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