Regional Data Transmission Network

The globalization and development of an information society promptly change shape of the modern world. Cities and especially megacities including Saint-Petersburg are in the center of occuring changes. As a result of these changes the economic activities connected to reception and processing of the information now play very important role in economy of megacities what allows to characterize them as "information". Despite of wide experience in decision of information questions Russia, and in particular Saint-Petersburg, lag behind in development of information systems from the advanced European countries. The given master's thesis is devoted to development of an information system (data transmission network) on the basis of wireless technology in territory of Saint-Petersburg region within the framework of FTOP "Electronic Russia" and RTOP "Electronic Saint-Petersburg" programs. Logically the master's thesis can be divided into 3 parts: 1. The problems, purposes, expected results, terms and implementation of the "Electronic Russia" program. 2. Discussion about wireless data transmission networks (description of technology, substantiation of choice, description of signal's transmission techniques and types of network topology). 3. Fulfillment of the network (organization of central network node, regional centers, access lines, description of used equipment, network's capabilities), financial provision of the project, possible network management models.

Suunnitelma lähiverkon toteuttamiseksi oppilaitoksessa

Lähiverkkojen tehtävänä on toimia alustana useille eri tekniikoille ja palveluille. Verkossa liikkuu dataliikenteen lisäksi myös puhetta ja kuvaa. Lähiverkko mahdollistaa oheislaitteiden, kuten tiedostopalvelimien ja tulostimien, jakamisen ja käyttämisen koko lähiverkon alueelta. Organisaation lähiverkkoja voidaan yhdistää teleoperaattoreiden toimesta joten on vaikeaa enää määritellä lähiverkkoa tarkasti. Työssä on käyty läpi Ethernet-tekniikan peruselementit ja verkkotopologiat. Selvitystyö kattaa koko Ethernetin kehityshistorian jaetun media väylästä nykyaikaiseen täysin kytkentäiseen Ethernettiin asti sekä sen eri kaapelointimahdollisuudet. Verkoissa liikennöintiin ja valvontaan tarvittavien protokollien ja palveluiden toiminta on esitelty, samoin kuin tyypillisempien verkon aktiivilaitteiden toiminta. Verkon nykytilan kartoituksen kautta lopputuloksena esitetään uuden verkon fyysinen rakenne sekä verkon toiminnan kannalta keskeisimmät palvelut. Verkon fyysinen rakenne perustuu yleiskaapelointistandardiin EN 50173-1. Verkossa tapahtuvan ja verkkoon kohdistuvan opetuksen erityispiirteistä ja ongelmista esitetään ratkaisut niin teknisistä kuin tietoturvallisuuden näkökohdista . Kustannusarviossa keskitytään verkon komponenttien hintoihin ja tehdään vertailu kahden eri kytkimen hinnoista ja ominaisuuksista. Johtopäätöksissä pohditaan verkonsuunnittelun uusia suuntia SAN-verkkojen näkökulmasta.

VLANien käyttöönotto ja reititys kytkentäisessä lähiverkossa

Lähiverkkojen merkitys organisaatioiden toiminnassa on tänä päivänä tärkeämpi kuin koskaan aiemmin. Lähiverkot toimivat alustana useille tekniikoille ja palveluille. Lähiverkossa liikkuu dataliikenteen lisäksi myös puhetta ja kuvaa. Verkko mahdollistaa oheislaitteiden, kuten tiedostopalvelimien ja tulostimien, jakamisen ja käyttämisen koko verkon alueelta. Lähiverkkojen yhdistäminen voidaan toteuttaa teleoperaattoreiden toimesta, joten on vaikeaa enää määritellä lähiverkkoa tarkasti. Tämän diplomityön päätavoitteena oli muodostaa tehokas kytkentäinen lähiverkkoarkkitehtuuri. Keskeisenä osana työhön liittyy virtuaaliset lähiverkot, niiden käyttöönotto sekä reititys. Työn teoriaosassa käydään läpi lähiverkon ja tärkeimmän lähiverkkotekniikan, Ethernet-tekniikan peruselementit. Lisäksi käydään läpi TCP/IP- tekniikan periaate, sen keskeisimmät protokollat, VLAN-tekniikka sekä IP-reititys. Työosuudessa toteutettu Pilottiverkko muodostetaan Ciscon kytkin- ja reititinlaitteilla virtuaaliseen oppilaitosympäristöön. Pilottiverkon avulla esitetään vastaukset työn vaatimusmäärittelyihin, joita ovat verkon muunneltavuuden helppous, useiden broadcast-alueiden toteuttamisen mahdollisuus sekä käyttörajoituksiin perustuvan tietoturvan ja vikasietoisuuden mahdollistaminen verkossa.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Junan audiovahvistimen laitesuunnittelu

