tree protocol

abbr. DBTP/AR

децентрализованный протокол управления с использованием двоичного дерева и упреждающего резервирования; см. также protocol

1) Information technology: STP (IEEE 802.1)

2) Network technologies: STP

протокол; см. activity-sensing protocol; alternating bit protocol; binary synchronous communication protocol; common user digital information exchange subsystem protocol; congestion control protocol; contention-based channel access protocol; data-forwarding protocol; distributed binary tree protocol with advanced reservation; DPA; forwarding protocol; file transfer protocol FTP; in-band signalling control protocol; integrated adaptive mobile access protocol; internet group multicast protocol; internet protocol; layed protocol structure; link activation protocol; multi-access protocol; multidestination protocol; pacing protocol; packet level protocol PLP; polled network control protocol; preamble sense multiple access protocol; query retrieval protocol; random token oriented protocol; routing protocol; single-hop channel access protocol; spread-spectrum transmission protocol; survivable radio protocol; synchronous data link control protocol; transmitter-oriented spread-spectrum transmission protocol; transport control protocol; window flow control protocol

 

промышленная сеть верхнего уровня
коммуникационная сеть верхнего уровня
сеть операторского уровня
Сеть верхнего уровня АСУ ТП.
Сеть передачи данных между операторскими станциями, контроллерами и серверами.
[ http://kazanets.narod.ru/NT_PART2.htm]

В данной статье речь пойдет о коммуникационных сетях верхнего уровня, входящих в состав АСУ ТП. Их еще называют сетями операторского уровня, ссылаясь на трехуровневую модель распределенных систем управления.

Сети верхнего уровня служат для передачи данных между контроллерами, серверами и операторскими рабочими станциями. Иногда в состав таких сетей входят дополнительные узлы: центральный сервер архива, сервер промышленных приложений, инженерная станция и т.д. Но это уже опции.

Какие сети используются на верхнем уровне?
В отличие от стандартов полевых шин, здесь особого разнообразия нет. Фактически, большинство сетей верхнего уровня, применяемых в современных АСУ ТП, базируется на стандарте Ethernet (IEEE 802.3) или на его более быстрых вариантах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. При этом, как правило, используется полный стек коммуникационных протоколов TCP/IP. В этом плане сети операторского уровня очень похожи на обычные ЛВС, применяемые в офисных приложениях. Широкое промышленное применение сетей Ethernet обусловлено следующими очевидными моментами:

1.    Промышленные сети верхнего уровня объединяют множество операторских станций и серверов, которые в большинстве случаев представляют собой персональные компьютеры. Стандарт Ethernet отлично подходит для организации подобных ЛВС; для этого необходимо снабдить каждый компьютер лишь сетевым адаптером (NIC, network interface card). Коммуникационные модули Ethernet для промышленных контроллеров просты в изготовлении и легки в конфигурировании. Стоит отметить, что многие современные контроллеры уже имеют встроенные интерфейсы для подключения к сетям Ethernet.

2.   На рынке существует большой выбор недорого коммуникационного оборудования для сетей Ethernet, в том числе специально адаптированного для промышленного применения.

3.   Сети Ethernet обладают большой скоростью передачи данных. Например, стандарт Gigabit Ethernet позволяет передавать данные со скоростью до 1 Gb в секунду при использовании витой пары категории 5. Как будет понятно дальше, большая пропускная способность сети становится чрезвычайно важным моментом для промышленных приложений.

4.   Очень частым требованием является возможность состыковки сети АСУ ТП с локальной сетью завода (или предприятия). Как правило, существующая ЛВС завода базируется на стандарте Ethernet. Использование единого сетевого стандарта позволяет упростить интеграцию АСУ ТП в общую сеть предприятия, что становится особенно ощутимым при реализации и развертывании систем верхнего уровня типа MES (Мanufacturing Еxecution System).

Однако у промышленных сетей верхнего уровня есть своя специфика, обусловленная условиями промышленного применения. Типичными требованиями, предъявляемыми к таким сетям, являются:

1.    Большая пропускная способность и скорость передачи данных. Объем трафика напрямую зависит от многих факторов: количества архивируемых и визуализируемых технологических параметров, количества серверов и операторских станций, используемых прикладных приложений и т.д.

В отличие от полевых сетей жесткого требования детерминированности здесь нет: строго говоря, неважно, сколько времени займет передача сообщения от одного узла к другому – 100 мс или 700 мс (естественно, это не важно, пока находится в разумных пределах). Главное, чтобы сеть в целом могла справляться с общим объемом трафика за определенное время. Наиболее интенсивный трафик идет по участкам сети, соединяющим серверы и операторские станции (клиенты). Это связано с тем, что на операторской станции технологическая информация обновляется в среднем раз в секунду, причем передаваемых технологических параметров может быть несколько тысяч. Но и тут нет жестких временных ограничений: оператор не заметит, если информация будет обновляться, скажем, каждые полторы секунды вместо положенной одной. В то же время если контроллер (с циклом сканирования в 100 мс) столкнется с 500-милисекундной задержкой поступления новых данных от датчика, это может привести к некорректной отработке алгоритмов управления.

