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AutomatizaciAutomatizacin de Estaciones: n de Estaciones: estado actual y tendenciasestado actual y tendencias
Norma IEC 61850 Norma IEC 61850 -- Ed.1Ed.1
Rodolfo Pellizzoni
Curso de Post Grado 2011Curso de Post Grado 2011MODULO V MODULO V
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 2
TemarioTemario
1. Introducci1. Introduccinn
2. Estandarizaci2. Estandarizacin n -- Antecedentes Antecedentes 2.1. Organismos de Normalizaci2.1. Organismos de Normalizacin: IEC, IEEE, otrosn: IEC, IEEE, otros2.2. Modelos de Referencia OSI 2.2. Modelos de Referencia OSI EPAEPA2.3. Protocolos de Transmisi2.3. Protocolos de Transmisin de Datosn de Datos-- Normas IEC: IEC 60870Normas IEC: IEC 60870--
55--101, IEC 60870101, IEC 60870--55--103, IEC 60870103, IEC 60870--55--104, IEC 60870104, IEC 60870--6. DNP 3.06. DNP 3.02.4. Red de Area Local (LAN) Ethernet: conceptos b2.4. Red de Area Local (LAN) Ethernet: conceptos bsicos, Control sicos, Control
de Acceso al Medio (MAC), diversos mde Acceso al Medio (MAC), diversos mtodos de acceso al todos de acceso al medio, del nomedio, del no--determinismo al determinismo, Ethertypedeterminismo al determinismo, Ethertype
2.5. Switch: caracter2.5. Switch: caractersticas que deben poseer los switch a instalar sticas que deben poseer los switch a instalar en Subestacionesen Subestaciones
3. Automatizaci3. Automatizacin de EE.TT. : estado actual n de EE.TT. : estado actual
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 3
TemarioTemario
4. 4. Serie IEC 61850Serie IEC 61850--Ed.1: breve introducciEd.1: breve introduccin, objetivos, n, objetivos, publicaciones que la componen, visipublicaciones que la componen, visin general de la n general de la norma, SAS (Substation Automation System), norma, SAS (Substation Automation System), Interoperabilidad, Logical Node (LN), Atributos, Interoperabilidad, Logical Node (LN), Atributos, Common Data Class, (CDC), comunicaciones, tipos de Common Data Class, (CDC), comunicaciones, tipos de mensajes (GOOSE, GSSE, SV)mensajes (GOOSE, GSSE, SV)
5. 5. Ethernet en IEC 61850Ethernet en IEC 61850
6. 6. TopologTopologas de LAN Ethernet: Task Force WG 10as de LAN Ethernet: Task Force WG 10--TC 57TC 57--IEC; trabajos en desarrollo en el WG 10IEC; trabajos en desarrollo en el WG 10--TC 57TC 57
7. 7. IEC 61850 IEC 61850 -- Ed. 2: estado actual de los trabajosEd. 2: estado actual de los trabajos
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 4
TemarioTemario
8. Automatizaci8. Automatizacin EE.TT.: SAS (Substation Automation n EE.TT.: SAS (Substation Automation System) System) -- Futuras topologFuturas topologas de Proteccias de Proteccin y Controln y Control
9. Proyecto Piloto IEC 61850 en E.T. 132/33/13,2 kV con 9. Proyecto Piloto IEC 61850 en E.T. 132/33/13,2 kV con IEDs multifabricantes: objetivos, topologIEDs multifabricantes: objetivos, topologa, mensajes a, mensajes intercambiados, prosecuciintercambiados, prosecucin de los trabajos, n de los trabajos, conclusiones preliminares.conclusiones preliminares.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 5
Introduccin
Razones por las cuales es necesario que en un futuro prximolos Ingenieros y Tcnicos de Estaciones, de Proteccin, deControl y de Comunicaciones posean un vocabulario mnimocomn
Equipos de Trabajo multidisciplinarios
Interlocutores vlidos
Especialistas Generalistas
Tecnologa futura: Redes, IEDs, nuevos lenguajes de softwarepara modelado de objetos (UML, Unified Modeling Language)
Ser necesario una capacitacin continua
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NormalizaciNormalizacin n -- AntecedentesAntecedentes
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NormalizaciNormalizacin n -- AntecedentesAntecedentes
Normas de Jure (Publicadas por Organismos de Normalizacin)
Normas de Facto (No publicadas por Organismos de Normalizacin.Se imponen por su extensa utilizacin)
Recomendaciones (Telecomunicaciones)
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NormalizaciNormalizacinn
Organismos Internacionales de NormalizaciOrganismos Internacionales de Normalizacinn
International Electrotechnical Commission (IEC)International Electrotechnical Commission (IEC) Technical Council (TC) 57-Power Systems Mangement and Associated Information
Exchange
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
Internacional Standards Organization (ISO)Internacional Standards Organization (ISO)
Internacional Telecommunication Union Internacional Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITUTelecommunication Standardization Sector (ITU--T) T) (Recomendaciones)(Recomendaciones)
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Estandarizacin - Antecedentes
International Electrotechnical Commission (IEC)www.iec.org
International Standards Organization (ISO)www.iso.org
Institute of Electrical and Electronics Engineer (IEEE)www.ieee.org
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Conseil International des Grands Rseaux lectriques(CIGRE)International Council on Large Electric Systems
Study Committee D2Information Systems and Telecommunication for Power Systems
Electric Power Research Institute (EPRI)
Organismos Tcnicos Internacionales
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International Standards Organization (ISO)
Modelo de Referencia ISO/OSI
Modelo basado en propuesta desarrollada por ISO (International Standard Organization) como primera etapa hacia la estandarizacin internacional de los protocolos utilizados en las diversas capas.
El modelo es denominado ISO-OSI Reference Model Modelo de Referencia OSI, dado que se relaciona con la conexin de sistemas abiertos, es decir sistemas que son abiertos a las comunicaciones con otros sistemas
El Modelo de Referencia OSI no es una arquitectura de red porque no especifica exactamente los servicios y protocolos a ser utilizados en cada nivel
Simplemente define que debe hacer cada capa nivel
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International Standards Organization (ISO)
Enlace
Aplicacin
Presentacin
Sesin
Transporte
Red
Fsica
Modelo de Referencia OSI/ISO
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International Standards Organization (ISO)
Modelo de Referencia ISO/OSI
Los principios aplicados para arribar a las siete capas o niveles son los siguientes:
Una capa debe ser creada cuando es necesario un diferente nivel de abstraccin
Cada capa debe realizar una funcin bien definida
La funcin de cada capa debe ser elegida teniendo en cuenta la estandarizacin internacional de protocolos
El nmero de niveles debe ser lo suficientemente grande para que distintas funciones no deben ser incluidas en la misma capa si no es necesario, y lo suficientemente pequeo de forma que la arquitectura no se torne difcil de manejar
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Modelo de Referencia OSI
Capa Fsica: se ocupa de la transmisin de bits crudos en un canal de comunicacin
Capa Enlace de Datos: toma una facilidad de transmisin y la transforma en una lnea libre de errores de transmisin no detectados para la capa Red.
