Thiết kế và sản xuất mẫu thiết bị smart grid home gateway và thiết bị mạng không dây cho hệ thống mạng smart grid

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng nghiệm thu) Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị Smart Grid Home Gateway thiết bị mạng không dây cho hệ thống mạng SmartGrid CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký tên) TS Nguyễn Tuấn Đức CƠ QUAN QUẢN LÝ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 8/ 2016 Mục Lục Danh sách hình ảnh Danh sách chữ viết tắt I Tổng quan II Nội dung phương pháp 11 BÁO CÁO NỘI DUNG 11 Nội dung 1: Khảo sát thiết bị không dây giá rẻ, công nghệ mạng cảm biến không dây phù hợp cho mạng Smart Grid 11 Công việc 1: Nghiên cứu công nghệ không dây để xây dựng mạng Ubiquitous WSN 11 Công việc 2: Nghiên cứu chip thu phát không dây mô-đun thu phát không dây phù hợp 12 Công việc 3: Đánh giá module thu phát không dây khác nhau, lựa chọn module phù hợp 13 Công việc 4: Thử nghiệm thiết bị không dây điều kiện khác 15 Công việc 5: Đánh giá thông số kỹ thuật: tốc độ liệu, khoảng cách truyền sóng, xác suất lỗi gói tin 16 BÁO CÁO NỘI DUNG 20 Nội dung 2: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị không dây cho mạng Smart Grid 20 Công việc 1: Nghiên cứu, thiết kế sơ đồ khối thiết bị không dây đầu cuối dùng công nghệ mạng cảm biến không dây 20 Công việc 2: Thi công sản xuất mẫu thiết bị không dây đầu cuối: 23 Công việc 3: Kiểm tra chức khối thiết bị không dây 24 Công việc 4: Đánh giá hiệu thiết bị 24 BÁO CÁO NỘI DUNG 26 Nội dung 3: Thiết kế sản xuất thiết bị Smart Grid Home Gateway (SGHG), cho phép kết nối điện kế điện tử 26 Công việc 1: Thiết kế mạch giao tiếp để kết nối thiết bị SGHG với mẫu điện kế điện tử 26 Công việc 2: Thiết kế sơ đồ phần cứng thiết bị SGHG 27 Công việc 3: Thiết kế sản xuất mẫu điện kế điện tử 28 Công việc 4: Kiểm tra chức thiết bị điện kế điện tử 29 Công việc 5: Thi công sản xuất thiết bị SGHG 30 Công việc 6: Phần mềm (firmware) cho thiết bị SGHG 30 BÁO CÁO NỘI DUNG 33 Nội dung 4: Nghiên cứu sản xuất thiết bị định tuyến Router Gateway mạng truy cập Smart Grid 33 Công việc 2: Nghiên cứu, thiết kế thiết bị không dây định tuyến Router Gateway kết nối mạng di động GPRS(3G) cho mạng truy cập Smart Grid 33 Công việc 4: Thi công sản xuất mẫu thiết bị định tuyến Router Gateway 36 Công việc 5: Kiểm tra chức thiết bị định tuyến Router thiết bị Gateway 38 Công việc 6: Kiểm tra kết nối không dây thiết bị 38 BÁO CÁO NỘI DUNG 40 Nội dung 5: Thiết kế cấu hình mạng khơng dây Smart Grid cho hộ tiêu thụ 40 Công việc 1: Thiết kế đồ hình mạng (network topology) cho mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 40 Công việc 2: Nghiên cứu thiết kế thiết bị không dây định tuyến Router cho mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 43 Công việc 3: Đánh giá hiệu (độ trễ xác suất gói tin) đồ hình mạng thiết kế 47 Công việc 4: Thiết kế sơ đồ mạch cho thiết bị điều khiển mạng Smart grid 49 Công việc 5: Đánh giá hiệu thiết bị điều khiển 51 BÁO CÁO NỘI DUNG 53 Nội dung 6: Nghiên cứu công nghệ mạng cảm biến không dây thông suốt (Ubiquitous WSN) xây dựng mạng Smart Grid không dây theo công nghệ 53 Công việc 1: Thiết kế đồ hình mạng (network topology) cho mạng truy cập Smart Grid 53 Công việc 2: Đánh giá hiệu (độ trễ xác suất gói tin) đồ hình mạng thiết kế cho mạng truy cập 55 Công việc 3: Nghiên cứu viết phần mềm (firmware) cho thiết bị không dây 59 Công việc 4: Nghiên cứu