2.    Отказоустойчивость. Достигается, как правило, путем резервирования коммуникационного оборудования и линий связи по схеме 2*N так, что в случае выхода из строя коммутатора или обрыва канала, система управления способна в кратчайшие сроки (не более 1-3 с) локализовать место отказа, выполнить автоматическую перестройку топологии и перенаправить трафик на резервные маршруты. Далее мы более подробно остановимся на схемах обеспечения резервирования.

3.    Соответствие сетевого оборудования промышленным условиям эксплуатации. Под этим подразумеваются такие немаловажные технические меры, как: защита сетевого оборудования от пыли и влаги; расширенный температурный диапазон эксплуатации; увеличенный цикл жизни; возможность удобного монтажа на DIN-рейку; низковольтное питание с возможностью резервирования; прочные и износостойкие разъемы и коннекторы. По функционалу промышленное сетевое оборудование практически не отличается от офисных аналогов, однако, ввиду специального исполнения, стоит несколько дороже.
 

Рис. 1. Промышленные коммутаторы SCALANCE X200 производства Siemens (слева) и LM8TX от Phoenix Contact (справа): монтаж на DIN-рейку; питание от 24 VDC (у SCALANCE X200 возможность резервирования питания); поддержка резервированных сетевых топологий.

Говоря о промышленных сетях, построенных на базе технологии Ethernet, часто используют термин Industrial Ethernet, намекая тем самым на их промышленное предназначение. Сейчас ведутся обширные дискуссии о выделении Industrial Ethernet в отдельный промышленный стандарт, однако на данный момент Industrial Ethernet – это лишь перечень технических рекомендации по организации сетей в производственных условиях, и является, строго говоря, неформализованным дополнением к спецификации физического уровня стандарта Ethernet.

Есть и другая точка зрения на то, что такое Industrial Ethernet. Дело в том, что в последнее время разработано множество коммуникационных протоколов, базирующихся на стандарте Ethernet и оптимизированных для передачи критичных ко времени данных. Такие протоколы условно называют протоколами реального времени, имея в виду, что с их помощью можно организовать обмен данными между распределенными приложениями, которые критичны ко времени выполнения и требуют четкой временной синхронизации. Конечная цель – добиться относительной детерминированности при передаче данных. В качестве примера Industrial Ethernet можно привести:

1.    Profinet;
2.    EtherCAT;
3.    Ethernet Powerlink;
4.    Ether/IP.

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него новые алгоритмы сетевого обмена, диагностические функции, методы самокорректировки и функции синхронизации, оставляя при этом канальный и физический уровни Ethernet неизменными. Это позволяет использовать новые протоколы передачи данных в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного коммуникационного оборудования.

Теперь рассмотрим конкретные конфигурации сетей операторского уровня.
На рисунке 2 показана самая простая – базовая конфигурация. Отказ любого коммутатора или обрыв канала связи ( link) ведет к нарушению целостности всей системы. Единичная точка отказа изображена на рисунке красным крестиком.

Рис. 2. Нерезервированная конфигурация сети верхнего уровня

Такая простая конфигурация подходит лишь для систем управления, внедряемых на некритичных участках производства (водоподготовка для каких-нибудь водяных контуров или, например, приемка молока на молочном заводе). Для более ответственных технологических участков такое решение явно неудовлетворительно.

На рисунке 3 показана отказоустойчивая конфигурация с полным резервированием. Каждый канал связи и сетевой компонент резервируется. Обратите внимание, сколько отказов переносит система прежде, чем теряется коммуникация с одной рабочей станцией оператора. Но даже это не выводит систему из строя, так как остается в действии вторая, страхующая рабочая станция.

Рис. 3. Полностью резервированная конфигурация сети верхнего уровня

Резервирование неизбежно ведет к возникновению петлевидных участков сети – замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet, строго говоря, не допускает петлевидных топологий, так как это может привести к зацикливанию пакетов особенно при широковещательной рассылке. Но и из этой ситуации есть выход. Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный прокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать петлевидные маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуры сети. Примечательно то, что этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически. Есть и более мощная разновидность данного протокола Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети вплоть до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

На рисунке 4 изображена резервированная конфигурация сети верхнего уровня, содержащая оптоволоконное кольцо для организации связи между контроллерами и серверами. Иногда это кольцо дублируется, что придает системе дополнительную отказоустойчивость.

