Analisi dei vettori di comunicazione per sistemi di telecontrollo fluidi

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1 Analisi dei vettori di comunicazione per sistemi di telecontrollo fluidi Franco Sami, Elmo Veronesi, Davide Lombardi Fabrizio Longo, Raffaele Trombini era SpA - Divisione Distribuzione Fluidi Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Roma ottobre 2009

2 Rete di Telecontrollo: Architettura 1 livello Doppio anello in fibra Visione Gerarchica DB SdT DB Disaster Recovery VPN era Telecontrollo SOT SOT SOT SOT SOT SOT SOT RTU1 RTUn RTU1 RTUn RTU1 RTUn RTU1 RTUn RTU1 RTUn RTU1 RTUn RTU1 RTUn 2 livello Link Punto-Punto (PP) La sede centrale del nostro Sistema di Telecontrollo (SdT) fluidi che si trova a Forlì; Differenti sede operative le 7 Società Operative Territoriali (SOT), ciascuna più o meno equivalente a una provincia (Forlì-Cesena, Ravenna, Rimini, Bologna, Imola-Faenza, Modena, Ferrara); Elementi periferici costituiti da Remote Terminal Unit (RTU) collegate a sensori e attuatori per il controllo di impianti distribuiti sul territorio

3 Obiettivi Determinazione delle tecnologie di comunicazione che attualmente meglio si adattano alle nostre esigenze tecniche e di servizio e valutazione di quelle che potrebbero fornire interessanti sviluppi futuri. L analisi ha riguardato sia i vettori di comunicazione attualmente in uso (GSM, GPRS, ponti radio, fibra ottica, CDN, ), sia eventuali nuovi vettori (es. WiMax). L analisi sull infrastruttura di comunicazione svolta si è concentrata sulla comunicazione tra RTU e SOT.

4 Rete di Telecontrollo: Stack Protocollare SdT DB SOT RTU Applicativi Formato Messaggi Scada IEC104 Scada ASCII, binari, modbus, ecc. Sicurezza VPN X X X X X VPN X Trasporto Rete Data Link e Fisico TCP IP FDDI su Fibra Ottica TCP IP GPRS GSM Ponti Radio Digital i o Analo gici TCP IP ISDN TCP IP WiFi TCP IP XDSL TCP IP CDA/ CDN

5 Funzionalità Monitoraggio: interrogare le periferiche RTU con periodicità adeguata Gestione Allarmi: Rilevare in maniera tempestiva le criticità degli impianti con informazioni sulla tipologia di allarme, e poter intervenire immediatamente inviando opportuni comandi di attuazione Configurazione: Possibilità di configurare da remoto i parametri della RTU e di aggiornare il firmware della periferica

6 Caratteristiche tecniche Caratteristiche tecniche scelte per valutare le tecnologie di comunicazione: Velocità di trasmissione: banda minima espressa in kbps Ritardo di trasmissione end-to-end 1 : ritardo di trasmissione dell informazione da sorgente a destinazione Affidabilità della comunicazione Bidirezionalità: modalità di comunicazione simmetrica/asimmetrica, sbilanciamento su uplink/downlink Sicurezza: confidenzialità e integrità delle informazioni trasmesse, robustezza in caso di attacco Note: 1 Il ritardo qui considerato è il ritardo RTU-SOT, che include eventuale tempo di setup della comunicazione. Il requisito di ritardo complessivo end-to-end RTU-SdT dovrà essere calcolato come somma del ritardo RTU-SOT qui considerato e del ritardo SOT-SdT generato dalla VPN in fibra che collega le SOT al Centro di Telecontrollo. Quest'ultimo ritardo è probabilmente trascurabile rispetto alla comunicazione RTU-SOT

7 Esigenze di Contesto/Aspetti non Funzionali Nella valutazione delle tecnologie esistono anche altri aspetti non strettamente legati alle funzionalità del Centro di Telecontrollo, ma che emergono dal contesto e dalle nostre esigenze: Maturità tecnologica e di mercato Semplicità di installazione: eventuali modifiche richieste sugli impianti e sull installato Scalabilità della soluzione tecnologica: flessibilità della soluzione tecnologica per l integrazione di nuovi servizi/funzionalità di potenziale interesse Possibilità di evoluzione: prospettiva di evoluzione in termini prestazioni e di penetrazione della tecnologia nel mercato