Capa Red: se ocupa de controlar la operacin de la sub-red. Determina como los paquetes son ruteados desde la fuente al destino
Capa Transporte: acepta datos de la capa Sesin, los divide en unidades menores, si necesario, los pasa a la capa Red, y asegura que todos los datos lleguen correctamente al otro extremo
Capa Sesin: permite a usuarios en diferentes PCs establecer sesiones entre ellos
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Modelo de Referencia OSI
Capa Presentacin: realiza ciertas funciones que son requeridas en forma lo suficientemente frecuente como para garantizar una solucin general para ellas
Capa Aplicacin: contiene una serie de protocolos que usualmente son utilizados para editar. Otra de las funciones es la transferencia de archivos
La Aplicacin del usuario se encuentra por encima de la capa Aplicacin del Modelo de Referencia
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EstandarizacinAntecedentes
EPRI (Electric Power Research Institute) Utility Communication Architecture (UCA 2.0) Modelo o Arquitectura que abarca todos los niveles del sistema (E.T., Centro de Control) Automatizacin de la subestacin
IEC (International Electrotechnical Commission) Transmisin de datos entre Centros de Control Transmisin de datos Estacin Centro de Control Transmisin de datos en la estacin
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Estandarizacin Antecedentes en Automatizacin de Estaciones
EPRI (Electric Power Research Institute) Utility Communication Architecture (UCA 2.0)
IEC (International Electrotechnical Commission) IEC 60870-5 IEC 60870-6 IEC 61850-Ed. 1 IEC 61968 IEC 61970
DNP 3.0 (Distributed Network Protocol)Data Transmission between Substation Control Centers Data Transmission in Substations
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Normalizacin de Sistemas de Telecontrol: IECSeries IEC 60870/61850/61334/61968/61970
IEC
Serie IEC 60870 - Telecontrol equipment and systems
Serie IEC 61850- Ed.1 - Communication networks and systems in substations
Serie IEC 61334 Distribution automation using distribution line carriersystems
Serie IEC 61968 Application integration at electric utilities System interfaces for distribution management
Serie IEC 61970 Energy management system application program interface (EMS-API) Common Information Model (CIM)
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Protocolos de Transmisin de DatosEstndares IEC
IEC 60870-5 (Telecontrol equipment and systems Part 5: Transmission protocols)
IEC 60870-5-101 (RTUs) IEC 60870-5-102 (Medidores de Energa) IEC 60870-5-103 (Rels de Proteccin) IEC 60870-5-104 (60870-5-101 sobre TCP/IP)
DNP 3.0 (Basado en IEC 60870-5 Frame Format FT3)
IEC 60870-6 (Telecontrol equipment and systems Part 6: Telecontrol protocols compatible with ISO standards and ITU-T recommendations)
ELCOM 90 (TASE 1) ICCP (Inter-Control Centre Communications Protocol) TASE 2
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Estndares IEC IEC 60870-5-101 (Telecontrol equipment and systems Part 5-101:
Transmission protocols Section 101: Companion standard for basic telecontrol tasks
IEC 60870-5-102 (Telecontrol equipment and systems Part 5-102 Transmission protocols Companion standard for the transmission of integrated totals in electric power systems
IEC 60870-5-103 (Telecontrol equipment and systems Part 5-103: Transmission protocols Companion standard for the informative interface of protection equipment
IEC 60870-5-104 (Telecontrol equipment and systems Part 5-104: Transmission protocols Network access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles
IEC 61850-Ed. 1 (Communication Networks and Systems in Substations)
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Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
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Serie IEC 60870 Serie IEC 60870 Telecontrol equipment and systemsTelecontrol equipment and systems
Part 6: Telecontrol compatible with ISO standards and ITUPart 6: Telecontrol compatible with ISO standards and ITU--T T recommendations recommendations
TASE 1 (Telecontrol Application Service Element N1)ELCOM 90ELCOM 90
TASE 2 (Telecontrol Application Service Element N2)ICCPICCP (Inter-Control Centre Communication Protocol)
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 22
IEC TC 57 Reference ArchitectureIEC TC 57 Reference Architecture
(International Electrotechnical Commission Technical Committe 57)
Arquitectura de Referencia
La Arquitectura de Referencia describe modelos de objetos, servicios, y protocolos en el marco del TC 57, y como se relacionan entre s.
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IEC 61850 IEC 61850 Ed. 2 Ed. 2 (En elaboracin en WG 10-TC 57)Communication networks and systems for power utility automationCommunication networks and systems for power utility automation
Part 1: Introduction and overview
Part 2: Glossary
Part 3: General requirements
Part 4: System and project management
Part 5: Communication requirements for functions and device models
Part 6: Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs
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IEC 61850 IEC 61850 Ed. 2Ed. 2Communication networks and systems for power utility automationCommunication networks and systems for power utility automation
Part 7-1: Basic communication structure Principles and models
Part 7-2: Basic communication structure Abstract communication service interface (ACSI)
Part 7-3: Basic communication structure Common data classes
Part 7-4: Basic communication structure Compatible logical nodesclasses and data classes
Part 7-410: Hydroelectric power plants Communication for monitoring and control
Part 7-420: Communications systems for distributed energy resources(DER) Logical nodes
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IEC 61850 IEC 61850 Ed. 2Ed. 2Communication networks and systems for power utility automationCommunication networks and systems for power utility automation
Part 7-500: Using logical nodes to model functions of a substation automation system
Part 7-510: Using logical nodes to model functions of a hydro power plant
Part 8-1: Specific communication service mapping (SCSM) Mapping to MMS (ISO/IEC 9506-1 and ISO/IEC 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3
Part 9-1: Specific communication service mapping (SCSM) Sample values over serial undirectional multidrop point to point link
Part 9-2: Specific communication service mapping (SCSM) Sample values over ISO/IEC 8802-3
Part 10: Conformance testing
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 26
IEC 61850 IEC 61850 Ed. 2Ed. 2Communication networks and systems for power utility automationCommunication networks and systems for power utility automation
Part 80-1: Guiedeline to exchange information from a CDC based data model using IEC 60870-5101/104
Part 90-1: Using IEC 61850 for the communication betweensubstations
Part 90-2: Using IEC 61850 for the communication betweensubstations and control centres
NOTA: La Ed.2 de la norma IEC 61850 se encuentra en elaboracin, por lo tanto es posible que algunas de las Partes que se han indicado como pertenecientes a esta nueva edicin, puedan ser modificadas sustituidas. Asimismo podran ser adicionadas nuevas Partes previamente a su edicin.