viết phần mềm, giao thức mạng nhằm kết nối thiết bị không dây thành mạnng UWSN (Ubiquitous Wireless Sensor Network) 60 Công việc 5: Nghiên cứu triển khai giao thức truyền liệu bảo mật theo chuẩn AES 128 65 BÁO CÁO NỘI DUNG 70 Nội dung 7: Thiết kế trung tâm nhận liệu từ xa qua mạng di động GPRS/3G 70 Công việc công việc 3: Phát triển phần mềm thu thập liệu nhận từ thiết bị SGHG Phát triển phần mềm để trung tâm gửi liệu đến thiết bị SGHG từ xa 72 Công việc 2: Phát triển sở liệu để lưu trữ liệu nhận từ thiết bị SGHG 74 Công việc 4: Thiết kế giao diện chương trình điều khiển 75 Công việc 5: Kiểm tra hoạt động hệ thống phần mềm trung tâm 77 BÁO CÁO NỘI DUNG 80 Nội dung 8: Đánh giá hiệu mạng Báo cáo khoa học 80 Công việc 1: Tính tốn đánh giá hiệu thiết bị phần cứng không dây Smart Grid 80 Công việc 2: Mô đánh giá hiệu mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 82 Công việc 3: Mô đánh giá hiệu mạng truy cập không dây 84 Công việc 4: Tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng truy cập Smart Grid 84 Công việc 5: Tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 86 III Kết luận Kiến nghị 88 PHỤ LỤC 92 CÁC KỊCH BẢN ĐO KIỂM THIẾT BỊ THU PHÁT KHÔNG DÂY 92 Danh sách hình ảnh Hình Mơ hình mạng truy cập không dây Smart Grid 12 Hình Thiết bị thu phát CC1110 sơ đồ khối 15 Hình Đo kiểm thiết bị mơi trường ngồi trời, có vật cản 15 Hình Đo kiểm khoảng cách môi trường không vật cản, thiết bị LOS (Line of Sight) 16 Hình Mơ hình kiểm tra thiết bị CC1110 17 Hình Thiết kế Schematic cho thiết bị thu phát CC1110 20 Hình Layout mạch thu phát CC1110 21 Hình Danh sách linh kiện cần thiết cho mạch CC1110 22 Hình Sản phẩm thi cơng mạch thu phát CC1110 23 Hình 10 Sơ đồ khối thiết bị Smart Grid Home Gateway 26 Hình 11 Thiết kế schematic SGHG 28 Hình 12 Mẫu thiết kế điện kế điện tử: 1- Mạch điện kế 2- Mạch nguồn 3- Điện trở đo dòng 29 Hình 13 Sơ đồ khối chức điện kế điện tử 29 Hình 14 Mẫu thiết kế SGHG 1-Giao tiếp LCD 2-Vi điều khiển ATmega 3-Giao tiếp thời gian thực (Real time) 4-Giao tiếp UART 30 Hình 15 Thuật tốn điều khiển thiết bị SGHG 31 Hình 16 Sơ đồ khối thiết bị định tuyến Router 34 Hình 17 Module tích hợp SIM900 cho cửa ngõ GPRS gateway 35 Hình 18 Schematic thiết bị định tuyến Router 36 Hình 19 Layout lớp thiết bị định tuyến Router 37 Hình 20 Mẫu thiết kế Gateway kết nối với thiết bị định tuyến Router module wireless CC1110 38 Hình 21 Mạng Smart Grid hộ tiệu thụ 41 Hình 22 Đồ hình mạng Smart Grid cho hộ tiêu thụ 43 Hình 23 Sơ đồ khối thiết bị định tuyến Router 44 Hình 24 Mạch layout thiết bị định tuyến Router 45 Hình 25 Độ trễ mạng Smart Grid hộ gia đình 48 Hình 26 Mơ hình đo kiểm hiệu mạng hệ thống Smart Grid nhà 48 Hình 27 Sơ đồ khối mạch điều khiển 50 Hình 28 Schematic mạch điều khiển thiết bị mạng Smart Grid 51 Hình 29 Mạch thử nghiệm TriAc 51 Hình 30 Mạch điều khiển TriAc điều khiển thiết bị tiêu thụ điện 52 Hình 31 Đồ hình mạng thiết kế cho mạng truy cập Smart Grid 54 Hình 32 Độ trễ gói tin mạng truy cập Smart Grid 56 Hình 33 Mơ hình đo đạc thực tế mạng mạng Smart Grid 57 Hình 34 Xác suất gói tin gia tăng số lượng nút mạng 59 Hình 35 Cấu trúc lớp mạng phần mềm nhận liệu [3] 60 Hình 36 Flow chart phương thức hoạt động thiết bị định tuyến thu thập (Router) 63 Hình 37 Flow chart phương thức hoạt động nút mạng 65 Hình 38 Quá trình giao tiếp Socket Client Server 72 Hình 39 Cơ sở liệu hệ thống 75 Hình 40 Giao diện đăng nhập hệ thống 75 Hình 41 Giao diện đồ thể thông tin thiết bị SGHG 76 Hình 42 Giao diện thể thông tin Server thu thập từ thiết bị SGHG 76 Hình 43 Dữ liệu mẫu thơng tin thu thập từ thiết bị SGHG 77 Hình 44 Dữ liệu mẫu thơng tin thiết bị SGHG 77 Hình 45 Kết kiểm tra chức đồ 78 Hình 46 Kết kiểm chức quản lí liệu 78 Hình 47 Tổng phân phối điện mức giá điện tiêu thụ Việt Nam 81 Hình 58 Lượng điện tiêu thụ sau áp dụng Smart Grid 82 Hình 59 Thực thi mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 83 Hình 60 Xác suất gói tin gia tăng kích thước cụm mạng khoảng cách nút lân cận 85 Hình 61 Xác suất gói tin khu vực hộ tiêu thụ 87 DANH SÁCH BẢNG BẢNG I Bảng so sánh thiết bị thu phát 13 BẢNG II Khoảng cách đo mạch CC1110 24 BẢNG III Hiệu mạng Smart Grid môi trường nhà 49 BẢNG IV Kết đo kiểm tỉ lệ gói tin mạng truy cập Smart Grid 57 BẢNG V Bảng Web Application 71 BẢNG VI Thông số thiết bị tiêu thụ điện 80 BẢNG VII So sánh số tiêu thụ Smart Grid lưới điện truyền thống 82 Danh sách chữ viết tắt PLC: Power Line Communications GPRS: General Packet Radio Service 3G: Third Generation RF: Radio Frequency SoC: System on Chip ISM: Industrial, Scientific, and Medical Kbps: kilobit per seond kB: kilo byte SRD: Short Range Devices MCU: Micro controller unit BER: bit error rate PER: packet error rate LOS: Line of Sight RSSI: Receive sensitivity indicator TI: Texas Instrument SGHG: Smart Grid Home Gateway ADC: Analog to Dighital converter SMPS: Switching mode power supply GSM: Global system for mobile EGSM: Extended Global system for mobile DCS: Distributed control system PCS: Personal communication service BÁO CÁO NGHIỆM THU Tên đề tài: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị Smart Grid Home Gateway thiết bị mạng không dây cho hệ thống mạng Smart Grid Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Tuấn Đức - TS Lê Quốc Cường Cơ quan chủ trì: Đại học Quốc tế Thời gian thực đề tài: 18 tháng Kinh phí duyệt: 720 triệu đồng Kinh phí cấp: 720 triệu theo TB số: 285/TB-SKHCN ngày 18/12/2014 Mục tiêu: (Theo đề cương duyệt) Mục tiêu 1: Nghiên cứu, thiết kế sản xuất mẫu thiết bị không dây có khả kết nối thiết bị SGHG với thiết bị không dây khác, hoạt động vùng phổ tần số phù hợp với ứng dụng Smart gird (từ 433 đến 868 Mhz) có chi phí thấp (1015 USD/thiết bị) nhằm đảm bảo tính kinh tế hệ thống Mục tiêu 2: Thiết kế thiết bị Smart Grid Home Gateway cho phép kết nối với điện kế điện tử, tịch hợp thiết bị không dây giá rẻ, cho phép nhận liệu cước phí từ trung tâm điều khiển thông qua mạng truy cập không dây smart grid, cho phép giao tiếp với thiết bị tiêu thụ điện hộ tiêu thụ Mục tiêu 3: Nghiên cứu, thiết kế mạng không dây cho mạng truy cập smart grid: cho phép giao tiếp liệu chiều cách tự động SGHG trung tâm thông qua Smart Grid Gateway Mục tiêu 4: Nghiên cứu, thiết kế mạng không dây cho mạng không dây smart grid hộ tiêu thụ: cho phép thiết bị SGHG điều khiển đóng ngắt thiết bị tiêu thụ điện khác theo lịch trình Mục tiêu 5: Nghiên cứu, thiết kế sản xuất mẫu thiết bị định tuyến Router Gateway mạng truy cập không dây smart grid mạng smart grid nhà Nội dung: (Theo đề cương duyệt) Các nội dung, công việc chủ yếu cần thực TT Kết cần đạt Nội dung 1: Khảo sát thiết bị không dây giá Chọn lựa chuẩn cấu hình rẻ, cơng nghệ mạng cảm biến khơng dây phù thiết bị không dây phù hợp hợp cho mạng smart grid Chọn phần cứng module không dây thị trường Nội dung 2: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị Thiết kế phần cứng