Ứng dụng công nghệ m2m phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Giới thiệu đề tài Mô hình M2M Machine-to-Machine đang ngày càng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới trong rất nhiều lĩnh vực từ năng lượng, vận tải, an nình cho đến y tế, xây dự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Học viên

Trần Đình nghĩa

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong viện Điện tử - viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy giáo hướng dẫn, bạn bè, người thân và đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành được luận văn của mình

Nhân đây, tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn Viện Điện tử - viễn thông, Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu của mình

Và đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS Nguyễn Xuân Dũng,

người đã định hướng, giúp đỡ, chỉ bảo cho tôi rất tận tình, chu đáo trong từng giai đoạn mà tôi nghiên cứu, đảm bảo hoàn thành luận văn đúng tiến độ và đảm bảo được các yêu cầu đề ra

Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn người thân, bạn bè, đồng nghiệp, những người đã luôn bên cạnh, động viên, là động lực giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 2

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH SÁCH HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9

1 Giới thiệu đề tài 9

2 Mục tiêu nghiên cứu 9

3 Phương pháp nghiên cứu 9

4 Nội dung nghiên cứu 10

Chương 1 12

TỔNG QUAN VỀ M2M 12

1.1 Giới thiệu về M2M 12

1.1.1 Định nghĩa 12

1.1.2 Kiến trúc M2M 12

1.2 Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M 13

1.3 Cơ hội và thách thức cho thị trường M2M 15

1.3.1 Cơ hội cho thị trường M2M 16

1.3.2 Thách thức cho thị trường M2M 17

1.4 Xu hướng công nghệ kết nối M2M 18

1.4.1 Xu hướng chung 18

1.4.2 Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M 22

1.4.3 Tình hình chung thị trường M2M tại Việt Nam 23

1.5 Mô hình M2M của ngành điện lực tại Việt Nam 26

1.5.1 Mục tiêu của Đề án phát triển lưới điện thông minh 26

1.5.2 Lộ trình phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam 28

1.5.3 Tình hình thực tế triển khai lưới điện thông minh tại Việt Nam 32

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35

2.1 Hệ thống thông tin di động GSM 35

2.1.1 Các hệ thống thông tin di động 35

2.1.2 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 37

2.1.3 Các đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM 37

2.1.4 Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 39

2.2 Phương thức truyền dữ liệu 41

2.2.1 Bộ giao thức TCP/IP 41

2.2.2 Phương thức truyền dữ liệu GET và POST trong HTML 44

2.3 Sơ đồ phân cấp chức năng hệ thống 45

2.3.1 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống 45

2.3.2 Sơ đồ phân cấp chức năng của hệ thống 46

2.4 Thiết kế bảng cơ sở dữ liệu 46

2.4.1 Bảng người dùng: user 46

2.4.2 Bảng thông tin khách hàng: thong_tin_KH 47

2.4.3 Bảng tiêu thụ điện năng dien_nang 47

2.4.4 Bảng tiền điện sử dụng tien_dien 49

Chương 3 50

XÂY DỰNG HỆ THỐNG 50

3.1 Xây dựng phần cứng 50

3.1.1 Công tơ điện tích hợp mạch đếm xung 50

3.1.2 Bộ thu phát dữ liệu 52

3.2 Xây dựng phần mềm 61

3.2.1 Lưu đồ thuật toán 61

a Chức năng xử lý và gửi dữ liệu lên server 61

b Chức năng cập nhật dữ liệu từ client 62

c Chức năng gửi thông báo cước 62

3.2.2 Lập trình điều khiển hệ thống 63

a Lập trình cho phía client 63

b Lập trình cho phía server 65

Chương 4 67

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 67

4.1 Mô hình hệ thống 67

4.1.1 Mô hình phía client 67

4.1.2 Giao diện trang dành cho khách hàng 68

4.1.3 Giao diện chức năng quản trị 69

4.2 Vận hành kiểm thử 69

4.3 Đánh giá kết quả 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 74

PAN Personal Area Network

2G, 3G Second Generation, Third

CBGV Cán bộ giáo viên (giảng viên)

CDMA Code Division MultiAccess Đa truy nhập phân chia theo mã

ETSI European Telecommunications

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

HSSV Học sinh sinh viên

IMEI International Mobile Equipment

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất

SIM Subscriber Identity Module Thẻ đăng ký

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Kiến trúc mô hình M2M 12

Hình 1.2: Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M 14

Hình 1.3: Các công nghệ kết mối M2M 19

Hình 1.4: Xu hướng các công nghệ mạng WAN M2M 20

Hình 1.5: Mô hình chuyển đổi IMSI qua OTA 20

Hình 1.6: Cơ chế thay đổi IMSI cho SIM M2M 21

Hình 1.7: Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M 22

Hình 1.8: Số lượng kết nối M2M theo ngành vào năm 2020 23

Hình 1.9: Dự báo số lượng kết nối M2M tại Việt Nam 24

Hình 1.10: Các lĩnh vực ứng dụng M2M tại Việt Nam 24

Hình 2.1: Khái quát bộ giáo thức TCP/IP 44

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống 45

Hình 2.3: Sơ đồ tổng quát chức năng hệ thống 46

Hình 2.4: Bảng người dùng 46

Hình 2.5: Bảng thông tin khách hàng 47

Hình 2.6: Bảng danh sách khách hàng 47

Hình 2.7: Bảng điện năng 48

Hình 2.8: thông tin sử dụng điện năng của khách hàng 48

Hình 2.9: Bảng tiền điện 49

Hình 2.10: Bảng giá cước tiền điện hàng tháng 49

Hình 3.1: Công tơ điện một pha 51

Hình 3.2: Cảm biến thu phát hồng ngoại 51

Hình 3.3: Mạch thu thập dữ liệu 52

Hình 3.4: Một số chân chức năng của mạch arduino Uno R3 54

Hình 3.5: Phần mềm lập trình cho mạch Arduino 55

Hình 3.6: IC SIM 900A và module SIM 900A 58

Hình 3.8: Sơ đồ chân Breakout SIM900A 59

Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán xử lý và gửi dữ liệu lên server 61

Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán cập nhật dữ liệu từ client 62

Hình 3.11: Lưu đồ thuật toán gửi thông báo cước 63

Hình 3.12: Minh họa lập trình cho phía client 64

Hình 3.13: Minh họa lập trình cho phía Server 66

Hình 4.1: Mô hình client 67

Hình 4.2: Giao diện trang chủ 68

Hình 4.3: Giao diện thông tin tiền cước khách hàng 68

Hình 4.4: Chức năng quản lý khách hàng 69

Hình 4.5: Kết quả thử nghiệm hệ thống 70

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu đề tài

Mô hình M2M (Machine-to-Machine) đang ngày càng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới trong rất nhiều lĩnh vực từ năng lượng, vận tải, an nình cho đến y tế, xây dựng và bán lẻ v.v…Sự bùng nổ của thị trường M2M đã mở ra rất nhiều cơ hội cho các thành viên trong chuổi cung ứng dịch vụ này từ các nhà sản xuất module kết nối, các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối M2M, các nhà mạng viễn thông cung cấp kết nối cho đến các nhà cung cấp hạ tầng platform hỗ trợ triển khai dịch vụ M2M, các nhà tích hợp hệ thống và các nhà phát triển ứng dụng M2M Tại Việt Nam, thị trường M2M tuy phát triển muộn hơn các nước trong khu vực nhưng cũng đã bắt đầu tăng trưởng nhanh chóng trong những năm gần đây

