-
SKOÐUN Á MÖGULEGRI NOTKUN
FJARSKIPTASTAÐALS
IEC 61850 Á MILLI TENGIVIRKJA LANDSNETS
Jón Bersi Ellingsen
Lokaverkefni í rafiðnfræði
2016
Höfundur/höfundar: Jón Bersi Ellingsen
Kennitala: 0403714-869
Leiðbeinandi: Guðjón Hugberg Björnsson
Tækni- og verkfræðideild
School of Science and Engineering
-
Háskólinn í Reykjavík Menntavegi 1, 101 Reykjavík sími: 599 6200
www.ru.is
Tækni- og verkfræðideild
Heiti verkefnis:
Skoðun á mögulegri notkun fjarskiptastaðals IEC 61850 á milli
tengivirkja Landsnets
Námsbraut: Tegund verkefnis:
Rafiðnfræði Lokaverkefni í iðnfræði
Önn: Námskeið: Ágrip:
2016-1 RI LOK1006 Skoðað er hvort möguleiki er að nota varnir á
etherneti til að stjórna rofabúnaði á flutningsneti Landsnets með
tilliti til svartíma fjarskipta
Höfundur:
Jón Bersi Ellingsen
Umsjónarkennari:
Kristinn Sigurjónsson
Leiðbeinandi:
Guðjón Hugberg Björnsson
Fyrirtæki/stofnun:
Dagsetning: Lykilorð íslensk: Lykilorð ensk:
25.5.2016 Fjarskipti, Tímamælingar
Dreifing: Opin lokuð til:
X
-
Efnisy�rlit
1 Inngangur 2
2 Fjarskiptaker� Orkufjarskipta 2
3 IEC 61850 43.1 Inngangur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Tegundir gagna .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 43.3 Gæði (e.QoS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.4 Svartími . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 53.5 Þjónustur í ker� LN . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.5.1 Fjarlægðarvarnir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 53.5.2 Vöktun og stýring . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.5.3
Ástandsgreiningar og eftirlit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 53.5.4 Víðsjá . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4 Framkvæmd og mælingar 74.1 Mælingar með Omicron . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2
Mælingar með breytilegum pakkastærðum . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 9
4.2.1 Grunnmælingar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 94.2.2 Mælingar og útreikningar . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2.3
Samanburður á mældum og reiknuðum gildum . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 12
5 Niðurstöður / Lokaorð 13
6 Heimildir 14
Myndaskrá
1 Mynd af fjarskiptaker� OF . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 32 WAMS - dæmi um staðsetningu PMU
eininga [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Vegalengdir
og uppsetning fjarskiptaker�s OF . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 74 Omicron CMC-353 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Omicron ISIO-200 . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76 Vegalengdir og uppsetning fjarskiptaker�s OF með cisco skiptum .
. . . . . . . . . . . 97 Uppsetning fyrir grunnmælingu . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Tö�uskrá
1 Flokkar svartími samkvæmt IEC 61850 90-12 [1, bls.50] . . . .
. . . . . . . . . . . . . 52 Útreiknaðir tímar . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Tímamælingar með Omicron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 84 Samanburður á mældum og reiknuðum tíma . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Svartími miðað við
mismunandi stærð á pökkum og mismunandi fjarlægðir . . . . . . 96
Svartími fyrir 128 og 256 kb/s rásir . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 107 Útreikningur á töf við tengiskil . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Svartími í ms með breytilegri pakkastærð . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 119 Reiknaður tími út frá jöfnu 2 . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110 Mismunur
á reiknuðum gildum og mældum . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 12
1
-
1 Inngangur
Í þessu verkefni verður staðallinn IEC 61850, hluti 90-12 sem
fjallar um samskipti y�r víðnet eða WAN(e. Wide area
network).Áhersla verður lögð á að skoða þann hluta sem fjallar um
svartíma margskonar þjónustna sem snýrað ker�svöktun og
ker�sstýringu hjá Landsneti (LN).Settur verður upp búnaður í
stjórnstöð LN á Gylfa�öt (GYL) í samstar� við LN sem keyrir á
þessumstaðli, sem gerir þá kröfur að svartími samskipta sé undir
30ms svo merki sé tekið gilt til stjórnunnará rofabúnaði.Tengdar
verða upp nokkrar mislangar leiðir innan kerfa Orkufjarskipta (OF)
og þær tímamældar ogathugað hvernig sá svartími fellur inn í
staðalinn IEC 61850 miðað við vegalengd fjarskiptalagna ogfjölda
tengipunkta/búnaðar sem merkið fer um.Til að hægt sé að reikna
svartími uppsettra sambanda m.t.t vegalengdar, fjölda og gerðar
búnaðar,verða uppsett sambönd lengd eða stytt og reynt að �nna út
þau mörk sem IEC 61850 staðallinn seturum svartíma á mismunandi
þjónustum.
