РАМКА
TRAME (Передача сообщений) [1] — так называлась вторая в мире компьютерная сеть, похожая на Интернет , которая использовалась в электроэнергетических компаниях . Как и в случае с Интернетом, базовой технологией была коммутация пакетов ; он был разработан электроэнергетической компанией ENHER в Барселоне. Эта же утилита использовала его сначала в Каталонии и Арагоне , (Испания) а затем и в других местах. Его разработка началась в 1974 году, а первые маршрутизаторы , называвшиеся в то время узлами, были развернуты к 1978 году. [2] [3] [4] [5] Сеть проработала до 2016 года (38 лет) с последовательными технологическими обновлениями программного и аппаратного обеспечения.
Начало
[ редактировать ]
В 1974 году коммутация пакетов была технологией, известной только в исследовательских кругах. США Агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA) Эта концепция возникла в 1968 году в рамках исследовательского проекта ARPANET . Идея применения концепции коммутации пакетов к сетям управления электроэнергетическими предприятиями впервые возникла в 1974 году, когда шведская энергетическая компания Vattenfall начала создавать свою сеть коммутации пакетов TIDAS. [6] [7] [8] За ним последовала испанская электроэнергетическая компания ENHER . [9] целью которого было телеуправление и автоматизация высоковольтной электросети. Для этой цели ENHER создал специальную команду людей для разработки как сети с коммутацией пакетов, так и системы диспетчерского управления и сбора данных ( SCADA ), также называемой системой телеуправления . К 1978 году первые четыре ТРАМЭ [1] маршрутизаторы были доступны [2] и к 1980 году восемь из них были развернуты и работали. [1] [5] [10] Печатные платы (PCB), управляющие линиями связи, были подключены к плате с общей памятью , позволяющей им обмениваться данными и сообщениями. Проект разрабатывался вместе с его основным первоначальным приложением — системой телеуправления или SCADA SICL ( Sistema Integral de Control Local ). [11] [12] [13] с которым изначально у них было очень похожее оборудование. Максимальная пропускная способность канала составляла 9600 бит/с, что в 1980 году было максимально возможным на тот момент для голосового канала шириной 4 кГц. Эти каналы были основной единицей использовавшихся тогда аналоговых систем связи. К тому времени энергокомпании использовали либо телефонные звонки, либо низкоскоростные (ниже 1200 бит/с) выделенные каналы для телеуправления, которые обычно распределялись между десятью высоковольтными электрическими подстанциями .
Услуги
[ редактировать ]Базовая услуга, предоставляемая TRAME [1] сетью была SCADA или Telecontrol для автоматизации высоковольтной электросети, тем самым повышая эффективность работы, которая до этого управлялась вручную с помощью телефонной связи между людьми-операторами. Каждый маршрутизатор TRAME был связан с одним или несколькими удаленными терминальными устройствами (RTU) системы телеуправления SICL. [11] [12] У него также были подключенные экраны, а позже и ПК, расположенные на электрических подстанциях для обмена сообщениями между ними и с Центром управления. [13] расположен в знаменитом Casa Fuster в Барселоне. Это был своего рода предшественник сегодняшней электронной почты. Позже, в 1990-х годах, были разработаны другие протоколы ( X.25 , IP ) для включения терминалов корпоративных информационных технологий (ИТ), корпоративных систем физического наблюдения и других сервисов. Дополнительно были разработаны приложения и терминалы для передачи голоса и видео по сети TRAME. [14] [15]
Протоколы
[ редактировать ]TRAME Система маршрутизации , [3] как и исходная ARPANET, была основана на алгоритме Беллмана-Форда, но с «расщеплением горизонта». [7] как в шведской сети TIDAS, но с оригинальным усовершенствованием. [3] Этот протокол позволяет находить оптимальные пути в ячеистых сетях для каждого передаваемого пакета, обеспечивая совместное использование одной и той же сети несколькими службами. Напротив, традиционная технология коммутации каналов используется для создания выделенных каналов для каждой услуги или связи. Для адресации маршрутизаторов и терминалов использовалась фирменная система с 16-битным адресом; это будет эквивалент хорошо известного IP (Интернет-протокола) версии 4 ( IPv4 ), который до сих пор используется в Интернете и использует 32-битные адреса. Необходимо принять во внимание, что в 1978 году протокол IPv4 еще не существовал, поскольку версия IPv4, используемая в Интернете, появилась только в 1981 году и фактически стала доступна широкой публике гораздо позже.