Chính vì vậy, đề tài đã thực hiện nghiên cứu kiến trúc tổng quan của một mô hình M2M, thu thập các số liệu thống kê tình hình triển khai dịch vụ M2M trên thế giới cũng như trong nước, qua đó thiết kế chế tạo mô hình giám sát điện năng tiêu thụ

từ xa

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tổng quan về mô hình M2M, tìm hiểu về những ứng dụng của mô hình này trong các lĩnh vực khác nhau trên thế giới cũng như

ở Việt Nam hiện nay Từ đó ứng dụng vào nghiên cứu thiết kế mô hình tự động đo lường, thu thập dữ liệu và tính cước trong ngành điện

Hệ thống tự động đo đếm điện năng của hộ gia đình, tự động tính toán và gửi số liệu về máy chủ Máy chủ sẽ cung cấp thông tin về việc sử dụng điện năng cho chủ hộ biết bằng cách truy cập vào website dịch vụ

3 Phương pháp nghiên cứu

a Phân tích hệ thống

 Xác định mục tiêu của hệ thống:

Xác định yêu cầu là bước đầu tiên của quá trình phân tích hệ thống Yêu cầu

hệ thống thực Do vậy, kết quả cũng như chất lượng của nó có một ý nghĩa quyết định chất lượng của hệ thống được xây dựng trong các bước sau này

Sử dụng các phương pháp truyền thống để xác định yêu cầu như:

- Phỏng vấn

- Quan sát

- Điều tra bằng hỏi

- Nghiên cứu tài liệu

 Phân tích dữ liệu vào ra

Mục tiêu phân tích dữ liệu là xác định các thông tin cơ bản, cần thiết của hệ thống, mô tả cấu trúc và mỗi quan hệ giữa chúng Trên cơ sở những thông tin này để

có thể tổ chức lưu trữ và khai thác dữ liệu một cách hiệu quả Ví dụ như: xác định các

dữ liệu đầu vào cho hệ thống bao gồm những gì, lấy từ đâu, dữ liệu đầu ra sau khi xử

4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn được chia thành 4 chương, bao gồm các nội dung cơ bản như sau:

Chương 1: Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về mô hình M2M, ưu nhược

điểm, xu thế và tình hình ứng dụng của mô hình này trên thế giới cũng như của Việt Nam từ trước đến nay

Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống: Trong chương này tập trung nghiên

cứu về tổng quan mô hình hệ thống, phân tích các đối tượng dữ liệu vào ra và các phương thức truyền dữ liệu

Chương 3: Xây dựng hệ thống: Chương thứ 3 tập trung xây dựng về phần

cứng cũng như phần mềm điều khiển, hiển thị của hệ thống

Chương 4: Kết quả nghiên cứu: chương cuối cùng này trình bày những kết

quả nghiên cứu đã đạt được, vận hành thử những chức năng cơ bản của hệ thống Đồng thời cũng đánh giá một cách khách quan về những ưu điểm và hạn chế của hệ thống

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ M2M

1.1 Giới thiệu về M2M

1.1.1 Định nghĩa

M2M là một khái niệm khá rộng thường được sử dụng để mô tả mô hình sử dụng các các thiết bị đầu cuối (như cảm biến, máy đo, thiết bị định vị v.v…) để thu thập các thông tin từ xa (như nhiệt độ, năng lượng tiêu thụ, vị trí v.v…) và sau đó truyển qua mạng viễn thông không dây hoặc cố định đến các máy chủ ứng dụng

để phân tích, xử lý và tổng hợp thành các thông tin có ý nghĩa hơn phục vụ cho các

mục đích khác nhau (như quản lý, kinh doanh, an ninh v.v…)

1.1.2 Kiến trúc M2M

Kiến trúc chung cho mô hình M2M được ETSI (European Telecommunications Standards Institute) chuẩn hóa thành ba domain như hình vẽ bên dưới bao gồm domain thiết bị đầu cuối M2M, domain mạng truyển tải và domain ứng dụng M2M

Hình 1.1: Kiến trúc mô hình M2M

Thiết bị đầu cuối M2M: Các thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu và gửi đến máy chủ ứng dụng một cách tự động hoặc khi được yêu cầu Các thiết bị đầu cuối

có thể kết nối đến mạng truyền tải theo hai cơ chế sau:

 Kết nối trực tiếp: Các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truyền tải thông qua các thủ tục đăng ký (registration), xác thực (authentication), cấp phép (authorization), quản lý và provisioning Thiết bị đầu cuối có thể cung cấp dịch vụ cho các thiết bị khác kết nối với nó;

 Kết nối thông qua Gateway: Các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truyển tải thông qua thiết bị M2M Gateway Mạng M2M nội bộ (M2M Area Network) được sử dụng để kết nối các thiết bị đầu cuối với M2M Gateway M2M Gateway đóng vai trò là một Proxy cho mạng truyền tải

và hỗ trợ mạng truyền tải thực hiện các chức năng xác thực, cấp phép, quản lý và provisioning

Mạng M2M nội bộ (M2M Area network): Mạng M2M nội bộ sử dụng các công nghệ mạng PAN (Personal Area Network) như IEEE 802.15, ZigBee, SRD, UWB v.v…

Mạng truyền tải (Communication Network): Mạng truyển tải giúp kết nối các thiết bị đầu cuối hoặc M2M Gateway với các máy chủ ứng dụng Mô hình M2M có thể sử dụng các công nghệ sau cho mạng truyền tải: xDSL, vệ tinh, GSM, GPRS, UMTS, LTE, W-LAN, WiMAX v.v…Mạng truyền tải có thể được chia nhỏ thêm thành mạng truy cập (access), mạng truyền dẫn (transport) và mạng core

Ứng dụng M2M: Ứng dụng chứa logic của dịch vụ M2M

1.2 Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M

Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M bao gồm:

 Các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối

 Các nhà sản xuất module kết nối để tích hợp vào thiết bị

 Các nhà cung cấp hạ tầng mạng truyền tải

 Các nhà cung cấp hạ tầng hỗ trợ quản lý, triển khai dịch vụ M2M

Các nhà cung cấp mạng truyển tải có thể là các nhà mạng di động, các nhà mạng cố định hoặc các nhà cung cấp đường truyền vệ tinh Tuy nhiên, một số ứng dụng M2M chỉ giới hạn trong một phạm vi nhỏ chẳng hạn như tòa nhà, khi đó mạng truyền tải chỉ đơn giản là mạng LAN và lúc này các nhà mạng không tham gia vào chuỗi cung ứng dịch vụ

Middleware cung cấp các tính năng giúp cho việc quản lý và triển khai các dịch vụ M2M được hiệu quả hơn như tính năng quản lý thiết bị đầu cuối, quản lý SIM, quản lý kết nối, tính năng hỗ trợ phát triển ứng dụng M2M Middleware được cung cấp thông qua các M2M Platform bởi các nhà mạng lớn hoặc các nhà cung cấp M2M Platform như Jasper Wireless, Wyless và Aeris Communication Một số nhà mạng di động hợp tác với các nhà cung cấp M2M Platform theo mô hình SaaS (Software as a Service)

Các nhà tích hợp hệ thống là những công ty cung cấp các giải pháp M2M hoàn chỉnh bằng cách kết hợp các phần cứng và phần mềm cần thiết Các nhà tích hợp hệ thống có thể tự phát triển các ứng dụng M2M hoặc mua lại từ các nhà phát triển ứng dụng M2M Các nhà tích hợp hệ thống đóng vai trò đại diện cho các KHDN trong việc lựa chọn các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối, các nhà mạng và các nhà cung cấp M2M Platform

