Test av standardisert RF mesh Bakgrunn Standardisering Oppsett Resultater Veien videre
Bakgrunn NTE har et ønske om bygge en AMS/Smart Grid kommunikasjonsinfrastruktur som er fremtidsrettet og med muligheter for å gjenbruke teknologi på flere områder Frem til nå har det vært mange proprietære løsninger på markedet. Dette medfører låsing til leverandører og begrensede muligheter for interoperabilitet. Connode har med sin 4. generasjon RF mesh laget en løsning som bygger 100% på åpne standarder. Sikkerhet, robusthet og ytelse skal være tilstrekkelig for AMS og for flere Smart Grid funksjoner. Det ble i februar 2013 satt opp en begrenset trial med Connode-4 enheter i regi av Demo Steinkjer.
Standardisering Connode 4 benytter samme byggeklosser som blant annet Cisco, Siverspring og Itron har i sine Whitepaper for Smart Grid kommunikasjon. Stikkord: - 802.15.4g/e - 6LowPAN - RPL - UDP - DTLS - CoAPs - EXI
Oppsett av Connode 4 trial Testing med både integrert (i måler)og stand alone gateway. IPv6 på alle noder (mesh enheter, gateway og servere) Både gateway og Com Server har dual stack (IPv4 og IPv6) Det settes opp en TSP/v6udpv4 tunell (RFC 5572) mellom gateway og server. Server er både TSP- og tunell- server 2 gateway og 10 mesh enheter i begrenset geografisk område
Oversikt over målere/område/routing/radioforhold Alle grafer og figurer hentet fra Connode 4 server. GPS koordinater lagt inn for alle enheter.
Resultater av testing - I den begrensede trialen vi har satt opp er ytelsen meget bra - Gateway med Ethernet tilkobling gir betydelig bedre ytelse enn GPRS/3G - ICMPv6 ping probe satt opp (Smokeping), viser RTT fra 60ms og oppover for mesh enheter (24 byte ICMP payload) - Overføringshastighet på rundt 8kbit/s (applikasjonslag) - Link budsjett >130dB (basert på RSSI verdier lest av på enheter) - Stabil kommunikasjon mellom Gateway og mesh enhet med avstand over 1 km. Mesh enhet installert i kjeller hos kunde, gateway utendørs - Målerne er satt opp til å sende inn måleverdier (4 parametre) hvert minutt. Verdiene er tilgjengelige i C4 server i løpet av mindre enn et minutt etter sample time i måler. Mangler normalt veldig få minuttsverdier i løpet av et døgn. - Statistikk oppdatert hvert minutt for hver måler (9 parametre) - Det er mulig å verifisere protokoller fra nettverkslag og oppover med tcpdump på Connode 4 server: - TSP fungerer som forventet - IPv6 routing OK mellom servere og mesh/gateway enheter - DTLS oppsett OK - CoAPs meldinger er krypterte - På nedre lag (1+2) av RF mesh har ikke NTE utstyr for å verifisere meldinger - Bruker statistikk fra Connode 4 server for å se RSSI fra parent - Benytter en CoAP client på C4 server for å se på sende effekt for de forskjellige nabonodene - Effektsyring ser ut til å fungere. Target RSSI er -90dBm - Lag2 sikkerhet er implementert, men ikke verifisert av NTE
APC Adaptive Power Control root@ntec4srv01:~/coap_client#./coap_client6 2103::2:200:2000:0:135 -method get -uripath net/topology -accept 47 STDOUT used for logging 00:00:00.000s [ info] [ log_service] { init}: log service started. 00:00:00.074s [ info] [ params] { init}: 0 bytes used in configuration area 00:00:00.074s [ info] [ coap_client] { coap}: Sending a packet of size 24 to [2103::2:200:2000:0:135]:5683 00:00:00.959s [ info] [ coap_client] { receive}: Receive a packet of size 241 from [2103::2:200:2000:0:135/0]:5683 00:00:00.959s [ info] [ coap_client] { coap}: got response 00:00:00.959s [ info] [ coap_client] { coap}: messageid: 38, type: 2, code: 45 00:00:00.959s [ info] [ coap_client] { coap}: content-type: 47 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <topology> <status> <addr>2103::2:200:2000:0:135</addr> <state>attached</state> <rank>256</rank> </status> <nb> <addr>2103::2:200:2000:2f:28</addr> <rank>256</rank> <etx>128</etx> <state>local</state> <rssi>-72</rssi> <txpwr>1</txpwr> </nb> <nb> <addr>2103::2:200:2000:0:138</addr> <rank>128</rank> <etx>128</etx> <state>pref-parent</state> <rssi>-91</rssi> <txpwr>59</txpwr> </nb> <nb> <addr>2103::2:200:2000:36:43</addr> <rank>384</rank> <etx>128</etx> <state>local</state> <rssi>-75</rssi> <txpwr>2</txpwr> </nb> </topology> root@ntec4srv01:~/coap_client# Alle mesh- og gateway- enheter har oversikt over mottatt signal fra og sendeeffekt mot enheter de ser. NTE har ikke utstyr for å verifisere L1/L2 av protokollstack. Benytter interne verktøy i C4 server. Txpwr er et relativt tall, ca utgangseffekt: 1: 5µW 2: 0.1 mw 3: 5 mw. 20: 32 mw. 42: 250 mw. 63: 500 mw