2 Fjarskiptaker� Orkufjarskipta
Orkufjarskipti (OF) eiga og reka fjarskiptaker� sem byggir á
rásaskiptu ker�. Grunnlag ker�sins erSDH ker� (e. Synchronous
Digital Hierarchy) sem notar ljósleiðara sem burðarlag og hefur
�utnings-getuna 622Mb/s. Þetta burðarlag liggur um stóran hluta
landsins eins og sjá má á mynd 1. Ker�OF er ekki opið fyrir aðrar
notendur en Landsvirkjun (LV) og LN. Bæði í tilviki LN og LV er
enginutanaðkomandi �utningur á þeim rásum sem þeim er úthlutað í
kerfum OF.
Grunneining SDH ker�s er byte eða 8 bitar. Þessum bitum er svo
raðað í ramma sem afturafmarkast af tíma. Hver rammi hefur lotuna
125µs og er 8 bita og því er hraði (e. rade) þessa rammage�n
sem:
hradi =8
125µ= 64kb/sek
Þannig er minnsta eining SDH kerfa 64kb/s. Þessum einingum eða
rásum er svo safnað saman ístærri einingar. 32 rásum er safnað
saman til að mynda einn E1 straum sem gefur þá 32x64kb/s =2048kb/s
eða 2Mb/s. 21x E1 straum er safnað saman í einn STM straum eða
STM-1 samtals155Mb/sek.[2]
Ker� OF hefur eins og áður sagði y�r að ráða STM-4 sem er 4 x
STM-1 þar sem ljósleiðari OF ertil staðar.Undir SDH ker�nu er svo
keyrt á öðru ker�, sem nefnist PDH (e. Plesiochronous Digital
Hierarchy).Það ker� er forveri SDH og hefur sömu uppbyggingu á
grunnrásum og SDH. Munur SDH og PDHliggur helst í, fyrir utan
bandbreidd, að SDH er taktfast ker� (e. synchronous) á meðan PDH er
kallað"nærri" taktfast, það er PDH gerir ekki sömu kröfur til
nákvæmni í tíma eins og SDH sem er mjögviðkvæmt fyrir öllum
frávikum í klukkuhraða.Minnsta rás í PDH er 64kb/s og mesta
bandbreidd PDH-kerfa Orkufjarskipta er 2 Mbit/s (E1) semsamsvarar
til 32 rása af stærð 64kb/s. PDH notar svo rás 1 og 16 fyrir sync
og control ef straumnumer notaður rás fyrir rás og því eru aðeins
30 rásir sem eru notanlegar fyrir fjarskipti í hverjum E1straum.PDH
ker�ð er enn þá notað vegna fjölbreytilegra tengiskila, má þar
nefna X.21, V.35 og annarra serialsambanda allt niður í 1200 bit/s.
auk þess að geta �utt Ethernet sambönd. Serial samskipti eru
ennmikið notuð í varnarsamskiptum fyrir mismunastraumsvarnir og
fjarlægðarvarnir. Með tilkomu nýrravarna sem nota ethernet þá eru
þessum serial samskiptum að fækka. Eins eru orkufyrirtækin að takaí
notkun nýjar aðferðir til vöktunar og stýringa sem �estar byggja á
ethernet samskiptum. Þar ersvartími í samskiptum lykilþáttur. Það
leiðir til þessarar skoðunar á svartímum mismunandi kerfa.
Þar sem OF og LN hafa ekki aðgang að ljósleiðara inn í öll
tengivirki á landinu þá verður OF ogLN að reiða sig á leigulínur og
þjónustu frá Mílu eða Vodafone. Bandbreidd leigulína er í
�estumtilfellum 2Mbit eða með öðrum orðum E1 straumur.
Ókostur PDH kerfa er líka þeirra helsti kostur þegar kemur að
etherneti í þeim skilningi að PDH /SDH ker� eru rásaskipt "point to
point "ker� þar sem leiðin og bandbreiddin er valin strax í
uppha�.
2
-
Ekki er hægt að samnýta bandbreidd enda samband frátekið fyrir
tiltekin afnot í samanburði viðethernet ker�. Ethernet ker� er
svokallað pakkaker� (e.packet switched) þar sem allar þjónustur
getanotað alla þá bandbreidd sem er í boði. (MPLS ethernet ker�
geta að vísu aðgreint þjónustur en eruekki hér til umræðu vegna
kostnaðar og skorts á bandbreidd ) Á hinn bóginn er sama virkni
líka helstistyrkleiki PDH kerfa enda er mjög mikilvægt að þjónustur
geti fengið úthlutað sinni eigin rás semleiðir af sér að engin
hætta er á að mikilvæg gögn tapist vegna annarra þjónustu sem hafa
minna vægien þurfa mikla bandbreidd.
Mynd 1: Mynd af fjarskiptaker� OF
3
-
3 IEC 61850
3.1 Inngangur
Veitur nota fjarskiptanet til að tengja saman starfsstöðvar þar
sem fjarlægðir geta verið undir kíló-meter upp í að vera hundruð
kílómetrar. Þessi tegund af fjarskiptum kallast víðnet og um þau
erfjallað í staðlinum IEC 60850, hluta 90-12.Víðnet er samheiti
fyrir margar gerðir af fjarskiptum sem fara um mismunandi ker� eins
og ljósleiðara,örbylgju, koparstrengi og jafnvel ra�ínusíma
(e.power line carrier),(síðasti ra�ínusíminn var a�agður2013 hjá LN
vegna aldurs).Víðnet notar mismunandi fjarskiptastaðla eins og
SDH/PDH og Ethernet svo einhverjir séu nefndir.Á þessum
fjarskiptastöðlum eru svo veittar ýmsar þjónustur sem veiturnar
byggja rekstraröryggi sittá.Þar sem miðlun raforku er ein af
meginstoðum í innviðum �estra landa og stjórnun á rafdrei�ngu
ogframleiðslu er stjórnað að mestu leiti um fjarskiptanet þá eru
uppítímakröfur fjarskipta jafnvel meirien rafker�sins sjálfs, til
að hægt sé að gangsetja línur og a�stöðvar eftir útfall eins hratt
og kostur er.
Mikilvægi fjarskipta kemur helst í ljós við stórfelld áföll þar
sem innviðir verða fyrir miklu tjóni ogmargir reyna að ná sambandi
á sama tíma. Á slíkum tímum kemur mikilvægi aðskilnaðar
almennrafjarskipta og lokaðra fjarskiptakerfa, sem aðeins þjóna
raforkugeiranum, best í ljós. Einnig má heim-færa þetta á lokuð
fjarskiptaker� orkufyrirtækja þar sem svartími ýmissa þjónusta er
mis mikilvægur,þar getur verið varasamt að blanda saman þjónustum
þar sem mikilvæg gögn geta týnst vegna álagsfrá minna mikilvægum
gögnum.Í þessu sambandi má benda á að fjarskiptatæki sem ekki eru
nauðsynleg til reksturs t.d. tengivirkja,geta minkað uppitíma
annarra fjarskiptatækja sem eru t.d. mikilvæg við stjórnun rofa
eftir útföll oggeta komið í veg fyrir að hægt sé að setja inn línur
eða virkjanir.
Gagnaöryggi er einnig betur varið með því að aðskilja almenn
ker� frá þeim kerfum sem notuð erutil stjórnunnar á
raforkuker�nu.
3.2 Tegundir gagna
Mikilvægi gagna sem send eru á milli tengivirkja og stjórnstöðva
eru mismikil eftir tilgangi þeirra oger þeim skipt niður í �okka. Í
tö�u 1 má sjá þessa �okka og þær kröfur sem gerðar eru um
svartímamerkisins frá því það er sent þar til það er móttekið til
úrvinnslu.Við stjórnun raforkukerfa með sjálfvirkum stýrimerkjum er
nauðsynlegt að vita svartímann á milliþeirra staða sem senda á
stýrimerki milli, til þess að uppfylla þær kröfur sem að notkun
þeirra krefst.Tengundir gagna (e. tra�c types ) má skipta niður
eftir svartíma eins og gert er í tö�u 1Þessi merki skiptast í
eftirfarandi tegundir: [1]
• Reglubundin og tilfallandi samskipti með gögn sem eru
tímaháð.
• Reglubundin fjarskipti með gögn sem ekki eru tímaháð.
Reglubundin og tilfallandi samskipti með gögn sem eru tímaháð og
gagnamagn er mjög lítið (100til 200 octets) falla undir TL3 til
TL100. [1] Hér er átt við gögn sem notuð eru til að stýra
útleysingumá rofum í virkjum, sem dæmi a�rofum á
háspennulínum.Reglubundin fjarskipti með gögn sem ekki eru tímaháð
og af miklu magni eru í �okki TL300 tilTL1000. [1] Hér eru gögn
eins og MMS data (e. Manufacturing Messaging Specifacation),
atburðir(e. events), skráa�utningur (e. �le transfer) og vöktun.
