CC BY
10А.В. Богданов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
На современном этапе происходят новые трансформационные изменения во всех сферах и областях экономики, происходят глобализа-ционные процессы, прослеживается ростом значимости информационных потоков и соответствующих знаний в организациях. Цифровые технологии начинают проникать во все существующие отрасли, что в свою очередь, значительно облегчает, упрощает и ускоряет весь технологический процесс в целом. Например, цифровые технологии позволяют на всех этапах отслеживать производственные процессы, процессы переработки, распределения продукции.
В данной статье проведено исследование базовых основ и особенностей функционирования современных, инновационно-ориентированных промышленных сетей, их интерфейсов, протоколов и двух сетевых моделей - OSI и DOD (TCP/IP), и в том числе их условия развития и функционирования на промышленных предприятиях.
Ключевые слова: протоколы, промышленные сети, передача данных, цифровизация, IT-технологии, инновационные изменения.
Процессы построения IT технологии, ориентированной на единую цифровую инфраструктуру, направленную на функционирование промышленных предприятий, дает возможность обеспечить совместно организованную работу программных и аппаратных средств систем автоматизированной системы управления предприятием, могут стать на современном этапе приоритетной и актуальной задачей в данной области. Таким образом, на пути динамично увеличивающихся IT потоков наблюдаются барьеры, связанные с технологически разным уровнем автоматизации на производстве, который возникает как предпосылка в плане независимого функционирования систем АСУП и АСУТП.
Таким образом, при исследовании промышленных сетей можно констатировать, что на современном уровне технологии и системы автоматизированной системы управления ориентированы на определенные стандарты работы, которые применяют в инфраструктурах коммуникационного типа в функционировании сетевых ресурсов сети Ethernet, и в том числе и протоколы TCP/IP. В информационных системах комплексов на промышленном производстве довольно в широком спектре используют сетевые Internet-технологии. В направлении АСУТП с проблемами стандартизации задачи обстоят значительно хуже. Так, функционирует более 50 технологий коммуникационно ориентированных, которые относятся к типу сетей для промышленности или полевых шин, которые в свою очередь предоставляют возможность развития и внедрения распределенных систем, в комплексный состав которых включены логические контроллеры, программируемого типа, различные датчики, а также исполнительные устройства.
На современном этапе поставщики специализированного оборудования для автоматизированных процессов, направленных на автоматизацию производства промышленных предприятий акцентировали свой взгляд на Ethernet технологии. Но, до настоящего времени вопрос остается открытым о процессах проникновения Ethernet технологий в производственные управляющие комплексы в направлении производственных процессов и реальной возможности произвести замену данных технологий, к примеру: Foundation Fieldbus, Profibus или DeviceNet.
Промышленная сеть представляет собой IT сеть, предназначенную для процессов передачи информационных данных, которая применяется в промышленности для автоматизирования производственных процессов, а также для того, чтобы связать уже функционирующие датчики, ПЛК с исполнительными механизмами [1, 2]. Промышленные сети получили довольно большое распространение: на предприятиях, в машинах, в датчиках.
Для процесса передачи информационных данных в сетевых ресурсах применяют электрические линии, оптоволокно, наряду с этим, может быть использована и беспроводная технология. На современном
© А.В. Богданов, 2022.
Научный руководитель: ЛОГАЧЕВ ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ - профессор, доктор технических наук, доцент, Тюменский индустриальный университет, институт геологии и нефтегазодобычи, Россия.
этапе в системной архитектуре в процессе управления применяют четыре уровня, которые объединены между собой промышленными сетями, к ним можно отнести:
- Датчики, представляющие собой компоненты.
- Машины, к которым относятся устройства с интеллектуальными технологиями, а также механизмы, снабженные исполнительными характеристиками и ПЛК).
- Производство (источники питания, SCADA-системы, ПЛК).
- Предприятие (Интернет).
Базовые требования, которые можно предъявить к уровням:
- датчики - позволяют упростить процесс подключения ИП для датчиков и исполнительных механизмов;
- машины - распределенная архитектура, интегрированные функции и обмен, минимальные затраты на подключение;
- производство - позволяют произвести синхронизацию ПЛК в процессе передачи информации по локальной сети в следующем режиме: Client-Server со SCAD Асистемами;
- предприятие - позволяет произвести процесс обмена имеющимися данными, позволяет обеспечить безопасность в процессе передачи данных, добиться определенных стандартов в процессе передачи пакетов данных.
В свою очередь, сетям принадлежит своя топология - определенные схемы, позволяющие соединить каналы связи на компьютере и сетевые узлы между собой [3, 4].
Промышленные сети в свою очередь подразделяются на 3 -и класса:
- LAN (Local Area Network) - локальные, ограниченные сети (цех, офис);
- MAN (Metropolitan Area Network) - городские сети;
- WAN (Wide Area Network) - глобальные сети.