Линейные протоколы также были проприетарными и назывались UCL ( Unidad de Control de Línea , «блок управления линией»), который связывал маршрутизаторы вместе, и UTR ( Unión TRAME-Remotas ), протокол доступа. Они были разработаны для обеспечения высочайшего качества обслуживания, требуемого функцией телеуправления/SCADA с точки зрения целостности и доступности данных, установленных Международной электротехнической комиссией (IEC) IEC-870-5-1 и ANSI C37.1. стандартов, а также потому, что протокол HDLC (высокоуровневый контроль каналов передачи данных), использовавшийся в то время в корпоративных компьютерных сетях, не обеспечивал достаточного качества для критически важных промышленных приложений. [16] [17] Позже другие протоколы, такие как X.25 и IP, также стали совместимыми с вышеупомянутыми протоколами TRAME. В 2000 году протокол UTR был заменен [18] по международному стандарту IEC 60870-5-101/104.
сетевыми Первоначально управление потоками основывалось на управлении восемью приоритетами данных в очередях ожидания head-of-the-line (HOL) . Позже, после некоторых экспериментов, [19] был принят метод управления потоком, основанный на бите, указывающем на перегруженность маршрута, и управлении разрывом между пакетами при доступе к сети. Это потребовало измерения пропускной способности узкого места на маршруте. [20] [21] [22] [17] [23] Также был добавлен сквозной протокол для некоторых потоков, требующих сохранения порядка, таких как X.25.
Эволюция
[ редактировать ]Чтобы просуществовать 38 лет, технологии пришлось претерпеть интенсивную эволюцию. По существу существовало четыре поколения TRAME, которые суммированы в таблице.
| Концепция | КАДР 1 | КАДР 2 | КАДР 3 | РАМКА + |
|---|---|---|---|---|
| Разработка началась | 1974 | 1993 | 1998 | |
| Развертывание началось | 1978 г. (4 маршрутизатора в работе) | 1988
1990 г. (полностью развернут) |
1995 | 1999 |
| Процессор | Зилог Z80 | Интел 80286 | Интел 80386 | i960 Калифорния
i960 РМ |
| Максимальная скорость соединения | 9600бит/с | 64 кбит/с | 2 Мбит/с | 10 Мбит/с |
| Аппаратное обеспечение | 16 процессоров, использующих общую память | 16 процессоров, использующих общую память | 16 процессоров используют общую память, распределенную по 16 печатным платам. | Один процессор с общей мультимастерной шиной 1 Гбит/с для связи с платами ввода-вывода. |
| Разработчик/производитель оборудования | ЭНХЕР /ИСЕЛЬ ( INI ) | ЭНХЕР /ИСЕЛЬ ( INI ) | ДИМАТ, СА | ДИМАТ, СА |
| Поле адресации | 14 бит · 256 маршрутизаторов (8 бит) · 64 терминала на маршрутизатор (6 бит) | 16 бит · 256 маршрутизаторов (8 бит) · 64 терминала на маршрутизатор (6 бит) · 4 взаимосвязанные сети (2 бита) | 16 бит, как в TRAME 2. | 16 бит, как в TRAME 2. |
| Управляемые приоритеты | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Протоколы внутренней связи | UCL (собственный) | UCL улучшен для скорости 64 кбит/с (собственный) | UCL улучшен для скорости 64 кбит/с (собственный) | UCL улучшен для скорости 2 Мбит/с (собственный) |
| Протоколы каналов доступа | УТР (собственный) | · IPv4 (1999 г.) · X.25
· Собственность: UTR |
· Международной электротехнической комиссии. IEC 60870-5-101/104 | То же, что и для TRAME 3. |
| Эволюция размера сети | 1978: 4 маршрутизатора
1980: 8 маршрутизаторов 1983: 27 маршрутизаторов 1987: 32 маршрутизатора |
1994: 50 маршрутизаторов | 2004 год: 222 маршрутизатора
2014 г.: около 3000 маршрутизаторов (несколько сетей) | |
| Внешний вид роутера |  |
 |
 |
 |
Описание четырех поколений TRAME представлено ниже.
КАДР 1
[ редактировать ]Проект начался в 1974 году, а в 1978 году первая сеть с четырьмя маршрутизаторами уже была установлена и введена в эксплуатацию на электроэнергетической компании ENHER. В 1980 году в сети работало восемь узлов (см. рисунок I). Аппаратное обеспечение было основано на процессоре Zilog Z80 и имело многопроцессорную структуру с 16 процессорами, разделяющими общую память. Программное обеспечение было разработано в ENHER. [9] штаб-квартира расположена в знаменитом Casa Fuster , Passeig de Gràcia , 132, Барселона, с использованием языка ассемблера Z80. После 1980 года программное обеспечение стало писаться на языке программирования C , и HP64000 Logic Development System эмулятор для этой цели использовался . Аппаратное обеспечение было произведено компанией ISEL, входящей в состав INI ( Instituto Nacional de Indústria ).