sản phẩm không dây cho mạng Smart gird mẫu thiết bị không dây Nội dung 3: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị Thiết kế phần cứng sản phẩm smart grid home gateway, cho phép kết nối với mẫu điện kế điện tử Nội dung 4: Nghiên cứu sản xuất thiết bị Thiết kế phần cứng sản phẩm định tuyến router gateway mạng truy mẫu cập smart grid Nội dung 5: Nghiên cứu sản xuất thiết bị Thiết kế phần cứng sản phẩm cho mạng không dây Smart grid hộ tiêu thụ mẫu Nội dụng 6: Nghiên cứu công nghệ mạng cảm biến không dây thông suốt (Ubiquitous WSN) xây dựng mạng smart grid không dây theo công nghệ Nội dung 7: Thiết kế trung tâm nhận liệu từ xa qua mạng di động GPRS/3G Thiết kế đồ hình mạng giao thức mạng (phần mềm nhúng) cho mạng Smart Grid Thiết kế phần mềm cho trung tâm liệu Nội dung 8: Đánh giá thiết bị mạng; Viết Kết đánh giá báo khoa báo khoa học học công bố I Tổng quan Trong năm gần đây, nhà khoa học giới đưa nhiều giải pháp từ bán tự động tự động cho công việc thu thập liệu điện kế mạng Smart Grid Trước tiên phải nói đến cơng nghệ thu thập liệu thiết bị cầm tay nhỏ gọn tích hợp với chip thu phát có tần số GHz [1, 2] Trong giải pháp này, điện kế điện tử hộ tiêu thụ gắn thiết bị vô tuyến tương thích với thiết bị cầm tay nhà cung cấp dịch vụ Do vậy, nhân viên ghi điện không cần phải đọc số điện kế mắt thường nhập số thủ công tay vào máy tính trước mà đọc số tự động từ xa vịng bán kính khoảng 10-30m Đây giải pháp bán tự động, cho phép tiếm kiệm thời gian, giảm chi phí nhận lực ghi điện kế tránh gây phiền hà khách hàng Với phương pháp thủ công trước đây, ngày nhân viên đọc ghi khoảng 200-250 điện kế; với cơng nghệ này, nhân viên cần khoảng 30-45 phút để hồn thành cơng việc Giải pháp cơng nghệ giúp công việc thu thập liệu tiến hành nhanh chóng, tốn cơng sức, giảm chi phí nhân cơng so với phương pháp thủ công đỡ gây phiền hà cho khách hàng (nhân viên điện lực đến hộ đọc điện kế) Tuy nhiên, phương pháp cịn có số hạn chế liệu truyền trung tâm cách tự động, cịn sử dụng nhân cơng khơng thể thu thập số lượng lớn liệu điện kế lúc Về công nghệ thu thập liệu tự động, công nghệ truyền liệu điện kế qua đường dây PLC (Power Line Communications) áp dụng giới [3, 4, 5] Ưu điểm công nghệ sử dụng sở hạ tầng có sẵn nhà phân phối điện, thu thập nhiều liệu điện kế lúc liệu tập trung thiết bị (tại tủ biến áp khu dân cư) Tuy nhiên, hạn chế cơng nghệ dừng lại chỗ chi phí modem PLC cao (chi phí sản xuất số lượng lớn khoảng 40-50 USD/thiết bị, chi phí mua lẻ thị trường vào khoảng 80-90 USD/thiết bị) Bên cạnh đó, liệu truyền dây dẫn bị nhiễu cao, đặc biệt liệu truyền qua biến áp [6] Như khó khăn cho nhà phân phối cơng việc thu thập liệu điện kế NS-2 (Network Simulation 2), lớp giao thức đồ hình mạng Smart Grid thiết kế nội dung mơ dựa mơ hình kênh truyền Shadowing Các kết mơ trình bày báo khoa học mô tả Công việc Công việc 3: Mô đánh giá hiệu mạng truy cập không dây Trong báo khoa học “On the design of Wireless Access Smart grid network on 868 MHz frequency band” đăng kỷ yếu hội nghị NICS 2015, nhóm nghiên cứu công bố kết nghiên cứu khoa học mạng truy cập Smart Grid Dựa vào đặc tính nhứ giá rẻ, tiêu hao lượng mạng cảm biến không dây, mạng truy cập Smart Grid thiết kế với mục tiêu tiêu hao lượng xây dựng mạng thu thập dư liệu điện ké giá rẻ Với mục tiêu trên, nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát nhiều thiết bị không dây tốt dựa tiêu chí khoảng cách truyền song, tiêu hao lượng