Einnig myndmerki, tölvupóstur og öll önnurþjónusta sem ekki er
notað til beinnar stýringar eða vöktunnar. [1]Þær prófanir sem
gerðar verða eru eingöngu með gögn sem falla undir fyrri �okkin,
tímaháð gögn aflitlu magni.
3.3 Gæði (e.QoS)
Gæði fjarskipta skipta miklu máli í rekstri tengivirkja.
Mikilvæg gögn verða að berast innan ákveð-inna tímamarka til að þau
séu nothæf samkvæmt kröfum. Helstu þættir sem hafa áhrif á gæði
eru:Bandbreidd, pakkatap, vegalengdir og gerð fjarskipta. [1]
4
-
Wan latency class Svartími NotkunnTL1000 ≤ 1000 ms Önnur
gögnTL300 ≤ 300 ms StýriskipanirTL100 ≤ 100 ms Sjálfvirkar
stýriskipanir, sem ekki þurfa mikinn hraðaTL30 ≤ 30 ms Sjálfvirkar
stýringar sem þurfa mikinn hraða (e. Fast
automatic interaction)TL10 ≤ 10 ms Fjarlægðarvarnir
(e.Teleprotection)TL3 ≤ 3 ms Mismunastraumsvarnir. (e. Di�erential
protection()
Ta�a 1: Flokkar svartími samkvæmt IEC 61850 90-12 [1,
bls.50]
3.4 Svartími
Svartíma má skipta upp í útbreiðslu töf (e. Propagation delay),
sem er 5 µs/km fyrir ljós og kopar ogúrvinnslutíma(e. residence
delay) sem er sá tími sem fjarskiptabúnaður notar til að ganga frá
gögnumfrá móttöku til sendingar. TDM ker� hafa fastan úrvinnslutíma
þar sem hver þjónusta hefur sínaforúthlutuðu bandbreidd. Svartími í
TDM kerfum er uppsafnanlegur ef gögn fara um mörg tæki ogþað er
einn af þeim þáttum sem þetta verkefni á að varpa ljósi á ásamt
útbreiðslutöfum. Ta�a 1 sýnirásættanlegan svartíma fyrir mismunandi
gerðir gagna.
3.5 Þjónustur í ker� LN
Flutningsker� LN og orkuframleiðsla LV og �eiri aðila krefjast
mismunandi þjónustu sem þurfa aðuppfylla mismunandi kröfur um
áreiðanleika og svartíma til að stjórnun á �utnings- og
framleiðslu-ker�nu sé tryggt.Kynning á helstu þjónustum LN sem fara
um víðnet verða reifaðar hér að neðan og skoðað í hvaða�okk þær
lenda miðað við tö�u 1.
3.5.1 Fjarlægðarvarnir
Fjarlægðarvarnir (e.Teleprotection) eru línuvarnir sem skima
eftir óvenjulegum gildum á spennu,straum og tíðni á háspennulínum
og eru tengdar rofabúnaði sem getur slegið út línunni ef þarf.Hér
eru tvær gerðir notaðar fjarlægðarvarnir sem eru í �okki TL30 og
mismunastraumsvarnir sem eruí �okki TL3. [1]
3.5.2 Vöktun og stýring
Hér er verið að sækja gögn frá tengivirkjum og virkjunum og
senda til stjórnstöðvar, t.d. um stöðu rofa,orkuframleiðslu og
a��utninga á háspennulínum. Einnig er verið að send stýriskipanir
frá stjórnstöðtil stýringar á a�rofum og orkuframleiðslu. Vöktun og
stýring fellur undir �okk TL300 eða jafnvelTL1000.[1]
3.5.3 Ástandsgreiningar og eftirlit
Ástandsgreining og eftirlit (e. Condition monitoring and
diagnosis) er notað fyrir eftirlit og greiningu,hér eru togmælar,
myndmerki af rofum og línum sem þarf að skoða við tilfallandi
aðstæður eins og ís-ingu og seltu. Sjálfvirkar fjarlægðarmælingar á
sliti og hitamælingar á jarðstrengjum. Ástandsgreiningog eftirlit
fellur undir TL300 til TL1000.[1]
3.5.4 Víðsjá
WAMS (e. Wide area Monitoring System) og WAMPAC (e. Wide Area
Monitoring, Protection andMonitoring) eða bara WAMS.WAMS