Рис. 4. Резервированная конфигурация сети на основе оптоволоконного кольца

Мы рассмотрели наиболее типичные схемы построения сетей, применяемых в промышленности. Вместе с тем следует заметить, что универсальных конфигураций сетей попросту не существует: в каждом конкретном случае проектировщик вырабатывает подходящее техническое решение исходя из поставленной задачи и условий применения.

[ http://kazanets.narod.ru/NT_PART2.htm]

Тематики

• автоматизированные системы

Синонимы

• коммуникационная сеть верхнего уровня
• сеть операторского уровня

EN

• terminal bus

 

протокол связующего дерева
(МСЭ-Т Y.1415).
[ http://www.iks-media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• spanning tree protocol
• STP

1) General subject: Spanning Tree Protocol (Метод, используемый в стандарте IEEE 802.1 для обнаружения и исключения логических петель в сетях с мостами или коммутаторами. При наличии нескольких путей алгоритм STP конфигурирует сеть так, чтобы использовал)

2) Engineering: spanning treble

3) Graph theory: spanning tree

distributed binary tree protocol with advanced reservation — децентрализованный протокол управления с использованием двоичного дерева и упреждающего резервирования

06.04.13 поверхностная акустическая волна [ surface acoustic wave; SAW]: Электроакустический эффект, используемый в системах автоматической идентификации, когда микроволновые радиосигналы малой мощности с помощью пьезоэлектрического кристалла в радиочастотной метке преобразуются в ультразвуковые поверхностные акустические волны.

Примечание - Информация об уникальной идентификации содержится в фазово-временных вариациях отраженного радиочастотной меткой сигнала.

<2>4 Сокращения

ARQ	Автоматический запрос повтора [Automatic Repeat Request]
ASK	Амплитудная манипуляция [Amplitude Shift Keying]
BPSK	Бинарная фазовая манипуляция [Binary Phase Shift Keying]
CDMA	Множественный доступ с кодовым разделением каналов [Code Division Multiple Access]
CSMA	Множественный доступ с анализом состояния канала передачи данных [Carrier Sense Multiple Access]
CSMA/CD	Множественный доступ с анализом состояния канала передачи данных и обнаружением конфликтов [Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection]
DBPSK	Дифференциальная бинарная фазовая манипуляция [Differential binary phase shift keying]
DSSS	Широкополосная модуляция с непосредственной передачей псевдослучайной последовательности [Direct sequence spread spectrum modulation]
EIRP (ЭИИМ)	Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность [Equivalent Isotropically Radiated Power]
EMI	Электромагнитная помеха [ElectroMagnetic Interference]
ETR	Технический отчет ETSI [European Telecommunications Report]
ETS	Телекоммуникационный стандарт ETSI [European Telecommunications Standard]
ETSI	Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций [European Telecommunications Standards Institute]
FHSS	Широкополосная модуляция с дискретной перестройкой несущей частоты [Frequency Hopping Spread Spectrum]
FSK	Частотная манипуляция [Frequency Shift Keying]
GHz (ГГц)	Гигагерц [Gigahertz]
GMSK	Минимальная гауссовская манипуляция [Gaussian Minimum Shift Keying]
kHz (кГц)	Килогерц [Kilohertz]
MSK	Минимальнофазовая частотная манипуляция [Minimum shift keying]
MHz (МГц)	Мегагерц [Megahertz]
OBE	Навесное оборудование [On-Board Equipment]
PDM	Модуляция импульса по длительности, широтно-импульсная модуляция [Pulse Duration Modulation]
PM	Фазовая модуляция [Phase modulation]
PPM (ФИМ)	Фазоимпульсная модуляция [Modulation (pulse position)]
PSK	Фазовая манипуляция [Phase Shift Keying]
PWM	Широтно-импульсная модуляция [Pulse Width Modulation]
RF/DC	Обмен данными системы радиочастотной идентификации [Radio frequency data communication]
RFI	Радиопомеха [Radio frequency interference]
RSSI	Индикатор уровня принимаемого сигнала [Receiving Signal Strength Indicator]
S/N	Отношение сигнала к шуму [Signal/noise ratio]
SAW	Поверхностная акустическая волна [Surface Acoustic Wave]
SIN AD	Отношение сигнала к шуму и искажению [Signal to Noise & Distortion]
SRD	Устройство малого радиуса действия [Short Range Device]
TBR	Технические основы регулирования [Technical Basis for Regulation]
TDD	Дуплексная связь с временным разделением каналов [Time Division Duplexing]
TDM	Временное разделение каналов [Time Division Multiplexing]

