Tramwaj
TRAME (TRAnsmission of MEssages) to nazwa drugiej na świecie sieci komputerowej, podobnej do Internetu , przeznaczonej do użytku w przedsiębiorstwie energetycznym . Podobnie jak Internet, podstawową technologią było przełączanie pakietów ; został opracowany przez zakład energetyczny ENHER w Barcelonie. Został wdrożony przez to samo narzędzie, najpierw w Katalonii i Aragonii w Hiszpanii , a później w innych miejscach. Jego rozwój rozpoczął się w 1974 roku i pojawiły się pierwsze routery , zwanych wówczas węzłami, uruchomiono do 1978 r. Sieć działała do 2016 r. (38 lat) z kolejnymi aktualizacjami technologicznymi oprogramowania i sprzętu.
Początki
W 1974 r. przełączanie pakietów było technologią znaną tylko w kręgach naukowych. Koncepcja rozpoczęła się w 1968 roku we współpracy z projektem badawczym ARPANET amerykańskiej Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych (ARPA) . Pomysł zastosowania koncepcji komutacji pakietów do przedsiębiorstwa energetyczne pojawił się po raz pierwszy w 1974 r., kiedy szwedzki zakład energetyczny Vattenfall zaczął tworzyć swoją sieć komutacji pakietów TIDAS, a następnie hiszpański zakład energetyczny ENHER , którego celem było zdalne sterowanie i automatyzacja swoich sieć elektroenergetyczna wysokiego napięcia . W tym celu ENHER stworzył określony zespół ludzi do opracowania zarówno sieci komutacji pakietów, jak i systemu nadzoru i akwizycji danych ( SCADA ), zwanego też systemem telesterowania . Do 1978 roku dostępne były pierwsze cztery routery TRAME , a do 1980 roku osiem z nich zostało wdrożonych i działało. Płytki drukowane (PCB) sterujące liniami komunikacyjnymi zostały podłączone do wspólnej pamięci PCB umożliwiające im wymianę danych i wiadomości. Projekt został opracowany wraz z jego główną aplikacją początkową, systemem Telecontrol lub SCADA SICL ( Sistema Integral de Control Local ), z którym początkowo dzielili bardzo podobny sprzęt. Maksymalna przepustowość łącza wynosiła 9600 bitów / s, co w 1980 r. Było maksimum możliwym w tamtym czasie na kanale głosowym o szerokości 4 kHz. Kanały te były podstawową jednostką używanych wówczas analogowych systemów komunikacyjnych. podstacji elektrycznych wysokiego napięcia .
Usługi
Podstawową usługą świadczoną przez sieć TRAME była SCADA, czyli Telekontrola, służąca do automatyzacji sieci elektroenergetycznej wysokiego napięcia, poprawiającej w ten sposób efektywność operacyjną, która do tej pory obsługiwana była ręcznie z komunikacją telefoniczną między operatorami. Każdy router TRAME był powiązany z jedną lub większą liczbą zdalnych jednostek końcowych (RTU) systemu telekontroli SICL. Miał również podłączone ekrany, a później komputery PC, umieszczone w podstacjach elektrycznych do wymiany wiadomości między nimi oraz z Centrum Kontroli znajdującym się w dobrze znanym Casa Fuster [ Barcelonie. Był swego rodzaju poprzednikiem dzisiejszego e-maila. Później, w latach 90., inne protokoły ( X.25 , IP ) zostały opracowane w celu uwzględnienia korporacyjnych terminali informatycznych (IT), firmowych systemów nadzoru fizycznego i innych usług. Dodatkowo opracowano aplikacje i terminale do transmisji głosu i obrazu w sieci TRAME.
