Podle slovníku Merriam Webster: schopnost něčeho vrátit se po stlačení nebo deformaci do původní velikosti a tvaru. Odolnost je schopnost zotavit se z nepříznivé situace nebo změny nebo se jim snadno přizpůsobit.
Odolnost sítě má několik aspektů, včetně odolnosti vůči:
Veškerá běžná správa sítě a obnova po extrémních podmínkách vyžadují připojení (téměř) v reálném čase, schopnost zpracování a rychlý a spolehlivý přenos extrémního množství dat. Udržení odolnosti sítě tváří v tvář těmto faktorům vyžaduje schopnosti, které jsou nyní k dispozici a byly ověřeny v nákladově efektivních technologiích, ale teprve se začínají zavádět v komerčních sítích:
Veškerá běžná správa sítě a obnova po extrémních podmínkách vyžadují připojení (téměř) v reálném čase, schopnost zpracování a rychlý a spolehlivý přenos extrémního množství dat. Udržení odolnosti sítě tváří v tvář těmto faktorům vyžaduje schopnosti, které jsou nyní k dispozici a byly ověřeny v nákladově efektivních technologiích, ale teprve se začínají zavádět v komerčních sítích:
Vzhledem k požadavkům na sběr a přenos velkého množství dat jsou telekomunikační služby zásadní pro odolnost sítě - odolnost telekomunikačních sítí se stává základním prvkem řešení sítě, který poskytuje připojení podle potřeby v různých podmínkách. Energetické podniky, které se zcela nebo částečně spoléhají na poskytovatele telekomunikačních služeb, akceptují, že odolnost jejich sítě závisí na odolnosti sítí třetí strany. Tradičním způsobem, jak získat potřebnou nezávislost na těchto třetích stranách, je zřízení a provozování soukromých telekomunikačních sítí s využitím technologií, jako jsou bezdrátové sítě (vždy závislé na využití a kontrole rádiového spektra) a kabelové technologie, jako jsou optická vlákna a Power Line Communications, využívající vlastní vedení energetických společností.
V důsledku dekarbonizace lze očekávat pokračování enormního nárůstu počtu výroben, akumulačních zařízení a velkých dodatečných spotřebičů na nižších napěťových hladinách. Tyto změny stále častěji vedou ke vzniku kapacitně omezených míst v distribučních sítích. Tento problém ještě zhoršuje velmi vysoká volatilita výroby i spotřeby. Vzhledem k časovým omezením nelze tento nárůst a s ním spojené zatížení řešit rozšířením sítí, takže je nezbytný řídicí zásah do nízkonapěťové části sítě. Centrální řízení, které se dosud praktikovalo na vyšších napěťových hladinách, je však na nižších napěťových hladinách obtížně proveditelné, protože počet jednotek, které je třeba řídit, je tisíckrát vyšší. Centrální řízení v celé síti nízkého napětí by znamenalo nepřijatelnou potřebu lidských zdrojů a nepřijatelné zvýšení nákladů na komunikaci. Jedním z řešení je zde decentralizované řízení pomocí automatizovaných řídicích jednotek v místních stanicích sítě. Toto autonomní řešení však vyžaduje vysokorychlostní komunikaci v reálném čase mezi místními jednotkami spotřeby a výroby a také rychlou a spolehlivou komunikaci s řídicí jednotkou. Právě zde se plně projevuje potenciál technologie BPL. Kromě ekonomických výhod decentralizovaného řešení řízení vede autonomní řízení k relevantnímu zlepšení stability a snížení náchylnosti ke kybernetickým útokům na energetické sítě. Společnost E.ON se tímto problémem zabývá již delší dobu a již vyvinula řešení založená na technologii BPL, která jsou v současné době ověřována v rámci terénních studií.
