Передача информации в распределенных информационно-управляющих сист

ID узла назначения идентифицируют узел внутри их подсетей. Используется при конфигурировании узлов, ранее не сконфигурированных.

Принимающий узел использует ID узла и подсети при формировании сообщений подтверждений и запросов.

В протоколе LonTalk используются разные виды адресации. 1. Адресация узла и подсети назначения с использованием вида адресации unicast (подсеть/узел) представлена в двух форма-

тах:

Формат 2а: 16 бит:

Формат 2б: 24 бита:

2.Адресация узла назначения с использованием уникального идентификатора (ID) (Unique ID Destination Addressing): адрес на-

значения состоит из ID подсети и уникального идентификатора узла (unique ID).

3.Формат 3:

Этот вид адресации применяется при конфигурировании узлов (еще несконфигурированных) в любом домене. Однако он не применяется в прикладных сообщениях, ибо логическая адресация удобней по сравнению с физической при перемещении и замещении узлов.

Вторая функция сетевого уровня – это маршрутизация. Обычно управляющие сети состоят более чем из одного канала (сегмента). Различные каналы физически и логически подключаются через маршрутизаторы. Эти устройства передают сообщения LonTalk между двумя каналами. На рис. 4.13 один маршрутизатор

131

соединяет канал со свободной топологией (TP/FT–10) – 10 кбит/с и магистраль (TP/XF–1250) – с пропускной способностью 1,25 Мбит/с. Другой маршрутизатор соединяет канал на силовой проводке (PL-20) с пропускной способностью 20 кбит/с с этой же магистралью.

Через маршрутизаторы и магистраль узлы 1 и 4 (см. рис. 4.13) могут взаимодействовать друг с другом так, как будто они установлены на одном канале, процесс взаимодействия прозрачен для прикладных программ узлов.

Рис. 4.13. Пример сети с различными передающими средами

В технологии LonWorks маршрутизатор состоит из двух Neuron Chip, соединенных напрямую друг с другом через 11пинный интерфейс (цифровыми каналами блока ввода-вывода). Соответственно маршрутизаторы имеют два коммуникационных порта – один на каждый канал, т.е. каждый Neuron Chip в составе маршрутизатора содержит свой приемопередатчик, работающий со своей передающей средой (каналом).

Протокол LonTalk позволяет использовать одну из четырех настроек маршрутизатора (алгоритмов маршрутизации):

132

повторитель;

мост;

обучающийся маршрутизатор;

конфигурированный маршрутизатор.

Для повторителя и моста характерно то, что они перенаправляют все пакеты между двумя подключенными каналами в двух направлениях, независимо от адреса назначения или домена. Это простейшая форма маршрутизатора.

Обучающийся и конфигурированный маршрутизаторы являются интеллектуальными маршрутизаторами. Для них характерна выборочная передача пакетов между каналами (сегментами), которую они осуществляют, сверяясь с внутренней таблицей маршрутизации. Эта таблица инициализируется через сетевые службы, используя сообщения сетевого менеджмента.

Для маршрутизации в многоканальной сети имеются свои особенности. Каналы соединяются с помощью маршрутизаторов или повторителей. Повторитель пропускает все корректные пакеты. Маршрутизаторы пропускают (переадресуют) пакеты избирательно, в зависимости от адреса получателя.

4.2.4. Транспортный уровень

Транспортный уровень обеспечивает достоверную, надежную и защищенную передачу пакетов одному абоненту или группе абонентов, т.е. обмен между конечными абонентами.

Уровень протокола позволяет осуществить выбор между временем ответа в сети (реакция сети), производительностью, защищенностью и надежностью (это производится на этапе инсталляции).

Транспортный уровень состоит из ряда подуровней:

1) подуровень управления транзакциями (завершенный обмен):

‒ контроль порядка пакетов;

– обнаружение дублирования пакетов;

133

2)подуровень аутентификации;

3)транспортный подуровень. Сервисы транспортного подуровня:

– сервисы (услуги) с подтверждением (Acknowledged service):

Unicast and Multi-cast

– сервисы (услуги) без подтверждения (Unacknowledged service): опция с повторением (Repeated option).

Для связи с сеансовым уровнем (СУ) на транспортном уровне LonTalk реализована поддержка следующих функциональных запросов СУ: послать сообщение, принять сообщение, подтверждение завершения передачи.

Протокол предлагает четыре различных службы доставки сообщений в сети: служба с подтверждением, служба без подтверждения, служба без подтверждения с повторениями, служба запрос/ответ.

