Smart Grid A Transição nas Redes das Concessionárias de Energia

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1 1 Smart Grid A Transição nas Redes das Concessionárias de Energia Autor: Kobi Gol Gerente de Desenvolvimento de Negócios e Soluções da RAD Data Communications.

2 2 As redes das empresas de energia estão passando por uma transformação revolucionária: a infraestrutura tradicional de comunicações e os dispositivos existentes nas subestações estão sendo atualizados para dar lugar às novas redes de comutação por pacote e de transporte Ethernet e IP de próxima geração. O principal motivo dessa transição para as redes de comutação por pacote é a mudança para as chamadas Smart Grids, devido à necessidade de mais capacidade no transporte dos pacotes para atender ao imenso volume de tráfego gerado pelos avançados aplicativos em grid desejados nessas redes inteligentes das empresas de energia. Entre outros motivos estão o uso de equipamento de vigilância por vídeo de alta resolução via IP, assim como a oferta de serviços de atacado e Utelco, com acesso em banda larga para empresas locais e provedores de serviços. Praticamente toda empresa de energia do mundo está planejando ou já iniciou a transformação da sua grid de T&D em uma rede de comutação por pacote capaz de lidar com um grande tráfego de comunicação de dados bi e pluridirecional, de forma eficiente e confiável, entre sistemas IP SCADA, dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) IEC e outros equipamentos para automação de subestação (SA). De acordo com uma pesquisa realizada pelo Utilities Telecom Council (UTC), em 2011, os gastos com tecnologia da informação e comunicações (TIC) pelas empresas de energia nos Estados Unidos chegam a estimados 3,2 bilhões de dólares só em equipamentos e serviços e telecomunicações. O gasto com as redes de transporte vêm em segundo lugar, seguido pela medição bidirecional. Garantia de comunicação inteligente, mas também confiável: Embora a migração para a Smart Grid pareça ser inevitável, as empresas de energia, sendo que a maioria delas opera a sua própria rede privativa, é prudente com relação a mudanças em seus sistemas críticos de comunicação. Tais empresas relutam em migrar para IP, sem os devidos atributos necessários para atender ao comportamento específico e necessidades de alta disponibilidade das suas redes. Mais especificamente, determinadas aplicações dessas empresas precisam de comunicação inteligente, via redes de comutação por pacote, que exigem ferramentas de garantia de serviço para assegurar o baixo retardo

3 3 de ponta a ponta, além de alta disponibilidade e flexibilidade. Felizmente as tecnologias de pacote, mais especificamente a Ethernet, amadureceram, e agora incluem vários mecanismos que asseguram os níveis necessários de desempenho. Nos últimos anos, juntamente com as operadoras forçando a implantação de novos serviços como geradores de receita e crescimento, o mercado de telecom colocou a Ethernet como um tecnologia de alto nível, com grande desempenho e controle. Como resultado, surgiram vários padrões para oferta de garantia de Qualidade de Serviço, esquemas de confiabilidade e ferramentas para gerenciamento de serviços. As redes Ethernet e IP são necessárias para cuidar não apenas do tráfego de dados de próxima geração, mas também de tráfego como voz analógica, SCADA serial e sinais de teleproteção, pois os equipamentos "legados" não podem ser substituídos da noite para o dia. Por esse motivo, as operadoras de energia têm à disposição um mecanismo especial, conhecido como emulação pseudowire (PWE). Hoje, PWE é o método mais utilizado para oferta de tráfego entre dispositivos legados em um ambiente baseado em pacotes. No tempo certo: As redes de comutação por pacote não foram criadas com mecanismos de sincronização internos e, por isso, precisam de soluções complementares para transferência de clock com alto nível de precisão, de modo a garantir uma rede estável, com desempenho previsível. As redes de concessionárias de energia precisam disso para os aplicativos e equipamentos legados mais sensíveis a retardo e interferência como avaliações da qualidade da energia, proteção e SCADA (sincrofasores). Até recentemente, GPS era a tecnologia mais utilizada para definir o tempo de modo mais preciso. Mas as instalações de antenas GPS são caras e susceptíveis a interferências. No lugar do GPS, há uma série de novas técnicas padronizadas para garantir a sincronização em um ambiente composto por pacotes. O padrão IEC atende especificamente as necessidades das concessionárias de energia em termos de tempo e sincronização dos pacotes. Os dispositivos de comunicação de várias gerações que também suportam transferência de clock são bastante econômicos porque eliminam a