giao thức mạng Với thiết bị không dây chọn, thiết bị SGHG thiết kế hệ thống mạng thu thập liệu Smart Grid đề xuất dựa đồ hình cụm mạng (cluster network) Mạng truy cập Smart Grid thiết kế cho mô hình dân cư thành thị, với ưu điểm mạng truy cập Smart Grid dễ áp dụng vào thực tiễn, giá rẻ tiêu hao lượng Kết dựa công cụ mô NS2, xác suất gói tin độ trễ mạng truy cập Smart Grid với nhiều đồ hình mạng khác đưa vào đánh giá chọn hệ thống mạng tối ưu Công việc 4: Tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng truy cập Smart Grid Trong Hình 50, mơ để ước lượng xác suất gói tin dựa xung đột gói tin kênh truyền thay đổi kích thước cụm mạng (gia tăng số nút cụm) thay đổi khoảng cách hai nút lân cận mạng, Số gói tin bị xác định cơng thức: 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑠𝑒𝑛𝑡 − 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒 100 84 Như quan sát Hình 50, kết mơ đưa xác suất gói tin bị số nút mạng lên đến 40 nút cụm Dựa kỹ thuật truyền thông, xác suất gói tin bị nhỏ 30% truyền lại cách Hình 50 Xác suất gói tin gia tăng kích thước cụm mạng khoảng cách nút lân cận Chúng ta nhận thấy với khu vực dân cư điển hình thành phố Hồ Chí Minh địi hỏi tính khả thi áp dụng vào thực tiễn vận hành, cụm mạng Smart Grid nên có từ 30 đến 40 nút phụ thuộc vào hiệu mạng dựa Hình 50 Bên cạnh đó, kịch để thay đổi khoảng cách hai nút lân cận (từ đến 15m) dựa khoảng cách thực tế phân bố dân cư thành phố Hồ Chí Minh Mục tiêu việc mô quan sát đánh giá thay đổi gói tin bị dựa thay đổi số nút khoảng cách nút Khi số lượng nút cụm mạng cố định 40 nút, hiệu mạng khía cạnh gói tin bị tốt trường hợp khoảng cách hai nút lân cận lên đến 15m Tuy nhiên, khoảng cách 15m hai hộ dân thành phố không hợp lý; cho nên, thiết kế kết luận khoảng cách hai nút mạng nhỏ 10m số lượng nút cụm từ khoảng 30 đến 40 nút với xác suất gói tin nhỏ 20.69% hợp lý Các kết công bố 85 báo khoa học “On the design of Wireless Access Smart grid network on 868 MHz frequency band” đăng kỷ yếu hội nghị 2015 2nd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science (NICS 2015) Công việc 5: Tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng Smart Grid hộ tiêu thụ Trong báo khoa học nghiên cứu việc thiết kế đánh giá hiệu mạng Smart Grid cho hộ tiêu thụ tịa nhà cao tầng, nhóm nghiên cứu công bố kết báo “On the design of wireless Smart Grid network for an apartment building based on 868 MHz low power wireless SoC” đăng ký yếu hội nghị quốc tế ATC2015 Bài báo trình bày thiết kế mạng Smart Grid cho hộ tiêu thụ tòa nhà cao tầng chung cư, văn phòng… Để xây dựng mạng Smart Grid cho mơ hình này, cụm mạng thiết kế với nút thu thập thông tin liệu điện kế nút khác phạm vi hộ gia đình Và nút thu thập tích hợp thiết bị 3G/GPRS để đưa liệu trung tâm sản xuất Thiết kế ứng dụng tất dịch vụ Smart Grid ưu điểm hệ thống mạng dễ thực thi, giá rẻ tiêu hao lượng Qua đó, kết việc mơ đánh giá hiệu mạng Smart Grid hộ tiêu thụ thông qua xác suất thông số gói tin độ trễ Dựa kết đó, mạng Smart Grid thiết kế cho hộ dân cư tòa nhà cao tầng đề xuất cách khả thi Hình 51 biểu diễn đồ thị biến thiên xác suất gói tin phạm vi hộ gia đình khu vực nhà cao tầng Mơ với mục đích chứng minh độ tin cậy mạng khả hoạt động tốt mơi trường nhà Dựa vào Hình 51, xác suất gói tin lên đến 26% cụm mạng có chứa 15 nút khoảng cách nút 10m Bên cạnh đó, chế truyền lại giao thức nhằm đảm bảo kênh truyền thông tin cho phép gói bị truyền lại 100% Trong trường