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Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
Se listan solamente algunas de las principales normas IEEE relacionadas con Ethernet
IEEE 802.3 - Ethernet (10 Mbps) CSMA/CD Paquete de longitud: 1518 bytes. Paquete mnimo: 64 bytes
IEEE 802.3u - Fast Ethernet (100 Mbps)
IEEE 802.3z - Gigabit Ethernet (1 Gbps)
IEEE 802.3ae - Gigabit Ethernet (10 Gbps)Paquete de longitud 1522 bytes
IEEE 802.1 D - Spanning Tree Protocol (Switch)
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Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
IEEE 802.1pPermite mensajes prioritarios, garantizando la entrega de informacin critica (time critical), brindando tiempos de respuesta determinsticos y resultados repetibles.
IEEE 802.1Q - Virtual LAN (VLAN Tagging)Estndar de red que permite que multiples redes segmentadascompartan, en forma transparente, el mismo enlace fsico de redsin interferencia de informacin entre los segmentos
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 29
Normalizacin de Sistemas de Telecontrol: IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineer (IEEE)
IEEE 802.3xPermite transmisin y recepcin simultnea bidireccional y repeticin de tramas Ethernet estndar sobre medios capaces de soportar esta caracterstica. Se conoce como modo full duplex
IEEE 802.11Wireless LAN - Permite enlaces inalmbricos con tecnologa Spread Spectrum
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EIA/TIA-422/485
UCA. 2
IEC 60870IEC 60870IEC 60870IEC 60870----5555 IEC 61850
CSMA/CD
CSMA/BA
ProfibusDeterminstico
DNP 3.0ELCOM 90
Productor-Consumidor
SCADA
RS-232
Automatizacin de Estaciones
WordlFIP
R. Pellizzoni R. Vignoni Automatizacin EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 31
Estado previo a la publicacin de la norma IEC 61850
Existencia de mltiples protocolos para la automatizacin de estaciones, incluyendo protocolos propietarios con enlaces de comunicaciones especialmente diseados
Cableado paralelo y/o serial de Rels de Proteccin, Transductores y Medidores Electrnicos
Tendencia actual
Interoperabilidad de dispositivos de diferentes fabricantes
Los nuevos Sistemas de Automatizacin de Subestaciones (SAS) utilizan dispositivos electrnicos inteligentes (IEDs) que cumplen con los requerimientos de Interoperabilidad
Redes de Area Local (LAN) Ethernet
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 32
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 33
Modelos de Referencia
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 34
ModelosModelos de de ReferenciaReferencia
Modelo de Modelo de ReferenciaReferencia OSI/ISOOSI/ISO(Open System Interconnection/International Standard Organization)
Modelo de Referencia TCP/IP Modelo de Referencia TCP/IP (Transmission Control Potocol/Internet Protocol)
Modelo de Referencia EPA Modelo de Referencia EPA -- IEC IEC (Enhanced Performance Architecture)
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 35
El Modelo OSI se basa en una propuesta de la ISO (Internacional El Modelo OSI se basa en una propuesta de la ISO (Internacional Standard Standard Organization), como una primera etapa en la estandarizaciOrganization), como una primera etapa en la estandarizacin internacional n internacional de los protocolos definidos en las varias capas o niveles de los protocolos definidos en las varias capas o niveles
El Modelo es llamado Modelo de Referencia ISO/OSI (Open Systems El Modelo es llamado Modelo de Referencia ISO/OSI (Open Systems Interconnection) debido a que trata la conexiInterconnection) debido a que trata la conexin de sistemas abiertos, es n de sistemas abiertos, es decir se encuentran abiertos para comunicaciones con otros sistedecir se encuentran abiertos para comunicaciones con otros sistemas mas
El modelo tiene siete capas o nivelesEl modelo tiene siete capas o niveles
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
Fsica
Modelo de Referencia
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Modelos de ReferenciaModelo OSI
(Open Systems Interconnection)
Camino Virtual
Camino Real
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
Fsica
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
Fsica
Camino Virtual
Camino Real
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
Fsica
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
Fsica
___________________________________________________________________________________________________________________
CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 37
Aplicacin
Sesin
Presentacin
Transporte
Red
Enlace de Datos
Fsica
Inf.Inf.
APDU
PPDU
SPDU
TPDU
NPDU
DPDU
Medio Fsico
Aplicacin
Sesin
Presentacin
Transporte
Red
Enlace de Datos
Fsica
PDU: Protocol Data Unit
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 38
Aplicacin
Sesin
Presentacin
Transporte
Red
Enlace de Datos
Fsica
Nivel 7
6
5
4
3
2
1
LLC (Logical Link Control)MAC (Mdium Access Control)
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 39
Logical Link Control Logical Link Control (Control de Enlace Lgico)Media Access Control Media Access Control (Control de Acceso al Medio)
Las operaciones definidas en la subcapa LLC son responsables del establecimiento de una conexin lgica entre dispositivos en una red. Esto incluye la interpretacin de los paquetes de mensajes recibidos en la red y la generacin de una adecuada respuesta y reconocimiento.