samanstendur af PMU (e. Phase Measurement Units ), PDC (e. Phasor
Data Concentrator)og CPE (e. Central Processing Equipment ).[1]PMU
eru mælar sem safna og senda mælingar á straum, spennu og tíðni
fyrir valin háspennubúnaðog eru staðsettar í tengivirkjum og
virkjunum.PMU sendir allar mælingar í CPE sem vinnur úr upplýsingum
frá mörgum PMU einingum og erstaðsettur í stjórnstöð LN á GYL.Ef
CPE verður var við óæskilega hegðun í drei�ker�nu eru gerðar
sjálfvirkar ráðstafanir til að mæta
5
-
þeim og gera raforkuker�ð stöðugt aftur. Þessar sjálfvirku
ráðstafanir geta falist í útleysingu á fyrir-fram völdu álagi eða
línum. Þessi gagna�utningur krefst stöðugra og hraðra samskipta ef
þau eiga aðvirka til að koma ker�nu í jafnvægi aftur. Hér er verið
að vinna á TL100. [1]
Mynd 2: WAMS - dæmi um staðsetningu PMU eininga [3]
6
-
4 Framkvæmd og mælingar
4.1 Mælingar með Omicron
Við framkvæmd mælinga var ákveðið að setja upp tvöfaldan
endabúnað í fjarskiptarými LN á GYLog gera þaðan tvær aðskildar
rásir til valdra tengistaða og snúa þar merkinu við. Það var gert
til aðfá mismunandi langar fjarskiptaleiðir og mismunandi fjölda
tækja sem gagnapakkinn færi um. Einnigauðveldar það allar mælingar
þar sem ferðir á milli staða eins og Reykjavíkur og Akureyrar
yrðunokkuð tímafrekar.Frá GYL var búin til 128 kbita/sek rás í
tengivirki LN á Akureyri, Rángarvelli (RAN), og þaðansömu leið til
baka á annarri eins rás. Á mynd 3 má sjá leið gagnapakkans og í
hvernig búnaði það er�utt með á hverjum tíma. Hægt er að stytta
leið gagnapakkans á nokkrum stöðum á leiðinni og hafaþar með áhrif
á lengdir og fjölda tækja sem gögnin berst í gegnum, Þessir staðir
eru GYL, Geitháls(GEH), Írafoss (IRA), Vatnsfell (VAT) , RAN og
Láxárvirkjun (LAX).
Mynd 3: Vegalengdir og uppsetning fjarskiptaker�s OF
Þegar farið var á stað með verkefnið var sett upp eftirfarandi
jafna til að reikna svartíma ker�sinsT miðað við gefnar
vegalengdir.
T = (2tt + n· tf + l· v) (1)
Stærðin T var ætlað að gefa svartíma á milli n-staða þar semT =
Heildar svartími í mstt = Tími við tengiskil, áætlað 1 mstf = Tími
í gegnum hvern fjarskiptastað, áætlað 0, 5 msl = Heildarvegalengd í
kmv = 0, 005ms/km útbreyðsluhraði í ljósleiðara og kopar.
Reiknaður var út svartími fyrir þrjár leiðir og þær bornar saman
við útreikningana sem gerðir erumeð jöfnu 1 fyrir sömu leiðir.
Mælingar voru gerðar með tveimur Omicron ISO 200 og Omicron CMC
356 mælitækjum semfengin voru að láni frá LN. Mælitækin má sjá á
myndum 4 og 5. [3]
Mynd 4: Omicron CMC-353 Mynd 5: Omicron ISIO-200
7
-
Omicron CMC-356 tímamælirinn gefur merki á inngang á ISIO-200,
tæki A, sem sendir það y�rethernet á tæki ISIO-200, tæki B, sem
skilar sama merki á inn á CMC-356, eins og sjá má á mynd 3.Einnig
var tekin mæling til viðmiðunar þar sem tækin voru tengd beint
saman á etherneti og reyndistsá tími vera að meðaltali 13, 7ms. Í
aftasta dálknum í tö�u 3 er búið að draga frá þann tíma semmælist
með tækin tengd bak í bak.
Útkoma útreikninganna má sjá í tö�u 2 og mælinganna í tö�u
3.
