DNP3 - Википедия - DNP3

Распределенный сетевой протокол 3 (DNP3) представляет собой набор протоколы связи используется между компонентами в автоматизация процессов системы. В основном он используется в коммунальных службах, таких как электрические и водные компании. Использование в других отраслях не распространено. Он был разработан для связи между различными типами получение данных и контрольное оборудование. Он играет решающую роль в SCADA системы, в которых он используется мастер-станциями SCADA (также известными как центры управления), Удаленные терминалы (RTU) и Интеллектуальные электронные устройства (СВУ). Он в основном используется для связи между главной станцией и RTU или IED. ICCP, протокол обмена данными между центрами управления (часть МЭК 60870-6 ), используется для связи между ведущими станциями. Конкурирующие стандарты включают более старые Modbus протокол и новее МЭК 61850 протокол.

Обзорная диаграмма DNP

История

Пока IEC 60870-5 все еще находился в стадии разработки и не был стандартизирован, возникла необходимость в создании стандарта, который обеспечил бы взаимодействие между различными поставщиками. SCADA компоненты для электросети. Так, в 1993 г. компания GE-Harris Canada (ранее известная как Westronic) использовала частично завершенный IEC 60870-5 спецификации протокола в качестве основы для открытого и немедленно реализуемого протокола, специально отвечающего требованиям Северной Америки. Протокол разработан для обеспечения надежной связи в неблагоприятных условиях, которым подвергаются системы автоматизации электроэнергетических компаний, и специально разработан для устранения искажений, вызванных электромагнитная интерференция (EMI), стареющие компоненты (их ожидаемый срок службы может достигать десятилетий) и плохая среда передачи.

Безопасность

Потому что умная сеть электроснабжения приложения обычно предполагают доступ третьих сторон к одним и тем же физическим сетям и базовой IP-инфраструктуре энергосистемы, была проделана большая работа по добавлению функций безопасной аутентификации в протокол DNP3. Протокол DNP3 соответствует требованиям IEC 62351-5. Некоторые поставщики поддерживают шифрование через удар в провод для последовательной связи или виртуальных частных сетей для связи на основе Интернет-протокола. Один из самых популярных методов прямого подключения был первоначально обозначен как AGA-12 (Американская газовая ассоциация) в 2003 году, а затем стал стандартом IEEE Std. 1711-2010. Впоследствии этот стандарт был отменен 27 марта 2014 г.

Протокол DNP3 также упоминается в IEEE Стд. IEEE 1379-2000, который рекомендует набор лучших практик для реализации современных каналов связи SCADA Master-RTU / IED. К ним относятся не только шифрование, но и другие методы, повышающие безопасность от хорошо известных методов вторжения.

Рекомендуется использовать DNP3 в соответствии со стандартом IEC 62531-3 TLS, Transport Layer Security.

Технические детали

Протокол DNP3 имеет важные особенности, которые делают его более надежным, эффективным и совместимым, чем старые протоколы, такие как Modbus, за счет более высокой сложности.

Что касается Модель OSI для сетей DNP3 определяет слой 2 протокол. Он обеспечивает мультиплексирование, фрагментацию данных, проверку ошибок, управление каналом, приоритизацию и адресацию уровня 2 для пользовательских данных. Он также определяет транспортную функцию (чем-то похожую на функцию слой 4 ) и уровень приложения (слой 7 ), который определяет функции и общие типы данных, подходящие для общих приложений SCADA. DNP3 Рамка сильно напоминает, но не идентичен IEC 60870-5 Рама FT3. Он интенсивно использует циклическая проверка избыточности коды для обнаружения ошибок.

Повышенная эффективность полосы пропускания достигается за счет ориентированной на события отчетность по данным. Удаленный терминал отслеживает точки данных и генерирует события, когда определяет, что данные должны быть отправлены в отчет (например, при изменении значения). Каждое из этих событий помещается в один из трех буферов, связанных с «Классами» 1, 2 и 3. В дополнение к ним, Класс 0 определяется как «статический» или текущий статус отслеживаемых данных.