La subcapa MAC, se sita entre la LLC y la capa Fsica, y sirve para proveer acceso a los puertos fsicos de la red, como astambin para realizar el entramado y desentramado del paquete y la deteccin de errores en los paquetes recibidos.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 40
Media Access Control (MAC)
DirecciDireccin MACn MAC (Media Access Control address, MAC address)
Es un identificador nico asignado a adaptadores de red NICs (network interface cards) por el fabricante para identificacin y utilizacin en la subcapa MAC del protocolo
Uno de los formatos (IEEE, MAC-48) de la direccin MAC se compone de seis (6) grupos de dgitos hexadecimales separados por un - (guin) : (dos puntos)
ab-32-01-24-65-18ab:32:01:24:65:18
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 41
Modelos OSI/ISO - EPA
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 42
Modelos de Referencia
ArquitecturaArquitectura EPAEPA(Enhanced Performance Architecture)(Enhanced Performance Architecture)
Enlace
Aplicacin
Fsica
Modelo OSI/ISOModelo OSI/ISO
Enlace
Aplicacin
Presentacin
SesinTransporte
Red
FsicaNivel 1 Nivel 1 Nivel 2Nivel 2
Nivel 3Nivel 3
Nivel 4Nivel 4
Nivel 5Nivel 5
Nivel 6Nivel 6
Nivel 7Nivel 7
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 43
Modelo TCP/IPModelo TCP/IP
Sistema Origen Sistema Destino
Transporte
Internet
Host a Red
Aplicacin
Transporte
Internet
Host a Red
Aplicacin
RED
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 44
Protocolos de transmisin de datos
___________________________________________________________________________________________________________________
CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 45
IEC 60870-6 (Telecontrol equipment and systems Part 6: Telecontrol protocols compatible with ISO standards and ITU-T recommendations)
Modelo OSI/ISO
IEC 60870-5 (Telecontrol equipment and systems Part 5: Transmission protocols)
Arquitectura EPA
Protocolos de Transmisin de DatosEstndares IEC
Enlace
Aplicacin
Presentacin
Sesin
Transporte
Red
Fsica
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
Enlace
Aplicacin
Presentacin
Sesin
Transporte
Red
Fsica
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 46
Protocolos de TransmisiProtocolos de Transmisin de Datosn de Datos
IEC 60870-5 (Telecontrol equipment and systems Part 5: Transmission protocols)
IEC 60870-5-101 (RTUs) IEC 60870-5-102 (Medidores de Energa) IEC 60870-5-103 (Rels de Proteccin) IEC 60870-5-104 (60870-5-101 sobre TCP/IP)
DNP 3.0 (Basado en IEC 60870-5 Frame Format FT3)
DNP 3.0DNP 3.0 ((MaestraMaestra RTU/ RTU RTU/ RTU RelRelss de de ProtecciProteccinn)) IEC 60870IEC 60870--55--101 (101 (MaestraMaestra -- RTU)RTU) IEC 60870IEC 60870--55--103 (RTU 103 (RTU -- ProteccionesProtecciones))
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 47
Protocolos de Transmisin de Datos IEC 60870-5
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Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
DNP 3.0DNP 3.0 IEC 60870IEC 60870--55--101101
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 48
Protocolos de Transmisin de DatosIEC 60870-5
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
Distancia de HammingDistancia de Hamming
El nmero de posiciones de bit que dos palabras de cdigo difieren, se denomina "Distancia de Hamming"
Si dos palabras de cdigo se hallan separadas por una distancia de Hamming "d", se necesitarn "d" errores de un solo bit para convertir una en otra.
Las propiedades de deteccin y correccin de errores de un cdigo, dependen de su distancia de Hamming.
Para detectar "d" errores, se necesita un cdigo con una distancia "d + 1", dado que con ese cdigo no existe forma que "d" errores de un solo bit puedan cambiar una palabra de cdigo vlida en otra palabra vlida de cdigo.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 49
Protocolos de Transmisin de DatosIEC 60870-5
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
Distancia de Hamming Distancia de Hamming -- Integridad de DatosIntegridad de Datos
Las propiedades de deteccin y correccin de errores, dependen de su distancia de Hamming.
Mayor distancia de Hamming Protocolo "mMayor distancia de Hamming Protocolo "ms robusto"s robusto"
Integridad de Datos: Integridad de Datos: se define como la invariabilidad del contenido de informacin entre fuente y destino
En Sistemas de Telecontrol, la integridad de datos se relaciona con la probabilidad que errores no detectados resulten en informacin errnea acerca de los actuales estados del proceso en la direccin de monitoreo, o acciones no deseadas en la direccin de control del sistema.
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Red de Area Local (LAN)
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Redes
LAN (Local Area Networks)
WAN (Wide Area Network)
MAN (Metropolitan Area Network)
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Red de Area Local (LAN)
Las Redes de Area Local, se distinguen de otros tipos de redes (WAN, MAN) por las siguientes caractersticas:
Tamao
Tecnologa de transmisin
Topologa
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Red de Area Local - LAN
LAN (Local Area Network)Son redes privadas instaladas en un edificio o campus universitario que pueden tener una extensin de hasta algunos kilmetros. Conectan computadoras personales y estaciones de trabajo en oficinas y fbricas para compartir recursos e intercambiar informacin.
Topologa de redes broadcast: bus y anillo
Bus: en cualquier instante una mquina (nodo) es la maestra y se le permite transmitir. Todas las otras mquinas deben abstenerse de transmitir. Se requiere un mecanismo de arbitraje para resolver conflictos cuando dos o ms mquinas desean transmitir en el mismo instante. El mecanismo de arbitraje puede ser centralizado o distribuido.
IEEE 802.3, popularmente conocida como Ethernet, es una red broadcast basada en topologa bus, con control descentralizado que opera a 10 (inicialmente), en la actualidad opera a 100 Mbps 1 Gbps, e inclusive a velocidades superiores. En una LAN Ethernet los nodos pueden transmitir en cualquier momento que deseen, si dos o ms paquetes colisionan, cada computadora espera un tiempo aleatorio e intenta la transmisin nuevamente.
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Un segundo tipo de sistema broadcast es el anillo.
IEEE 802.5 (token ring), es un topologa en anillo muy difundida que opera a 4 y 16 Mbps.
Token RingTodos los mensajes son transferidos en forma unidireccional a lo largo del anillo en todo momento. La informacin se transmite en tokens, que son pasados a lo largo del anillo y vistos por cada dispositivo. Cuando un dispositivo ve un mensaje dirigido a l, el dispositivo copia el mensaje y luego lo marca como ledo. A medida que el mensaje viaja alrededor del anillo, eventualmente vuelve al emisor que nota que el mensaje fue recibido por el dispositivo destinatario. El emisor puede entonces remover el mensaje y liberar ese token para que sea utilizado por otros dispositivos.
Red de Area Local - LAN
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Red de Area Local Local Area Network (LAN)
Switch
Switch
Switch
(WAN Intranet)
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Red de Area Local Local Area Network (LAN)
Elementos que componen una LAN:
Router, en caso de conectarse a una WAN
Switch
PCs, Servidores, Impresoras, etc.
IEDs (Intelligent Electronic Devices), en el caso de EE.TT. SS.EE.
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Redes - WAN
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Seminario Telecontrol Sistemas Elctricos de Potencia TECSUP Lima Per Mayo 2004 Ing. Rodolfo Pellizzoni
WAN (Wide Area Network), se extiende sobre una gran area geogrfica. Combina mltiples LANs que se encuentran geogrficamente separadas. Esto se logra conectando las diferentes LANs a travs de enlaces de comunicaciones basados en diferentes medio fsicos y sistemas, tales como lneas telefnicas dedicadas, lneas telefnicas dial-up, enlaces de F.O., radioenlaces digitales, enlaces satelitales, y servicios de transporte de paquetes de informacin.
Est conformada por un conjunto de mquinas (host) que ejecutan programas de usuario (aplicacin). Los host estn conectados por una sub-red de comunicaciones.
sub-red (comunicaciones)
host (aplicaciones)
lneas de transmisin, elementos de conmutacin (switch)
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Redes - WAN
Los elementos de conmutacin (routers) son computadoras especializadas utilizadas para conectar dos o ms lneas de transmisin. Cuando la informacin llega en una lnea entrante, el elemento de conmutacin debe seleccionar una lnea o camino saliente para retransmitir la informacin. El conjunto de lneas de comunicacin y routers constituyen la sub-red.