И на транспортном, и на сеансовом уровнях включен механизм контроля авторизованного доступа: запрос, не обладающий правом доступа к данным текущего узла, не будет обслужен.

Вслужбе с подтверждением (ACKD) сообщение посылается

кузлу или группе узлов, при этом ожидается индивидуальное подтверждение от каждого получателя. Если подтверждение не получено хотя бы от одного получателя, отправитель повторяет транзакцию. Период тайм-аута и количество повторений – настраиваемая величина. Сетевой процессор узла-получателя (т.е. второй процессор в Neuron Chip с функциями 4-го уровня) отправляет подтверждение без влияния на прикладной код (т.е. без общения с прикладной программой).

Служба запрос/ответ – это другая служба с надежной доставкой. В этом случае сообщение посылается к узлу или группе узлов и ожидается ответ от каждого получателя. Прикладная программа узла-получателя обрабатывает входящее сообщение и отправляет ответ. Ответ может включать в себя данные. Следовательно, эта

служба особенно подходит для удаленного вызова процедур и клиент-серверных приложений.

134

По сути, эта служба реализует поддержку функциональных запросов (служб запрос/ответ) сеансового и прикладного уровней.

Служба без подтверждений с повторениями (UnACKD RPT) – служба доставки с а-кратным повторением без накопления. Сообщение посылается узлу или группе узлов несколько раз, но подтверждения не ожидается (используются определенные форматы адресов). Эта служба используется, когда сообщение предназначается большой группе узлов. Служба снижает перегрузку сети, которая может быть вызвана подтверждениями от каждого узла.

Служба без подтверждений (UnACKD) – ненадежная служба доставки. Сообщение посылается узлу или группе узлов один раз. Подтверждения не ожидается. Эта служба используется, когда требуется высокая скорость передачи или когда требуется передать большой объем данных. Служба 6ез подтверждений используется, когда приложение не чувствительно к потере сообщений.

Управление транзакциями (т.е. полный цикл обмена сообщениями для некоторой задачи) – основная задача уровней 4-й и 5-й модели OS1. Требуемая служба сообщения назначается каждой сетевой переменной в конфигурационной таблице. Это делается программистом через выражение в прикладном коде, например, bind info (ackd | unackd_rpt | unackd).

Подуровень управления транзакциями, как часть уровня 4, отвечает за функции, относящиеся к порядку транзакций, их последовательности и определению дубликатов.

Кроме того, на этапе инсталляции устанавливаются параметры счетчиков контроля времени выполнения транзакции, времени приема сообщения, допустимого числа повторов и др.

Транзакции обеспечивают:

1) сохранение (передатчиком) порядка поступления пакетов:

–передатчик завершает одну транзакцию и только тогда передает другую;

–идентификатор транзакции (ID) увеличивается передатчи-

ком (по mod 16);

135

2) обнаружение и отклонение (браковка) дублированных пакетов (приемником):

–приемник проверяет идентификатор входящей транзакции

иадрес источника для обнаружения и отклонения дубликатов;

–приложение получает только одно сообщение. Дублирование может происходить из-за транзакций с серви-

сом «повторение», топологии, потери подтверждений.

Также на транспортном уровне возможен пакет напоминания

(Reminder Packet), это транзакция с PDU type 4.

PDU содержит битовую карту членов группы (т.е. каждому члену группы отводится 1 бит), которые уже подтвердили получение сообщения. Для групп с более чем 16 членов на битовую карту членов группы отводится поле формата от 3 до 8 байт:

Транспортный уровень дает возможность провести аутенти-

фикацию (Authentication), которая

–позволяет приемнику знать подлинность отправителя сообщения;

–затрудняет повторные атаки и подделку данных.

Алгоритм аутентификации (рис. 4.14):

передатчик и приемник раздельно владеют секретным 48битовым ключом K;

передатчик посылает Transaction PDU с передаваемыми данными D и с установленным битом аутентификации (начало обмена);

приемник посылает обратно узлу А 64-битовое случайное число (запрос-сомнения – Challenge) – C;

передатчик вычисляет однозначную функцию R =

=f (C,K,D);

передатчик возвращает результат в ответе – R;

приемник также вычисляет f(C,K,D) и сравнивает с R;

136

приемник всегда отправляет подтверждение ACKs, даже если проверка (authentication) не прошла, чтобы предотвратить повторные атаки (за счет иллюзии об успешности атаки);

злоумышленник (intruder) видит только C, R, D и, не зная ключа K, не может подделать D.

