TRAME
TRAME (TRANSmission of MEssages) var namnet på det andra datornätverket i världen som liknar internet som skulle användas i ett elnät . Liksom internet var bastekniken paketväxling ; den utvecklades av elbolaget ENHER i Barcelona. Det distribuerades av samma verktyg, först i Katalonien och Aragonien , Spanien , och senare på andra platser. Dess utveckling startade 1974 och de första routrarna , kallade noder vid den tiden, installerades 1978. Nätverket var i drift fram till 2016 (38 år) med successiva tekniska mjukvaru- och hårdvaruuppdateringar.
Början
1974 var paketväxling en teknik som bara var känd i forskningskretsar. Konceptet började 1968 i samband med USA:s forskningsprojekt ARPANET ( Advanced Research Projects Agency) . Idén att tillämpa konceptet paketförmedling på elbolagsstyrning av kommunikationsnät dök upp första gången 1974 när det svenska kraftbolaget Vattenfall började skapa sitt paketförmedlingsnät TIDAS och följdes av det spanska elföretaget ENHER , som syftade till att fjärrstyra och automatisera sina nät. högspänningsnät . För detta ändamål skapade ENHER ett specifikt team av människor för att utveckla både paketväxlingsnätverket och systemet för övervakning och datainsamling ( SCADA ), även kallat telekontrollsystemet . 1978 var de första fyra TRAME- routrarna tillgängliga och 1980 var åtta av dem utplacerade och fungerade. De tryckta kretskorten (PCB) som styrde kommunikationslinjerna var anslutna till ett delat minneskretskort som gjorde det möjligt för dem att utbyta data och meddelanden. Projektet utvecklades tillsammans med dess huvudsakliga initiala applikation, Telecontrol- eller SCADA-systemet SICL ( Sistema Integral de Control Local ) som de till en början delade en mycket liknande hårdvara med. Den maximala länkkapaciteten var 9600 bit/s, vilket 1980 var det högsta möjliga på en 4 kHz bred röstkanal vid den tiden. Dessa kanaler var grundenheten i de dåvarande analoga kommunikationssystemen som användes. Vid den tiden använde kraftverken antingen telefonsamtal eller låghastighets (under 1200bit/s) dedikerade länkar för telekontroll, vanligtvis delade mellan tio högspänningselektriska transformatorstationer .
Tjänster
Den grundläggande tjänsten som tillhandahölls av TRAME-nätverket var SCADA eller Telecontrol för att automatisera högspänningsnätet och på så sätt förbättra driftseffektiviteten, som fram till dess sköttes manuellt med telefonkommunikation mellan mänskliga operatörer. Varje TRAME-router var associerad med en eller flera fjärrterminalenheter (RTU) i SICL-fjärrkontrollsystemet. Den hade också anslutna skärmar, och senare datorer, placerade i elektriska transformatorstationer för att utbyta meddelanden mellan dem och med kontrollcentret i det välkända Casa Fuster [ Barcelona. Det var en slags föregångare till dagens mejl. , utvecklades andra protokoll ( X.25 , IP ) för att omfatta företagsinformationsteknologi (IT) terminaler, företags fysiska övervakningssystem och andra tjänster. Dessutom utvecklades applikationer och terminaler för överföring av röst och video över TRAME-nätverket.
Protokoll
TRAME- dirigeringssystemet , liksom det ursprungliga ARPANET, var baserat på Bellman-Ford-algoritmen men med "split-horizon" som i det svenska TIDAS-nätverket, men med en original förbättring. Detta protokoll tillåter optimala vägar att hittas i meshed-nätverk för varje paket som ska överföras, vilket möjliggör delad användning av samma nätverk av flera tjänster. Däremot används traditionell kretskopplad teknik för att upprätta dedikerade kretsar för varje tjänst eller kommunikation. Adresseringen av routrar och terminaler använde ett proprietärt system med en 16-bitars adress; det skulle vara motsvarigheten till den välkända IP (Internet Protocol) version 4 ( IPv4 ), som fortfarande används på internet idag, som använder 32-bitars adresser. Det är nödvändigt att ta hänsyn till att 1978 fanns inte IPv4-protokollet ännu eftersom IPv4-versionen som användes på internet inte dök upp förrän 1981, och faktiskt inte nådde allmänheten förrän långt senare.
Linjeprotokollen var också proprietära och kallades UCL ( Unidad de Control de Línea , 'line control unit'), som länkade samman routrarna, och UTR ( Unión TRAME-Remotas ), åtkomstprotokollet. De har utformats för att erbjuda den högsta servicekvaliteten som krävs av telekontroll/SCADA-funktionen när det gäller dataintegritet och tillgänglighet fastställd av International Electrotechnical Commission (IEC) IEC-870-5-1 och ANSI C37.1. standarder, och eftersom protokollet som användes vid den tiden i företagsdatornätverk, HDLC (high-level datalänkkontroll), inte erbjöd tillräcklig kvalitet för kritiska industriella tillämpningar. Senare gjordes även andra protokoll som X.25 och IP kompatibla med de tidigare nämnda TRAME-protokollen. År 2000 ersattes UTR-protokollet av den internationella standarden IEC 60870-5-101/104.