Cuando un paquete es transmitido de un router a otro, a travs de uno o ms routers intermedios, el paquete recibido en cada router intermedio es almacenado en su totalidad hasta que la lnea de salida requerida se encuentra libre, y luego es retransmitido.
Una sub-red que utiliza este principio se denomina punto a punto store-and-forward o packet-switched.
En contraste con la topologa simtrica de la LAN, la WAN tpicamente posee topologas irregulares.
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Gateway Hubs - BridgesGateway es una computadora que permite la conexin y provee la necesaria traslacin, en trminos de hardware y software, entre redes distintas. En el caso de sistemas SAS, el gateway en la subestacin permite la conexin de IEDs que operan en protocolos que no cumplen con la norma IEC 61850, que se comuniquen con IEDs IEC 61850
Hubs/RepetidoresSe utilizan para conectar dos o ms segmentos de cualquier tipo de medio fsico. Proveen la amplificacin de seal necesaria para permitir que un segmento sea extendido a una gran distancia. Un hub toma una seal de entrada y la repite a todos los puertos de salida. Los hubs, que son dispositivos no-inteligentes fueron sustituidos por los switch.
BridgesLa funcin de un bridge es conectar redes separadas. Los bridges conectan diferentes tipos de redes, tales como Ethernet y Fast Ethernet, o redes del mismo tipo. Mapean las direcciones Ethernet de los nodos que residen en cada segmento de red y permiten que solamente que el trafico necesario pase a travs del bridge.Cuando un paquete es recibido por el bridge, determina el destino y el segmento fuente. Si los segmentos son los mismos, el paquete es dejado caer (filtrado); si los segmentos son diferentes, entonces el paquete es retransmitido (forwarded) al segmento correcto. Adicionalmente, los bridges no retransmiten paquetes malos o con prdida de alineacin.
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Switches
Los switches Ethernet son una extensin del concepto del bridging en Ethernet. Los switches pueden vincular distintas redes, y poseen dos arquitecturas bsicas:
cut-through
store-and-forward
Cut-through examinan solamente la direccin de destino del paquete antes de retransmitirlo al segmento de destino.
Store-and-forward, acepta y analiza el paquete entero antes de retransmitirlo a su destino.
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TopologasConfiguracin o forma de conexin (conectividad fsica )
Bus
Estrella
Punto a PuntoEquipo A
(Dispositivo)Equipo B
(Dispositivo)
Enlace de Comunicacin
Cable
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Topologas (continuacin)
Arbol
Anillo
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Tipo de transmisiTipo de transmisinn
Unicast: Unicast: direccin individual (un dispositivo de la red)
Brodcast: todos los dispositivos de la red
Multicast: grupo de dispositivos de la red
LAN LAN -- REDRED
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Aplicacin
Sesin
Presentacin
Transporte
Red
Enlace de Datos
Fsica
Nivel 7
6
5
4
3
2
1
LLC (Logical Link Control)MAC (Mdium Access Control)
Modelo de Referencia OSI/ISO
MAC: Control de Acceso al Medio
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Maestro Maestro -- Esclavo Esclavo (Profibus PA - Process Automation)
Cliente Cliente ServidorServidor
Productor Productor -- Consumidor (Publisher Consumidor (Publisher -- Suscriber) Suscriber) (Factory Instrumentation Protocol - FIP/WorldFip)
Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)
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Maestro Maestro EsclavoEsclavo
Un dispositivo o proceso denominado maestro, controla uno Un dispositivo o proceso denominado maestro, controla uno mms dispositivos o procesos, denominados esclavos. s dispositivos o procesos, denominados esclavos.
Solamente el maestro puede iniciar una transacciSolamente el maestro puede iniciar una transaccin. El esclavo n. El esclavo responde proveyendo la informaciresponde proveyendo la informacin requerida por el maestro.n requerida por el maestro.
Una vez que se establece la relaciUna vez que se establece la relacin maestron maestro--esclavo, la esclavo, la direccidireccin de control es siempre desde el maestro hacia el n de control es siempre desde el maestro hacia el esclavo.esclavo.
Es utilizado para comunicaciones jerEs utilizado para comunicaciones jerrquicas, por ej. entre el rquicas, por ej. entre el Centro de Control y las RTUs. (Profibus)Centro de Control y las RTUs. (Profibus)
Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)
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Cliente/ServidorCliente/Servidor
Describe la relacin entre dos programas de computadoras en los cuales uno de ellos, el cliente, realiza un requerimiento deservicio a otro, el servidor. El servidor, satisface el requerimiento.
En el modelo Cliente/Servidor usual, un servidor es activado y espera los pedidos o requerimientos de los clientes.
Tpicamente mltiples programas clientes y PCs comparten los servicios de un programa comn de un servidor.
Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)
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Productor/Consumidor (Publisher/Suscriber)(Publisher/Suscriber)
En un dominio Publisher/Suscriber, una aplicacin es enviada o publicada ("broadcast") a diversas aplicaciones receptoras o suscriptoras.
Un rbitro se encarga de establecer los turnos en que cada productor, pone sus datos a disposicin de los consumidores.
La caracterstica del mensaje es que no posee direccin ni de fuente ni de destino, se identifica por su contenido. (FIP)
Control de Acceso al Medio Control de Acceso al Medio (Nivel 2)
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PeerPeer--toto--Peer Peer (Par a Par)
Peer-to-peer (P2P), es un modelo de comunicaciones en el cual cada parte posee las mismas capacidades, y puede iniciar una sesin de comunicacin.
En algunos casos, la comunicacin peer-to-peer, es implementada brindando a cada nodo de comunicacin capacidades tanto de server como de cliente.
Se puede especificar el nmero de conexiones simultneas y los archivos que deben ser compartidos o protegidos por pass-word.
La modalidad peer to peer tiene ventajas en el entorno SAS (Substation Automation System), para las comunicaciones entre IEDs (Intelligent Electronic Devices), sin el costo y la complicacin de mantener un server centralizado.