8 Analisi Tratta RTU-SOT: Tipologia Apparati Forlì-Cesena: 390 RTU Ravenna: 340 RTU Distribuzione RTU per vettore di comunicazione Distribuzione RTU per vettore di comunicazione 50% 01% 23% COMMUTATA_GSM RADIO_ANA RADIO_DIG GPRS 2% 03% 1% 26% 1% 5% GSM Ponte Radio PSTN Fibra ottica ISDN/PR CDN SERIALE_MULTIDROP 21% 5% Distribuzione RTU per tipologia 7% 55% Distribuzione RTU per tipologia MODBUS LAN 48% 11% 1% 0,3% 40% MDMS RCSLOG DMS7 TBOX SAIA_MBUS 55,6% 9% 0,3% 0,0% 10% 24% 1% MDMS P6008/80, P6008/s, o RTU20-FS Elektron-Sigma Calvi SAIA PCD2 SAIA PCD1

9 Analisi Tratta RTU-SOT: Distanze Le RTU di Ravenna sono mediamente più vicine alla SOT rispetto a quelle di Forlì-Cesena Distanza media RTU-SOT: 25 35km per la SOT di Forlì-Cesena, km per la SOT di Ravenna Distanza massima: 60km per la SOT di Forlì-Cesena. Visto la distribuzione territoriale delle SOT e delle RTU in gestione si può dedurre come la distanza massima sia entro i 100 km 1 0,9 Distribuzione delle RTU 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Forlì-Cesena Ravenna 0,2 0, Distanza da SOT [km]

10 Analisi Tratta RTU-SOT: Analisi Traffico GPRS RTU Modulo GPRS Msg OUT kbytewr Msg IN kbyterd Traffico GPRS per singola interrogazione (valori medi)* SOT RTU DMS7 Modulo GPRS 3 msg, 407 Byte (54 bps) 3 msg, 25 Byte RTU MDMS Modulo GPRS 1 msg, 41 Byte 1 msg, 10 Byte RTU RCSLOG Modulo GPRS 1,5 msg, 417 Byte 1,5 msg, 28 Byte RTU SAIA Modulo GPRS 1 msg, 90 Byte 0,5 msg, 5 Byte *Periodicità delle interrogazioni 1 minuto

11 Requisiti derivanti dalle Funzionalità

12 Requisiti derivanti dalle Esigenze

13 Caratteristiche Tecniche dei Vettori * nel caso in cui la tecnologia fosse utilizzata come rete privata il ritardo sarebbe stimabile attorno ai msec ** nel caso in cui la tecnologia fosse utilizzata come rete privata il livello di sicurezza sarebbe alto

14 Aspetti non Funzionali dei Vettori:Wired * gli apparati dotati solo di porta ethernet sono collegabili alla RTU attraverso adattatori Eth/RS232 disponibili sul mercato **L installazione èsemplice se la fibra èdisponibile da rete pubblica mentre se utilizzata come rete privata risulta essere una soluzione molto costosa

15 Aspetti non Funzionali dei Vettori:Cellulari

16 Aspetti non Funzionali dei Vettori:Altro Tipo * gli apparati dotati solo di porta ethernet sono collegabili alla RTU attraverso adattatori Eth/RS232 disponibili sul mercato

17 Metodologia di Valutazione Identificazione di tecnologie di comunicazione fra RTU e SOT che siano in grado di garantire le funzionalità di: Monitoraggio Gestione degli Allarmi Configurazione Il metodo di valutazione consta di 3 Passi al fine di arrivare ad una Short List di tecnologie che meglio si adattano ai requisiti e alle esigenze individuate Step 1: Valutazione Funzionale delle Tecnologie Step 2: Valutazione non Funzionale delle Tecnologie Step 3: Creazione della Short List