Ursprungligen baserades nätverksflödeskontroll på hanteringen av åtta dataprioriteringar i köer för köer (head-of-the-line) ( HOL ) . Senare och efter en del experimentering, antogs en flödeskontrollmetod baserad på en bit som indikerar ruttstockning och hantering av gapet mellan paket när man kommer åt nätverket. Detta krävde mätning av kapaciteten för flaskhalsen för sträckan. Ett end-to-end-protokoll lades också till för vissa flöden som kräver bevarande av order som X.25.
Evolution
För att hålla i 38 år var tekniken tvungen att uthärda en intensiv utveckling. Det fanns i huvudsak fyra TRAME-generationer som sammanfattas i tabellen.
| Begrepp | TRAME 1 | TRAME 2 | TRAME 3 | TRAME + |
|---|---|---|---|---|
| Utvecklingen startade | 1974 | 1993 | 1998 | |
| Implementeringen startade | 1978 (4 routrar i drift) | 1988 1990 (fullständigt utplacerad) |
1995 | 1999 |
| Processor | Zilog Z80 | Intel 80286 | Intel 80386 |
i960 CA i960 RM |
| Maximal länkhastighet | 9600bit/s | 64kbit/s | 2Mbit/s | 10Mbit/s |
| Hårdvara | 16 processorer som delar ett gemensamt minne | 16 processorer som delar ett gemensamt minne | 16 processorer som delar ett gemensamt minne fördelat på de 16 PCB:erna. | En enda processor med en delad multimaster 1Gbit/s buss för att kommunicera I/O-kort. |
| Hårdvaruutvecklare/tillverkare | ENHER /ISEL ( INI ) | ENHER /ISEL ( INI ) | DIMAT, SA | DIMAT, SA |
| Adresseringsfält | 14 bitar · 256 routrar (8 bitar) · 64 terminaler per router (6 bitar) | 16 bitar · 256 routrar (8 bitar) · 64 terminaler per router (6 bitar) · 4 sammankopplade nätverk (2 bitar) | 16 bitar, som i TRAME 2 | 16 bitar, som i TRAME 2 |
| Hanterade prioriteringar | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Inre länkprotokoll | UCL (egendom) | UCL förbättrad för 64kbit/s (proprietärt) | UCL förbättrad för 64kbit/s (proprietärt) | UCL förbättrad för 2Mbit/s (proprietärt) |
| Få åtkomst till länkprotokoll | UTR (egendom) | · IPv4 (1999) · X.25
· Proprietär: UTR |
· International Electrotechnical Commissions IEC 60870-5-101/104 | Samma som för TRAME 3 |
| Nätverksstorleksutveckling | 1978: 4 routrar 1980: 8 routrar 1983: 27 routrar 1987: 32 routrar |
1994: 50 routrar | 2004: 222 routrar 2014: cirka 3000 routrar (flera nätverk) |
|
| Routerns utseende |
En beskrivning av de fyra generationerna av TRAME ges nedan.
TRAME 1
Projektet startade 1974 och 1978 var ett första nätverk med fyra routrar redan installerat och i drift hos elverket ENHER. 1980 hade nätverket åtta noder i drift (se figur I). Hårdvaran baserades på Zilog Z80- processorn och hade en multiprocessorstruktur med 16 processorer som delar ett gemensamt minne. Mjukvaran utvecklades vid ENHER:s huvudkontor i välkända Casa Fuster , Passeig de Gràcia , 132, Barcelona, med hjälp av Z80 assemblerspråk. Efter 1980 började programvaran skrivas i programmeringsspråket C och en HP64000 Logic Development System- emulator användes för ändamålet. Hårdvaran tillverkades av ISEL, ett INI- företag ( Instituto Nacional de Indústria) .
Ledningssystemet var en variant av Bellman-Ford med delad horisont. Det var en förbättring av det ursprungliga ARPA-nätverkets routingsystem bestående av en original uppdateringsprocedur som möjliggjorde en snabbare reaktion på ändringar. Avståndsfunktionen var antalet paket i utmatningsköerna plus ett.
Linjeprotokollen (UCL för interna linjer som länkar routrar och UTR för åtkomst till nätverket) har utformats för att uppfylla de stränga krav som ställs för telestyrning (SCADA) för högspänningsnätverk ( IEC -870-5-1 och ANSI C37.1-standarderna ).
Vid OSI-transportskiktet användes fönster med en bredd på 1 till 8, beroende på vilken service som krävs, som sitter i terminalerna.
Från början var adresserna bara 14 bitar långa för att adressera både routrarna (kallade noder då) och de enheter som var anslutna till dem. De bestod av två fält, ett 8-bitars fält för att adressera routern och en 6-bitars underadress för att adressera de terminaler som är anslutna till den. Nodadressen tilldelades noderna och inte till ändarna av länkarna som på internet.