<2>Библиография

[1]	МЭК 60050-713 (IEC 60050-713)	Международный электротехнический словарь. Часть 713. Радиосвязь: приемники, передатчики, сети и их режим работы ( International Electrotechnical Vocabulary - Part 713: Radiocommunications: transmitters, receivers, networks and operation)
[2]	МЭК 60050-705 (IEC 60050-705)	Международный электротехнический словарь. Глава 705: Распространение радиоволн ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 705: Radio wave propagation)
[3]	МЭК 60050-702 (IEC 60050-702)	Международный электротехнический словарь. Глава 702: Колебания, сигналы и соответствующие устройства ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 702: Oscillations, signals and related devices)
[4]	МЭК 60050-121 (IEC 60050-121)	Международный электротехнический словарь. Глава 121: Электромагнетизм ( International Electrotechnical Vocabulary - Part 121: Electromagnetism)
[5]	МЭК 60050-712 (IEC 60050-712)	Международный электротехнический словарь. Глава 712: Антенны ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 712: Antennas)
[6]	МЭК 60050-221 (IEC 60050-221)	Международный электротехнический словарь. Глава 221: Магнитные материалы и компоненты ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 221: Magnetic materials and components)
[7]	ИСО/МЭК 2382-9:1995 (ISO/IEC2382-9:1995)	Информационная технология. Словарь. Часть 9. Обмен данными ( Information technology - Vocabulary - Part 9: Data communication)
[8]	МЭК 60050-725 (IEC 60050-725)	Международный электротехнический словарь. Глава 725: Космическая радиосвязь ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 725: Space radiocommunications)
[9]	МЭК 60050-714 (IEC 60050-714)	Международный электротехнический словарь. Глава 714: Коммутация и сигнализация в электросвязи ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 714: Switching and signalling in telecommunications)
[10]	МЭК 60050-704 (IEC 60050-704)	Международный Электротехнический словарь. Глава 704. Техника передачи ( International Electrotechnical Vocabulary - Chapter 704: Transmission)
[11]	МЭК 60050-161 (IEC 60050-161)	Международный электротехнический словарь. Глава 161: Электромагнитная совместимость ( International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 161: Electromagnetic compatibility)
[12]	ИСО/МЭК 8824-1 (ISO/IEC 8824-1)	Информационные технологии. Абстрактная синтаксическая нотация версии один (АСН.1). Часть 1. Спецификация основной нотации (Information technology - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Specification of basic notation)1)
[13]	ИСО/МЭК 9834-1 (ISO/IEC 9834-1)	Информационные технологии. Взаимосвязь открытых систем. Процедуры действий уполномоченных по регистрации ВОС. Часть 1. Общие процедуры и верхние дуги дерева идентификатора объекта АСН.1 ( Information technology - Open Systems Interconnection - Procedures for the operation of OSI Registration Authorities: General procedures and top arcs of the ASN. 1 Object Identifier tree)
[14]	ИСО/МЭК 15962] (ISO/IEC 15962)	Информационные технологии. Радиочастотная идентификация (RFID) для управления предметами. Протокол данных: правила кодирования данных и функции логической памяти ( Information technology - Radio frequency identification ( RFID) for item management - Data protocol: data encoding rules and logical memory functions)
[15]	ИСО/МЭК 19762-1 (ISO/IEC 19762-1)	Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 1. Общие термины в области АIDC ( Information technology - Automatic identification and data capture ( AIDC) techniques - Harmonized vocabulary - Part 1: General terms relating to AIDC)
[16]	ИСО/МЭК 19762-2 (ISO/IEC 19762-2)	Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 2. Оптические носители данных (ОНД) ( Information technology - Automatic identification and data capture ( AIDC) techniques - Harmonized vocabulary - Part 2: Optically readable media ( ORM))
[17]	ИСО/МЭК 19762-3 (ISO/IEC 19762-3)	Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 3. Радиочастотная идентификация (РЧИ) ( Information technology - Automatic identification and data capture ( AIDC) techniques - Harmonized vocabulary - Part 3: Radio frequency identification ( RFID))
[18]	ИСО/МЭК 19762-5 (ISO/IEC 19762-5)	Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 5. Системы определения места нахождения ( Information technology - Automatic identification and data capture ( AIDC) techniques - Harmonized vocabulary - Part 5: Locating systems)
[19]	ИСО/МЭК 18000-6 (ISO/IEC 18000-6)	Информационные технологии. Радиочастотная идентификация для управления предметами. Часть 6. Параметры радиоинтерфейса для диапазона частот 860 - 960 МГц ( Information technology - Radio frequency identification for item management - Part 6: Parameters for air interface communications at 860 MHz to 960 MHz)

_____________

¹⁾В оригинале ИСО/МЭК 19762-4 стандарты [12] - [19] включены в раздел «Библиография», однако следует учитывать, что в основном тексте стандарта ссылок на них нет.

<2>

Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-4-2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 4. Общие термины в области радиосвязи оригинал документа