SMARTFlow: sistema autoconfigurável para redes de telecomunicações IEC 61850 com arcabouço OpenFlow

Abstract

As redes elétricas inteligentes, também chamadas de Smart Grids, dependem de uma sólida base de comunicação. Apesar de normas como a IEC 61850 apresentarem soluções para alcançar a interoperabilidade, ainda existem problemas em aberto com relação à autoconfiguração e ao controle automatizado da rede de comunicação. Essa dissertação propõe uma solução eficiente de controle e gerenciamento autônomo de redes de comunicação para subestações baseadas na norma IEC 61850. A solução proposta, chamada de SMARTFlow, é baseada no uso de redes definidas por software para obter granularidade e flexibilidade no tratamento dos fluxos de dados. Com base nos arquivos de configuração do sistema elétrico de potência gerados de acordo com a norma IEC 61850, o SMARTFlow pró-ativamente define, calcula e configura os grupos multicast de camada 2, necessários para o encaminhamento de mensagens GOOSE, que são utilizadas para proteção da rede elétrica e, por essa razão, possuem rígidos requisitos de atraso. Além disso, o SMARTFlow define um novo modelo para as priorizações de tráfego, diferenciando os vários tipos de mensagens definidas na norma de acordo com os seus limiares para atraso, garantindo os requisitos mínimos de tempo na entrega das mensagens dentro das subestações. O SMARTFlow monitora a rede, definindo sob demanda a configuração de fluxos clienteservidor, além de reconfigurar pró-ativamente todas as entradas de fluxo em caso de falhas na rede. A proposta foi implementada e testada utilizando o emulador Mininet e um gerador de tráfego desenvolvido no SCAPY, e se mostrou mais eficiente que o gerenciamento padrão das redes de subestação. O SMARTFlow reduziu em até 20 vezes o atraso em redes controladas pelo OpenFlow em sua forma tradicional e em até 44% a carga total da rede quando comparada a switches típicos. A proposta também demonstrou vantagens quando comparada com outras soluções de multicast, como o GMRP (GARP Multicast Registration Protocol).