Protokoły
trasowania TRAME , podobnie jak oryginalny ARPANET, był oparty na algorytmie Bellmana-Forda , ale z „split-horizon”, jak w szwedzkiej sieci TIDAS, ale z oryginalnym ulepszeniem. Protokół ten umożliwia znalezienie optymalnych ścieżek w sieciach kratowych dla każdego przesyłanego pakietu, umożliwiając wspólne korzystanie z tej samej sieci przez wiele usług. W przeciwieństwie do tradycyjnych z komutacją obwodów technologia używana do ustanowienia dedykowanych obwodów dla każdej usługi lub komunikacji. Adresowanie routerów i terminali wykorzystywało zastrzeżony system z adresem 16-bitowym; byłby odpowiednikiem dobrze znanego protokołu IP (Internet Protocol) w wersji 4 ( IPv4 ), nadal używanego w Internecie, który wykorzystuje adresy 32-bitowe. Należy wziąć pod uwagę, że w 1978 r. protokół IPv4 jeszcze nie istniał, ponieważ wersja IPv4 używana w Internecie pojawiła się dopiero w 1981 r., aw rzeczywistości dotarła do ogółu społeczeństwa znacznie później.
Protokoły liniowe były również zastrzeżone i nosiły nazwę UCL ( Unidad de Control de Línea , „jednostka sterująca linią”), które łączyły ze sobą routery, oraz UTR ( Unión TRAME-Remotas ), protokół dostępu. Zostały zaprojektowane tak, aby oferować najwyższą jakość usług wymaganą przez funkcję telesterowania/SCADA pod względem integralności i dostępności danych , określonych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) IEC-870-5-1 i ANSI C37.1. standardów, a także ze względu na protokół używany wówczas w korporacyjnych sieciach komputerowych HDLC (kontrola łącza danych wysokiego poziomu), nie oferowała wystarczającej jakości dla krytycznych aplikacji przemysłowych. Później inne protokoły, takie jak X.25 i IP, również stały się kompatybilne ze wspomnianymi protokołami TRAME. W 2000 roku protokół UTR został zastąpiony międzynarodową normą IEC 60870-5-101/104.
Początkowo sterowanie przepływem w sieci opierało się na zarządzaniu ośmioma priorytetami danych w kolejkach oczekujących na początku linii (HOL) . Później i po pewnych eksperymentach przyjęto metodę sterowania przepływem opartą na bicie wskazującym przeciążenie trasy i zarządzaniu przerwą między pakietami podczas uzyskiwania dostępu do sieci. Wymagało to zmierzenia przepustowości wąskiego gardła na trasie. Dodano również protokół typu end-to-end dla niektórych przepływów wymagających zachowania kolejności, takich jak X.25.
Ewolucja
Aby przetrwać 38 lat, technologia musiała przejść intensywną ewolucję. Zasadniczo istniały cztery generacje TRAME, które podsumowano w tabeli.
| Pojęcie | TRAS 1 | Tramwaj 2 | Tramwaj 3 | TRAME + |
|---|---|---|---|---|
| Rozpoczął się rozwój | 1974 | 1993 | 1998 | |
| Wdrażanie rozpoczęte | 1978 (4 działające routery) | 1988 1990 (w pełni wdrożony) |
1995 | 1999 |
| Edytor | Zilog Z80 | Intel 80286 | Intel 80386 |
i960 CA i960RM _ |
| Maksymalna prędkość łącza | 9600 bitów/s | 64kbit/s | 2Mbit/s | 10 Mb/s |
| Sprzęt komputerowy | 16 procesorów współdzielących wspólną pamięć | 16 procesorów współdzielących wspólną pamięć | 16 procesorów współdzielących wspólną pamięć rozdzieloną na 16 płytek drukowanych. | Pojedynczy procesor ze współdzieloną magistralą multimaster 1 Gbit/s do komunikacji kart we/wy. |
| Projektant/producent sprzętu | ENHER /ISEL ( INI ) | ENHER /ISEL ( INI ) | DIMA, SA | DIMA, SA |
| Pole adresowe | 14 bitów · 256 routerów (8 bitów) · 64 terminale na router (6 bitów) | 16 bitów · 256 routerów (8 bitów) · 64 terminale na router (6 bitów) · 4 połączone sieci (2 bity) | 16 bitów, jak w TRAME 2 | 16 bitów, jak w TRAME 2 |
| Zarządzane priorytety | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Protokoły łącza wewnętrznego | UCL (zastrzeżony) | UCL poprawiony dla 64kbit/s (zastrzeżony) | UCL poprawiony dla 64kbit/s (zastrzeżony) | UCL poprawiony dla 2Mbit/s (zastrzeżony) |
| Protokoły łączy dostępowych | UTR (zastrzeżony) | · IPv4 (1999) · X.25
· Własność: UTR |
· Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna IEC 60870-5-101/104 | To samo co dla TRAME 3 |
| Ewolucja rozmiaru sieci | 1978: 4 routery 1980: 8 routerów 1983: 27 routerów 1987: 32 routery |
1994: 50 routerów | 2004: 222 routery 2014: około 3000 routerów (kilka sieci) |
|
| Wygląd routera |
Poniżej przedstawiono opis czterech generacji TRAME.