Leið Fjöldi tengiskila Fjöldi hoppa Vegalengd km Tími ms
GYL-GYL 2 3 0 km 3,5 msGYL-GEH-GYL 2 5 20 km 4,6 msGYL-RAN-GYL 2
7 790 km 9,4 ms
Ta�a 2: Útreiknaðir tímar
Mælingar tími í msekMeðaltími Rauntími
tm tr = tm − tomriGYL-GYL 31,5 31,6 32,2 29,5 31,8 31,32
17,62GYL-GEH-GYL 30,6 32,7 32,9 30,7 33,5 32,08 18,38GYL-RAN -GYL
38,7 38,6 36,1 36,1 38,7 37,64 23,94Omicron í Omicron
tomri 13,8 13,7 13,6 13,7 13,7 13,7
Ta�a 3: Tímamælingar með Omicron
Ef mældar niðurstöður og reiknaðar eru bornar saman, sjá tö�u 4,
þá sést að það eru u.þ.b. 14ms munur á mældri og reiknaðri leið þar
sem mælda leiðin hefur 14 ms lengri svartíma.Við athugun á
niðurstöðum mælinga og á reiknuðum gildunum sést að tíminn sem
tekur pakka aðfara leiðina GYL-GYL mældist 17 ms sem ætti aðeins að
vera nokkrar ms og að mismunur mældraog reiknaðra gilda er nærri 14
ms hærri en áætlað var.Við athugun kom í ljós að annar mikilvægur
þáttur hefur áhrif á svartíma pakka sem fara um PDHker�, en það er
bandbreidd pípunnar miðað við stærð gagnapakkans. Eins og áður
sagði þá var rásinsem búin var til aðeins 128 kb/s á stærð. Þannig
að pakka stærðin sem send er getur haft mikil áhrifá ta�r merkisins
þar sem pípan �ytur aðeins 128 kb/s.Þar sem ekki er hægt að stjórna
stærð pakka í Omicron búnaðinum var ákveðið að breyta
framkvæmdmælinga á þann veg að nota Cisco skipta (e. Switch) til að
mæla svartímann miðað við mismunandivegalengdir og með mismunandi
pakkastærðir.En þrátt fyrir að gagnapakkinn sem Omicron sendir,
skekki þessa tilraun, sést að grunnur jöfnu 1virðist vera nokkuð
réttur þar sem þessi auka töf vegna pakkastærðar er nærri 14 ms í
öllum tilvikum.Einnig er áhugavert að skoða að eftir að
gagnapakkinn er kominn á STM-4 lagið þá virðist fjarlægðinog þar
með útbreiðslutö�n það eina sem hefur áhrif á svartímann.
Staður Fjarlægð A-B Reiknaður tími Tími ms MismunurGYL-GYL 0 km
3,5 ms 17,6 ms 14,1msGYL-GEH-GYL 20 km 4,6 ms 18,4 ms
13,8msGYL-RAN-GYL 800 km 9,5 ms 23,9 ms 14,4ms
Ta�a 4: Samanburður á mældum og reiknuðum tíma
8
-
4.2 Mælingar með breytilegum pakkastærðum
4.2.1 Grunnmælingar
Notuð var sama uppsetning á fjarskiptaleiðum en í stað Omicron
mælitækja voru nú notaður Ciscoskiptar til tímamælinga, sú
uppsetning sést á mynd 6.Nú voru gerðar nokkrar mælingar með
mismunandi pakkastærðum á móti mismunandi bandbreidd ogniðurstöðu
má sjá í tö�u 6. Sendir voru 200 pakkar af hverri stærð og
meðaltími þeirra notaður, sjátö�u 5.Mælingar á svartíma í Cisco
skiptum eru mælingar fram og til baka (e. round trip) en þar sem
veriðer að skoða svartíma rásarinnar þá eru allar mælingar gefnar
upp enda í enda eða með öðrum orðumdeilt er í mælinguna með
tveimur, einnig er leiðrétt fyrir svartíma milli tveggja skipta sem
er 1 mseins og sést í línu eitt í tö�u 5.
Mynd 6: Vegalengdir og uppsetning fjarskiptaker�s OF með cisco
skiptum
36 byte 50 byte 100 byte 150 byte 200 byte 300 byte 400 byte
500Byte
SW í SW 1 ms 1 ms 1 ms 1 ms 1 ms 1 ms 1 ms 1 msGYl-GYL 6 ms 6 ms
10 ms 13 ms 17 ms 24 ms 31 ms 38 msGYL-GEH-GYL 8 ms 9 ms 11 ms 15
ms 19 ms 25 ms 32 ms 39 msGYL-RAN-GYL 13 ms 13 ms 17 ms 20 ms 24 ms
31 ms 38 ms 45 ms
Ta�a 5: Svartími miðað við mismunandi stærð á pökkum og
mismunandi fjarlægðir
Í tö�u 5 sést hvernig svartíminn hækkar með vaxandi pakkastærð
og því þarf leiðrétta jöfnu 1 meðþví að setja inn lið fyrir
pakkastærð á móti bandbreidd.
