Проектирование вычислительной сети для сбора информации от предприятий о потреблении электроэнергии

Томский Политехнический Институт.

(Технический Университет) Кафедра Автоматизированных Систем Управления Тепловыми Процессами.

Курсовая работа по курсу.

Вычислительные машины, системы и сети.

по теме.

«Проектирование вычислительной сети.

для сбора информации от предприятий о потреблении электроэнергии".

Оборудование фирмы Asus.

Группа: ТФ-06−05.

Студент: Баженова Н.А.

Преподаватель: Зверьков В.П.

• Содержание: 2
• Задание 3
• Выберем топологию сети. 4
• Определение потока информации от предприятий 5
• Необходимое оборудование 5
• Сеть на базе оптоволокна 13
• Сеть на базе xDSL модемов 14
• Сеть на базе радиосвязи 16
• Выводы 19
• Задание

Спроектировать вычислительную сеть для сбора информации о потреблении электроэнергии от 40 предприятий, потребляющих до 100 кВт электрической мощности 2 фазной электрической сети 220 В.

Рассчитать необходимое количество электросчетчиков исходя из условия, что максимальный ток через электросчетчик 150 а. С одного электросчетчика снимается поток информации 10 000 бит с циклом опроса 1 мин. Информация от всех счетчиков на предприятии поступает через устройство сбора и передачи данных (УСПД) на одну ПЭВМ и далее передается на центральный диспетчерский пункт (ЦДП), расположенный расстоянии 8 км от предприятий. На центральном диспетчерском пункте в двух комнатах должны быть размещены: сервер, принтер и 4 рабочие станции (ПЭВМ).

Определить поток информации от каждого предприятия и общий поток информации, поступающей на сервер ЦДП. Рассмотреть и сравнить несколько вариантов связи между предприятиями и ЦДП. Подобрать оборудование для реализации вычислительной сети и оценить стоимость каждого варианта.

Для построения ЛВС использовать оборудование производителя Asus.

Расчет состоит из следующих компонентов:

1. Расчет количества электросчетчиков и компьютеров.

2. Обоснование топологии предлагаемых вариантов сети на предприятии и ЦДП.

3. Топология объединения сетей предприятия и ЦДП.

4. Схема разводки кабелей по цехам предприятия и ЦДП для ЛВС по топологии «звезда».

5.Расчет необходимой пропускной способности каналов связи между зданиями.

6. Спецификации на компьютеры, активное и пассивное сетевое оборудование и системное ПО для всех вариантов.

7. Рассмотреть и сравнить следующие варианты связи между предприятиями и ЦДП:

? оптоволокно,.

? хDSL модемы,.

? радиосвязь.

8. Выводы и рекомендации..

Выбор топологии сети..

Топология сети — геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению друг к другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Выделяют три основных топологии: звезда, кольцо и шина.

Очевидным является выбор топологии типа «звезда», так как кольцевая и шинная сети выходят из строя при повреждении всего лишь одного участка провода, к тому в их построении используется коаксиальные кабель, а современное оборудование уже давно перешло на «витую пару». И соответственно интерфейсы, которые подходят для работы с коаксиальным кабелем, также отсутствуют в современном оборудовании.

Определение потока информации от предприятий.

Количество предприятий: 40.

Общая мощность электрической сети: 4000 кВт.

Определим ток в электрической сети.

I = 18 181.8 A.

Определим необходимое количество электросчетчиков.

n = 122 шт.

Определим количество электросчетчиков на предприятии.

k = 4 шт.

Определим поток информации от каждого предприятия.

= 0.67 КБит/с.

Определим поток информации от всех предприятий.

= 26.67 КБит/с.

Необходимое оборудование.

Сервер:.

Рабочая станция:

Программное обеспечение:

Другое:

Сетевое оборудование в ЦДП:

Измерительное оборудование:

Счетчик электроэнергии АЛЬФА А1800.

Назначение Многофункциональный микропроцессорный счетчик АЛЬФА A1800 трансформаторного включения предназначен для учета активной и реактивной энергии и мощности в трехфазных сетях переменного тока в режиме многотарифности, хранения измеренных данных в своей памяти, а также передачи их по цифровым и импульсным каналам связи на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электроэнергии.