Các nhà cung cấp dịch vụ là những công ty, doanh nghiệp áp dụng mô hình M2M vào hoạt động sản xuất kinh doanh của họ Người dùng cuối cùng trong chuỗi cung ứng dịch vụ M2M có thể là khách hàng hoặc nhân viên của nhà cung cấp dịch

vụ Chẳng hạn như trong ứng dụng giám sát bệnh nhân từ xa, nhà cung cấp dịch vụ

là các bệnh viện, phòng khám và người dùng cuối cùng là các bác sĩ, y tá và bệnh nhân Trong ứng dụng đo lường thông minh (smart meter), nhà cung cấp dịch vụ là các công ty cung cấp điện, nước, ga

Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M được mô tả ở trên có thể thay đổi tùy thuộc vào thị trường cũng như lĩnh vực ứng dụng Các nhà mạng, đặc biệt là các nhà mạng di động ngày càng mở rộng vai trò của họ hơn trong chuỗi cung ứng dịch vụ này, từ các nhà cung cấp đường truyền thuần túy cho đến cung cấp hạ tầng middleware hỗ trơ quản lý và phát triển các dịch vụ M2M và thậm chí là đóng vai trò là các nhà tích hợp hệ thống để cung cấp các giải pháp M2M hoàn chỉnh đến các KHDN

1.3 Cơ hội và thách thức cho thị trường M2M

Thực tế hiện nay, mô hình M2M không thực sự là một khái niệm mới hay một cuộc cách mạng về công nghệ, nó đã được sử dụng trong một số lĩnh vực trong

suốt hơn một thập kỷ qua Thị trường M2M đã và đang tăng trưởng và phát triền khi

mà ngày càng có nhiều ngành hơn ứng dụng mô hình M2M vào công việc sản xuất kinh doanh

1.3.1 Cơ hội cho thị trường M2M

Một số thuận lợi chính có khả năng thúc đẩy thị trường M2M tăng trưởng mạnh trong thời gian tới như sau:

 Chi phí cho thiết bị đầu cuối và kết nối thấp: Những tiến bộ trong ngành vật liệu bán dẫn và công nghệ vô tuyến cùng với việc chuẩn hóa các giao thức kết nối mạng WAN dẫn đến giá thành cho các module kết nối giảm Bên cạnh đó thì các nhà mạng ngày càng cung cấp nhiều gói cước mềm dẻo, linh hoạt hơn cho các nhà cung cấp dịch vụ M2M giúp giảm được chi phí kết nối qua đó thúc đẩy thị trường M2M phát triển

 Các mạng viễn thông di động và cố định IP được triển khai rộng khắp:

IP đã trở thành nền tảngchung cho hầu hết các loại mạng khác nhau và hầu hết các nhà mạng trên thế giới triển khai hạ tầng mạng IP của họ với qui mô quốc gia hoặc thậm chí là qui mô toàn cầu Việc sử dụng chung một nền tảng công nghệ kết nối giúp đơn giản hóa việc triển khai và quản lý các thiết bị đầu cuối cũng như các ứng dụng

 Vùng phủ rộng khắp của các mạng viễn thông: Trong giai đoạn đầu khi thị trường M2M mới phát triển, các mạng viễn thông thường không cung cấp vùng phủ

đủ rộng cũng như không đáp ứng được tốt các yêu cầu kỹ thuật về mặt kết nối cho các ứng dụng M2M Sự phát triển của các mạng băng rộng cố đinh và di động giúp cho các ứng dụng M2M có thể được triển khai với qui mô lớn hơn với khả năng lựa chọn được nhiều nhà cung cấp mạng kết nối

 Các yêu cầu pháp lý: Hiện tượng nóng lên toàn cầu tạo ra một xu hướng

sử dụng công nghệ mới đó là việc sử dụng các công nghệ xanh Chính phủ của các quốc gia trên thế giới đang thúc đẩy việc phân phối và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả hơn Công nghệ thông tin và viễn thông đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải nhà kính bằng cách giám sát và điều khiển việc tiêu thụ năng lượng một cách chặt chẻ hơn Điều khiển và giám sát từ xa là một trong

những ứng dụng quan trọng của mô hình M2M và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ M2M trong lĩnh vực công nghệ xanh

1.3.2 Thách thức cho thị trường M2M

Bên cạnh các cơ hội thì thị trường M2M cũng phải đối mặt với một số thách thực không nhỏ, đặc biệt là khi các dịch vụ được tiển khai với qui mô lớn Một số rào cản cho sự phát triển của thị trường M2M như sau:

 Nhiều tiêu chuẩn chưa được hoàn thiện dẫn đến phân mảnh thị trường: Có rất nhiều tiêu chuẩn được đưa ra để cùng giải quyết một vấn đề nhưng không có tiêu chuẩn nào đủ hoàn thiện để có thể đáp ứng được yêu cầu cho một giải pháp M2M hoàn thiện Ví dụ ZifgBee, Zwave, Wireless HART, IERF 6LowPAN/ROLL đều là các tiêu chuẩn cho công nghệ kết nối phạm vi gần giữa các thiết bị đầu cuối và các router/gateway Các tiêu chuẩn cho lớp ứng dụng (application level) được xây dựng cho một số lĩnh vực như y tế và đo lường năng lượng thông minh, tuy nhiên cũng không có một quy chuẩn chung nào Hầu hết các ứng dụng kết nối đến các thiết bị đầu cuối sử dụng các giao thức riêng do đó làm cho việc tích hợp hệ thống trở nên phức tạp dẫn đến chi phí cho việc tích hợp tương đối cao

 Rào cản pháp lý: Các vấn đề pháp lý có thể gây cản trở cho việc triển khai M2M ở quy mô toàn cầu do sự khác nhau về luật pháp tại mỗi nước Các quy định pháp lý có thể liên quan đến lớp ứng dụng chẳng hạn như các thông tin về sức khỏe cần phải được thu thập, lưu trữ và phổ biến như thế nào hoặc thậm chí liên quan đến lớp kết nối Ngoài ra, giấy phép triển khai có thể phải được cấp riêng tại mỗi nước, mỗi khu vực làm cho chi phí triển khai tăng thêm

 Tính bảo mật và tính riêng tư: Trong một số lĩnh vực M2M, thông tin từ các thiết bị sở hữu bởi các cá nhân được thu thập do đó có một xu hướng phản đối việc thu thập thông tin này do vi phạm quyền riêng tư Chẳng hạn như khi tất cả hàng hóa con người mua đều được gắn chip kể cả ví tiền của họ, khi đó thông tin về

ví trí của người dùng, hành vi tiêu dùng của họ sẽ được thu thập Xu hướng phản đối này liên quan đến quyền riêng tư này có thể kiềm hảm sự phát triển của thị trường M2M

 Khó khăn trong việc thay đổi nhà cung cấp đường truyền: Một trở ngại

đường truyển là khó khăn trong việc thay đổi nhà cung cấp hạ tầng truyền tải Một

số loại thiết bị đầu cuối được tích hợp sẳn SIM và không thể tháo rời và do đó không thể thay đổi nhà mạng Thậm chí nếu SIM có thể tháo rời được, thì chi phí nhân công để thay đổi SIM cho hàng ngàn thiết bị đầu cuối cũng rất tốn kém Điều này gây khó khăn cho các KHDN muốn thay đổi nhà mạng trước khi thiết bị khấu hao hết Một giải pháp cho vấn đề này là mô hình nhà các mạng sử dụng chung băng thông