Eins og fyrr var lýst þá var uppha�ega jafnan fyrir svartíma T =
(2· tt + n· tf + l· v)Ný og endurbætt jafna verður að innihalda lið
sem tekur á stærð pakkans og bandbreidd.
Stærðin T er nú ætlað að gefa svartíma á milli n-staða þar semT
= Heildarsvartími í msB = Bandbreidd bitar/sekb = Fjöldi bita í
pakka. bitartt = Tími við tengiskil, mstf = Tími í gegnum hvern
fjarskiptastað, áætlað 0, 5msl = Heildar vegalengd í kmv =
0.005s/km útbreiðsluhraði í ljósleiðara og kopar.
Nú verður jafnan fyrir svartímann:
T = (2· tt + b/B + n· tf + l· v) (2)
Til að fá viðmiðanir fyrir reiknaðar niðurstöður var gerð mæling
með einfaldri uppsetningu þarsem svörun er aðeins mæld í gegnum PDH
tæki sem eru tengd bak í bak og öllum öðrum tækjumsleppt,
uppsetninguna má sjá á mynd 7.
9
-
Mynd 7: Uppsetning fyrir grunnmælingu
Nú voru gerðar nokkrar mælingar með mismunadi pakkastærðum á
móti mismunandi bandbreiddog niðurstöðu má sjá í tö�u 6. Þessar
niðurstöður eru leiðréttar eins og niðurstöðurnar í tö�u 5.
Mælingar aðeins með PDHBandbreidd 128Kbitar 256Kbitar
Byte ms ms
36 6 350 6 4100 10 6150 13 7200 17 9300 24 13400 31 16500 39
20
Ta�a 6: Svartími fyrir 128 og 256 kb/s rásir
Þessar niðurstöður eru bornar saman í tö�u 7 við reiknuð gildi
úr jöfnu 2 og þar má sjá að mældurtími fyrir 128 kb/s rásina er nú
um það bil 4 ms hærri en reiknaður tími þangað til pakkastærðinnær
300 byte, en vex þá um 1 ms fyrir hver 100 byte. Hvað veldur er
ekki á færi skýrsluhöfundar aðútskýra en e�aust er búnaðurinn ekki
að ráða við að koma þessum pökkum í svo þrönga pípu.Fyrir 256 kb/s
rásina helst þessi tími í u.þ.b. 3 ms.Þar sem ekki er verið að
leitast við að búa til jöfnu með nákvæmni upp á millisekúndu þá
ley� ég mérað skilgreina stærðina tt sem 2ms.
Bandbreydd 126 Kb/s 256 Kb/sByte Svartími Reiknað Mismunur
Svartími Reiknað Mismunur
36 6 2 3 3 1 250 6 3 3 4 2 2100 10 6 4 6 3 3150 13 9 4 7 5 2200
17 13 3 9 6 3300 24 19 5 13 9 4400 31 25 6 16 13 3500 39 31 7 20 16
4
Ta�a 7: Útreikningur á töf við tengiskil
10
-
4.2.2 Mælingar og útreikningar
Gerðar voru mælingar á svartíma með breytilegri vegalengd og
breytilegum pakkastærðum, ta�a 8.Reiknuð gildi eru fengin úr jöfnu
2 þar sem tt = 2ms, ta�a 9.