Joukkoliikenteen merkitys suurten ihmismäärien liikuttamisessa on kasvanut. Kaupunkikeskustat ovat monin paikoin ruuhkautuneet ja joukkoliikenteestä pyritään tekemään mahdollisimman houkuttelevaa ruuhkien helpottamiseksi. Yksi keino houkutella ihmisiä joukkoliikennevälineiden käyttäjiksi on parantaa matkustajille tarjottavan informaation määrää ja laatua. Matkustajainformaatiojärjestelmä on monipuolinen kokonaisuus, jolla joukkoliikenteen käyttäjälle tarjotaan muun muassa opastusta, aikataulutietoa ja häiriötietoa. Informaatio voi olla staattista kuten painetut aikataulut ja kiinteät opasteet tai dynaamista kuten reaaliaikaiset näytöt ja kuulutukset. Informaatiota voidaan tarjota matkustajan käyttöön niin kotona ja liikenneasemilla kuin liikkuvassa kalustossakin. Matkustajainformaatiojärjestelmiä on käytössä erilaisissa joukkoliikennevälineissä, joista tässä diplomityössä syvennytään raideliikenteeseen. Työssä suunnitellaan ja toteutetaan raideliikenteen vaatimukset täyttävä IP-pohjainen audiovahvistin. Valmis vahvistin liittyy Ethernet-verkon välityksellä raideliikenteen matkustajainformaatio-järjestelmään. Laite toimii kuulutus- ja puhelinjärjestelmän keskusyksikkönä. Työn tuloksena saatiin toimiva ja sarjatuotantokelpoinen audiovahvistin. Laitteen tyyppitestit ovat tätä työtä palautettaessa vielä kesken, mutta tähän mennessä testit ovat menneet hyvin ja laite on toiminut hyvin myös osana järjestelmää.

Testing Platform Development for Large Scale Solar Integration

Currently, a high penetration level of Distributed Generations (DGs) has been observed in the Danish distribution systems, and even more DGs are foreseen to be present in the upcoming years. How to utilize them for maintaining the security of the power supply under the emergency situations, has been of great interest for study. This master project is intended to develop a control architecture for studying purposes of distribution systems with large scale integration of solar power. As part of the EcoGrid EU Smart Grid project, it focuses on the system modelling and simulation of a Danish representative LV network located in Bornholm island. Regarding the control architecture, two types of reactive control techniques are implemented and compare. In addition, a network voltage control based on a tap changer transformer is tested. The optimized results after applying a genetic algorithm to five typical Danish domestic loads are lower power losses and voltage deviation using Q(U) control, specially with large consumptions. Finally, a communication and information exchange system is developed with the objective of regulating the reactive power and thereby, the network voltage remotely and real-time. Validation test of the simulated parameters are performed as well.

Sähkömoottorin etäohjausjärjestelmän suunnittelu ja testaus

Tämä kandityön aihe liittyy LUT Energialla lukuvuonna 2012 – 2013 käynnissä olevaan tutkimukseen, jossa tutkitaan sähkömoottorin laakerivirtojen syntyä. Tätä tutkimusta varten tarvittiin sähkömoottorin etäohjausjärjestelmä, jonka avulla tutkimuksessa käytettävän sähkömoottorin käyttäytymistä voitaisiin tutkia erilaisien käyttöprofiileiden funktiona. Tässä kandityössä suunnitellaan ja toteutetaan edellä kuvattu järjestelmä. Toteutuksessa hyödynnetään nykyaikaista automaatiotekniikkaa, joka yhdessä Ethernet-lähiverkkotekniikan kanssa mahdollistaa etäohjauksen. Valmiin etäohjausjärjestelmän avulla käyttäjä pystyy sekä käynnistämään että sammuttamaan sähkömoottorin, ja määrittämään käyttöprofiilin ON- ja OFF-tilojen ajalliset kestot sekä käyntinopeudet.

