facility Management Security Management Maintenance Management IT Network Management Door Controllers Access Control Reader Technology Intruder Panels VAV FCU Heat Pump Chilled Beam Boilers Chillers BMS AHU Lighting Control General Lighting Channel Controllers DSI/DALI Interface Occupancy Detectors UPS Monitoring IP CameraIP Telephony Wireless Mediator Switch Router

21 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Smart Metering a Smart Gridy Smart Grid topologie Komponenty Problémy Projekty

22 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Smart grid

23 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Smart grid Smart Grid – rámec / řešení, které umožňuje energetickým a distribučním společnostem bezpečně využívat IP sítě pro výrobu, přenos, uložení a spotřebu energie a ostatních produktů Cíle Efektivní přenosový systém Integrace distribuovaných alternativních zdrojů Centrální management, dohled, koordinované řízení Odolnost proti poruchám a výpadkům Snížení ceny na straně výroby i spotřeby Smart Metering – první stupeň Smart gridů, implementuje pouze část měření na straně zákazníka

24 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Komponenty Smart gridů Energetická přenosová a distribuční síť Komunikační síť Substation automation / integration (SA/I) Neighborhood area network (NAN) Business area network (BAN) Home area network (HAN) Výpočetní platforma a systémy řízení Obchodní aplikace a služby

25 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Problémy nasazení smart gridů Možnosti připojení koncových měřících přístrojů / senzorů Sériové sběrnice + kontroler v dosahu Přenos přes elektrické vedení (PLC) Drátový ethernet Wireless Mesh Adresace, směrování, řízení přístupu IPv4 privátní adresy vs. IPv6 Stromová struktura Bezpečnost!!!!!! Cena

26 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Běžící projekty Smart gridů USA Evropské projekty Amsterdam – připojených domácností, cca během příštích dvou let, úspora až 50%, primárně Smart Metering Švédsko, další země EU ČR Dobruška – 2000 “chytrých” elektroměrů Blízká budoucnost – dalsích odběrných míst

27 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Otázky a odpovědi ? ? ?

28 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC Další informace WirelessHART ml WSN & WLAN (Cisco, Emerson) _Emerson_wp.pdf Building Mediator Smart gridy

29 © 2009 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. EO2009 – Senzorové sítě JC