TRAS 1
Projekt rozpoczął się w 1974 r., aw 1978 r. w zakładzie energetycznym ENHER została już zainstalowana i uruchomiona pierwsza sieć z czterema routerami. W 1980 r. w sieci działało osiem węzłów (patrz rysunek I). Sprzęt został oparty na Zilog Z80 i miał strukturę wieloprocesorową z 16 procesorami współdzielącymi wspólną pamięć. Oprogramowanie zostało opracowane w siedzibie firmy ENHER znajdującej się w znanej Casa Fuster , Passeig de Gràcia , 132, Barcelona, przy użyciu języka asemblera Z80. Po roku 1980 oprogramowanie zaczęto pisać w języku programowania C i an Do tego celu wykorzystano emulator HP64000 Logic Development System . Sprzęt został wyprodukowany przez firmę ISEL, należącą do INI ( Instituto Nacional de Indústria ).
System wyznaczania tras był wariantem Bellmana-Forda z podzielonym horyzontem. Było to ulepszenie oryginalnego systemu routingu sieciowego ARPA polegające na autorskiej procedurze aktualizacji, co pozwoliło na szybszą reakcję na zmiany. Funkcja odległości była liczbą pakietów w wyjściowych kolejkach oczekujących plus jeden.
Protokoły liniowe (UCL dla linii wewnętrznych łączących routery oraz UTR dla dostępu do sieci) zostały zaprojektowane z myślą o spełnieniu rygorystycznych wymagań stawianych telesterowaniu (SCADA) sieci elektroenergetycznych wysokiego napięcia (standardy IEC-870-5-1 i ANSI C37.1 ).
W warstwie transportowej OSI zastosowano okna o szerokości od 1 do 8, w zależności od wymaganej usługi, rezydujące w terminalach.
Początkowo adresy miały tylko 14 bitów, aby adresować zarówno routery (nazywane wówczas węzłami), jak i podłączone do nich urządzenia. Składały się z dwóch pól, 8-bitowego pola adresującego router i 6-bitowego podadresu adresującego podłączone do niego terminale. Adres węzła został przypisany do węzłów, a nie do końcówek łączy jak w internecie.
Podstawowa przewaga TRAME nad innymi technologiami stosowanymi w elektroenergetyce w tamtym czasie wynikała częściowo z samej technologii pakietowej: możliwość zarządzania dowolną topologią sieci, automatyczne dostosowywanie się do zmian topologicznych i ruchu, integracja różnych technologii łączy (cyfrowych lub analogowych) i możliwości w jednej sieci, otwartą i zdecentralizowaną wzajemną komunikację między użytkownikami i urządzeniami, jednoczesną komunikację z kilkoma użytkownikami i lokalizacjami za pomocą jednego połączenia fizycznego oraz zintegrowany nadzór sieci. W rzeczywistości sieć od początku była wyposażona w centrum nadzoru składające się z komputera i tablicy synoptycznej zlokalizowane w centrali firmy (patrz rysunek II).
Jednak inne zalety wynikały ze specyficznej konstrukcji TRAME: wysoka integralność danych, priorytetowa obsługa pakietów i łatwość włączenia specjalnych protokołów, takich jak wiele protokołów SCADA używanych w tamtym czasie. Wszystko to zaowocowało poprawą jakości usług, zwłaszcza w zakresie dostępności i integralności danych oraz integracją usług w ramach jednej sieci. Część ewolucji jego rozmieszczenia można zobaczyć na rysunkach od II do IV.
Tramwaj 2
W 1990 TRAME 2 został w pełni wdrożony i TRAME 1 został zastąpiony. Procesorem nowego sprzętu był Intel 80286 , a budowa sprzętowa i wygląd zewnętrzny routerów był bardzo podobny do tego z TRAME 1. Oprogramowanie zostało napisane w C, aw dalszym ciągu używany był wspomniany emulator.