Formas Formas MMtodos de Comunicacitodos de Comunicacinn
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VLAN VLAN (Virtual LAN)Agrupamiento lgico de dispositivos, independiente de su ubicacin fsica en un segmento
Posee los mismos atributos que una LAN
Puede ser vista como un dominio broadcast que existe dentro de un conjunto definido de switchs
Los puertos de un switch pueden ser agrupados en VLANs
Cada VLAN es una red lgica, y los paquetes destinados a estaciones que no pertenecen a la misma VLAN deben ser retransmitidos a travs de un dispositivo de ruteo
Las VLANs proveen servicios de segmentacin que tradicionalmente provistos por routers en configuraciones LANs
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Virtual LAN (VLAN)
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VLANVLANProveen incremento de seguridad y la habilidad de limitar broadcast
Protocolo utilizado: IEEE 802.1Q
IEEE 802.1Q utiliza un proceso de etiquetado (tagging) interno que no modifica la trama Ethernet
El encabezado IEEE 802.1Q, contiene un encabezado de 4 byte (tagheader), que contiene:2 byte tag protocol identifier (TPID)2 byte tag control information (TCI)
TPID posee un valor fijo de 0x8100 que indica que la trama transporta la etiqueta de informacin (tag information) de 802.1Q/802.1p
TCI contiene los siguientes elementos:Tres bit de prioridad usuarioUn bit canonical format indicator (CFI)12 bit VLAN identifier (VID) Identifican unvocamente la VLAN a la cual la trama pertenece
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Ethernet
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Ethernet (IEEE 802.3)Ethernet (IEEE 802.3)Longitud mxima de trama: 1518 bytes
Si se etiqueta una trama Ethernet de longitud mxima, el tamao de la trama sera de 1522 bytes (violacin del estndar)
Se cre un subgrupo (802.3ac) para extender el tamao mximo de la trama Ethernet a 1522 byte
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IEEE 802.3Formato de Trama
Estructura de trama IEEE 802.3
Bytes 7 1 2 6 2 6 2 0-1518 0-46 4
Preamble
Start offame delimiter
Destinationaddress
Sourceaddress
Length ofdata field
Data Pad Checksum
Payload
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IEEE 802.3 - EtherType
De acuerdo con IEEE 802.3, Length/EtherType Field es un campo de 2 octetos 2 bytes en una trama Ethernet . Se utiliza para indicar que protocolo se encuentra encapsulado en el campo de datos payload
El campo EtherType provee un contexto para interpretar el campo de datos de la trama (identificacin de protocolos)
0x0800: Internet Protocol Version 4 (IPv4)0x8100: VLAN-tagged frame (IEEE 802.1Q)
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Los estndares IEEE, definen como parte de una familia de estndares para Redes de Area Local (LAN), tres tipos de tecnologas de acceso al medio fsico.
Dos de estas tecnologas se relacionan con redes de topologa tipo bus, relacionndose la tercera con topologa en anillo.
CSMA/CD: IEEE 802.3 (Carrier Sense Multiple Access/ CollisionDetection) Ethernet
Token Passing Bus: IEEE 802.4 - (Process Fieldbus - Profibus)
Token Passing Ring: IEEE 802.5
Fsicamente una red que utiliza como mtodo de acceso el Token Passing Bus, se asemeja a una red CSMA/CD, sin embargo la red opera como si la conexin fuera en anillo (enlace lgico). Las redes compatibles con el estndar 802.5, utilizan una tcnica token-passing como la descripta en la especificacin 802.4, pero en este caso la topologa de la red es un anillo verdadero.
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CSMA/CD CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection)IEEE 802.3 IEEE 802.3 -- Ethernet Ethernet
Cuando un dispositivo tiene datos para transmitir, primero escucha el canal (sensado de portadora) para verificar que est desocupado, y transmite.
Si el canal est ocupado, el dispositivo espera hasta que se desocupe y luego transmite su mensaje. Si dos ms dispositivos sensan el canal como desocupado y comienzan a transmitir al mismo tiempo, se generan colisiones, que al ser detectadas por los nodos intervinientes conllevan a una suspensin inmediata de la transmisin.
Los dispositivos esperan un perodo de tiempo aleatorio antes de gestionar una nueva transmisin.
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Ethernet Ethernet -- IEEE 802.3IEEE 802.3
IEEE 802.3, popularmente conocida como Ethernet, es una red broadcast basada en topologa bus, con control descentralizado que opera a 100 Mbps
En una LAN Ethernet, los dispositivos pueden transmitir en cualquier momento que deseen, si dos o ms paquetes colisionan, cada dispositivo espera un tiempo aleatorio e intenta la transmisin nuevamente.
EstEstndares de Nivel Fndares de Nivel Fsico sico (Nivel 1 y Nivel 2)
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Cada trama (Fig. 81), comienza con un prembulo de 7 bytes, cada uno conteniendo un patrn de bits 10101010.
La codificacin Manchester de este patrn, produce una onda cuadrada de 10 MHz de 5.6 seg., para permitir el reloj del receptor sincronizar con el reloj del transmisor. A continuacin, viene un byte "Inicio de trama" que contiene 10101011, para indicar el inicio de la trama misma.
La trama contiene dos direcciones, una para el destino y una para la fuente.
Las direcciones de grupo, permiten que mltiples estaciones escuchen una sola direccin.
La transmisin a un grupo de estaciones, se denomina "multicast".
La direccin consistente en todos 1 es reservada para "broadcast", lo que implica que la trama es entregada a todas las estaciones de la red.
IEEE 802.3IEEE 802.3Formato de TramaFormato de Trama
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 81
IEEE 802.3Formato de Trama
Estructura de trama IEEE 802.3
Bytes 7 1 2 6 2 6 2 0-1500 0-46 4
Preamble
Start offame delimiter
Destinationaddress
Sourceaddress
Length ofdata field(EtherType)
Data Pad Checksum
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 82
TecnologTecnologas Ethernetas Ethernet
Familia de productos estandarizados por IEEE 802.3Define el protocolo CSMA/CD
Velocidades de transmisin de datos sobre par trenzado y F.O.
10 Mbps 10Base-T Ethernet
100 Mbps Fast Ethernet
1000 Mbps Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae
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Ethernet (IEEE 802.3) Ethernet (IEEE 802.3) -- Interfaces FInterfaces Fsicassicas
10/100 BASE-TXUtiliza cable UTP (Unshilded Twisted Pairs) de 2 pares, Categora 5
100 BASE-FXUtiliza fibra ptica (2 fibras hilos)
1000 BASE-LX1 GB
EstEstndares de Nivel Fndares de Nivel Fsico sico (Nivel 1 y Nivel 2)
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Switch
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 85
SWITCHSWITCH
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 86
Tree Topology
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
. . . . .
. . . . .
1 2 11
Switch
110 IEDs
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
ControlIED
24 ports
16 ports 16 ports16 ports
Gateway Printer Timeserver Gateway
NCC NCC
TimeserverStation PCStation PC
300m
200m 200m
Distances between buildings
Network load
Switches/Modules
SteadyState: 0.01 Mbit/sBurst: 3 Mbit/s
SteadyState: 0.1 Mbit/sBurst: 29 Mbit/s
SteadyState: 0.3 Mbit/sBurst: 81 Mbit/s
Topologa Estrella
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 87
Topologa Anillo
Ring Topology
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
ControlIED
ControlIED
ControlIED
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
Prot.IED
Prot.IED
Prot.IED
. . .