Счетчик АЛЬФА А1800 предназначен для установки на перетоки, генерацию, высоковольтные подстанции, в распределительные сети и на промышленные предприятия.

Функциональные возможности счетчиков АЛЬФА А1800.

Измерение активной и реактивной энергии и мощности с классом точности 0.2S, 0.5S в режиме многотарифности.

Измерение параметров эле.

ктросети с нормированными погрешностями.

Фиксация максимальной мощности нагрузки с заданным усреднением.

Фиксация даты и времени максимальной активной и реактивной мощности для каждой тарифной зоны.

Запись и хранение данных графика нагрузки и параметров сети в памяти счетчика.

Передача результатов измерений по цифровым и импульсным каналам связи.

Автоматический контроль нагрузки и сигнализация о выходе параметров сети за установленные пределы.

Учет потерь в силовом трансформаторе и линии электропередачи.

Счетчик АЛЬФА A1800 может быть оборудован одновременно несколькими независимыми цифровыми интерфейсами (RS-485, RS-232) для поддержки различных задач в информационном обмене.

Счетчик АЛЬФА А1800 обладает увеличенной памятью, что позволяет ему вести запись трех независимых массивов профиля нагрузки по энергии и мощности с разными интервалами усреднения (1, 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30 и 60 мин.) А также до 32 различных графиков параметров сети с двумя различными интервалами.

Кроме того, записанные за последний интервал данные параметров сети, которые хранятся в отдельном блоке памяти счетчика, можно считывать напрямую с частотой порядка нескольких секунд. Коммерческие данные по электроэнергии и мощности можно считывать при этом по второму цифровому интерфейсу, с другой частотой, например 30-мин. Что позволяет использовать счетчик АЛЬФА А1800 одновременно в качестве прибора коммерческого учета и как датчика (с замещающими данными) для систем оперативно-диспетчерского и технологического управления SCADA.

Встроенная плата дополнительного питания, замена батареи без вскрытия счетчика, 16-сегментный дисплей с подсветкой, открытый протокол ANSI для чтения счетчика — дополнительные опции, которые обеспечивают удобство работы с новым счетчиком.

Расширенные функции защиты Счетчик АЛЬФА А1800 отличается повышенным уровнем защиты коммерческой информации от ошибок и преднамеренных действий.

Защита от несанкционированного доступа (паролями на ПО, счетчик и пломбированием).

Фиксация даты и времени снятия крышки счетчика и к.

рышки клеммника.

Запись фактов изменения конфигурации счетчика.

Фиксация попыток связи с неверным паролем.

Фиксация отключения фаз напряжения.

Измерение мощности по модулю для каждой фазы.

Фиксация фактов реверса энергии.

Фиксация превышения заданных.

порогов по мощности.

Самодиагностика.

Увеличенный журнал событий (до 255 записей во всех журналах, до 35 наборов авточтения) .

Счетчик АЛЬФА A1800 защищен прочным поликарбонатным корпусом и обладает исключительными рабочими характеристиками, даже при изменчивых и суровых внешних условиях, будь то экстремальные температуры, вода или пыль.

Стандарты и сертификаты Счетчики АЛЬФА А1800 успешно прошли все необходимые испытания и внесены в Государственный реестр средств измерений РФ под № 31 857−06.

Счетчики АЛЬФА А1800 выпускаются в соответствии с ТУ 4228−011−29 056 091−05 и стандартами:

ГОСТ Р 52 320−2005. Общие требования. Испытания и условия испытаний.

ГОСТ Р 52 323−2005. Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0,5S.

ГОСТ Р 52 322−2005. Статические счетчики активной энергии кл. точности 1 и 2.

ГОСТ 26 035–83 (в части измерений реактивной энергии).

ГОСТ 22 261–94. Средства измерений электрических и магнитных величин.

Производство Эльстер Метроника сертифицировано по международным стандартам качества ISO 9001. Сертификат выдан международной независимой организацией КЕМА (Голландия) по сертификации продукции в области энергетики.