В настоящее время в мире используется множество промышленных сетей: ModBus, ProfiBus, InterBus, Ethernet, ControlNet, FIP. SDS и др. В России же наиболее применимыми являются ModBus и ProfiBus, использующиеся в АСУ ТП.[1]
Эталонная модель OSI включает 7 уровней модели: [3]
Прикладной - примерами могут послужить: FTP, HTTP, SMTP, включает следующее единицы обмена: APDU, сообщение.
Уровень представления - примером служит: SSL; название единицы обмена: PPDU;
Сеансовый уровень включает название единицы обмена - SPDU;
Транспортный уровень - примерами служат: TCP, UDP,
SPX; единицей обмена выступает: TPDU;
Сетевой - примеры: IP, IPX; единица обмена - пакет;
Канальный уровень передачи данных - название единицы обмена - Кадр;
Физический- название единицы обмена - Бит.
Модель OSI не включает средства взаимодействия между собой приложений, расположенных на разных компьютерах сети, такие, как, например, DDE, OPC или CORBA, а описывает только средства, реализуемые операционной системой, системными утилитами и аппаратурой. Поэтому прикладной уровень нельзя путать с уровнем взаимодействия приложений, который в модель OSI не входит. Большинство уровней модели OSI имеют смысл только в сетях с коммутацией пакетов (а не каналов). Тем не менее, отдельные ее уровни и термины используются практически во всех сетях. Сеансовый уровень и уровень представления на практике используются редко, а сетевой уровень и канальный - практически всегда и сильно перегружены. Несмотря на то, что модель OSI является общепризнанным стандартом, она очень несовершенна. В промышленных сетях используются только два или три уровня этой модели, и даже сеть Ethernet не использует уровни 5 и 6. Существуют четыре причины, объясняющие это: [3]
- несвоевременность - модель OSI появилась слишком поздно, когда начали появляться и быстро завоевали популярность протоколы TCP/IP, которые не нуждались в уровнях 5 и 6 этой модели;
- плохая технология - выбор семиуровневой структуры был скорее политическим, чем техническим. Эталонная модель OSI оказалась невероятно сложной. Если сложить в стопку распечатку официального описания ее стандарта, то получится кипа бумаги высотой в один метр;
- неудачная реализация - в результате сложности модели и протоколов неудачу потерпели все фирмы, которые пытались реализовать эту модель;
- неудачная политика - OSI считался детищем европейских телекоммуникационных министерств и правительства США, и, хотя это было не совсем верно, мысль об этом не способствовала продвижению этой модели на фоне растущего интереса к модели TCP/IP], которая ассоциировалась с популярной в то время операционной системой UNIX.
Тем не менее, методологически модель OSI очень актуальна до сих пор и все сетевые стандарты начинают свое описание с указания соответствия между этой моделью и конкретным стандартом. Модель OSI будет использована ниже при рассмотрении ряда промышленных сетей. От сетевой модели OSI, модель DOD (или TCP/IP) отличается количеством уровней. Здесь их всего 4: [4]
4. Уровень приложений (Application) 3. Транспортный уровень (Transport) 2. Сетевой уровень (Internet) 1. Уровень сетевого доступа (Network Access)
4-х уровней DOD должно хватить, для того чтобы произвести покрытие 7-и уровней моделей OSI, наряду с имеющимися нестыковками. В целом, уровень приложений (Application) модели DOD должен соответствовать 3-м верхним уровням модели OSI, транспортный уровень должен работать в соответствии с транспортным уровнем, а сетевой должен соответствовать сетевому, а уровень сетевого доступа должен соответствовать 2-м нижним моделям OSI.[8] Таким образом, сетевая модель TCP/IP была внедрена намного раньше модели OSI. Модель TCP/IP работала и развивалась уже на присутствующих ранее разработанных протоколах, а OSI наоборот - сначала была создана модель, а уже потом создавались для ее работы соответствующие протоколы. OSI относится к наиболее современной технологии и модели, и поэтому в интернете ведется обычно обсуждение параметров и характеристик именно этой модели, а протоколы используются TCP/IP стека (группы, стопки (одного на другом)) основанные на модели DOD. [4]
Библиографический список
1.Старожилов И. А., Исследование промышленных сетей. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт №10 2021. - С.10.
2.Промышленные сети и интерфейсы [Электронный ресурс]. - URL: https://www.bookasutp. ru/Chapter2_1 .aspx (дата обращения: 10.07.2021).
1.POP3 [Электронный ресурс]. - URL: https:// ru.wikipedia.org/wiki/POP3 (дата обращения: 10.07.2021).
2.Модель OSI. https://wwwreaИab.ra/bookasutp/2-promisЫenшe-seti-i-interfeisi/2-2-model-osi/(дата обращения: 10.07.2022)
3.Сетевая модель TCP/IP.https://infocisco.ru/network_model_tcpip.html(дата обращения: 10.07.2022)
БОГДАНОВ АЛЕКСЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ - магистрант, Тюменский индустриальный университет, институт геологии и нефтегазодобычи, Россия.
