С недавним прогрессом в технологиях и переходом на цифровую сеть, беспроводная связь приобретает все большую популярность как расширение проводной связи для сетевого оборудования, такого как автоматические выключатели, объединяющие блоки, фотоэлектрические инверторы, зарядные устройства для электромобилей и другие системы мониторинга активного подключения к электрической сети. Беспроводная связь — это привлекательное по стоимости решение для распределенного управления энергоресурсами и мониторинга работоспособности участков электрической сети, учитывая сокращенное время развертывания для защиты и управления сетью.
Беспроводные технологии, такие как Wi-Fi, Sub-1 ГГц, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) и многополосные стандарты, могут передавать большие объемы данных с управляемыми уровнями мощности. Пользователи могут беспрепятственно контролировать, защищать и управлять сетевым оборудованием локально или удаленно, получая доступ к системным данным через мобильное устройство или облако без ущерба для безопасности сети. Мониторинг беспроводных подключений можно легко установить на существующее оборудование, не прибегая к усложнению системы подземных кабелей.
Давайте обсудим пять ключевых соображений при интеграции Wi-Fi в сетевое оборудование.
Выбор архитектуры для реализации подключения Wi-Fi
Выбор подходящей архитектуры сети зависит от типа покрытия сети и расположения элементов сети, хранилища данных и конечных пользователей. У вас есть две архитектуры на выбор:
- Подключение к внешней точке доступа (AP) и / или облаку. Если вы хотите подключиться к уже установленной внешней точке доступа и получить доступ к данным из облака, оборудование с устройством Wi-Fi, такое как CC3235S, CC3235SF или CC3220S, CC3220SF, настроено в режиме станции (STA). Устройство подключается к уже установленной внешней точке доступа. Элементы электрической сети могут отправлять или получать сообщения на удаленное портативное устройство, которое подключается к той же точке доступа или к сети интернет, как показано на рисунке ниже.
- Подключение по локальной сети. Для частных сетей, если вы хотите минимизировать диапазон сети, чтобы предотвратить более широкий доступ, или если внешняя точка доступа недоступна, устройства могут настроить свою собственную локальную сеть и обмениваться данными с другими девайсами. Одно устройство настроено как точка доступа, а другие устройства подключаются к нему в режиме станции (STA), как показано на рисунке ниже. Доступ к элементам сети и данным можно поддерживать локально в пределах зоны установленной сети. Эта архитектура ограничивает количество станций, которые могут подключаться к одной точке доступа SimpleLink, всего четырьмя.
Подготовка
Подготовка — это процесс предоставления сетевых учетных данных устройства, которое впервые подключается к беспроводной сети. CC3220, CC3235 предоставляет два безопасных метода обеспечения:
- Подготовка точки доступа. В этом режиме неподготовленное устройство Wi-Fi изначально активируется как точка доступа. Это позволяет устройству создавать собственную беспроводную сеть с предварительно определенным именем сети, позволяя пользователям подключаться к внешнему устройству и добавлять профиль для настройки этого модуля. Используя данный режим, пользователи должны знать, к какому модулю подключаться для обеспечения безопасного подключения с использованием защищенной аутентификации пользователя.
- Подготовка SmartConfig. Это запатентованный метод обеспечения Texas Instruments (TI). Он использует смартфон или планшет для передачи сетевых учетных данных на неидентифицированный модуль Wi-Fi TI. Устройство сканирует широковещательные передачи SmartConfig во время работы в режиме станции (STA) или точки доступа (AP).
Обмен данными
Одним из ключевых преимуществ подключения к Wi-Fi является доступ по запросу к большим потокам данных электрической сети. Данные могут включать такие параметры, как фазное напряжение, ток, мощность, коэффициент мощности и много других параметров, а также такие факторы, как рабочая температура, вибрация и повреждение изоляции, которые указывают на работоспособность участка электрической сети. Данные также могут быть использованы для мониторинга состояния системы / оборудования.