Udoskonalenia w stosunku do TRAME 1 polegały na wprowadzeniu standardowego protokołu dostępowego X.25 umożliwiającego podłączenie terminali korporacyjnych do sieci, możliwości obsługi 64kbit/s nowych łączy cyfrowych, zwiększeniu przepustowości przełączania oraz wprowadzeniu końcówki -to-end protokół, aby uniknąć utraty pakietów i bałaganu zgodnie z wymaganiami X.25.
Istotnym usprawnieniem była możliwość zastosowania podwójnego bazowania w celu zwiększenia dostępności terminala; można je było podłączyć do sieci za pomocą dwóch punktów dostępowych. W tym celu terminale miały dwa adresy, główny i wtórny.
Jeśli chodzi o adresowanie, w 1991 roku do adresowania dodano dwa bity wskazujące sieć. Przestrzeń adresowa została w ten sposób zwiększona do 16 bitów iw ten sposób do czterech sieci można było dowolnie łączyć, jak w jedną. Ten schemat adresowania był utrzymywany w kolejnych wersjach TRAME.
Tramwaj 3
Sprzęt był ponownie strukturą wieloprocesorową z 16 procesorami współużytkującymi wspólną pamięć, ale ta ostatnia nie była oddzielną płytką drukowaną, ale zamiast tego została rozdzielona między 16 płytek drukowanych, aby uniknąć pojedynczych punktów awarii. Połączenie płytek PCB zostało wykonane za pomocą wspólnej magistrali multimaster o przepustowości 40Mbit/s, zaprojektowanej i wyprodukowanej przez firmę DIMAT, SA. Zawierał również kanał szeregowy do konserwacji, monitorowania, przeprogramowywania i resetowania różnych modułów za pośrednictwem podłączonego do nich terminala. Oprogramowanie zostało opracowane przez ENHER we współpracy z DIMAT, SA.
Algorytm trasowania pozostał ten sam, ale funkcja odległości została zmieniona na mniej dynamiczną. Wprowadzono pomiar zatoru na trasie oparty na procedurze kontroli przepływu i wskazanie wsteczne do źródła.
Ulepszenia w stosunku do TRAME2 obejmowały obsługę IPv4, wprowadzenie agenta monitorowania SNMP, nowy system kontroli przepływu, ulepszoną metrykę odległości, która sprawiła, że system był mniej dynamiczny, oraz zadanie autoexec do okresowego sprawdzania sprzętu i oprogramowania.
TRAME+
Projekt sprzętu został radykalnie zmodyfikowany poprzez przejście na architekturę pojedynczego procesora na węzeł, w przeciwieństwie do tradycyjnego sprzętu TRAME. Miał dwa alternatywne moduły podstawowe o różnej pojemności, oparte na procesorach Intel i960 CA i i960 RM z magistralą 1 Gbit / s do komunikacji z różnymi płytami routera. Liczba fizycznych interfejsów wynosiła tylko dziesięć (osiem szeregowych + dwa Ethernet ( 10BASE2 lub 10BASE-T )), ponieważ Ethernet pozwalał na podłączenie kilku urządzeń do jednej sieci LAN . Miał również kanał szeregowy usługi frontowej. Utrata redundancji (pojedynczy procesor na router) sprawiła, że węzeł utracił pewną dostępność w porównaniu z poprzednimi wersjami TRAME. Stało się tak ze względów ekonomicznych wynikających z rozszerzania sieci na mniejsze podstacje, gdzie ograniczenia kosztowe są większe. Podwójne naprowadzanie może pomóc w miejscach o bardziej rygorystycznych wymaganiach dotyczących dostępności.
Udoskonalenia w stosunku do TRAME 3 to możliwość obsługi łączy o przepustowości 2 Mbit/s, mniejsze i tańsze routery, dostęp przez Ethernet i standardowe protokoły oraz zmiana z autorskiego protokołu UTR na międzynarodowy standard dla systemów SCADA (IEC 60870-5- 101 i IEC 60870-5-104) z oryginalną adaptacją do sieci z komutacją pakietów.