Áp dụng công nghệ không dây kiểu mắt lưới để thu thập dữ liệu công tơ điện từ xa
Chủ nhật, 03 Tháng 11 2013 23:23    In Email

Công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới (Wireless Mesh Network) mô tả một kiến trúc mạng được sử dụng trong hàng loạt các công nghệ, cung cấp thông tin liên lạc giữa hai thiết bị đầu cuối (end devices), có thể truyền qua một loạt các thiết bị trung gian bao gồm cả bộ định tuyến (router) và các cổng (gateway).

Mô hình hệ thống RF MESH

Các thành phần trong mạng Mesh bao gồm:

- End devices là nơi bắt đầu hoặc kết thúc của gói tin, nhưng không có khả năng chuyển tiếp gói tin đến một thiết bị khác. Trong hầu hết các mạng, thiết bị đầu cuối là những thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người người dùng/khách hàng.

- Router có thể là điểm bắt đầu hoặc kết thúc của gói tin, và còn có thế chuyển tiếp gói tin đến các thiết bị khác. Router mở rộng vùng phủ sóng mạng, tự động định tuyến đường đi xung quanh, xác định những trở ngại, và cung cấp các tuyến đường dự phòng trong trường hợp tắc nghẽn mạng hay không có thiết bị.

- Coordinators là loại đặc biệt của bộ định tuyến được sử dụng bởi một số lưới mạng (ví dụ như các tiêu chuẩn không dây ZigBee). Coordinators thực hiện các chức năng như bộ định tuyến bình thường, cộng với trí thông minh đã được thêm vào cho phép chúng lưu trữ và quản lý thông tin về hệ thống mạng bao gồm bảng định tuyến và khóa bảo mật. Coordinators cũng có thể cung cấp chức năng như Gateway.

- Gateway: thiết bị cung cấp các liên kết giữa các mạng khác nhau và thông tin có thể được truyền từ một mạng đến mạng kế tiếp.

Kết nối giữa các thiết bị trong một mạng mesh (Mesh network) có thể có dây hoặc không dây phụ thuộc vào kỹ thuật được sử dụng trong truyền thông. Ngày nay, kỹ thuật không dây đã trưởng thành hơn, ít tốn kém hơn, danh sách các thiết bị có khả năng giao tiếp không dây cũng phát triển nhanh chóng.

Một số tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng cho truyền thông không dây, mỗi tiêu chuẩn nhằm vào một ứng dụng khác nhau và các loại thông tin liên lạc khác nhau. So sánh các giao thức truyền thông không dây phổ biến như Zigbee, Wifi, Bluetooth, với những ưu điểm như tính linh động, khả năng mở rộng và khả năng hoạt động ổn định khiến ZigBee trở nên vượt trội so với các giao thức truyền thông khác, đặc biệt đối với một hệ thống điều khiển/giám sát trong công nghiệp. Cụ thể, ZigBee là một tiêu chuẩn mở đã được tạo ra để giải quyết nhu cầu thị trường đối với một chi phí hiệu quả, các tiêu chuẩn dựa trên giải pháp mạng không dây có hỗ trợ dữ liệu tốc độ thấp, tiêu thụ ít năng lượng, an ninh và độ tin cậy cao. Sự vững mạnh của tiêu chuẩn ZigBee, kết hợp với những lợi ích của mạng lưới không dây, làm cho ZigBee trở thành sự lựa chọn hàng đầu cho các giải pháp điều khiển/giám sát, thu thập dữ liệu… đang phát triển ngày nay. Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều thiết bị hỗ trợ giao thức ZigBee. Chip cho Zigbee có nhiều nguồn cung cấp như Ember, Freescale, Microchip Technology và Texas Instruments với giá từ 3$. Các module hoàn thiện và dùng được ngay cũng được cung cấp từ nhiều nguồn như Atmel, CEL, Digi, Jennic, Lemos và RFM với giá cao hơn chip gấp nhiều lần. Các hệ thống thu thập dữ liệu điện từ xa trên thế giới hầu hết sử dụng chuẩn Zigbee.