4 4 necessidade de hardware caro e dedicado, mas permitem o monitoramento do desempenho da sincronização em todo o sistema. Escolhendo a rede certa de pacotes: Ao migrar para as redes de próxima geração, os operadores das redes das concessionárias de energia precisam optar por uma tecnologia e, entre as opções em pacotes, estão Ethernet de alto nível, IP e vários modelos de MPLS (Multi-Protocol Label Switching). Cada uma dessas opções é capaz de atender ao objetivo básico que é transferir as informações de um ponto a outro, mas com diferentes características. IP, por exemplo, oferece um rígido protocolo de segurança (IPsec), mas não possui mecanismos de operações, administração, manutenção (OAM) nem de proteção. Por outro lado, MPLS agora traz ferramentas de OAM e de proteção automática da comutação (APS), mas não possui segurança integrada. A Ethernet de alto nível traz um poderoso conjunto de ferramentas para ambas, mas é mais indicada para redes menores (comparada com os grandes backbones das operadoras). Uma combinação de duas tecnologias, por exemplo, rede de acesso Ethernet com núcleo MPLS, oferece menor custo por porta, ferramentas de OAM e desempenho mais poderosos e avançados mecanismos de proteção. Outro benefício é que ela possibilita mensagens GOOSE, um elemento crítico para automação das subestações IEC 61850, que será oferecido diretamente entre as subestações, sem necessidade de passagem pelo núcleo MPLS, atendendo assim aos requisitos padrão de desempenho.

5 5 Combining an IP/MPLS core with carrier-grade Ethernet access and aggregation Alternatively, utility operators may choose to separate the IT/enterprise network from the operational one. The former - used for delivering VoIP, IP video, internet connectivity, and billing data - can benefit from the scalability of IP/MPLS, while in the latter, carrier-grade. Agregação Ethernet Plataforma de agregação de serviços Ethernet Anel de 1 GbE/ 10 GbE Subestação Nó de acesso multisserviço A Ethernet pode ser utilizada para substituir SDH/SONET e se beneficiar de uma arquitetura e gerenciamento simplificados, maior segurança, menor latência e QoS garantido. Cibersegurança e redes comutadas por pacote: Outro aspecto que merece atenção quando se fala em redes de comutação por pacote é a cibersegurança. As Smart Grids precisam atender ao grande número de dispositivos interconectados, a maioria deles localizada nas casas e redondezas dos consumidores, onde o acesso é irrestrito. Isso na verdade abre um maior número de pontos de vulnerabilidade que podem interferir negativamente na grid. Por isso é que as redes das concessionárias de

6 6 energia precisam adotar medidas de segurança sofisticadas e escaláveis para impedir ataques maliciosos. Um enfoque efetivo seria fazer várias camadas de proteção, sem agregar muitos dispositivos dedicados de segurança. Um enfoque de "defesa profunda" compreenderia elementos como controle de acesso à rede para autenticação física dos dispositivos conectados à rede, rede virtual privativa (VPN) segura dentro das unidades da empresa, com criptografia dos dados, acesso remoto seguro e firewall distribuído com foco nos aplicativos que também valide a lógica do aplicativo nos fluxos de comunicação entre os dispositivos para proteção contra comandos maliciosos. Conclusão: A migração para Smart Grids e redes de próxima geração para comunicação das concessionárias de energia já está ocorrendo, e exige que essas empresas dediquem atenção especial a suas aplicações críticas. Forte proteção do clock, garantia de QoS, flexibilidade e monitoramento constante do desempenho são elementos essenciais para qualquer rede de próxima geração que estiver sendo considerada pelos operadores de rede de concessionárias de energia. Para responder a esses desafios e necessidades específicas desse mercado, é preciso que uma rede de comunicação inclua gerenciamento de tráfego, recursos hierárquicos de QoS, sincronização e elementos de segurança, além de suporte aos serviços e ao tráfego legados. A esse respeito às concessionárias em todo o mundo estão descobrindo que a Ethernet foi desenvolvida e padronizada com qualidades avançadas e agora é capaz de atender aos exigentes requisitos dos aplicativos críticos dessas empresas. É certo que as concessionárias de energia vão migrar para comunicação inteligente de acordo com o ritmo de cada uma, mas todas compartilham a necessidade de custos menores com essa migração e torná-la á mais eficiente possível. Kobi Gol é Gerente de Desenvolvimento de Negócios e Soluções, da área de Transportes e Migração da RAD Data Communications.

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