ByteLeið 36 50 100 150 200 300 400 500
GYL-GYL 6 6 10 13 17 24 31 39GYL-GEH-GYL 7 8 11 15 19 25 32
39GYL-IRA-GYL 10 10 14 17 21 28 34 41GYL-VAF-GYL 10 11 15 18 22 29
35 43GYL-RAN-GYL 13 13 17 20 24 31 38 45GYL-LAX-GYL 15 15 19 22 26
33 40 46
Ta�a 8: Svartími í ms með breytilegri pakkastærð
ByteLeið 36 50 100 150 200 300 400 500GYL-GYL 6 7 10 13 17 23 29
35GYL-GYEH-GYL 8 8 12 15 18 24 30 37GYL-IRA-GYL 9 10 13 17 20 26 32
38GYL-VAF-GYL 10 11 14 18 21 27 33 39GYL-RAN-GYL 13 14 17 20 23 29
35 42GYL-LAX-GYL 15 16 19 22 25 31 37 44
Ta�a 9: Reiknaður tími út frá jöfnu 2
Samanburður á mældum og reiknuðum gildum er sýndur í tö�u 10
11
-
4.2.3 Samanburður á mældum og reiknuðum gildum
Leið Byte36 50 100 150 200 300 400 500
GYL-GYL Reiknað 6 7 10 13 17 23 29 35GYL-GYL mælt 6 6 10 13 17
24 31 39Mismunur í msek 0 1 0 0 0 -1 -2 -4
GYL-GEH-GYL Reiknað 8 8 12 15 18 24 30 37GYL-GEH-GYL mælt 7 8 11
15 19 25 32 39Mismunur í msek 1 0 1 0 -1 -1 -2 -2
GYL-IRA-GYL Reiknað 9 10 13 17 20 26 32 38GYL-IRA-GYL mælt 10 10
14 17 21 28 35 42Mismunur í msek -1 0 -1 0 -1 -2 -3 -4
GYL-VAF-GYL Reiknað 10 11 14 18 21 27 33 39GYL-VAF-GYL mælt 10
11 15 18 22 29 35 43Mismunur í msek 0 0 -1 0 -1 -2 -2 -4
GYL-RAN-GYL Reiknað 13 14 17 20 23 29 35 42GYL-RAN-GYL mælt 13
13 17 20 24 31 38 45Mismunur í msek 0 1 0 0 -1 -2 -3 -3
GYL-LAX-GYL Reiknað 15 16 19 22 25 31 37 42GYL-LAX-GYL mælt 15
15 19 22 26 33 40 46Mismunur í msek 0 1 0 0 -1 -2 -3 -4
Ta�a 10: Mismunur á reiknuðum gildum og mældum
Eins og ta�a 10 sýnir er nokkuð góð fylgni á reiknuðum og mældum
gildum og jafnaði er útkom-an nokkuð nærri lagi, það er helst þegar
pakkastærðir eru komnar y�r 400 byte að skekkjan byrjarað aukast.
Ástæðan fyrir því er e�aust sú að þá er skiptirinn í PDH hlutanum
hættur að ráða viðgagnamagnið og pakkar fara að tapast.
12
-
5 Niðurstöður / Lokaorð
Við skoðun á mælingum og reiknuðum gildum sést að það eru
aðallega bandbreidd og fjarlægðir semhafa einhver áhrif á svartíma.
Ef jafna 2 er skoðuð aftur:
T = (2· tt + b/B + n· tf + l· v)
Þá mætti einfalda hana til að nálgast það grófa mat á því hvort
samband þolir þann svartíma semer tilgreindur í staðli IEC61850 og
sjá má í tö�u 1 með eftir farandi hætti
T = (2· tt + b/B + n· tf + l· v) = (4ms+ b/B + n· 0.5ms+ km·
0.005)
T = (4ms+ b/B + n· 0.5ms+ km· 0.005) (3)
Þessi jafna ætti að veita nokkuð góða hugmynd um hvað þarf að
úthluta mörgum rásum út frágagnamagni og landfræðilegri
staðsetningi mælitækja og hve oft er skipt á milli PDH og SDH
kerfa.
Sú töf sem minnst er vitað um er tf sem ég hef reynt að nálgast
sem töf þegar farið er úr E1 y�rí STM-1 og öfugt. Þennan tíma hef
ég ekki fundið neitt y�r og reyndi að nálgast hann með gildinu0,5
ms á hvert skipti. samkvæmt niðurustöðunum virðist það ásættanlegur
stuðull enda ekki verið aðreyna að �nna út nækvæmari tíma en kemur
fram í tö�u 1.
Það hefði verið gott að gera mælingar aftur með rás að stærð
256kb/s til að fá betri samanburð enþað verður ekki gert hér.
Niðurstöður þessarra mælinga gefa til kynna að hægt sé að nota
búnað sem gerir ekki meiri kröfurum svartíma en TL30 á �esta staði
þar sem næg bandbreidd er til staðar.Einnig þarf að huga vel að því
gagnamagni sem mismunandi búnaður frá mismunandi
framleiðendumnotar, þar sem ekki er víst að allir framleiðendur
noti sama gagnamagn í samskiptum á milli búnaða,þótt um sömu
þjónustur sé að ræða.
13
-
6 Heimildir
Heimildir
[1] International Electrotechnical Commission (IEC). 2015. IEC
TR 61850-90-12 Edition 1.0 2015-07Communication networks and system
for power utility automation Part 90-12: Wide area
networkengineering guidelines.
[2] Steven Shepard. 2001. SONET/SDH Demyste�ed. MaCraw-Hill.
Martinsburg.
[3] Landsnet. [Án árs], Ýmis skjöl og kynningar
14
Forsida_LykilLokaverkefni-V.10