 Khó khăn về mặt công nghệ: Một số khó khăn về mặt kỹ thuật cũng cần được giải quyết để thị trường M2M có thể phát triển tốt hơn, chẳng hạn như các vấn

đề liên quan đến quản lý thiết bị đầu cuối, cơ chế xác thực thiết bị đầu cuối, các cơ chế tính cước v.v

1.4 Xu hướng công nghệ kết nối M2M

1.4.1 Xu hướng chung

Tổ chức Machina Research dự báo số lượng kết nối M2M toàn cầu được sẽ tăng từ 2 tỷ trong năm 2011 lên 18 tỷ kết nối vào năm 2022 với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 22% Hiện tại, khoảng 23% thiết bị có kết nối được phân loại là thiết bị M2M, đến năm 2022 con số này được dự báo sẽ tăng lên khoảng 61%

Trong số các công nghệ được sử dụng để truyển tải thông tin từ các thiết bị đầu cuối đến các máy chủ ứng dụng, công nghệ kết nối phạm vi hẹp được sử dụng nhiều nhất và sẽ chiếm khoảng 73% các kết nối M2M vào năm 2022 Lý do công nghệ này được sử dụng nhiều là do kết nối từ các thiết bị đầu cuối đến các máy chủ ứng dụng có thể triển khai theo 2 mô hình là mô hình kết nối trực tiếp và mô hình kết nối qua gateway, trong trường hợp sử dụng mô hình thứ 2, các dịch vụ M2M chủ yếu sử dụng công nghệ kết nối phạm vi hẹp được kết nối nhiều thiết bị đầu cuối vào một gateway do đó tương ứng với một kết nối mạng WAN có thể có rất nhiều kết nối sử dụng kết nối phạm vi hẹp

Hình 1.3: Các công nghệ kết mối M2M

Các kết nối sử dụng công nghệ di động sẽ tăng trường từ 146 triệu kết nối vào cuối năm 2011 lên 2,6 tỷ kết nối vào cuối năm 2022 Hiện tại số lượng kết nối M2M di động chỉ chiểm khoảng 2% tổng số kết nối M2M, tuy nhiên vào năm 2022 con số này dự kiến sẽ đạt khoảng 22% tổng số các kết nối M2M Trong số các công nghệ di động thì công nghệ 2G, đặc biệt là GPRS đang được sử dụng nhiều nhất, tuy nhiên trong tương lai công nghệ 3G và LTE sẽ được sử dụng nhiều hơn do ngày càng có nhiều ứng dụng M2M yêu cầu băng thông cao vì vậy đến năm 2022 số lượng kết nối M2M 3G và LTE chiểm khoảng 99% tổng số các kết nối M2M di động

Như vậy, nếu không tính công nghệ kết nối phạm vi hẹp thì có thể thấy là công nghệ di động sẽ thống trị thị trường cung cấp đường truyền cho các dịch vụ M2M nhờ một số lợi thế nhất định của công nghệ này, chẳng hạn sự đơn giản trong việc triển khai và khả năng hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi việc quản lý tính di động của các thiết bị đầu cuối Ngược lại mạng cố định được dự báo sẽ không được các dịch vụ M2M sử dụng nhiều trong tương lai

Hình 1.4: Xu hướng các công nghệ mạng WAN M2M

[Nguồn: Machina Reseach]

Mặc dù có nhiều lợi thế, tuy nhiên công nghệ kết nối di động vẫn còn một hạn chế khiến cho việc triển khai các dịch vụ M2M gặp nhiều khó khăn đó là khi thiết bị roaming sang khu vực phủ sóng của một nhà mạng khác, chi phí cho các kết nối M2M bị tăng lên đáng kể Để giải quyết vấn đề trên thì một giải pháp đã được đưa ra đó là mô hình Multiple IMSI SIMvới cơ chế thay đổi thông số IMSI của SIM thông qua OTA Với mô hình này thì một SIM card có thể được gán nhiều IMSI và

do đó được sở hữu chung bởi nhiều nhà mạng

Hình 1.5: Mô hình chuyển đổi IMSI qua OTA

Trong mô hình này, các nhà mạng sẽ hợp tác với một tổ chức thứ ba cung cấp hạ tầng quản lý SIM M2M có nhu cầu roaming cho tất cả các nhà mạng này Các nhà mạng phải cung cấp các thông tin chi tiết của SIM như IMSI, MSISDN, ICCID, SIM profile cho tổ chức quản lý SIM này Cơ chế thay đổi IMSI khi thiết bị

di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác như sau:

 Hệ thống quản lý SIM của nhà mạng chủ phát hiện trạng thái roaming của SIM và gửi lệnh thay đổi IMSI dựa trên kịch bản kinh doanh đến hệ thống quản lý SIM tập trung của tổ chức thứ ba

 Hệ thống quản lý SIM tập trung sẽ gửi lệnh thay đổi IMSI đến mạng chủ

để cập IMSI tương ứng của nhà mạng khách cho SIM

 Sau khi được cập nhật IMSI, thiết bị có thể sử dụng dịch vụ với giá cước trong nước của mạng khách

Hình 1.6: Cơ chế thay đổi IMSI cho SIM M2M

1.4.2 Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M

Ngày nay, mô hình M2M ngày càng được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhằm nâng cao tính hiệu quả trong công việc sản xuất, kinh doanh và quản lý Tổ chức Beecham Research đã đưa ra danh sách các ngành áp dụng mô hình M2M phổ biển nhất như vận tải, năng lượng, xây dựng, an ninh, bán lẻ v.v… Mỗi lĩnh vực thường bao gồm một số nhóm ứng dụng chính chẳng hạn như lĩnh vực vận tải bao gồm các nhóm ứng dụng quản lý giao thông, nhóm ứng dụng quản lý phương tiện vận tải, nhóm ứng dụng quản lý hạ tầng giao thông

Hình 1.7: Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M

[Nguồn: Beecham Research]

Hiện tại, lĩnh vực có số lượng kết nối M2M nhiều nhất chính là lĩnh vực vận tải, tuy nhiên theo dự báo của tổ chức Analysys Mason thì đến năm 2020 lĩnh vực năng lượng sẽ là ngành áp dụng mô hình M2M nhiều nhất và chiếm 60% tổng số

lượng kết nối M2M Ngoài ra, hai lĩnh vực khác cũng được dự báo là tăng trưởng nhanh đó là ngành an ninh và y tế

Hình 1.8: Số lượng kết nối M2M theo ngành vào năm 2020

[Nguồn: Analysys Mason]

1.4.3 Tình hình chung thị trường M2M tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhu cầu về dịch vụ M2M và đặc biệt là dịch vụ Cellular M2M (dịch vụ M2M truyền dữ liệu qua mạng di động) ngày càng tăng vì các doanh nghiệp Việt Nam ngày càng nhận thức được rằng mô hình M2M giúp cho công việc của họ trong các lĩnh vực kinh doanh; quản lý giám sát thiết bị, máy móc; an ninh, năng lượng, vận chuyển hàng hóa, quảng cáo v.v đạt được hiệu quả cao hơn Các công ty vận tải, các ngân hàng và ngành điện lực là các đơn vị tiên phong trong việc

áp dụng mô hình M2M tại Việt Nam

Theo dự báo của Machina Reserach số lượng kết nối M2M tại Việt Nam sẽ tăng từ khoảng 800.000 kết nối trong năm 2013 lên đến gần 7.000.000 kết nối vào năm 2020 với doanh thu bình quân cho mỗi kết nối (ARPU) là 3 USD 1 tháng