18 Metodologia di Valutazione Legenda: N-Null L Low M-Medium -igh Vettori di Comuncazione Grado di Soddisfazione delle Funzionalità Funz. 1 Funz Funz. N Tecnologia 1... L Tecnologia 2 M N... M Tecnologia M N L... M Step 3: Creazione della Short List La definizione della short list è ottenuta assegnando ad ogni tecnologia due indici aggregati di soddisfazione relativi alle funzionalità ed alle esigenze, ottenuti come media pesata delle singole valutazioni: Esigenze, I E (t) Legenda: N-Null L Low M-Medium -igh Grado di Soddisfazione delle Esigenze Aspetto non Funz. 1 Aspetto non Funz Aspetto non Funz. K M t 3 t 5 t 1 Tecnologia 1... L Vettori di Comuncazione Tecnologia 2 M N... M Tecnologia M N L... M L t 2 t 4 t 6 L M Funzionalità, I F (t)

19 Analisi delle Funzionalità e delle Esigenze Pesi assunti nella valutazione delle funzionalità Funzionalità Monitoraggio Gestione Allarmi Configurazione P F 30% 50% 20% Pesi assunti nella valutazione delle esigenze Esigenze Maturità Semplicità Scalabilità Evoluzione P E 40% 40% 10% 10%

20 Valutazione Funzionale dei Vettori Legenda: N - Null L - Low M - Medium - igh Grado di Soddisfazione delle Funzionalità Monitoraggio Gestione Allarmi Configurazione GSM L L L GPRS UMTS/SDPA M WiMax /* M/* /* Vettori di Comuncazione DSL Satellite M L Reti Mesh M Ponti Radio Fibra CDA/CDN *Rete Pubblica/Rete Privata

21 Valutazione non Funzionale dei Vettori

22 Short List Finale 5 UMTS/SDPA Legenda: Trend evolutivo Esigenze, I E (t) GSM Satellite WiMax Pubblico Reti Mesh GPRS Fibra XDSL CDA/CDN Ponti Radio WiMAX Privato Funzionalità, I F (t)

23 Conclusioni Dalla analisi delle tecnologie secondo le due dimensioni di interesse è possibile dedurre come alcune macroscelte per la razionalizzazione della rete di telecontrollo potrebbero essere le seguenti: 1. Per le RTU che presentano già una linea in Fibra, il vettore di comunicazione più indicato rimane la Fibra 2. Per le RTU che hanno nei dintorni un doppino telefonico, il vettore più consono sarebbe la XDSL, il che comporta l acquisto di un modem e l attivazione della linea in centrale 3. Per le RTU prive di collegamenti wired, il vettori più adatti sarebbero UMTS/SDPA o GPRS (diversi modem sul mercato presentano le 3 tecnologie cellulari a pacchetto) in quanto sarebbe necessario solamente l acquisto di un modem e la stipula di un contratto M2M con un operatore mobile 4. Per le RTU in posizioni particolarmente critiche, dove anche la copertura cellulare dati non è garantita, occorrerà analizzare lo specifico caso in modo da poter individuare la soluzione ad hoc più appropriata fra quelle presente nella Short List Finale

24 Il Gruppo era Il Gruppo era è leader in Italia nel settore delle utility e si occupa di: Servizi idrici: potabilizzazione, depurazione, fognatura - Clienti acqua: Metri cubi di acqua venduta: 257 milioni Servizi energetici: distribuzione e vendita metano ed energia, risparmio energetico, teleriscaldamento e soluzioni innovative - Clienti gas: Clienti energia elettrica: Metri cubi di gas venduto: 2,5 miliardi - Gwh energia elettrica venduta: Servizi ambientali: raccolta e smaltimento rifiuti, igiene urbana, termovalorizzazione - Clienti ambiente: Tonnellate di rifiuti trattati: 5,2 milioni - Dotazione impiantistica: 74 impianti

25 Il Gruppo era, nato nel 2002 dall'unione di dodici aziende di servizi pubblici dell'emilia Romagna, ha continuato negli anni successivi la propria crescita territoriale, fino a concludere nel 2005 la prima fusione italiana tra multiutility quotate in Borsa. Il Gruppo era