V důsledku dekarbonizace lze očekávat pokračování enormního nárůstu počtu výroben, akumulačních zařízení a velkých dodatečných spotřebičů na nižších napěťových hladinách. Tyto změny stále častěji vedou ke vzniku kapacitně omezených míst v distribučních sítích. Tento problém ještě zhoršuje velmi vysoká volatilita výroby i spotřeby. Vzhledem k časovým omezením nelze tento nárůst a s ním spojené zatížení řešit rozšířením sítí, takže je nezbytný řídicí zásah do nízkonapěťové části sítě. Centrální řízení, které se dosud praktikovalo na vyšších napěťových hladinách, je však na nižších napěťových hladinách obtížně proveditelné, protože počet jednotek, které je třeba řídit, je tisíckrát vyšší. Centrální řízení v celé síti nízkého napětí by znamenalo nepřijatelnou potřebu lidských zdrojů a nepřijatelné zvýšení nákladů na komunikaci. Jedním z řešení je zde decentralizované řízení pomocí automatizovaných řídicích jednotek v místních stanicích sítě. Toto autonomní řešení však vyžaduje vysokorychlostní komunikaci v reálném čase mezi místními jednotkami spotřeby a výroby a také rychlou a spolehlivou komunikaci s řídicí jednotkou. Právě zde se plně projevuje potenciál technologie BPL. Kromě ekonomických výhod decentralizovaného řešení řízení vede autonomní řízení k relevantnímu zlepšení stability a snížení náchylnosti ke kybernetickým útokům na energetické sítě. Společnost E.ON se tímto problémem zabývá již delší dobu a již vyvinula řešení založená na technologii BPL, která jsou v současné době ověřována v rámci terénních studií.
Některé evropské energetické společnosti standardizovaly a zahájily komerční zavádění technologií širokopásmového připojení přes elektrické vedení, které mohou tyto požadavky splnit, zejména s ohledem na budoucí potřeby telekomunikačních schopností. Čipy BPL kombinují komunikační a výpočetní schopnosti, které umožňují kybernetickou bezpečnost a další funkce, jimž se běžná řešení, jako je bezdrátová komunikace a úzkopásmová komunikace po elektrickém vedení, nemohou vyrovnat.
V následujících kapitolách budou podrobněji vysvětleny technologické požadavky nové energetické sítě s využitím analogie s finančním systémem. Vzhledem k ústřednímu postavení elektrické sítě v ekonomice a společnosti a s ohledem na transformační změny, kterými síť prochází - integrace obnovitelných zdrojů a elektrických vozidel, jakož i zavedení nejvyšších bezpečnostních požadavků - musí být síťové systémy přinejmenším stejně odolné jako finanční systémy.
Především je třeba si uvědomit, že požadavky na provoz elektrických sítí musí od počátku řešit základní požadavek v každé elektrizační soustavě: musí být řízena v reálném čase, protože stabilita soustavy závisí na sladění nabídky a poptávky, což se musí dít v reálném čase. Tato skutečnost je vždy neodmyslitelným požadavkem na data a komunikaci v reálném čase. To se neděje ve finančním systému, který umožňuje zpožděnou reakci, odlišnou od reálného času. (Ne všechny funkce v elektrizační soustavě musí probíhat v reálném čase, jako je tomu v případě měření - před ne více než dvaceti lety se odečty měřidel prováděly ručně). Jak však bylo vysvětleno výše, budoucí služby a potřeby představují naléhavý požadavek přiblížit se reálnému času ("téměř reálnému času").
Pokud jde o údaje o zákaznících z řad domácností, musí být distribuční systémy elektřiny, stejně jako finanční systémy, odolné. Porovnáme-li počet bajtů potřebných pro transakci kreditní kartou a pro odečet profilu měření elektřiny, získáme následující údaje:
Data pro komunikaci kreditní karty mezi platebním terminálem a serverem jsou v průměru menší než 1 kilobajt, ale mezi jednotlivými zeměmi existují velké rozdíly, takže standard není přesný. Typické údaje zahrnují informace o držiteli karty (číslo kreditní karty, datum expirace, číslo cvv), terminálu (číslo terminálu, obchodník), konkrétní informace o transakci (částka transakce, typ transakce (nákup, výběr, vklad, vrácení, storno, dotaz na zůstatek, platby a převody mezi účty, položky transakce), hlavičku CP/IP a informace o zabezpečení TLS.