Основные модификации Счетчик АЛЬФА А1800 выпускается в двух основных модификациях:

A18xxRL-P4G-DW.

— 2 величины в многотарифном режиме (активная и реактивная, либо активная в двух направлениях).

— память (L) для хранения данных графиков нагрузки и параметров электросети (4 графика с 30-мин. интервалами 180 дней),.

— 4 гальванически развязанных реле (Р4).

— цифровой порт (G) с двумя интерфейсами RS-485 или RS-232.

— W для подключения внешнего источника питания 70 -280 В.

— D — подсветка дисплея.

A18xxRAL-P4G-DW.

— 6 величин в многотарифном режиме (активная и реактивная в двух направлениях, реактивная по 4 квадрантам).

— память (L) для хранения данных графиков нагрузки и параметров электросети (4 графика с 30-мин. интервалами за 180 дней),.

— 4 гальванически развязанных реле (Р4).

— цифровой порт (G) с двумя интерфейсами RS-485 или RS-232.

— W для подключения внешнего источника питания 70−280 В.

— D — подсветка дисплея Также имеется возможность выбрать дополнительные опции:

Х — Дополнительная память для хранения данных графика нагрузки и параметров элек-тросети (например, 4 графика с 30-мин. интервалами = 1800 дней).

Q — Измерение параметров электросети с нормированной погрешностью (в соответствии с описанием типа).

B, S — Дополнительный независимый цифровой порт с интерфейсом RS-485 (В), или с интерфейсом RS-232 (S).

3, 4 — Двухили трехэлементный счетчик Интерфейсы В счетчике АЛЬФА A1800 может быть установлено до 6 импульсных выходов и два независимых цифровых порта для работы одного счетчика на две системы АСКУЭ.

G — основной цифровой порт Основной цифровой порт с двумя интерфейсами RS-485 и RS-232 всегда присутствует в базовой модификации счетчика. При этом работать единовременно можно только через один интерфейс.

B, S — дополнительный цифровой порт Второй цифровой порт (позволяет работать независимо от первого) располагается на дополнительной плате, на которой возможно установить интерфейс RS-485 (В) или RS-232 (S).

Технические характеристики счетчика АЛЬФА A1800.

УСПД RTU-325.

Назначение.

УСПД RTU-325 предназначены для сбора, обработки, хранения данных, собранных со счетчиков электроэнергии и передачи их на верхний уровень..

Устройства предназначены для построения цифровых, пространственно распределённых, проектно-компонуемых, иерархических, многофункциональных автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии и мощности (АСКУЭ) с распределённой обработкой и хранением данных. Предназначено для эксплуатации в безоператорном режиме..

Работает со счетчиками различных производителей. Возможность измерения токов, напряжений, частоты и мониторинг мощности входят в базовый комплект поставки..

Функциональные характеристики УСПД RTU-325.

(версия прошивки ПО № 2.06).

1. Сбор данных со счетчиков.

2. Каскадное включение УСПД.

3. Расчеты и архивы.

4. Поддержка связи с системами верхнего уровня.

5. Поддержка единого времени в системе.

6. Способы ввода и отображения информации встроенного программного обеспечения.

7. Конфигурирование УСПД.

8. Диагностика работы УСПД.

9. Журнал событий.

10. Защита от несанкционированного или ошибочного доступа Полностью соответствует требованиям НП «АТС» .

В базовый комплект поставки УСПД RTU-325 входят:

Энергонезависимая память 512 Mb.

Ethernet.

Интерфейсы — RS-232 и RS-485.

Консоль для конфигурирования.

Встроенный пульт управления.

Клеммник.

Высокопрочный корпус с защитой IP-65 с 3 пломбируемыми отсеками.

2 источника питания AC/DC и DC/DC.

Лицензионная операционная система QNX и встроенное приклад.

ное ПО.

Стандартные конфигурации.

RTU-325-E1−512-M3-G.

RTU-325-E1−512-M3-B4-G.

RTU-325-E1−512-M3-B8-G.