Hình 1.9: Dự báo số lượng kết nối M2M tại Việt Nam

[Nguồn: Machina Research]

Theo số liệu của Machina Research thì dẫn đầu số lượng kết nối M2M tại Việt Nam là ngành điện lực với hai ứng dụng chính là lưới điện thông minh (smart grid) và công tơ điện thông minh (smart meter) , chiếm 69% tổng số kết nối, tiếp theo là ngành vận tải với ứng dụng quản lý phương tiện vận tải, chiếm khoảng 19% tổng số kết nối

Hình 1.10: Các lĩnh vực ứng dụng M2M tại Việt Nam

[Nguồn: Machina Research]

Sự gia tăng nhu cầu ứng dụng mô hình M2M tại Việt Nam đẫn đến việc ngày càng có nhiều nhà tích hợp hệ thống tại Việt Nam nghiên cứu và cung cấp các giải pháp M2M cho các KHDN Một số dịch vụ M2M truyền thống như lưới điện thông minh, quản lý vận tải, nhà thông mình đã được triển khai khá phổ biến tại Việt Nam, trong khi đó một số dịch vụ M2M mới đang được các nhà cung cấp hợp tác thử nghiệm với một số doanh nghiệp

Dịch vụ M2M Nhà cung cấp dịch vụ

Vehicle Telematics - Có hơn 30 nhà cung cấp dịch vụ

Smart Home/ Home

Security

- Hiện tại, có nhiều nhà cung cấp (DiGihome, MVCORP, Astec…) nhưng theo kiểu các tính năng nhỏ lẻ, không mang tính tổng thể

ATM Monitoring

Solution

- MVCorp, Ecapro, Astec, Quang Dũng …

- Chưa được các ngân hàng áp dụng rộng rãi Hiện tại mới có MVCorp đưa giải pháp thử nghiệm trên cây ATM của MB

Electric/Water/Energy

Smart mettering ATS, ABB

Smart Grid ATS là cty tiên phong về nghiên cứu và đã có giải

pháp SG

M2M Health Care

- Đã có thử nghiệm từ 2007 của FPT trên nền internet và fixed line 2/2012, FPT có ý định hợp tác với NEUSOFT(China) để mở rộng dịch vụ và trao đổi công nghệ -> nhu cầu về dịch vụ lớn

- 2011 Ericsson + Bệnh viện Tràng An đã triển khai thử nghiệm dịch vụ tại Hà Nội trên nền đt dđ

- Ở Việt nam chưa có nhà cung cấp, tuy nhiên, có thể tham khảo mô hình của 4HomeMedia

- Khoảng 10 năm tới, đây có thể là một dịch vụ có tiềm năng do dân số VN đang bị lão hóa nhanh

Personal Tracking TechGlobal, APX, KNiC, Anh Minh, ADSUN,

ADA…

Asset Tracking via

Bảng 1: Các dịch vụ M2M tại Việt Nam

1.5 Mô hình M2M của ngành điện lực tại Việt Nam

Một trong những nguyên nhân thúc đẩy mô hình M2M trong ngành điện lực tại Việt Nam là do cuối năm 2012 Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định 1670/QĐ-

TT “Phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam” sau khi xem xét

đề nghị của Bộ Công Thương

1.5.1 Mục tiêu của Đề án phát triển lưới điện thông minh

Mục tiêu của Đề án là Phát triển lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững Để hiện thực hóa mục tiêu trên, Đề án đã đặt ra các mục tiêu cụ thể cần đạt được từ năm 2013 đến năm 2022:

 Xây dựng cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, viễn thông và tăng cường hệ thống giám sát, điều khiển tự động cho hệ thống điện, hệ thống đo đếm từ xa:

o Đến năm 2013: Thiết lập hoàn chỉnh hệ thống thu thập số liệu, giám sát điều khiển SCADA, hệ thống đo đếm từ xa tới toàn bộ các nhà máy điện có công suất lớn hơn 30 MW, các trạm biến áp từ 110 kV trở lên trong hệ thống điện

o Đến năm 2016, khai thác được toàn bộ các chức năng của hệ thống quản

lý năng lượng (EMS) trong hệ thống SCADA/EMS tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện quốc gia và các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền

o Đến năm 2022: Hệ thống SCADA/DMS cho các Tổng công ty điện lực,

hệ thống đo đếm từ xa được đầu tư hoàn chỉnh tới tất cả các khách hàng sử dụng điện lớn

 Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System average interruption frequency index - SAFI) giảm 10%; chỉ

số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System average interruption duration index - SAIDI) giảm 20% sau mỗi giai đoạn 5 năm

 Trang bị các thiết bị tự động hóa và điều khiển để tăng năng suất lao động trong ngành điện lực: Giảm số người trực tại các trạm biến áp 110 kV có trang bị thiết bị tự động hóa và điều khiển từ xa xuống còn 3-5 người/trạm; thực hiện thao tác đóng cắt lưới trung thế từ xa

 Nâng cao khả năng dự báo nhu cầu phụ tải điện và lập kế hoạch cung cấp điện; hạn chế việc tiết giảm điện do thiếu nguồn thông qua cơ chế dịch chuyển phụ tải đỉnh trong giờ cao điểm hoặc trường hợp khẩn cấp: Giảm 1 - 2% phụ tải cao điểm thông qua các ứng dụng của cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI - Advanced Metering Infrastructure)

 Thực hiện các giải pháp kỹ thuật, biện pháp quản lý nhằm mục tiêu giảm tổn thất điện năng (tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại) trong hệ thống truyền tải và phân phối điện từ 9,23% năm 2011 xuống còn 8% vào năm 2015

 Ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh để kết nối, vận hành ổn định

phần khuyến khích phát triển, tăng tỷ lệ nguồn điện sử dụng năng lượng mới và tái tạo, góp phần bảo vệ môi trường, bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia

 Khuyến khích nghiên cứu, chế tạo trong nước một số sản phẩm điện tử thông minh trên lưới điện, đáp ứng được nhu cầu công nghệ cho Lưới điện Thông minh

 Tạo điều kiện cho khách hàng được chủ động biết và quản lý các thông tin chi tiết về sử dụng điện, chi phí mua điện

1.5.2 Lộ trình phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam

Để đạt được các mục tiêu nêu trên thì Đề án cũng đã xây dựng một lộ trình chi tiết cho việc phát triển Lưới điện thông minh tại Việt Nam như sau:

 Giai đoạn 1 (2012-2016):

- Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện:

o Hoàn chỉnh dự án SCADA/EMS cho Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia, các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Bổ sung các thiết bị để đảm bảo thu thập số liệu vận hành hệ thống điện tại các nhà máy điện, trạm biến áp từ cấp điện áp 110 kV trở lên; hoàn thiện hệ thống đọc tự động công tơ điện tử đo đếm đầu nguồn, giao nhận điện năng đến tất cả các nhà máy điện và các trạm 500 kV,