Profil měření se sbírá obvykle každých 15 minut na měřidlo. Typický profil zatížení s 20 registry (může jich být až 80) má velikost přibližně 300 až 500 bajtů. Obsahuje informace o měřiči, id měřiče (16 bajtů), id utility (32 bajtů), časovou značku (22 bajtů), id komunikačního modulu (17 bajtů), id profilu (4 bajty), informace o registrech a seznam registrů je pro každý registr (kód OBIS: 6 bajtů, hodnota: 4 bajty).
V současné době probíhá sběr dat z elektroměrů každých 15 minut, což představuje 96 profilů za 24 hodin, což je mnohonásobně více dat, než je běžné u transakcí s kreditními kartami. Digitalizace povede k dalšímu nárůstu požadavků na data v energetické síti v důsledku:
Veškerá data koncových uživatelů musí být šifrována, ve finančním systému protokolem TLS a odpovídajícími protokoly v energetických sítích. Kromě toho je přístup do systémů chráněn infrastrukturou PKI. Požadavky na bezpečnost energetických systémů se rychle vyvíjejí a u odolných systémů převyšují požadavky na bezpečnost finančních systémů. Například při transakci kreditní kartou je to kód PIN nebo číslo CVS, které se ověřuje pomocí infrastruktury PKI; ovšem pouze jednosměrně, od kreditní karty k serveru. Například v energetickém sektoru je autentizace společnosti E.ON obousměrná. Jinými slovy, komplexní energetické sítě, jako je síť BPL společnosti E.ON, používají obousměrné (vzájemné) ověřování TLS k zabezpečení komunikace mezi koncovými zařízeními, takže nejen server může ověřit koncové zařízení BPL, ale také aplikace na koncových zařízeních BPL mohou ověřit server, aby se ujistily, že server je ten, se kterým aplikace skutečně chtějí komunikovat.
Řešení PKI integrované do zařízení BPL proto poskytuje dodatečné zabezpečení, které aplikacím běžícím na BPL umožňuje bezpečně obnovovat tajné informace používané pro šifrování, ověřování a autorizaci.
Z výše uvedených požadavků vyplývá, že za současné situace nepředstavuje množství pouze měřicích údajů pro komunikaci v síti významnou výzvu. Rostoucí množství dat s rostoucí integrací DERM a požadavky na bezpečnost v běžném provozu, a to i bez náhlých kritických událostí, však již představují výzvu pro stávající možnosti komunikace pro inteligentní měření a poskytování souvisejících zákaznických služeb: úzkopásmové PLC a LTE.
Kritické nepředvídatelné situace ve finančním systému způsobené koncovými zákazníky jsou velmi vzácné. Kromě toho jsou zákazníci pojištěni u Federální společnosti pro pojištění vkladů (FDIC), která dnes pojišťuje vkladatele až do výše 250 000 USD na bankovní instituci. Přesto se finanční krize v letech 2008-2009 opět setkala s několika pozoruhodnými runy na banky. Dne 25. září 2008 byla americkým Úřadem pro dohled nad spořitelnami uzavřena banka Washington Mutual (WaMu), v té době šestá největší americká finanční instituce. V předchozích dnech si vkladatelé vybrali vklady v hodnotě více než 16,7 miliardy dolarů, což způsobilo, že bance došly krátkodobé hotovostní rezervy.