RTU-325-E1−512-M11-G.

Обозначения:

Ex — число портов Ethernet.512 — объем энергонезависимой памяти в Mb Mx — число полномодемных интерфейсов RS — 232.

Bx — число гальваноразвязанных интерфейсов RS-485.

G — дисплей Температурный диапазон до -40°С — по отдельному запросу Технические характеристики УСПД RTU-325.

Информация по технологиям построения сети.

Мы должны спроектировать локальную вычислительную сеть (ЛВС) для сбора информации о потребляемой энергии с предприятий. ЛВС — это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Топология — схема сети. Наиболее распространены топологии: «шина» — когда все компьютеры соединяются одним кабелем (который, возможно, состоит из последовательно соединенных кусков), и «звезда» — каждый компьютер соединен своим кабелем с «центром звезды» (каким-либо активным сетевым устройством). «Шину» и «звезду» можно комбинировать — например, на предприятии в каждом подразделении компьютеры соединяются «звездой», а между собой подразделения (т.е. центры этих «звезд») соединены «шиной» .

" Шина" чаще всего реализуется с помощью коаксиального кабеля, точнее — «тонкого коаксиала». Есть еще и «толстый коаксиал», но он применяется редко. Для использования в ЛВС применяется кабель с волновым сопротивлением 50 Ом; обозначение кабеля, пригодного для ЛВС — RG-58. Максимальная скорость обмена данными в сетях на коаксиале — 10 Мбит/с.

Говоря о топологии «звезда», чаще всего подразумевается сеть на UTP — неэкранированной витой паре. Кабели UTP имеют четыре таких пары в общей диэлектрической оболочке, и по своим свойствам делятся на категории. UTP-кабели 5-й категории позволяют обмениваться данными со скоростью до 100 Мб/с.

В своем расчете я использую топологию звезда. Для топологии звезда помимо кабелей-разъемов и сетевых плат требуется активное сетевое оборудование (концентраторы, коммутаторы), но «звезда» более надежна: если в одном из ее «лучей» нарушается контакт, то из сети выпадает только то устройство (компьютер, сетевой принтер), к которому ведет этот «луч». Правда, если нарушается связь с сервером или единственным в офисе сетевым принтером, это все равно очень неприятно; но локализовать такую неисправность гораздо легче, чем в коаксиальной «шине», где приходится одно за другим проверять все соединения.

По заданию надо построить сеть между предприятиями и ЦДП, между которыми расстояние 8 км, на основе трех технологий: оптоволокно, хDSL-модемы и радиосвязь.

Сеть на базе оптоволокна.

В свое время возникла необходимость размещать устройства хранения данных вне корпуса обрабатывающего их компьютера.

Одной из первых таких возможностей представила шина SCSI. Она позволила подключать к одному контроллеру до 15 устройств удаленных на расстояние до 25 м. С ростом скорости обмена информацией по SCSI шине расстояние и тип одновременно используемых на шине устройств уменьшились. Но потребность в высокой скорости и большом расстоянии между устройствами, наоборот, выросла. Тогда на выручку пришли волоконнооптические технологии, уже хорошо зарекомендовавшие себя в локальных и глобальных вычислительных сетях и широко используемые.

Поначалу оптическим кабелем связывали непосредственно контроллер в компьютере с дисковой стойкой, Затем эта идея развилась и трансформировалась сети хранения данных — SAN (Storage Area Network) — к которым стало возможно подключать не только диски, но и другие устройства хранения, например, ленточные и оптические накопители и библиотеки. Применение оптоволокна позволило обойти ограничения, налагаемые электрическим интерфейсом. Так стало возможным увеличить скорость передачи данных сначала до 100 Мбит/с, потом до 1 Гбит/с и сегодня уже есть оборудование, способное работать со скоростью 2 Гбит/с. Расстояние при этом тоже значительно увеличилось — при применении соответствующего оптоволокна и излучателей оно может достигать 200 м, 500 м, 10 км и даже до 100 км без дополнительной ретрансляции сигнала. Еще одним важным моментом стала возможность, в отличие от SCSI, подключать к одной системе хранения более двух управляющих компьютеров. Таким образом стало возможным построение многоузловых кластеров. К тому же, на оптические сигналы не воздействуют электрические помехи и магнитные поля.