Для других приложений беспроводной доступ позволяет управлять настройками оборудования, отправляя команды через облако в удаленные сетевые участки. Также возможно обновление встроенного программного обеспечения оборудования через облако с помощью беспроводных технологий передачи данных.
Потребляемая мощность
Хотя доступ к источнику питания для энергосистем не является проблемой, важно минимизировать потребление тока беспроводной подсистемой, так как большинство сетевого оборудования работает в течение десятилетий. Среднее энергопотребление для технологии Wi-Fi зависит от таких факторов, как размер передаваемых данных, интервал передачи и задержка. В зависимости от интервала передачи данных и задержки, можно выбрать два режима работы:
- Устройство находится в режиме «всегда подключен» для приложений с минимальной задержкой. Он получает маяки (beacons) от точки доступа через определенные промежутки времени. Режим низкого энергопотребления в режиме глубокого сна (LPDS) включен между маяками в качестве настройки с длительным интервалом ожидания (LSI). Точка доступа может запрашивать данные во время «маяковых» сигналов, поскольку станция находится в режиме постоянного прослушивания. Кроме того, STA может передавать данные между маяками, если это необходимо. Характеристики потребления тока в этом режиме приведены ниже.
- Средний ток, потребляемый решением CC3220 Wi-Fi микропроцессора, составляет ~ 700 мкА (0,1-с маяком) и 2 мА при передаче данных.
- Источник питания должен быть рассчитан на пиковые нагрузки, как показано в таблице ниже.
- Устройство может находиться в режиме «прерывистого подключения» для приложений, в которых данные передаются с более длительными интервалами (≥10 с), чтобы дополнительно минимизировать мощность. Однако в этом режиме точка доступа не может запрашивать данные, и станция инициирует запрос данных. STA требуется ~ 250 мс, чтобы проснуться и установить соединение.
На рисунке ниже показаны переключаемые профили мощности
Безопасный удаленный мониторинг и сетевая безопасность
Безопасность — это первостепенное значение в энергосистеме, чтобы помочь минимизировать угрозу от доступа несанкционированных пользователей, получающих доступ к конфиденциальным данным и возможность контроля сетевое оборудование. Одна из точек воздействия угрозы находится на сетевом уровне, где сетевое оборудование подключается к облаку. Устройство SimpleLink Wi-Fi обеспечивает сетевую безопасность, безопасность локальной сети (LAN) и физическую защиту на уровне модулей на разных уровнях подключения.
Следующее поколение устройств Wi-Fi SimpleLink от Texas Instruments
Устройство Wi-Fi CC3235S, CC3235SF SimpleLink поддерживает частоту 5 ГГц в дополнение к 2,4 ГГц и совместимо с Bluetooth Low Energy / 2,4 ГГц. И хотя безопасность является одной из самых больших проблем беспроводной связи, в CC3235S, CC3235SF были включены такие усовершенствования, как аппаратные криптоускорители, шифрование файлов, аутентификация файлов, защита клонов и безопасная загрузка, чтобы предотвратить возможность получения доступа к системе неавторизованным пользователям. Эти устройства обеспечивают повышенную безопасность благодаря сертификации Федерального стандарта обработки информации (FIPS) 140-2 уровня 1 с возможностью одновременного использования до 16 защищенных сокетов. На рисунке ниже показана функциональная блок-схема для CC3235S, CC3235SF.
Инженеры могут использовать подключение Wi-Fi в качестве расширения или в качестве резервного канала связи в дополнение к проводной связи. Wi-Fi можно использовать для расширения возможностей подключения, чтобы отслеживать и контролировать любые устройства из удаленного местоположения через облако. Радиомодули Wi-Fi CC3220S, CC3220SF и CC3235S, CC3235SF со встроенным сетевым процессором и процессором приложений (ARM Cortex-M4), широкими функциями безопасности и эталонными конструкциями обеспечивают простой, быстрый и безопасный способ добавления Wi-Fi, подключение к сетевому оборудованию жилых домов или подстанций.