Tuy nhiên, xét đến tình trạng của Việt Nam nói riêng và các nước đang phát triển nói chung, việc lắp đặt các hệ thống như trên là một gánh nặng lớn về kinh tế. Tính riêng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, với 219.926 hộ dân (theo thống kê của Cục Thống kê TP Đà Nẵng 4/2009), thì để lắp đặt một hệ thống hoàn chỉnh cần ít nhất 660.000$ chỉ để mua các dòng chip hỗ trợ Zigbee. Thêm vào đó, việc ghi chỉ số công tơ điện hiện nay tại các điện lực thành viên gặp rất nhiều khó khăn khi tất cả đều do công nhân ghi chữ thực hiện theo kiểu thủ công truyền thống, trong một số điều kiện về thời tiết hay địa hình phức tạp, độ tin cậy có thể không được đảm bảo. Với khó khăn đặt ra như vậy, CPC IT đã đưa ra 1 giải pháp phần mềm, đáp ứng đầy đủ các chức năng như một mạng Wireless Mesh Network, gọi là RF MESH, nhưng chi phí bỏ ra hầu như là bằng không, chỉ dựa vào cơ sở vật chất có sẵn của hệ thống lưới điện hiện có (công tơ điện tử tích hợp đọc chỉ số từ xa qua sóng vô tuyến do CPC IT sản xuất).

Hệ thống RF MESH do CPC IT xây dựng không chỉ mang ưu điểm của các mạng sử dụng chuẩn Zigbee, cải thiện được một số hạn chế Zigbee gặp phải mà còn phù hợp với cơ sở hạ tầng hiện tại của hệ thống điện Việt Nam:

- Tính ổn định: Mạng RF Mesh có khả năng tự thích nghi, tức là chúng có khả năng tự xây dựng lại và hoạt động như bình thường ngay cả khi một vài node bị hỏng, hoặc tìm đường đi khác khi đường đi thông thường bị chặn - đây đều là những tình huống có thể xảy ra trong hệ thống công nghiệp. Một node mạng trung tâm sẽ kiểm soát các node mạng khác kết nối với nó. Nếu một node không liên lạc được với một node khác, hai node có thể liên lạc với nhau bằng cách sử dụng các node trung gian.

- Tính linh hoạt: Các vị trí vật lý của node trung tâm là rất linh hoạt, miễn là nó nằm trong phạm vi thông tin liên lạc của các thiết bị khác trong hệ thống, nó có thể được đặt bất cứ đâu, ở vị trí hợp lý nhất và thuận tiện nhất.

- Chi phí: Loại bỏ các chi phí phần cứng gặp phải khi sử dụng Zigbee cho từng thiết bị trong hệ thống. Chi phí bỏ ra chỉ dành cho việc lắp đặt các node trung tâm để quản lý mạng.

- Khả năng mở rộng: Một mạng lưới duy nhất có thể hỗ trợ hàng ngàn cá nhân thiết bị. Để bổ sung thêm các thiết bị mới, chỉ đơn giản là đặt nó tại nơi bạn muốn, và sau đó bật nó lên.

- Độ tin cậy và mạnh mẽ: Một mạng lưới có thể được cải thiện bằng cách thêm nhiều thiết bị hơn - mở rộng khoảng cách, nâng cao chất lượng liên kết và độ tin cậy chung. Điều này đặc biệt dễ dàng trong mạng RF Mesh, nơi chúng ta có thể thêm, di chuyển và loại bỏ các thiết bị mà không cần phải thực hiện cài đặt hay cấu hình lại cho mạng.

- RF Mesh hoạt động ở tần số 408 ± 37.5 MHz (đây là tần số đã được CPC thuê riêng nhằm phục vụ hệ thống RF Mesh), tránh bị nhiễu tín hiệu với Wifi hay Bluetooth. Còn Zigbee chủ yếu dùng tần số 2.4 GHz, trùng tần số với Wifi và Bluetooth, nên chúng có thể bị nhiễu tín hiệu nhau.

- Khả năng tự cấu hình, tự động phát hiện sự cố tại một node bất kỳ trong mạng khi có vấn đề xảy ra.

Với những ưu điểm vượt trội và chi phí đầu tư thấp, hệ thống RF Mesh là một sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới và các thiết bị đo đếm điện năng do CPC IT cung cấp nhằm tạo nên một hệ thống thu thập dữ liệu công tơ điện từ xa qui mô lớn, độ tin cậy cao và phần nào giảm bớt sự vất vả của các công nhân ghi chữ điện hiện nay.

Đến nay CPC IT đã thử nghiệm thành công hệ thống RF-Mesh được lắp đặt tại Xưởng Sản xuất điện tử, mở ra một hướng đi mới cho hệ thống thông tin phục vụ thị trường điện.


Bài liên quan