De grundläggande fördelarna med TRAME framför andra tekniker som användes i elföretag vid den tiden berodde delvis på själva pakettekniken: förmågan att hantera vilken nätverkstopologi som helst, automatisk anpassningsförmåga till topologiska förändringar och trafikförändringar, integration av olika länkteknologier (digital eller analog) och kapacitet i ett enda nätverk, öppen och decentraliserad interkommunicerbarhet mellan användare och enheter, samtidig kommunikation med flera användare och platser från en enda fysisk anslutning och integrerad nätverksövervakning. Faktum är att nätverket från starten försetts med ett övervakningscenter bestående av en dator och en synoptisk styrelse placerad vid företagets huvudkontor (se figur II).
Men andra fördelar berodde på TRAMEs specifika design: hög dataintegritet, prioriterat stöd för paket och enkelhet att inkludera speciella protokoll som de många SCADA-protokoll som användes vid den tiden. Allt ovanstående resulterade i förbättrad tjänstekvalitet, särskilt med avseende på datatillgänglighet och dataintegritet, och i integrationen av tjänster i ett enda nätverk. En del av utvecklingen av dess utplacering kan ses i figurerna II till IV.
TRAME 2
1990 var TRAME 2 fullt utplacerad och TRAME 1 ersattes. Processorn för den nya hårdvaran var Intel 80286 och hårdvarustrukturen och det yttre utseendet på routrarna var mycket likt det för TRAME 1. Programvaran skrevs i C och den ovan nämnda emulatorn fortsatte att användas.
Förbättringar jämfört med TRAME 1 var introduktionen av det standardiserade X.25-accessprotokollet för att möjliggöra anslutning av företagsterminaler till nätverket, förmågan att hantera 64kbit/s för de nya digitala linjerna, ökad växlingskapacitet och införandet av ett slut -to-end- protokoll för att undvika paketförlust och skräp som krävs av X.25.
En viktig förbättring var möjligheten att använda dubbel homing för att öka terminaltillgängligheten; de kan anslutas till nätverket med två accesspunkter. För ändamålet hade terminalerna två adresser, en primär och en sekundär.
När det gäller adressering lades 1991 två bitar till adresseringen för att indikera nätverket. Adressutrymmet utökades därmed till 16 bitar och på detta sätt kunde upp till fyra nätverk fritt maskas som i ett enda. Detta adresseringsschema bibehölls i efterföljande versioner av TRAME.
TRAME 3
Hårdvaran var återigen en multiprocessorstruktur med 16 processorer som delade ett gemensamt minne, men den senare var inte ett separat kretskort utan fördelades istället mellan de 16 kretskorten för att undvika enstaka felpunkter. Sammankopplingen av PCB gjordes med en delad multimasterbuss med kapacitet på 40 Mbit/s designad och tillverkad av DIMAT, SA. Den inkluderade också en seriell kanal för underhåll, övervakning, omprogrammering och återställning av de olika modulerna genom en terminal kopplad till dem. Mjukvaran har utvecklats av ENHER i samarbete med DIMAT, SA.
Routingalgoritmen förblev densamma, men avståndsfunktionen ändrades till en mindre dynamisk. En flödeskontrollprocedurbaserad mätning av trafikstockningar och bakåtindikering till källan infördes.
Förbättringar jämfört med TRAME2 var IPv4-stöd, introduktionen av en SNMP-övervakningsagent, ett nytt flödeskontrollsystem, ett förbättrat avståndsmått som gjorde systemet mindre dynamiskt och en autoexec-uppgift att regelbundet kontrollera hårdvara och mjukvara.
TRAME+
Hårdvarudesignen modifierades radikalt genom att flytta till en enda processor per nodarkitektur i motsats till den traditionella TRAME-hårdvaran. Den hade två alternativa basmoduler med olika kapacitet baserade på Intel i960 CA och i960 RM-processorer med en 1Gbit/s buss för att kommunicera de olika routerkorten. Antalet fysiska gränssnitt var endast tio (åtta seriella + två Ethernet ( 10BASE2 eller 10BASE-T )) eftersom Ethernet möjliggjorde anslutning av flera enheter på ett enda LAN . Den hade också en seriell kanal för frontservice. Genom att förlora redundans (en enda processor per router) förlorade noden viss tillgänglighet jämfört med tidigare versioner av TRAME. Detta gjordes av ekonomiska skäl som härrörde från det faktum att nätet byggdes ut till mindre transformatorstationer där kostnadsrestriktioner är högre. Dubbel målsökning kan hjälpa till på platser med strängare tillgänglighetskrav.
Förbättringar jämfört med TRAME 3 var förmågan att hantera 2Mbit/s kapacitetslänkar, mindre och billigare routrar, åtkomst via Ethernet och standardprotokoll, och bytet från det proprietära UTR-protokollet till det internationellt standardiserade för SCADA-system (IEC 60870-5- 101 och IEC 60870-5-104) med en originalanpassning till paketkopplade nätverk.