Рис. 4.14 Процедура аутентификации

Конфигурируемые параметры уровня транзакций:

–виды (типы) сервисов – Ack’d, Unack’d/Repeated, Unack’d, Auth’d;

–таймер передаваемой транзакции – время ожидания перед повтором;

–число повторных передач;

–предельное время приема транзакции – для обнаружения дублирования

–протокол сетевого управления для конфигурирования указанных параметров.

4.2.5. Уровень сессии

На уровне сессии существуют следующие протоколы:

Протокол Запрос/Ответ (Request/response protocol);

Удаленный вызов (Remote procedure call);

137

Список сетевых переменных (Network variable polling)

Ответ может содержать данные приложений.

Возможна аутентификация.

Формат PDU уровня сессии:

Поля 1,3, 4 – заголовок.

Поле 1 – имеется ли аутентификация Поле 4 – номер транзакции

Поле 3 – тип PDU, возможные значения: 0 – запрос 2 – ответ

4 – напоминание

5 – напоминание с сообщением

4.2.6. Уровень представления и прикладной уровень

Основным предназначением данного уровня является различение и задание типа информации (типов сообщений), формируемой (обрабатываемой) прикладным уровнем.

К типам информации для правильной обработки сообщения на прикладном уровне относятся следующие: явное сообщение, обновление сетевой переменной, сетевое управление, сетевая диагностика, внешние сообщения.

В LonTolk-протоколе уровни представления и прикладной (6 и 7) рассматриваются совместно.

Коды прикладных сообщений (Application Message Codes)

Hex 00 – 4F: сообщения (рабочие, технологические) при-

кладного уровня (application messages);

Hex 50 – 5F: сообщения сетевой диагностики (network diagnostic messages), обрабатываются уровнем сетевой диагностики

(network diagnostic layer);

Hex 60 – 7F: сообщения сетевого управления (network management messages), обрабатываются уровнем сетевого управ-

ления (network management layer).

138

Сообщения приложений (Application Messages):

Интерпретация кодов сообщений и областей данных приложений;

Максимальная длина поля данных равна 227 байт (bytes), для больших объемов данных применяются высокоуровневый

LonTalk протокол передачи файлов (file transfer protocol).

Передаваемые прикладные сообщения (Application Messages):

Параметры сообщений, в том числе:

–адреса получателей (Destination address);

–типы сервисов (Service type);

‒ наличие /отсутствие приоритета.

Приложения принимают завершения событий.

–АPI буфера управления – свободный буфер.Параметры принимаемого сообщения:

–адреса источников и получателей ;

–типы сервисов (Service type), запрашиваемые на прикладном уровне у нижележащих уровней;

–запрашиваемая аутентификация;

–приоритет.

На прикладном уровне осуществляются дисциплины обслуживания или планирования задач.

Контрольные вопросы

1.Технология LonWorks как представитель класса полевых технологий.

2.Кристалл Neuron Chip, его назначение и особенности.

3.Основные принципы реализации коммуникационного стека протоколов LonTalk.

4.Уровни коммуникационного стека протоколов LonTalk, их задачи и краткая характеристика.

5.Соответствие уровней КСП LonTalk семиуровневой моде-

ли OSI/ISO.

139

Глава 5. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МСТМ (РИУС)

МСТМ (РИУС) реализуют процессы сбора, распределения, хранения, достоверной передачи (обмена), обработки, регистрации и отображения информации, кроме процессов, связанных с принятием решений и обработкой алгоритмов управления промышленными объектами.

МСТМ применяются в различных отраслях промышленности, и в ЖКХ в первую очередь, для управления объектами критической инфраструктуры.

5.1. Классификация и характеристика МСТМ

Различают МСТМ для рассредоточенных и сосредоточенных промышленных объектов.

Обобщенная структура МСТМ и архитектура распределенной автоматизированной системы, использующей технологии Интернет, были приведены в гл. 1 (см. рис. 1.4 и 1.5).

В связи с широким распространением в мире различных европейских (EIB, EIA и др.) и американских (Fieldbus, LON и др.) стандартов, определяющих принципы создания распределенных промышленных управляющих систем, и в частности, МСТМ на основе «полевой шины», объединяющей интеллектуальные узлы (датчики, ИМ, регуляторы), в технической литературе появились новые термины, названия и определения ИУС (МСТМ, промышленная сеть [4]), определяющие различные классы распределенных информационных систем (по спецификациям, архитектуре, топологии, используемым технологиям, функциям, назначению).

Cледует отметить, что с появлением Ethernet и Internet для промышленных сетей стали применять ту же классификацию, что

идля офисных:

LAN (Local Area Network) – сети, расположенные на огра-

ниченной территории (в цехе, офисе, в пределах завода);

MAN (Metropolitan Area Networks) – сети городов;

140