Удаленный терминал первоначально опрашивается с помощью того, что DNP3 называет «опросом целостности» (комбинированное считывание данных классов 1, 2, 3 и 0). Это заставляет удаленное оконечное устройство отправлять все буферизованные события, а также все данные статических точек на главную станцию. После этого Мастер опрашивает данные о событии, считывая Класс 1, Класс 2 или Класс 3. Считывание классов может выполняться вместе, или каждый класс может считываться с разной скоростью, обеспечивая механизм для создания разных приоритетов отчетности. для разных классов. После опроса целостности отправляются только существенные изменения данных. Это может привести к значительно более быстрому извлечению данных, чем при постоянном опросе всего, независимо от того, значительно ли оно изменилось.

Удаленный терминал также может быть настроен для спонтанного сообщения данных класса 1, 2 или 3, когда они становятся доступными.

Протокол DNP3 поддерживает синхронизацию времени с RTU. Протокол DNP имеет варианты всех точечных данных с метками времени, так что даже при нечастом опросе RTU все еще возможно получить достаточно данных для восстановления последовательности событий того, что происходило между опросами.

Протокол DNP3 имеет обширную библиотеку общих точечно-ориентированных объектов. Основное внимание в этой обширной библиотеке было уделено устранению необходимости в битовом отображении данных по другим объектам, как это часто делается во многих установках Modbus. Например, доступны варианты чисел с плавающей запятой, поэтому нет необходимости отображать число на пару 16-битных регистров. Это улучшает совместимость и устраняет такие проблемы, как порядок байтов.

Удаленный терминал для протокола DNP3 может быть небольшим простым встроенным устройством или большой сложной стойкой, заполненной оборудованием. Группа пользователей DNP установила четыре уровня подмножеств протокола для соответствия RTU. Группа пользователей DNP опубликовала процедуры тестирования для уровней 1 и 2, самых простых реализаций.

Протокол является надежным, эффективным и совместимым с широким спектром оборудования, но со временем стал более сложным и тонким. Частью проблемы являются все более требовательные промышленные приложения. Кроме того, концепции SCADA технически просты, но полевые приложения, которые объединяют несколько типов оборудования, могут стать сложными в настройке или устранении неисправностей из-за различий в реализациях поставщиков.

Стандартизация IEEE

В IEEE принял DNP3 как IEEE Std 1815-2010 23 июля 2010 г.[1] IEEE Std 1815 был спонсирован Комитетом по передаче и распределению и Комитетом по подстанциям IEEE Power & Energy Society, с дополнительным вводом из Группа пользователей DNP.

В апреле 2012 г. IEEE одобренный Сб 1815-2012 для публикации. IEEE Std 1815-2010 устарела. Версия стандарта 2012 года включает функции безопасной аутентификации версии 5. Использовалась предыдущая версия безопасной аутентификации в IEEE 1815-2010. предварительные общие ключи Только. В новой версии можно использовать Инфраструктура открытых ключей, и это облегчает удаленную смену ключей.

Рекомендации

  • 1379-2000 - Рекомендуемая практика IEEE для передачи данных между удаленными оконечными устройствами и интеллектуальными электронными устройствами на подстанции. 2001. Дои:10.1109 / IEEESTD.2001.92412. ISBN  978-0-7381-2639-5.
  • 1815-2010 - Стандарт IEEE для связи в электроэнергетических системах - Протокол распределенной сети (DNP3). 2010. Дои:10.1109 / IEEESTD.2010.5518537. ISBN  978-0-7381-6312-3.
  • 1815-2012 - Стандарт IEEE для протокола распределенной сети связи электроэнергетических систем (DNP3). 2012. Дои:10.1109 / IEEESTD.2012.6327578. ISBN  978-0-7381-7292-7.
  1. ^ «Общайтесь, сотрудничайте, сотрудничайте - IEEE Smart Grid». Архивировано из оригинал на 2010-07-06. Получено 2010-08-28.

внешняя ссылка