Многоузловые кластеры, а также сети данных с несколькими хранилищами, требуют для соединения компонентов между собой концентраторов или коммутаторов. Применение концентратора или коммутатора Fibre Channel зависит от количества компонентов в SAN или кластере, необходимой скорости обмена данными между узлами и других условий. В данном решении предлагается разместить элементы кластера не просто в разных комнатах, но и на разных этажах.

Необходимыми составляющими оптической связи будут являться собственно волоконнооптические кабели, оптоэлектронные преобразователи (GBIC — GigaBit Interface Converter), FC-контроллеры для управляющих компьютеров и FC-концентраторы или FC-коммутаторы в зависимости от условий.

При больших расстояниях (до 10 км) необходимо использовать длинноволновые GBIC-LW и одномодовый оптический кабель диаметром 9 микрон.

Сеть выглядит следующим образом:

Сеть на базе xDSL модемов.

DSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). DSL — одна из новейших технологий, позволяющая по обыкновенным медным парам объединять локальные сети, телефонные станции, обеспечивать доступ к удаленным корпоративным сетям, обеспечивать доступ к сети Интернет. Для организации линии DSL используются существующие телефонные линии; данная технология тем и хороша, что не требует прокладки дополнительных телефонных кабелей. Современные технологии DSL дают возможность организации высокоскоростного доступа в Интернет как для обычного пользователя, так и для предприятий и организаций, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линии, соединяющих пользователя и провайдера (от 32 Кб/с до 50 Мб/с).

Исходя из вышеизложенного можно сделать начальный вывод о DSL-технологии: технология DSL позволяет организовывать высокоскоростные каналы на существующих медных линиях, что влечет за собой уменьшение финансовых затрат предприятия или организации для подключения к сети Интернет и объединения удаленных ЛВС.

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line — однолинейная цифровая абонентская линия).

SDSL — технология, обеспечивающая симметричную передачу данных со скоростями от 64 Кб/с до 2 Мб/с. В технологии SDSL для организации цифрового канала используется только одна пара проводов, максимальное расстояние передачи ограничено 8 км (диаметр медной жилы 0.5).

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия).

ADSL — технология, обеспечивающая асимметричную передачу данных, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. ADSL — идеальная технология для организации доступа в сеть Интернет. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия).

HDSL — симметричная технология передачи данных, то есть скорости передачи в обе стороны равны. Благодаря скорости передачи (1.544 Мб/с по двум парам проводов и 2.048 Мб/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL для организации каналов T1/E1.

Итак, кратко познакомившись с технологией DSL, можно сделать некоторые выводы.

DSL-технология обеспечивает высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но все равно скорость этого оборудования намного выше, чем скорость обычного модема.

DSL-технология — наиболее экономически выгодный вариант для объединения ЛВС, телефонных станций, организации доступа в Интернет и доступа к корпоративным сетям предприятия или организации.

Для построения своей сети по технологии xDSL я воспользовалась существующими телефонными линиями местного телефонного оператора. Часть оборудования надо установить: по одному ADSL-модему на предприятие и исходя из пропускной способности необходимое количество на ЦДП.

Беспроводные сети операторов и корпоративных клиентов создаются для объединения сегментов корпоративных сетей при отсутствии между ними проводных или волоконно-оптических каналов или необходимости их резервирования, а также для беспроводного доступа к сетям общего пользования.

В зависимости от выбранного критерия сеть строится либо на беспроводных сетевых адаптерах с использованием точки доступа в качестве базовой станции, что обеспечивает минимальную стоимость, либо на беспроводных мостах (/маршрутизаторах), что позволяет достичь максимальной производительности.

Сеть на беспроводных адаптерах позволяет подключать по радио к точке доступа базовой станции, как отдельные компьютеры, так и проводные сети, при назначении одного из компьютеров такой сети сервером радиодоступа и оснащении его проводным и беспроводным сетевым адаптером.