220 kV, 110 kV

o Triển khai các ứng dụng nhằm tăng cường độ tin cậy, tối ưu vận hành lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối, giảm tổn thất điện năng; tăng cường hệ thống ghi sự cố, hệ thống phát hiện và chống sự cố mất điện diện rộng nhằm đảm bảo truyền tải an toàn trên hệ thống điện 500 kV

o Kiểm tra, giám sát việc thực hiên các quy định về hệ thống thu thập số liệu bắt buộc trong các nhà máy điện, các trạm biến áp từ điện áp 110 kV trở lên

o Bước đầu trang bị hệ thống SCADA cho một số Tổng công ty phân phối điện; trang bị hệ thống phần mềm, phần cứng, hệ thống viễn thông, hệ thống tự động hóa và điều khiển từ xa cho một số trạm 110 kV lựa chọn

o Đào tạo, nâng cao năng lực thực hiện Lưới điện Thông minh cho Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia, Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, các Tổng công ty, công ty điện lực

o Hoàn thành các dự án hỗ trợ kỹ thuật nghiên cứu phụ tải (load research),

dự án điều chỉnh phụ tải điện (demand side response) cho các Tổng công ty, Công

ty điện lực

o Phát triển và triển khai các công cụ vận hành tiên tiến nhằm tích hợp số lượng lớn các nguồn điện tái tạo không điều khiển được (điện gió, điện mặt trời ) vào hệ thống

- Các chương trình thử nghiệm:

o Dự án thử nghiệm hệ thống cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI - Advanced Metering Infrastructure) tại một số khách hàng lớn của Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh để thực hiện chương trình quản lý phụ tải.Dự án thử nghiệm tích hợp các nguồn điện sử dụng năng lượng mới và tái tạo tại Tổng công ty Điện lực miền Trung: Áp dụng cho các nguồn thủy điện nhỏ, nguồn điện sử dụng năng lượng mới và tái tạo

- Xây dựng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật:

o Hoàn thiện các quy trình nghiên cứu phụ tải điện

o Xây dựng cơ chế khuyến khích đối với các khách hàng tham gia chương trình quản lý phụ tải trong chương trình thử nghiệm tại Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh Đánh giá hiệu quả từ chương trình thử nghiệm, hoàn thiện cơ chế khuyến khích cho các khách hàng tham gia chương trình quản lý phụ tải

o Xây dựng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật cho phép áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định điều độ - vận hành cho việc tự động hóa trạm biến áp và điều khiển từ xa trong hệ thống điện

o Đề xuất cơ chế tài chính cho việc phát triển Lưới điện Thông minh

o Căn cứ các kết quả nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của các chương trình trong thực tế, ban hành mới hoặc sửa đổi các văn bản quy phạm pháp luật tạo hành lang pháp lý cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng và triển khai các ứng dụng của Lưới điện Thông minh

o Xây dựng các quy định kỹ thuật: Nghiên cứu, ban hành các quy định tiêu chuẩn kỹ thuật cho Lưới điện Thông minh, bao gồm: Hệ thống AMI; tiêu chuẩn kỹ thuật hệ thống tự động hóa, điều khiển từ xa trạm biến áp; hệ thống

tạo dạng phân tán; kết cấu của lưới điện phân phối thông minh và các quy định kỹ thuật có liên quan khác

- Chương trình, truyền thông cho cộng đồng:

o Xây dựng và phổ biến Chương trình phát triển lưới điện thông minh cho các cơ quan quản lý nhà nước, đơn vị phát điện, đơn vị phân phối điện và các khách hàng sử dụng điện lớn

o Bước đầu phổ biến về Chương trình phát triển lưới điện thông minh cho khách hàng sử dụng điện dân dụng

 Giai đoạn 2 (2017 - 2022):

- Tiếp tục thực hiện Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện, tập trung vào lưới điện phân phối; trang bị cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin - viễn thông cho lưới điện phân phối:

o Triển khai hoàn chỉnh các hệ thống SCADA cho các Tổng công ty điện lực, tiếp tục trang bị hệ thống tự động hóa các trạm biến áp 110 kV

o Triển khai hệ thống SCADA/DMS tại một số điện lực tỉnh, thành phố có phụ tải lớn trong hệ thống, kết nối với một số trạm biến áp phân phối trung áp lựa chọn

o Tiếp tục đào tạo, nâng cao năng lực thực hiện Lưới điện Thông minh cho các Tổng công ty, Công ty điện lực

o Phát triển các thử nghiệm về tối ưu vận hành lưới điện truyền tải

- Triển khai các ứng dụng của Lưới điện Thông minh:

o Phổ biến các bài học kinh nghiệm về hệ thống AMI Triển khai mở rộng lắp đặt hệ thống AMI cho các khách hàng lớn tại tất cả các Tổng Công ty điện lực; triển khai dự án thử nghiệm cho khách hàng tham gia mua bán điện trên thị trường điện cạnh tranh (thị trường bán buôn cạnh tranh và thị trường bán lẻ cạnh tranh thí điểm) tại các Tổng Công ty điện lực

o Triển khai tích hợp các nguồn điện phân tán, các nguồn năng lượng mới, tái tạo đấu nối vào hệ thống điện bằng cấp điện áp trung áp và hạ áp

o Thực hiện các dự án thử nghiệm Căn nhà Thông minh (Smart Home)

o Xây dựng các thử nghiệm Thành phố Thông minh (Smart City)

- Xây dựng văn bản pháp luật:

o Nghiên cứu, đề xuất cơ quan có thẩm quyền ban hành các cơ chế: Khuyến khích ứng dụng lưới điện thông minh trong việc phát triển các nguồn năng lượng mới, tái tạo; khuyến khích ứng dụng lưới điện thông minh các tòa nhà không tiêu thụ năng lượng bên ngoài (zero energy house); ứng dụng lưới điện thông minh mua bán trao đổi điện năng từ phía khách hàng với các công ty điện lực

o Xây dựng cơ chế khuyến khích áp dụng cho khách hàng dân dụng tham gia vào chương trình quản lý phụ tải

- Xây dựng các quy định kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất các cơ quan có thẩm quyền ban hành các tiêu chuẩn kỹ thuật cho công nghệ lưu trữ năng lượng, các thiết

bị thông minh (smart appliances) sử dụng trong nhà có khả năng điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng theo điều kiện cung cấp điện hoặc thay đổi biểu giá điện

- Chương trình truyền thông cho cộng đồng:

o Cập nhật chương trình truyền thông cho Lưới điện Thông minh có bổ sung các thay đổi về giá và phí mới

o Phổ biến rộng rãi - theo từng bước - về chương trình (Lưới điện Thông minh) đến các khách hàng dân cư

 Giai đoạn 3 (từ sau 2022):

- Tiếp tục Chương trình trang bị cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin - viễn thông cho lưới phân phối:

o Phát triển hệ thống SCADA/DMS cho tất cả các công ty điên lực tỉnh tới một số lượng hợp lý các trạm phân phối trung áp

o Triển khai tiếp các công cụ tối ưu vận hành từ lưới điện truyền tải sang lưới điện phân phối

o Triển khai hệ thống AMI cho các khách hàng dân dụng, tạo điều kiện cho khách hàng tham gia thị trường bán lẻ điện cạnh tranh

o Tiếp tục khuyến khích việc phát triển các nhà máy điện phân tán

- Chương trình triển khai các ứng dụng Lưới điện Thông minh: Triển khai các ứng dụng Lưới điện Thông minh cho phép cân bằng cung - cầu điện năng ngay

ở cấp độ người sử dụng điện Phổ biến việc sử dụng năng lượng mới, tái tạo ở lưới phân phối với cơ chế giá mua, giá bán điện theo từng thời điểm kết hợp với vận