Navzdory různým předpisům na úrovni jednotlivých zemí, které obvykle postihují nízkou úroveň kvality služeb, nemají zákazníci energetických systémů státní pojištění pro dodávky elektřiny. Náhlé, nepředvídatelné přívaly dat a potřeba zajistit spolehlivé vysoce bezpečné prostředí představují klíčovou výzvu pro návrh sítě a jejích telekomunikačních služeb. Pro inteligentní měření a související zákaznické služby je dnes běžně používané komunikační sítě, úzkopásmové PLC a širokopásmové bezdrátové sítě, nesplňují. Čelí transformačním změnám, jejichž důsledkem jsou mnohem vyšší přenosové rychlosti než ve finančních systémech. V procesu digitalizace se množství dat dramaticky zvýší. Kromě toho je třeba zavést zabezpečení, včetně tunelování TLS, autentizace a autorizace, přičemž zabezpečení musí být alespoň tak dobré jako ve finančních systémech. Pro zvýšení spolehlivosti a doby odezvy je třeba masivně vytvářet a modernizovat sítě rozvodných sítí.
Jak technologie širokopásmového přenosu po elektrickém vedení, tak technologie úzkopásmového přenosu po elektrickém vedení jsou technologie sdílených médií, což znamená, že všechny měřiče sdílejí šířku pásma v rámci jedné síťové domény (často je jednou doménou jedna sekundární trafostanice).
Technologie širokopásmového přenosu po elektrickém vedení poskytuje spolehlivost a dobu odezvy, která splňuje bezpečnostní požadavky moderní sítě inteligentních měřičů. Pro ochranu fakturačních dat a zajištění soukromí měřicích údajů, a co je důležitější, pro ochranu bezpečného provozu distribuční sítě energie, jsou moderní sítě inteligentních měřičů chráněny řadou bezpečnostních rámců, jako je šifrované tunelování dat, vzájemné ověřování na bázi infrastruktury veřejných klíčů (PKI), digitální podpisy a mnoho dalších služeb bezpečnostní ochrany. Tyto bezpečnostní rámce vyžadují krátkou dobu odezvy a spolehlivou šířku pásma pro podporu interakce bezpečnostních zpráv. Tradiční úzkopásmové síťové technologie mají pomalou dobu odezvy. To vede k extrémnímu chvění spojení, které znemožňuje použití těchto moderních bezpečnostních protokolů. Aby bylo možné zajistit zabezpečení end-to-end, je mezi inteligentními měřiči a centrálními datovými uzly často zapojen trvalý tunel TLS. To znamená, že pro fungování moderních bezpečnostních protokolů centrální služba naváže spojení se všemi měřiči paralelně a udržuje takové spojení 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Více spojení je trvalých.
Úzkopásmová síť je však navržena tak, aby udržovala vždy jen jedno spojení. Pokud je určitý velký počet měřičů zapojen do spojení ve stejnou dobu (periodické přehazování měřičů v intervalech jako 15 minut, jedna hodina nebo jeden den), dochází v síti k neustálému přerušování a opětovnému navazování síťových relací. Tradiční úzkopásmová síť podporuje pouze následné sledování kvality elektrické energie, kdy shromažďuje všechny události týkající se kvality elektrické energie po několika hodinách nebo dnech a poté provádí jejich analýzu a provádí reakce. Nepodporuje vícenásobné vysílání příkazů, které by se během krátkého časového úseku odeslaly velkému počtu měřičů a provedly příkazy, jako je například vyřazení špičkových odběrů energie, synchronizace odečtů měřičů atd.
Dalším důvodem pro použití širokopásmové technologie v inteligentní měřicí síti jsou zprávy typu "bursts". Pro podporu odezvy v reálném čase při monitorování kvality energie a řízení provozu to vede k výpadkům zpráv, když energetická distribuční síť generuje výstrahy a události nebo masivní příkazy k řízení provozu, když se snaží zbavit energie, aby snížila špičkové požadavky. Širokopásmová síť přes elektrické vedení má dodatečnou kapacitu pro přenos nepředvídatelně velkého množství dat.
A konečně, načítání operací údržby do měřičů, stejně jako vylepšování softwaru, může vyžadovat značný čas, který by mohl být zkrácen pro efektivnější operace, což posiluje výhodu širokého pásma.