hợp gói tin bị nhỏ 30% khả thi áp dụng vào thực tế 86 để đảm bảo tính ổn định kênh truyền đảm bảo độ xác thơng tin Khi cụm mạng có số nút 15 nút, xác suất gói tin cao 30% Do đó, phụ thuộc vào kết mơ phỏng, hệ thống mạng Smart Grid khuôn khổ hộ gia đình tịa nhà cao tầng nên có từ 10 đến 15 nút mà khoảng cách nút 10m để có hiệu mạng tối ưu Hình 51 Xác suất gói tin khu vực hộ tiêu thụ Tất kết việc mô đánh giá hiệu mạng Smart Grid công bố báo khoa học “On the design of wireless Smart Grid network for an apartment building based on 868 MHz low power wireless SoC” đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế 2015 International Conference on Advanced Technologies for Communication ATC15 KẾT LUẬN NỘI DUNG 8: Đánh giá hiệu mạng Báo cáo khoa học - Hồn thành việc tính tốn đánh giá hiệu thiết bị phần cứng không dây Smart Grid - Hồn thành cơng việc mơ đánh giá hiệu mạng Smart Grid hộ tiêu thụ - Hồn thành cơng việc mơ đánh giá hiệu mạng truy cập khơng dây - Hồn thành cơng việc tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng truy cập Smart Grid - Hồn thành cơng việc tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học 87 mạng Smart Grid hộ tiêu thụ 88 III Kết luận Kiến nghị Trong q trình thực đề tài, nhóm nghiên cứu hoàn thành mục tiêu đề tài đặt sản phẩm cam kết đề tài, cụ thể hoàn thành nội dung nghiên cứu sau: Nội dung 1: Khảo sát thiết bị không dây giá rẻ, công nghệ mạng cảm biến không dây phù hợp cho mạng Smart Grid - Hoàn thành việc lựa chọn công nghệ mạng không dây phù hợp cho ứng dụng SmartGrid - Đánh giá module không dây khác lực chọn module sử dụng dòng SoC Texas Instrument CC1110 - Thử nghiệm kit (nhập khẩu) CC1110 Đánh giá khoãng cách truyền liệu hiệu module Texas CC1110 để đánh giá xác khả ứng dụng module CC1110 cho mạng Smart Grid Nội dung 2: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị không dây cho mạng Smart Grid Tiến hành bước thiết kế sản xuất mẫu thiết bị không dây cho mạng Smart grid dựa chip SoC CC1110: - Thiết kế sơ đồ khối board không dây - Thiết kế schematic board chip CC1110 - Thiết kế board layout không dây - Thi công board layout tiến hành gắn linh kiện rời vào board - Kiểm tra hoạt động board mẫu Nội dung 3: Thiết kế sản xuất mẫu thiết bị smart grid home gateway, cho phép kết nối với điện kế điện tử Tiến hành hành bước thiết kế sản xuất mẫu thiết bị Smart Grid Home Gateway (SGHG) mẫu mô hình điện kế điện tử để thử nghiệm cho việc kết nối Cụ thể bước bao gồm: 89 - Thiết kế sơ đồ khối thiết bị SGHG - Thiết kế schematic bo SGHG - Thiết kế layout bo mạch SGHG - Thi công board layout tiến hành gắn linh kiện rời vào board - Kiểm tra hoạt động board mẫu - Lập trình phần mềm nhúng cho thiết bị SGHG - Thiết kế sản xuất mơ hình mẫu thiết bị điện kế (đo dịng) Nội dung 4: Nghiên cứu sản xuất thiết bị định tuyến router 3G/GPRS gateway mạng truy cập Smart Grid Tiến hành hành bước thiết kế sản xuất mẫu thiết bị định tuyến Router Gateway cho mạng truy cập Smart Grid Cụ thể bước bao gồm: - Thiết kế sơ đồ khối thiết bị định tuyến Router, cho phép kết nối với module không dây CC1110 - Thiết kế sơ đồ khối thiết bị gateway, cho phép kết nối với module không dây CC1110 module mạng di động GPRS/3G - Thiết kế schematic bo thiết bị định tuyến Router thiết bị gateway - Thiết kế layout bo mạch thiết bị định tuyến Router thiết bị gateway - Thi công board layout tiến hành gắn linh kiện rời vào board - Kiểm tra hoạt động thiết bị định tuyến