1.5.3 Tình hình thực tế triển khai lưới điện thông minh tại Việt Nam

Để hiện thực hóa Đề án Phát triển lưới điện thông minh theo như chỉ đạo của Chính phủ tại Quyết định số 1670/QĐ - TTg của Thủ tướng (ban hành ngày 8/11/2012), Tổng công ty Điện lực miền Bắc (EVN NPC) bắt đầu triển khai một số

dự án và đưa ra lộ trình thực hiện.Cụ thể, thời gian qua, EVN NPC đã xây dựng thí điểm hệ thống mini SCADA tại phòng điều độ Công ty Điện lực Bắc Ninh để thu thập số liệu vận hành, giám sát và điều khiển từ xa đối với 8 TBA 110kV, 5 TBA trung gian, 8 bộ Recloser, 30 điểm đo đếm bằng công tơ điện tử trên lưới điện khu vực Bắc Ninh Đến nay, dự án đã đưa vào sử dụng và có độ ổn định cao

Đặc biệt, tính đến tháng 4/2013, tại Quảng Ninh, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Nam Định, EVN NPC đã lắp đạt được 2.000 công tơ điện tử 1 pha RF cho các khách hàng sử dụng điện sinh hoạt; lắp đặt 50 công tơ điện tử 3 pha 3 giá đối với khách hàng mua điện 110kV; lắp đặt 185 công tơ điện tử 3 pha 3 giá đối với khách hàng mua điện trung áp 35kV và 52 công tơ điện tử 3 pha từ xa tại các trạm biến áp 110kV…Kế hoạch năm nay 2013, EVN NPC sẽ hoàn chỉnh công tác thu nhập số liệu, giám sát điều khiển SCADA, hệ thống đo đếm từ xa tới toàn bộ các nhà máy điện có công suất lớn hơn 30MW, các TBA từ 110kV trở lên trong hệ thống điện

Theo ông Dư Cao Minh - Phó Tổng giám đốc EVN NPC, giai đoạn 2012 -

2016 và giai đoạn 2017 - 2020, EVN NPC sẽ triển khai các chương trình dự án nhằm tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện như Chương trình Quản lý hệ thống đo đếm điện năng; Triển khai hệ thống giám sát vận hành, thu nhập thông số

từ trạm biến áp 110 kV; Xây dựng hạ tầng công nghệ thông tin và viễn thông phục

vụ điều hành, sản xuất, kinh doanh EVN NPC sẽ nỗ lực giảm số người trực tại các trạm biến áp 110 kV có trang bị thiết bị tự động và điều khiển từ xa xuống còn 3-5 người/trạm, tiến tới hình thành trạm biến áp 110 kV không người trực

Tương tự, Tổng công ty điện lực miền Nam (EVN SPC) cũng đang tích cực xây dựng kế hoạch triển khai Lưới điện thông minh theođúng lộ trình 3 giai đoạn 2012-2016, 2017-2022 và sau 2022 Cụ thể như sau:

 Chương trình do ghi công tơ số từ xa: EVN SPC đang tích cực hiện đại hóa hệ thống đo đếm phục vụ kinh doanh điện năng bằng việc thay thế công tơ điện cơ kiểu cảm ứng bằng công tơ điện tử và các hệ thống thu thập dữ liệu đo đếm

từ xa Hiện nay đã lắp đặt trên lưới khoảng 150.000 công tơ điện tử 1 pha Đến năm

2014 sẽ hoàn thiện hệ thống đọc từ xa các công tơ ranh giới (bao gồm 86 vị trí đo)

Từ nay đến năm 2016 lắp đặt hệ thống đo ghi từ xa công tơ khách hàng trạm chuyên dùng cho hơn 29.400 khách hàng Giai đoạn 2012-2016 sẽ hoàn thiện xây dựng hệ thống đo ghi từ xa thu thập dữ liệu công tơ tổng trạm công cộng phục vụ công tác giảm tổn thất điện năng Giai đoạn 2012-2016, sẽ lắp công tơ đo ghi từ xa sau trạm công cộng, gồm: 1.430.000 công tơ đối với khách hàng khu vực thành phố, thị xã, thị trấn; 704.000 công tơ đối với khách hàng khu vực nông thôn

 Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện: Giai đoạn 2013-2016 triển khai xây dựng hệ thống SCADA và TBA 110kV không người trực

Hệ thống SCADA sẽ làm nhiệm vụ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu toàn bộ các trạm 110kV và các Recloser trung thế trên địa bàn quản lý Trung tâm điều khiển chính đặt tại văn phòng EVN SPC; Trung tâm điều khiển dự phòng được đặt tại Công ty Lưới điện cao thế miền Nam; 42 phòng điều khiển xa (remote console) tại 21 tỉnh/ thành phố thuộc địa bàn quản lý để giám sát điều khiển trạm 110kV và các recloser trên các tuyến trung thế Các Recloser trung thế sẽ do các phòng điều khiển tại các Công ty Điện lực thực hiện Trong quý 2/2013 sẽ hoàn tất hệ thống giám sát vận hành lưới điện 110kV trên cơ sở khai thác tối đa hệ thống SCADA của A0, A2.Trong giai đoạn này cũng sẽ triển khai ứng dụng kết quả tính toán lưới điện bằng phần mềm PSS/ADEPT vào phân tích tổn thất, phân giao chỉ tiêu tổn thất điện năng Quản lý cơ sở dữ liệu và tính toán SAIDI, SAIFI thông qua chương trình mô hình hóa lưới điện trung áp Ứng dụng GIS vào công tác quản lý lưới điện 110kV, lưới điện trung thế 22kV phục vụ quản lý vận hành lưới.Hoàn thiện hệ thống viễn thông chuyên ngành để kết nối từ Tổng công ty đến tất cả các Công ty Điện lực, các TBA tại 21 tỉnh/thành Trong năm 2013 thiết lập mạng truyền dẫn đường trục liên tỉnh với 480km cáp quang, truyền dẫn công nghệ Ethernet với giao thức TCP/IP, đường truyền tốc độ 1Gbps Xây dựng tuyến cáp quang nội tỉnh dài 3.697km trên trụ trung, hạ thế, kết nối Công ty Điện lực - Điện lực, Công ty Điện lực - Chi nhánh điện cao thế, Điện lực, Chi nhánh điện cao thế - TBA

Giai đoạn 2017-2022, mở rộng SCADA đến các đến các thiết bị trên lưới trung

tin cậy cung cấp điện nhờ phối hợp tốt hơn với dò tìm, cách ly sự cố và tái cấu trúc lưới điện Sẽ phát triển, liên kết với các phần mềm hiện có (hoặc xây dựng thêm) để nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng như hỗ trợ các service center, call center, các trung tâm cung cấp thông tin, việc tổ chức vận hành sửa chữa điện… Triển khai TBA 110kV không người trực (giảm số người trực tại các trạm xuống còn 3-5 người/trạm) Liên kết GIS, hệ thống SCADA, CMIS và các hệ thống quản lý đo đếm, Trung tâm chăm sóc khách hàng Hoàn thiện chương trình thu thập cơ sở dữ liệu mất điện đến từng khách hàng, tự động hóa tính toán độ tin cậy và lập kế hoạch bảo trì, sửa chữa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Phát triển các phần mềm phục

vụ khách hàng điện, tạo kênh thông tin giao tiếp 2 chiều giữa đơn vị điện lực và khách hàng, tạo thêm nhiều tiện ích, đặc biệt các dịch vụ hỗ trợ khách hàng trên website Khi được trang bị cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến AMI, khách hàng dễ dàng tra cứu thông tin về việc sử dụng điện của mình để điều chỉnh hành vi sử dụng điện vào giờ thấp điểm để giảm chi phí, khách hàng được cung cấp các dịch vụ online trên môi trường Internet và nhiều tiện ích khác Nói cách khác khách hàng có thể kiểm soát toàn bộ quá trình sử dụng điện của mình