Switch
ControlIED
ControlIED
ControlIED
. . . . .
. . . . .
110 IEDs
Switch
1 2 11
Switch
. .
ControlIED
ControlIED
ControlIED
16 ports16 ports16 ports
8 ports 8 ports
Gateway Printer Timeserver Gateway
NCC NCC
TimeserverStation PCStation PC
Distances between buildings
Network load
Switches/Modules
300m
200m 200m
SteadyState: 0.01 Mbit/sBurst: 3 Mbit/s
SteadyState: 0.3 Mbit/sBurst: 81 Mbit/s
Steady State:1.3Mbit/sBurst: 322 Mbit/s
Steady State:1.3Mbit/sBurst: 322 Mbit/s
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 88
Unidad de
Estacin
IED IED
Tablero (Campo)
F.O.
Cu
Ethernet 100 Mbps
Tablero (Campo)Tablero (Campo)
IED IEDIED IED
Topologa Anillo Estrella
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 89
Unidad de
Estacin
IED IED
Tablero (Campo)
F.O.
Cu
Ethernet 100 Mbps
IED IED
Tablero (Campo)
IED IED
Tablero (Campo)
Topologa Anillo Doble Estrella
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 90
IED IED
Unidad de
Estacin
IED IEDX X X X
IED IEDX X X XX X X X
Topologa AnilloIEDs con switch internos
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Caractersticas de los switchSwitch Administrable
Deben ser administrables porque permiten cumplir con:
Full Duplex, para asegurar que no existan colisiones en los
segmentos de red interconectados por los switches (IEEE
802.3x)
Sealizacin que permite la priorizacin de trfico en la red a nivel de la capa 2 (IEEE 802.1p)
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Filtrado de trfico del tipo multidifusin (broadcast)
La utilizacin de redes virtuales, permitiendo aislar IEDs de operacin tipo misin crtica (mission critical) de otros IEDs menos crticos (IEEE 802.1q)
Soportan Spanning Tree Protocol (STP) IEEE 802.1D que se utiliza para prevenir la formacin de anillos que resultaran que un paquete circule indefinidamente en el mismo, haciendo la red inutilizable
Switch Administrable (continuacin)
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Permiten monitorear el nmero de paquetes de datos
enviados o recibidos en cada puerto, identificar patrones
de trfico y asegurar que los puertos estn trabajando de
manera adecuada.
Tambin puede determinar los tipos de paquetes unicast,
multicast o broadcast.
Permiten encender o apagar los puertos, determinar la velocidad (full o half-duplex) y el control de flujo de los puertos (pausa o backpressure) para eliminar los cuellos de botella potenciales.
Switch Administrable (continuacin)
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Permite la duplicacin de puertos.
Reenva una copia de cada paquete desde uno o ms
puertos de un switch administrable a un puerto del
mismo switch para que pueda ser estudiado.
La duplicacin de puertos se puede usar como
herramienta de diagnstico o eliminacin de fallas.
Switch Administrable (continuacin)
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Spanning Tree Protocol (STP)
Previene la formacin de anillos que resultaran que un paquete circule indefinidamente en el mismo.
Se reduce la topologa a la de un rbol, que vincula todos los switches eliminando los anillos, por lo que entre dos dispositivos de la red existir solamente una trayectoria activa a la vez, aunque se mantienen los caminos redundantes como reserva, para activarlos en caso de que el camino inicial falle.
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Inconveniente de STP
Posee una lenta reconfiguracin o convergencia en caso de falla y tiempos de recuperacin elevados(30 seg.)
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Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) Variante del anterior que mejora notablemente el
tiempo de convergencia y est definido como estndar IEEE 802.1W-2001
Puede considerarse una evolucin del anterior, ya que mantiene la terminologa y la mayora de los parmetros
La diferencia fundamental radica en la disminucin de la cantidad de estados posibles que pueden tomar los puertos asociados a la red.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 98
La ltima versin del estndar (RSTP - IEEE 1D-2004) permite tiempos muy cortos de superacin de fallas y reconfiguracin, del orden de las decenas de mseg. por switch
Se han desarrollado otros protocolos basados en el algoritmo RSTP, que mejoran su performance en los aspectos de tiempos de reconfiguracin y convergencia, adecundolos a los requerimientos de un SAS, del orden de los 5 mseg. para cada switch del anillo (eRSTP)
Si bien estos protocolos RSTP mejorados se estn utilizando en aplicaciones prcticas en estaciones transformadoras, an no han sido normalizados
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 99
Latencia
Para un switch de tipo store & forward, es el tiempo transcurrido desde que el ltimo bit de la trama llega al puerto de entrada del switch, hasta que el primer bit de la trama aparece en el puerto de salida (RFC 1242, Request For Comments, Benchmarking Terminology for Network Interconnection Devices)
Se estima que la latencia de un switch Ethernet es de aproximadamente 4 seg.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 100
Cable UTP (Unshilded Twisted Pair), tipo Cat-5
Cable UTP, tipo CAT-6Velocidad de propagacin: 5 nseg./m.
Cables Utilizados en Ethernet
Categoras
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Conectores de F.O.
Conector ST Conector FC/PC Conector SC
Conector LC Conector FDDI Conector SM
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 102
Prctica por el montaje del conectorSTConector
Prctica por el montaje del conector62,5/12550/125
Dimensiones del ncleo
Atenuacin1300 nmLongitud de onda
Prctica por el montaje del conectorMultimodoTipo
RaznValorCaracterstica
Fibra Optica - Conectores
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 103
Puertos 100BaseTX: Fast Ethernet sobre par trenzado (UTP), Cat 5Cada segmento de red puede tener una distancia mxima de 100 m.
Puertos 100BaseFX: Fast Ethernet sobre F.O.Utiliza la longitud de onda de 1310 nm.Cada segmento de red puede tener una distancia mxima de 2000 m. (full-duplex) sobre fibra multimodo. Utilizando fibra monomodo se logran distancias mayores.Utilizan conectores SC, ST, o MIC.