Поскольку в подобных сетях практически отсутствуют средства фильтрации широковещательного трафика, их реальная производительность несколько меньше, чем у сетей, построенных на базе беспроводных мостов (/маршрутизаторов). Такие устройства могу использоваться как для создания каналов точка-точка, так и для развертывания масштабных сетей сложной топологии с возможностью многократной ретрансляции сигналов.

Серия Cisco Aironet® 1300 — это серия внешних (outdoor) точек доступа и мостов работающих под стандартом IEEE 802.11g и обеспечивающих высокоскоростной доступ до 54Mbps. Основой Cisco Aironet 1300 является операционная система Cisco IOS®, которая позволяет работать с такими технологиями как Fast Secure Roaming, QoS и VLAN. Универсальная гибкость серии Cisco Aironet 1300 позволяет ей работать как точка доступа, беспроводной мост и беспроводной бридж для рабочих групп.

Access Point (точка доступа).

Серия 1300 специально разрабатывалась на внешнее исполнение, но может также использоваться внутри помещений. Данная серия является идеальным устройством для беспроводных сетей (WLAN), серия Aironet 1300 Wi-Fi сертифицирована и гарантированно будет поддерживать все будущие технологии.

Bridge (мост).

Серия Cisco Aironet 1300 поддерживает соединения point-to-point и point-to-multipoint. Эта серия была создана на замену устаревшей Cisco Aironet 350 Wireless Bridge, в тоже время, обеспечивая полную совместимость с существующими сетями на базе Cisco Aironet 350 Wireless Bridge. В режиме bridge клиент может ассоциироваться на устройстве, таким образом, обеспечивается одновременная работа в режимах bridge и access-point.

Workgroup Bridge (бридж для рабочих групп).

В режиме workgroup bridge серия Cisco Aironet 1300 обеспечивает соединение Ethernetсети с сетью WLAN. При использовании обычных Ethernet коммутаторов Cisco Aironet 1300 Workgroup Bridge может обеспечить доступ до 255 устройств (МАС-адресов) к точке доступа или к мосту.

Рассматривая технические характеристики серии Cisco Aironet 1300, можно выделить следующие:

? работа на скоростях до 54 Mbps в диапазоне 2.4 GHz.

? область покрытия 32 км на 11 Mbps.

? максимальная пропускная способность 28 Mbps.

? максимальная мощность передачи 100 mW (802.11b) и 30 mW (802.11g).

? поддержка технологии Fast Secure Layer 2 Roaming для non-root bridges и workgroup bridges.

? поддержка технологии QoS (24 VoIP-каналов по соединению point-to-point).

? поддержка до 16 VLAN.

? поддержка внешних типов антенн.

? расширение дополнительных возможностей (в будущем) благодаря Cisco IOS.

? поддержка (в будущем) протоколов AES и технологий стандарта IEEE 802.11i.

? поддержка в режиме точки доступа протоколов Wi-Fi Protected Access (WPA).

? поддержка протоколов аутентификаций серии 802.1X: Cisco Extensible Authentication Protocol (LEAP), Extensible Authentication Protocol Transport Layer Security (EAP TLS), Protected Extensible Authentication Protocol (PEAP), EAP Tunneled TLS (EAP TTLS), EAP Subscriber Identity Module (EAP SIM) и EAP Flexible Authentication via Secure Tunneling (EAP FAST).

? поддержка в режиме мост протоколов аутентификации LEAP по алгоритмам Cisco TKIP и WPA TKIP.

? поддержка технологий управления через CiscoWorks Wireless LAN Solution Engine (WLSE), компонента Cisco SWAN.

? режимы работы:

а) Root access point.

б) Root bridge, with client association.

в) Non-root bridge without client association.

г) Workgroup bridge.

? поддержка технологий работы Hot Standby, Load Balancing, Cisco Fast EtherChannel® и Port Aggregation Protocol (PAgP).

Компоненты серии Cisco Aironet 1300.

Outdoor Access Point/Bridge (AIR-BR1310G-x-K9/AIR-BR1310G-x-K9-R).