Mobilní datové technologie, jako je LTE, trpí nedostatečným pokrytím sítí ve venkovských oblastech a přetíženými sítěmi v centrech měst. Dokonce i v městských a příměstských oblastech, zejména v Evropě s mnoha podzemními sítěmi, je pokrytí zcela nedostatečné.
Mobilní technologie je navržena jako sdílená šířka pásma pro všechny uživatele pod jednou základnovou stanicí (buňkovou věží). V městském prostředí denně aktivně vstupuje do pokrytí každé základnové stanice a vystupuje z něj velký počet uživatelů. Obvykle uživatelé mobilních sítí vyžadují výměnu dat pouze několikrát za hodinu. Aby se optimalizovaly náklady, poskytují mobilní operátoři možnost zpětného přenosu dat v síti za zlomek objemu, který by byl potřebný, kdyby všichni uživatelé mobilních sítí kladli požadavky na síť současně. To často vede k tomu, že uživatelé mobilních telefonů zažívají přetížení sítě při přesunu z jedné věže na druhou.
Moderní inteligentní měřiče naopak vyžadují trvalé šifrovací tunely od každého měřicího bodu do datového centra, aby bylo zajištěno zabezpečení end-to-end. Je to podobné, jako kdybyste ke každé mobilní věži přidali stovky nebo tisíce uživatelů a každý z nich by používal internet 24 hodin denně, 7 dní v týdnu současně. Takový nárůst komunikace bezpochyby způsobí, že páteřní síť mobilních sítí bude trpět častými výpadky služeb. Při použití celulární technologie ve venkovských oblastech je zajištění pokrytí vysokorychlostní síťovou službou ve všech venkovských zeměpisných oblastech neekonomické. Někteří poskytovatelé mobilních služeb začali zavádět služby 5G se zvýšenou šířkou přenosového pásma (backhaul) do městských mobilních věží, aby zmírnili rostoucí obavy z přetížení sítě, s nimiž se uživatelé mobilních služeb setkávají již bez nasazení inteligentního měřiče. 5G však využívá několikanásobně vyšší frekvence než 4G (LTE), což bude mít za následek ještě menší pokrytí pro každou buněčnou věž a zhorší již tak nedostatečné pokrytí 4G.
Veřejná mobilní technologie, která je navržena tak, aby umožňovala provoz omezenému počtu uživatelů s určitou pravděpodobností, zcela nepokrývá potřeby provozovatelů sítí, kteří potřebují přednostní využití během událostí vyšší moci. Když povodeň nebo tornádo způsobí v regionu škody, veřejné mobilní služby jsou buď přerušeny, nebo je veřejnost silně poptává kvůli záchranným pracím nebo jen kvůli aktuálním informacím pro rodiny, a tento náhlý dramatický nárůst využívání mobilních služeb často vede k přetížení sítě. K tomu dochází v době, kdy veřejné služby kriticky potřebují sdělit velké množství dat. První prioritou utility během události vyšší moci je obnovit dodávku energie tím, že se spoléhá na zpětnou vazbu chytré sítě, aby pochopila všechny události související s energií a zpětnou vazbu senzorů. Utility proto budou mít také dramatický nárůst požadavků na data. Tyto dva typy poptávky se budou vzájemně předhánět a nakonec způsobí nedostupnost celé služby.
Energetická společnost vlastní vyhrazená vedení, která mohou zajistit komunikaci během obnovy. Majetek veřejné služby, který má být chráněn, je zároveň majetkem, který zajišťuje širokopásmovou komunikaci po elektrickém vedení. Technologie širokopásmového powerline PLC s výkonem 100 Mb/s, vysokou spolehlivostí a nízkým jitterem využívá rozvody elektrické energie pouze pro vyhrazenou komunikaci dat utility . Během této komunikace shromažďuje všechny charakteristiky sítě pro vyhodnocování a řízení.