Puertos GbE (Gigabit Ethernet) Mdulos SFPPuede utilizar F.O. (1000BASE-X), Par trenzado de Cu (1000BASE-T), cable de Cu balanceado con blindaje, STP (1000BASE-CX)
SFP (Small Form-Factor Pluggable): transceptor ptico (Unidad que contiene transmisor y receptor)Disponible en diversas categoras: fibra multimodo, o monomodoLongitud de onda: 550 nm, 850 nm, 1310 nm, 1550 nm, DWDMSFP tambin se pueden utilizar con interfaz de cable de Cu
Ethernet - Puertos
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 104
Switch
Etapa de entrada Etapa de conmutacin Etapa de salida
Si cada flujo de datos es independiente de los dems, no se comparten puertos, dado que no se tendran ventajas en utilizar mecanismos de prioridad
Ethernet
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 105
Sincronizacin TemporalRequerimientos
IEC 61850 establece la utilizacin del protocolo SNTP estndard
Sincronizar en tiempos del orden de los seg.
Minimizar carga en servidor y red SNTP
Mantener sincronismo luego de perder las comunicaciones con el servidor de tiempo
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 106
Sincronizacin Temporal
SNTP v.4 (Simple Network Control Protocol) - IEC 61850-8-1Sincronizacin de Tiempo 1 mseg. ? (10s mseg.)
IEC 61558 (IEEE 1558 - Precision Time Protocol, PTP)(IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for NetworkedMeasurement and Control Systems)Sincronizacin de Tiempo: 1 mseg. 1 seg.
IEC 62439: Industrial communication networks: high availability automation networks.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 107
Cliente Servidor
Tiempo de recepcin
Tiempo de recepcin
Tiempo de envo
Tiempo de envo
T1
T2
T3T4
Cliente enva
mensaje vaco
Servidor responde
Con T2 y T3
Cliente calcula:
Latencia = (T4 T1) (T3 T2)Offset = (T2 T1) (Latencia/2)
Sincronizacin TemporalSNTP
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 108
Comisin Electrotcnical InternacionalInternational Electrotechnical Commission
IEC TC 57 (Technical Committee 57)Power systems management and associated information exchange
Working Group 10 (WG 10)Communication networks and systems in substations (Ed.1)
COMMUNICATION NETWORKS AND SYSTEMSFOR POWER UTILITY AUTOMATION (Ed. 2)
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 109
Comisin Electrotcnical InternacionalInternational Electrotechnical Commission
IEC TC 57 (Technical Committee 57)IEC CT 57 - Argentina
Working Group 10 (WG 10)COMMUNICATION NETWORKS AND SYSTEMS
FOR POWER UTILITY AUTOMATION (Ed. 2)
Task Force: Network Engineering
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 110
Working Group 10 (WG 10) TC 57COMMUNICATION NETWORKS AND SYSTEMS
FOR POWER UTILITY AUTOMATION (Ed. 2)
Task Force: Network Engineering
IEC 61850 11
Communication Networks and Systems in Power Utility Automation Part 11: Network Engineering Guidelines.
Definiciones, guas, y recomendaciones para la arquitectura de redes Ethernet en sistemas basados en IEC 61850.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 111
Part 11: Network Engineering Guidelines.
Informe Tcnico (Technical report)
CONTENIDO
1 Introduction2 Network Layout Guidelines2.1 Simplex Network2.2 Duplicated Network3. VLAN setting 4. Multicast management5. Clock Synchronization5.1 Simplex networks5.2 Duplicated networks6. Network Management
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 112
AutomatizaciAutomatizacin de EE.TTn de EE.TT
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 113
Estado actual Topologas Ejemplos
Tendencias: SAS Tendencias: SAS -- IEC 61850 IEC 61850 -- Ed.1Ed.1
Automatizacin de EE.TT.
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 114
AutomatizaciAutomatizacin de EE.TT.n de EE.TT.
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Automatizacin de EE.TT. IEC 61850 Octubre 2006 R. Pellizzoni R. Vignoni
Arquitectura actual
Topologa convencional (Cableado convencional): GGrandes cantidades de cable de Cu Canales de cables importantes, dificultad en
ampliaciones Ensayos de recepcin ms dificultosos (verificacin
de grandes cantidades de puntos) Protocolos diversos
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 115
Automatizacin de EE.TT.
AutomatizaciAutomatizacin convencional de EE.TT.n convencional de EE.TT.
RTU (Remote Terminal Unit) o Unidades de Baha (Bay Unit)
Transductores de medida (V, I, P, Q, F, Taps)
Multimedidores digitales (V, I, P, Q, F, kWh, kVArh)/Mdulos Transducerless
Estados, alarmas, comandos, a travs de rels auxiliares u optoaisladores (adecuacin de la S.E.)
Cableado paraleloCableado paralelo (campo RTU)
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 116
Subsistema de adquisicin de datos
RTU (Unidad Terminal Remota)
Transductores de medida (V, I, P, Q, Taps, F)
Medidores digitales multivariables
Sensores (Intrusos, fuego, etc)
IED (Intelligent Electronic Device) IED (Intelligent Electronic Device) IEC 61850IEC 61850
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 117
ArquitecturaArquitectura
ConcentradaConcentrada
RTUs RTUs (Remote Terminal Units)
Distribuida
Unidad de Estacin Unidad de Baha
Rels de Proteccin Medidores Multivariables Electrnicos
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 118
Arquitectura Convencional - Concentrada RTU (D20ME GE)
CCU
Mdulos D20S (DI)DO
AIDI
CampoCampo
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 119
RTU D20 GECCU
Modem (TRANS 2424)
Mdulos RTU
RTU - Simple puerta
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 120
AutomatizaciAutomatizacin Convencional de EE.TT. n Convencional de EE.TT. TopologTopologasas
BBsica: Concentrada o Distribuida sica: Concentrada o Distribuida -- cableado paralelocableado paralelo
al Centro de Control
Consola Local (Power Link Advantage)RTU
DI
AI
DO
TDX
TDX
.
.
.
IED
IED
.
.
.
I, V, P, Q
Z
I >
RS-232
RS-232
.
.
.
RS-232
RS-232
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 121
Automatizacin Convencional de EE.TT.Topologas
Bsica - Variante 1.1: cableado paralelo con lazo en serie (Medidores Electrnicos en MT)
I, V, P, QTDX
TDX
.
.
.
IED
IED
.
.
.
Z
I >
I, V, P, Q
al Centro de Control
RTU
RS-232
DI
AI
DO
RS-232
RS-232
RS-232
.
.
.
a Consola Local (Power Link Advantage)
RS-485
IED IED . . . IED
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CFEE Curso Post-Grado 2011 Mdulo V_Complemento Rodolfo Pellizzoni 122
AutomatizaciAutomatizacin de EE.TT.n de EE.TT.TopologTopologasas
BBsica sica Variante 1.2: Variante 1.2: cableado paralelo con lazo en seriecableado paralelo con lazo en serie (R(Relels de Proteccis de Proteccin)n)
al Centro de Control
RTU
RS-232
DI
AI
DO
RS-232
RS-232
RS-232
.
.
.
a Consola Local (Power Link Advantage)
IED
IED