RPL - Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks Connode 4 benytter RPL for å finne optimal vei fra mesh enheter til gateway. - Minimum Rank with Hysteresis Objective Function (MRHOF) med Estimated Transmission Count (ETX) metric - Ved hjelp av coap client kan rank/etx verifiseres - Ser at netteverket lever - RPL er implementert i nettverkslag ( route over ). Alle pakker må settes sammen før de eventuelt kan rutes videre Smokeping graf, mesh enhet. Viser at RTT kan variere over tid. Rødt: Direkte til gateway Blått: Via en mesh enhet Grønt: Via to mesh enheter Traceroute mot mesh enhet: root@ntec4srv01:~/coap_client# traceroute -6 -N 1 -m 5 -q 3 -I 2103::2:200:2000:0:1be traceroute to 2103::2:200:2000:0:1be (2103::2:200:2000:0:1be), 5 hops max, 80 byte packets 1 2103::2:200:2000:0:138 (2103::2:200:2000:0:138) 1.297 ms 1.771 ms 1.895 ms 2 2103::2:200:2000:0:1c5 (2103::2:200:2000:0:1c5) 114.853 ms 93.752 ms 109.988 ms 3 2103::2:200:2000:0:1b5 (2103::2:200:2000:0:1b5) 431.150 ms 179.389 ms 175.525 ms 4 2103::2:200:2000:0:1be (2103::2:200:2000:0:1be) 211.584 ms 202.829 ms 427.862 ms
Integrasjon mot WEB service - DNS oppslag Når mesh enhet bytter gateway endres første del av IPv6 adresse - Smokeping probe kan ikke benytte IP adresse direkte, må bruke host - Script henter ut kobling mellom mesh enheter og IPv6 adresse hvert minutt ved hjelp av web service - Oppdatererer sone i Bind DNS server - Smokeping probe fungerer selv om mesh enheter skifter gateway! root@ntec4srv02:~# crontab -l */1 * * * * /home/meshnet/dns_update_c4.sh >/dev/null 2>&1 root@ntec4srv02:~# cat /home/meshnet/dns_update_c4.sh #!/bin/bash # DNS update script for C4 mesh network cat /home/meshnet/terminalsearch.xml POST http://10.210.33.2:8080/ws/terminalservices xml2 2csv items terminalid address awk 'BEGIN { FS = "," } ;NR>2{printf ("%s %s\n",$1,"90 IN AAAA " $2)}' > /home/meshnet/c4_dns.txt chown bind:bind /home/meshnet/c4_dns.txt mv /home/meshnet/c4_dns.txt /etc/bind/ /usr/sbin/rndc reload c4.nte root@ntec4srv02:~# cat /etc/bind/c4_dns.txt.. 452 90 IN AAAA 2103:0:0:2:200:2000:0:1c4 315 90 IN AAAA 2103:0:0:2:200:2000:0:13b 309 90 IN AAAA 2103:0:0:2:200:2000:0:135 root@ntec4srv02:~# ping6 452.c4.nte PING 452.c4.nte(2103::2:200:2000:0:1c4) 56 data bytes 64 bytes from 2103::2:200:2000:0:1c4: icmp_seq=1 ttl=14 time=125 ms 64 bytes from 2103::2:200:2000:0:1c4: icmp_seq=2 ttl=14 time=161 ms 64 bytes from 2103::2:200:2000:0:1c4: icmp_seq=3 ttl=14 time=110 ms 64 bytes from 2103::2:200:2000:0:1c4: icmp_seq=4 ttl=14 time=103 ms
Integrasjon mot WEB service Demo Steinkjer REST API - Mellomvare (Oracle Fusion) henter alle nye måleverdier fra Connode 4 server hvert minutt - Verdiene blir så gjort tilgjengelig via Demo Steinkjer sitt CIM kompatible REST API (IEC/TR 61968-9) - https://api.demosteinkjer.no/ - https://api.demosteinkjer.no/docs/ - Det tar rundt ett minutt fra kommunikasjonsmodul i måler får måleverdier til de er tilgjengelige på API
Begrensinger - Test av kommunikasjonsteknologi, mangler funksjonalitet for å håndtere måleverdier - Ikke eksport til MDM - Ikke mulig å etterspørre enkeltmålinger eller tidsserier - Veldig begrenset antall parametere som hentes fra målere (4) - Kan ikke velge eksempelvis OBIS koder som skal overføres - Radiomessig så fungerer det fint med de enhetene vi har i test (10 mesh + 2 GW), men usikkert hvordan det fungerer med mange enheter i et begrenset område - Benytter kun en kanal (869.4 869.65 MHz) - Kanalen er åpen for alle å benytte (SRD). Kan gi forstyrrelser fra annet utstyr - Sikkerhetsfunksjoner fremdeles ikke helt modne. Eksempelvis er det statiske sertifikater for DTLS samt statisk nøkkel for lag 2 sikkerhet
Veien videre -Installasjon av generisk HES som kommuniserer med Connode 4 - Gir bedre håndtering av måleverdier - Eksport til MDM -Fullverdig sikkerhetsløsning -Mulig å bytte sertifikater for DTLS og nøkkel for lag 2 sikkerhet - Mulighet til å etterspørre tidsserier og enkeltmålinger - Flere nettnytteverdier tilgjengelige - CEPT (EU PT) har kommet med anbefaling angående bruk av frekvensområdet 870-876 MHz - Måleravlesning og Smart Grid kommunikasjon er trafikk det åpnes for - ECC Report 189 (godkjent februar 2014) - ERC Recommendation 70-30 - Opp til nasjonale myndigheter å oppdatere sitt regelverk i henhold til CEPT - Løser problemer rundt interferens og båndbreddebegrensinger - Connode 4 kan benytte disse frekvensene. Krever ingen ny HW, kun ny SW/FW. Meget interessant å få testet dette! - Mulighet for interoperabilitet mot eksempelvis Cisco/Itron/Siverspring eller andre - Godkjenne utstyr i WI-SUN alliance?