Chương 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Dựa vào những yêu cầu của hệ thống để đưa ra lựa chọn phương thức là truyền dữ liệu không dây, tận dụng hạ tầng mạng thông tin di động mặt đất hiện có của các nhà mạng Dữ liệu được truyền qua GPRS, theo giao thức TCP/IP

2.1 Hệ thống thông tin di động GSM

2.1.1 Các hệ thống thông tin di động

Sự phát triển của công nghệ truyền thông di động là một trong những thành tựu nổi bật nhất về công nghệ và mục đích dịch vụ thương mại trong những thập niên gần đây Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu trải qua các thế

hệ và hiện nay đang bước vào thế hệ thứ 3 (3G) của hệ thống công nghệ thông tin di động Song, nhìn từ một khía cạnh khác thì những hệ thống của thế hệ thứ nhất (1G)

là nền tảng cơ bản định hướng cho các thế hệ sau, nhìn chung những hệ thống này được xếp vào loại những mạng quốc gia dựa trên nền tảng công nghệ tương tự Vào những năm 1980 công nghệ này đã được chuyển biến thành loại hình dịch vụ, các mạng đó đã được thiết kế cung cấp chủ yếu cho các thuê bao di động truyền thông chuyển tải giọng nói

Hệ thống công nghệ của thế hệ thứ 2 (2G) được xếp vào công nghệ kỹ thuật

số, hệ thống này được sự giúp đỡ, ủng hộ của những Công ước quốc tế tạo đà cho khả năng vận hành một chiếc máy điện thoại di động vượt qua khỏi biên giới của một quốc gia Bên cạnh lĩnh vực viễn thông truyền giọng nói bằng kỹ thuật số, với

sự góp mặt của những hệ thống 2G, một loạt các dịch vụ số mới, với tốc độ truyền

dữ liệu thấp đã trở nên phong phú và đa dạng Bao gồm “ Mobile fax” (chuyển fax

di động), gửi thư giọng nói và dịch vụ gửi tin nhanh (Short message service - SMS) Cũng tại khoảng thời gian trong giai đoạn phát triển này, những loại hệ thống mới bắt đầu nổi dậy phục vụ cho những thị hiếu riêng biệt; không những đó là những mạng di động mà còn có những giải pháp cho vô tuyến điện (Cordless), radio di

của thế hệ 2G đó là sự toàn cầu hóa của các hệ thống thông tin di động, trên quan điểm đó tầm quan trọng trong việc chuẩn hóa trên toàn cầu là rõ ràng và cần thiết

Ví dụ, GSM chuẩn hóa tại Châu Âu bởi tổ chức Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) hiện đang được coi là một tiêu chuẩn toàn cầu dưới sự thừa nhận của hầu hết các quốc gia trên thế giới Giai đoạn phát triển cuối của loại mạng 2G đã cho ra đời nhiều dịch vụ đa phương tiện di động Đồng thời, việc nhận thấy rằng tầm quan trọng của Internet và yêu cầu ngày càng cao của người dùng đó là một bước tiến tiếp tới ngưỡng cửa của công nghệ thế hệ thứ 3 (3G)

Do yêu cầu của người dùng, trong những năm tới người ta hy vọng việc sử dụng hệ thống thông tin di động sẽ có xu hướng truy cập vào các dịch vụ đa phương tiện băng rộng như ở mạng cố định Yêu cầu những loại hình dịch vụ này nằm ngoài khả năng của các hệ thống thuộc thế hệ 2G đương thời, là những dịch vụ mà chỉ cung cấp các dịch vụ thoại có tốc độ dữ liệu thấp Sự phát triển và hội tụ của những công nghệ dựa trên các giao thức Internet và di động ngày nay chính là động lực cho sự phát triển của các hệ thống thuộc thế hệ thứ 3 (3G) Những hệ thống truyền thông di động 3G sẽ có khả năng phân phối các ứng dụng và dịch vụ với tốc độ dữ liệu lên tới và có thể vượt quá 2 Mb/s

Việc tiêu chuẩn hóa hệ thống 3G bởi Liên đoàn Viên thông quốc tế, trên phương diện toàn cầu người ta sẽ nhìn nhận ra đây là hệ thống Viễn thông di động Quốc tế 2000, bao hàm những hệ thống trong hộ gia đình mà cung ứng các dịch vụ

tế bào, vô tuyến điện, W-LAN và vệ tinh Ở Châu Âu hệ thống 3G sẽ được coi là hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) Cho dù thoại vẫn có thể chiếm ưu thế trong những năm đầu của thế hệ mạng mạng 3G, song cũng sẽ có nhiều khả năng mạng sẽ vận hành những hệ thống với những ứng dụng đa phương tiện, chẳng hạn như dịch vụ thoại truyền hình ảnh, tra cứu trang Web… Khi công nghệ 3G mở ra, những ứng dụng dịch vụ với băng thông rộng sẽ thâm nhập thị trường theo khuynh hướng dữ liệu truyền tải với thông lượng lớn nhất

Các nghiên cứu hiện nay cũng cho thấy những đòi hỏi cần có sự ra đời của

hệ thống mạng di động thế hệ thứ tư (4G) với việc truyền tải thông tin, dữ liệu tốc

độ cao hơn có thể trên 2 Mb/s và khả năng sẽ đạt được 155 Mb/s trong một số môi trường nhất định, sẽ tiếp tục mở rộng các dịch vụ và ứng dụng trong khả năng phân

phối Do vậy việc phát triển hệ thống mạng di động 4G là một tất yếu trong thời gian sắp tới.

2.1.2 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM

GSM (Global System for Mobile Communications) là mạng thông tin di động toàn cầu GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên ở Châu Âu và các tiêu chuẩn, đặc tính của GSM được công bố lần đầu tiên vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch

vụ trên 48 quốc gia Đến nay GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ

GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới do khả năng phủ sóng rộng khắp nơi cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều vùng trên thế giới GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai (Second Generation, 2G) Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn dễ dàng

Tại Việt Nam, công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 qua việc cung cấp hệ thống đầu tiên ở miền Bắc Hiện nay, ba mạng GSM của Việt Nam là Mobifone, VinaPhone, và Viettel đã có tổng cộng trên 140 triệu thuê bao, chiếm khoảng trên 90% số người dùng điện thoại di động tại Việt Nam

Với công nghệ SIM thuận tiện và roaming với hầu hết các quốc gia, đáp ứng những nhu cầu căn bản hiện tại của khách hàng như thoại, nhắn tin, truyền số liệu tốc độ thấp, GSM được dự đoán sẽ còn tiếp tục thống trị thị trường thoại di

động toàn cầu trong thời gian tương đối dài nữa

2.1.3 Các đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM

GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào (cellular) do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó nhất Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác Trong mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các máy di động MS (Mobile Station) có mặt trong cell Khi MS di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang

Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một cell nên

hệ thống thông tin di động tế bào phải có khả năng điều khiển và chuyển giao cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc gọi được chuyển giao không bị gián đoạn Các đặc điểm chủ yếu của hệ thống GSM như sau:

 Có thể phục vụ được một số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu

Đối với thông tin thoại có thể có các dịch vụ:

- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện

- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra Quốc tế

- Giữ cuộc gọi

- Thông báo cước phí

Đối với dịch vụ số liệu có thể có các dịch vụ:

 Chủ yếu sử dụng băng tần 900MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa 2 phương pháp: TDMA, FDMA

 Giải quyết sự hạn chế về dung lượng: thực chất dung lượng sẽ tăng lên nhờ kỹ thuật sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ do vậy số thuê bao phục

vụ sẽ tăng lên