Router gateway - Lập trình phần mềm nhúng cho thiết bị kiểm tra kết nối Nội dung 5: Thiết kế cấu hình mạng khơng dây Smart grid cho hộ tiêu thụ - Hồn thành cơng việc thiết kế đồ hình mạng (network topology) cho mạng Smart grid hộ tiêu thụ - Hoàn thành việc nghiên cứu thiết kế thiết bị không dây định tuyến Router cho mạng Smart Grid hộ tiêu thụ - Hoàn thành cơng việc trình bày kết đánh giá hiệu (độ trễ xác suất gói tin) đồ hình mạng thiết kế - Hồn thành cơng việc trình bày thiết bị mẫu thiết kế sơ đồ mạch cho thiết bị điều khiển mạng Smart Grid 90 - Hồn thành cơng việc đánh giá hiệu thiết bị điều khiển Nội dung 6: Nghiên cứu công nghệ mạng cảm biến không dây thông suốt (Ubiquitous WSN) xây dựng mạng Smart Grid không dây theo cơng nghệ - Báo cáo trình bày kết thiết kế đồ hình mạng (network topology) cho mạng truy cập Smart Grid - Báo cáo trình bày kết đánh giá hiệu (độ trễ xác suất gói tin) đồ hình mạng thiết kế cho mạng truy cập - Báo cáo trình bày kết nghiên cứu viết phần mềm (firmware) cho thiết bị khơng dây - Báo cáo trình bày kết nghiên cứu viết phần mềm, giao thức mạng nhằm kết nối thiết bị không dây thành mạng UWSN - Báo cáo trình bày kết nghiên cứu triển khai giao thức truyền liệu bảo mật theo chuẩn AES 128 Nội dung 7: Thiết kế trung tâm nhận liệu từ xa qua mạng di động GPRS/3G Tiến hành hành bước thiết kế lập trình sở liệu giao diện Web để thiết kế trung tâm thu nhận liệu từ xa qua mạng di động GPRS/3G Các bước tiến hành sau: - Phát triển phần mềm để thu thập liệu nhận từ thiết bị SGHG - Phát triển sở liệu để lưu trữ liệu nhận từ thiết bị SGHG - Phát triển phần mềm để trung tâm gửi liệu đến thiết bị SGHG từ xa - Thiết kế giao diện chương trình điều khiển - Kiểm tra hoạt động hệ thống phần mềm trung tâm Nội dung 8: Đánh giá hiệu mạng Báo cáo khoa học - Hồn thành việc tính tốn đánh giá hiệu thiết bị phần cứng không dây Smart Grid 91 - Hồn thành cơng việc mơ đánh giá hiệu mạng Smart Grid hộ tiêu thụ - Hồn thành cơng việc mơ đánh giá hiệu mạng truy cập khơng dây - Hồn thành cơng việc tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng truy cập Smart Grid - Hồn thành cơng việc tổng hợp phân tích kết để thực báo khoa học mạng Smart Grid hộ tiêu thụ Kiến nghị Nhóm nghiên cứu hồn thành tốt hạn nội dung công việc đề tài Kiến nghị hội đồng đề xuất sở KHCN cho phép nghiệm thu đề tài Thiết bị SmartGird không dây hoạt động vùng tần số miễn phí ISM 868 Mhz thực đề tài có hiệu cao khả truyền liệu tốt môi trường đô thị Qua kịch bảng kiểm tra đề tài, nhóm nghiên cứu chứng minh thiết bị thu thập liệu Smart grid Gateway giao thức mạng truy cập Smartgrid cho phép thu thập liệu cách thông suốt dễ dàng từ thiết bị đầu cuối khu dân cư Do vậy, nhóm nghiên đề xuất hướng phát triển thực hoá sản phẩm nghiên cứu đề tài thành dự án sản xuất thử nghiệm, từ cho phép tiến đến việc thương mai hoá giải pháp Smart grid TP HCM thời gian tới 92 PHỤ LỤC CÁC KỊCH BẢN ĐO KIỂM THIẾT BỊ THU PHÁT KHÔNG DÂY Mạch thu phát CC1110 đo kiểm nhiều kịch môi trường khác nhằm đánh giá thơng số kỹ thuật cách xác Các kịch đo kiểm đặt sau: • Đo kiểm mơi trường ngồi trời, có vật cản • Đo kiểm mơi trường ngồi trời, khơng vật cản, hướng truyền thẳng LOS (Line of Sight) • Thiết bị phát đặt nhà, truyền mơi trường vật cản • Thiết bị phát đặt nhà, truyền môi trường đô thị với dân cư phân bố phức tạp Kịch 1: Đo kiểm môi trường ngồi trời, có vật cản Hình 52 Đo kiểm thiết bị mơi trường ngồi trời, có vật cản Kết quả: Trong 350m đầu tiên, tín hiệu thu mạnh Sau vượt q 350m có vài gói tin (packet) bị Tín hiệu yếu đến khoảng cách 540m hoàn toàn 550m 93 Kịch 2: Đo kiểm môi trường ngồi trời, khơng vật cản, hướng truyền thẳng LOS (Line of Sight) Hình 53 Đo kiểm khoảng cách mơi trường không vật cản, thiết bị LOS (Line of Sight) Kết quả: Khoảng cách phát sóng thiết bị đo khoảng Km Kịch 3: Thiết bị phát đặt nhà, truyền mơi trường vật cản Hình 54: Đo kiểm khoảng cách thiết bị CC1110 mơi trường nhà vật cản 94 Kết quả: 200m 400m 700m PER = 0% PER = 0.5% PER = 1.5% RSSI = -68 dBm RSSI = -73 dBm RSSI = -85 dBm PER = 0% PER = 0% PER = 0.5% RSSI = -56 dBm RSSI = -56 dBm RSSI = -79 dBm 250 kbaud 2.4 kbaud Kịch 4: Thiết bị phát đặt nhà, truyền môi trường đô thị với dân cư phân bố phức tạp Hình 55 Mơ hình kiểm tra thiết bị CC1110 tronh môi trường đô thị phức tạp 95 Kết quả: 250 kbaud 2.4 kbaud 10m 20m 30m 40m PER = 0% PER = 0% RSSI = - RSSI = - RSSI = - RSSI = -73 RSSI = -85 49 dBm 53 dBm 62 dBm dBm dBm PER = 0% PER = 0% PER = 0% PER = 0% RSSI = - RSSI = - RSSI = - RSSI = -72 32 dBm 40 dBm 59 dBm dBm PER = 0% PER = 0.5% 50m 60m PER = 2% x PER = PER = 0.5% 5% RSSI = -80 RSSI = - dBm 105 dBm 96 Tài liệu tham khảo [1] N.-Q Nhan, M.-T Vo, T.-D Nguyen, and H.-T Huynh, “Improving the performance of mobile data collecting systems for electricity meter reading using wireless sensor network,” in Advanced Tech- nologies for Communications (ATC), 2012 International Conference on IEEE, 2012, pp 241–246 [2] S.-W Lee, C.-S Wu, M.-S Chiou, and K.-T Wu, “Design of an automatic meter reading system [electricity metering],” in Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, 1996., Proceedings of the 1996 IEEE IECON 22nd International Conference on, vol IEEE, 1996, pp 631–636 [3] N Pavlidou, A H Vinck, J Yazdani, and B Honary, “Power line communications: state of the art and fu- ture trends,” IEEE Communications Magazine, vol 41, no 4, pp 34–40, 2003 [4] B Park, D Hyun, and S Cho, “Implementation of AMR system using power line communication,” in Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002: Asia Pacific IEEE/PES, vol IEEE, 2002, pp 18–21 [5] W Moghavvemi, “A robust system for data transmission over the low voltage distribution network,” in Research and Development, 2002 SCOReD 2002 Student Conference on IEEE, 2002, pp 399–402 [6] L Li, H Xiaoguang, H Jian, and H Ketai, “Design of new architecture of amr system in smart grid,” in Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2011 6th IEEE Conference on IEEE, 2011, pp 2025–2029 
 [7] Q Wu, Y Liang, Y Sun, C Zhang, and P Liu, “Application of gprs technology in water quality monitoring system,” in World Automation Congress (WAC), 2010 IEEE, 2010, pp 7–11 [8] The City College of New York and Samsung Advanced Institute of Technology: Zigbee Software Modules [Online] Available: http://ees2cy.engr.ccny.cuny.edu/zheng/pub 97 [9] T E Abrudan, L M Paula, J Barros, J Cunha, and N Carvalho, “Indoor location estimation and tracking in wireless sensor networks using a dual frequency approach,” in IEEE International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2011 [10] GILESH, M P.; HANSDAH, R C An adaptive reliable transport protocol based on Automatic reSend reQuest (ASQ) technique for wireless sensor networks In: Advanced Information Networking and Applications (WAINA), 2011 IEEE Workshops of International Conference on IEEE, 2011 p 409-416 98