CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ SMART GRID TRÊN THẾ GIỚ
4.2.2.Mạng không dây
Công nghệ mạng không dây theo kiểu mắt lưới Mesh (Wireless Mesh Network) mô tả một kiến trúc mạng được sử dụng trong hàng loạt các công nghệ cung cấp thông tin liên lạc giữa hai thiết bị đầu cuối, có thể truyền qua một loạt các thiết bị trung gian bao gồm cả bộ định tuyến và các cổng.
Thiết bị đầu cuối là nơi bắt đầu hoặc kết thúc của gói tin, nhưng không có khả năng chuyển tiếp gói tin đến một thiết bị khác. Trong hầu hết các mạng, thiết bị đầu cuối là những thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người dùng/khách hàng. Bộ định tuyến là điểm bắt đầu hoặc kết thúc của gói tin và còn có thế chuyển tiếp gói tin đến các thiết bị khác. Bộ định tuyến mở rộng vùng phủ sóng mạng, tự động định tuyến đường đi xung quanh, xác định những trở ngại và cung cấp các tuyến đường dự phòng trong trường hợp tắc nghẽn mạng hay không có thiết bị. Coordinators là loại đặc biệt của bộ định tuyến được sử dụng bởi một số lưới mạng (ví dụ như các tiêu chuẩn không dây ZigBee). Coordinators thực hiện các chức năng như bộ định tuyến bình thường nhưng thêm vào đó nó cho phép lưu trữ và quản lý thông tin về hệ thống mạng bao gồm bảng định tuyến và khóa bảo mật. Cổng là thiết bị cung cấp các liên kết giữa các mạng khác nhau và thông tin có thể được truyền từ một mạng đến mạng kế tiếp.
Kết nối giữa các thiết bị trong một mạng kiểu mắc lưới có thể có dây hoặc không dây phụ thuộc vào kỹ thuật được sử dụng trong truyền thông. Tuy nhiên, ngày nay kỹ thuật không dây đã được phát triển hơn, ít tốn kém hơn. Một số tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng cho truyền thông không dây, mỗi tiêu chuẩn nhằm vào một ứng dụng khác nhau và các loại thông tin liên lạc khác nhau. So sánh các giao thức truyền thông không dây phổ biến như Zigbee, Wifi, Bluetooth, với những ưu điểm như tính linh động, khả năng mở rộng và khả năng hoạt động ổn định khiến ZigBee trở nên vượt trội so với các giao thức truyền thông khác, đặc biệt đối với một hệ thống điều khiển, giám sát trong công nghiệp. Cụ thể, ZigBee là một tiêu chuẩn mở
đã được tạo ra để giải quyết nhu cầu thị trường đối với một chi phí hiệu quả, các tiêu chuẩn dựa trên giải pháp mạng không dây có hỗ trợ dữ liệu tốc độ thấp, tiêu thụ ít năng lượng, an ninh và độ tin cậy cao. Sự vững mạnh của tiêu chuẩn ZigBee, kết hợp với những lợi ích của mạng lưới không dây, làm cho ZigBee trở thành sự lựa chọn hàng đầu cho các giải pháp điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu đang phát triển ngày nay.
Hình 4.4 Cấu trúc mạng ZigBee
Hệ thống mạng không dây theo kiểu mắt lưới Mesh mang rất nhiều ưu điểm nổi trội. Trước nhất là tính ổn định của mạng lưới. Mạng không dây là một mạng lưới linh hoạt bao gồm một nhóm các node mạng, các node mới có thể tham gia vào nhóm và mỗi node mạng có thể hoạt động như một bộ định tuyến độc lập. Mạng không dây Mesh có khả năng tự thích nghi, tức là chúng có khả năng tự cấu hình lại và hoạt động như bình thường ngay cả khi một vài node bị hỏng, hoặc tìm đường đi khác khi đường đi thông thường bị chặn. Đây đều là những tình huống có thể xảy ra trong hệ thống công nghiệp. Một node mạng trung tâm sẽ kiểm soát các node mạng khác kết nối với nó. Nếu một node không liên lạc được với một node
khác, hai node có thể liên lạc với nhau bằng cách sử dụng các node trung gian. Tính linh hoạt của mạng lưới không dây là một điều cần được đề cập. Các vị trí vật lý của node trung tâm là rất linh hoạt, miễn là nó nằm trong phạm vi thông tin liên lạc của các thiết bị khác trong hệ thống, nó có thể được đặt bất cứ đâu, ở vị trí hợp lý nhất và thuận tiện nhất. Bên cạnh đó, chi phí lấp đặt mạng lưới là không đáng kể. Ngoài các chi phí phần cứng gặp phải khi sử dụng Zigbee cho từng thiết bị trong hệ thống. Chi phí bỏ ra chỉ dành cho việc lắp đặt các node trung tâm để quản lý mạng. Thêm vào đó, mạng không dây Mesh có khả năng mở rộng dịch vụ cao. Một mạng lưới duy nhất có thể hỗ trợ hàng ngàn cá nhân thiết bị. Để bổ sung thêm các thiết bị mới, chỉ đơn giản là đặt nó tại nơi bạn muốn và sau đó bật nó lên. Một ưu điểm nổi trội của mạng không dây Mesh phải được đề cập đó là độ tin cậy và mạnh mẽ. Đây là một mạng lưới có thể được cải thiện bằng cách thêm nhiều thiết bị hơn, mở rộng khoảng cách, nâng cao chất lượng liên kết và độ tin cậy chung. Điều này đặc biệt dễ dàng trong mạng RF Mesh, nơi chúng ta có thể thêm, di chuyển và loại bỏ các thiết bị mà không cần phải thực hiện cài đặt hay cấu hình lại cho mạng. Với những ưu điểm vượt trội và chi phí đầu tư thấp, hệ thống mạng không dây Mesh là một sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới và các thiết bị đo điện năng nhằm tạo nên một hệ thống thu thập dữ liệu công tơ điện từ xa qui mô lớn, độ tin cậy cao và phần nào giảm bớt sự vất vả của các công nhân ghi chữ điện hiện nay [40].
Bên cạnh những ưu điểm được nêu trên, mạng không dây Mesh vẫn có một số nhược điểm như dung lượng mạng và sự giảm âm là những thách thức lớn của các hệ thống mạng lưới không dây. Trong những khu vực đô thị, mạng lưới không dây đã phải đối mặt với một thách thức về phạm vi phủ sóng. Bên cạnh đó, để đáp ứng sự cân bằng giữa định tuyến đáng tin cậy và linh hoạt thì chi phí cho một số lượng lớn các nodes thông minh là rất đáng kể. Hơn nữa, cần thiết có một công ty thứ ba để quản lý mạng do khi thông tin đo đi qua tất cả các điểm truy cập, cần áp dụng một số kỹ thuật để mã hóa các dữ liệu vì mục đích an ninh.