Communication Solutions for LVDC Island Networks

Production and generation of electrical power is evolving to more environmental friendly technologies and schemes. Pushed by the increasing cost of fossil fuels, the operational costs of producing electrical power with fossil fuels and the effect in the environment, like pollution and global warming, renewable energy sources gain con-stant impulse into the global energy economy. In consequence, the introduction of distributed energy sources has brought a new complexity to the electrical networks. In the new concept of smart grids and decen-tralized power generation; control, protection and measurement are also distributed and requiring, among other things, a new scheme of communication to operate with each other in balance and improve performance. In this research, an analysis of different communication technologies (power line communication, Ethernet over unshielded twisted pair (UTP), optic fiber, Wi-Fi, Wi-MAX, and Long Term Evolution) and their respective characteristics will be carried out. With the objective of pointing out strengths and weaknesses from different points of view (technical, economical, deployment, etc.) to establish a richer context on which a decision for communication approach can be done depending on the specific application scenario of a new smart grid deployment. As a result, a description of possible optimal deployment solutions for communication will be shown considering different options for technologies, and a mention of different important considerations to be taken into account will be made for some of the possible network implementation scenarios.

Power-line-communication-based data transmission concept for an LVDC electricity distribution network – Analysis and implementation

Communications play a key role in modern smart grids. New functionalities that make the grids ‘smart’ require the communication network to function properly. Data transmission between intelligent electric devices (IEDs) in the rectifier and the customer-end inverters (CEIs) used for power conversion is also required in the smart grid concept of the low-voltage direct current (LVDC) distribution network. Smart grid applications, such as smart metering, demand side management (DSM), and grid protection applied with communications are all installed in the LVDC system. Thus, besides remote connection to the databases of the grid operators, a local communication network in the LVDC network is needed. One solution applied to implement the communication medium in power distribution grids is power line communication (PLC). There are power cables in the distribution grids, and hence, they may be applied as a communication channel for the distribution-level data. This doctoral thesis proposes an IP-based high-frequency (HF) band PLC data transmission concept for the LVDC network. A general method to implement the Ethernet-based PLC concept between the public distribution rectifier and the customerend inverters in the LVDC grid is introduced. Low-voltage cables are studied as the communication channel in the frequency band of 100 kHz–30 MHz. The communication channel characteristics and the noise in the channel are described. All individual components in the channel are presented in detail, and a channel model, comprising models for each channel component is developed and verified by measurements. The channel noise is also studied by measurements. Theoretical signalto- noise ratio (SNR) and channel capacity analyses and practical data transmission tests are carried out to evaluate the applicability of the PLC concept against the requirements set by the smart grid applications in the LVDC system. The main results concerning the applicability of the PLC concept and its limitations are presented, and suggestion for future research proposed.

Developing strategies to mitigate the energy consumed by network infrastructures

The energy consumption by ICT (Information and Communication Technology) equipment is rapidly increasing which causes a significant economic and environmental problem. At present, the network infrastructure is becoming a large portion of the energy footprint in ICT. Thus the concept of energy efficient or green networking has been introduced. Now one of the main concerns of network industry is to minimize energy consumption of network infrastructure because of the potential economic benefits, ethical responsibility, and its environmental impact. In this paper, the energy management strategies to reduce the energy consumed by network switches in LAN (Local Area Network) have been developed. According to the lifecycle assessment of network switches, during usage phase, the highest amount of energy consumed. The study considers bandwidth, link load and traffic matrixes as input parameters which have the highest contribution in energy footprint of network switches during usage phase and energy consumption as output. Then with the objective of reducing energy usage of network infrastructure, the feasibility of putting Ethernet switches hibernate or sleep mode was investigated. After that, the network topology was reorganized using clustering method based on the spectral approach for putting network switches to hibernate or switched off mode considering the time and communications among them. Experimental results show the interest of this approach in terms of energy consumption