I Choose You! But why?: Proposal and evaluation of policies to promote service nodes to switches in PRIME networks

Abstract

PoweRline Intelligent Metering Evolution (PRIME) es una tecnología de banda estrecha de comunicación mediante cables de pontencia (NB-PLC) ampliamente utilizada en Infraestructura de medición avanzada (AMI) en España y en el extranjero. Las redes PRIME están formadas por un nodo base (o concentrador de datos) y muchos nodos de servicio (o medidores inteligentes). La tecnología permite que algunos medidores inteligentes funcionen como relés (o conmutadores), para ampliar la cobertura y mejorar el rendimiento de las comunicaciones, y se define como plug&play . Por lo tanto, cada vez que un nuevo nodo se une a la red, escucha el canal en espera de balizas del concentrador o de los conmutadores. Si no escucha nada, envía una clase de mensaje de petición de ayuda, que hace que cualquier nodo de servicio que lo escuche envíe un mensaje al concentrador solicitando que se le cambie a conmutador. Sin embargo, la especificación PRIME no menciona nada acerca de cómo el concentrador elige el cambio de los posibles candidatos. Este criterio se deja al conocimiento de los fabricantes de medidores. En el presente estudio, proponemos varias políticas para hacerlo y evaluar su impacto en el rendimiento de la red utilizando el simulador de red PRIME SimPRIME. Aunque ya existen publicaciones sobre el posicionamiento óptimo de los conmutadores en las redes PRIME, según el conocimiento de los autores, éste es el primer trabajo de investigación que aborda el tema desde la perspectiva del concentrador, lo que lo acerca más a cómo funcionan las redes PRIME reales.

PoweRline Intelligent Metering Evolution (PRIME) is a Narrowband - PowerLine Communication (NB-PLC) technology widely used in Advanced Metering Infrastructure (AMI) in Spain and overseas. PRIME networks are formed by one base node (the so-called data concentrator in AMI terminology) and many service nodes (the so-called smart meters). The technology allows some smart meters to work as relays (so-called switches), to extend coverage and improve communications performance, and is defined to be plug&play. Thus, whenever a new node joins the network, it listens to the channel waiting for beacons from the concentrator or the switches. If it does not hear anything, it sends kind of SOS message, which makes whatever service node that hear it to send a message to the concentrator requesting being promoted to switch. PRIME specification says nothing, however, on how the concentrator chooses the switch from the possible candidates, this belonging to the know-how of the meter manufacturers. In this paper, we propose several policies to do so and evaluate their impact on the network performance by using the PRIME network simulator SimPRIME. Although there are already publications on optimal positioning of switches in PRIME networks, from the best of the authors' knowledge this is the first research work that tackle the issue from the perspective of the concentrator, which makes it closer to how actual PRIME networks work and so makes the obtained insights more useful.