Система маршрутизации представляла собой вариант Bellman-Ford с расщепленным горизонтом. [7] Это было улучшение исходной системы сетевой маршрутизации ARPA, состоящее из оригинальной процедуры обновления, которая позволяла быстрее реагировать на изменения. Функция расстояния определяла количество пакетов в выходных очередях ожидания плюс один.
Линейные протоколы (UCL для внутренних линий, связывающих маршрутизаторы, и UTR для доступа к сети) были разработаны с учетом жестких требований, предъявляемых к телеуправлению (SCADA) высоковольтными силовыми сетями (стандарты IEC-870-5-1 и ANSI C37.1). ).
На транспортном уровне OSI использовались окна шириной от 1 до 8, в зависимости от требуемого сервиса, находящиеся в терминалах.
Первоначально адреса имели длину всего 14 бит для адресации как маршрутизаторов (к тому времени называемых узлами), так и подключенных к ним устройств. Они состояли из двух полей: 8-битного поля для адреса маршрутизатора и 6-битного подадреса для адреса подключенных к нему терминалов. Адрес узла присваивался узлам, а не концам ссылок, как в Интернете.
Основные преимущества TRAME [1] По сравнению с другими технологиями, использовавшимися в то время в электроэнергетических компаниях, отчасти это было связано с самой пакетной технологией: способность управлять любой топологией сети, автоматическая адаптация к топологическим изменениям и изменениям трафика, интеграция различных технологий связи (цифровых или аналоговых) и мощностей в едином сеть, открытая и децентрализованная взаимосвязь между пользователями и устройствами, одновременная связь с несколькими пользователями и местоположениями через одно физическое соединение и интегрированный контроль сети. Фактически сеть с момента ее создания была обеспечена центром надзора. [24] состоящий из компьютера и синоптического щита, расположенного в штаб-квартире компании (см. рисунок II).
Но другие преимущества были обусловлены специфической конструкцией TRAME: высокая целостность данных, [16] [17] приоритетная поддержка пакетов и простота включения специальных протоколов, таких как многие протоколы SCADA, используемые в то время. Все вышеперечисленное привело к улучшению качества обслуживания, особенно в отношении доступности и целостности данных, а также интеграции услуг в единой сети. Часть эволюции его развертывания можно увидеть на рисунках II–IV.
КАДР 2
[ редактировать ]В 1990 году TRAME 2 был полностью развернут, а TRAME 1 был заменен. Процессором нового оборудования был Intel 80286 , а аппаратная структура и внешний вид маршрутизаторов были очень похожи на TRAME 1. Программное обеспечение было написано на языке C, и вышеупомянутый эмулятор продолжал использоваться.
Улучшениями по сравнению с TRAME 1 стали введение стандартизированного протокола доступа X.25, позволяющего подключать корпоративные терминалы к сети, способность обрабатывать 64 Кбит/с новых цифровых линий, увеличенную коммутационную способность и введение сквозной протокол, позволяющий избежать потери пакетов и помех, как того требует X.25.
Важным улучшением стала возможность использования двойного подключения для повышения доступности терминала; их можно было подключить к сети с помощью двух точек доступа. Для этого терминалы имели два адреса: основной и дополнительный.
Что касается адресации, то в 1991 году к адресации были добавлены два бита для обозначения сети. Таким образом, адресное пространство было увеличено до 16 бит, и таким образом можно было свободно объединять до четырех сетей, как в одну. Эта схема адресации сохранилась в последующих версиях TRAME.
КАДР 3
[ редактировать ]Аппаратное обеспечение снова представляло собой многопроцессорную структуру с 16 процессорами, разделяющими общую память, но последняя не была отдельной печатной платой, а была распределена между 16 печатными платами, чтобы избежать единых точек отказа. Соединение печатных плат осуществлялось с помощью общей мультимастерной шины пропускной способностью 40 Мбит/с, разработанной и изготовленной DIMAT, SA. Он также включал последовательный канал для обслуживания, мониторинга, перепрограммирования и сброса различных модулей через подключенный к ним терминал. Программное обеспечение было разработано ENHER в сотрудничестве с DIMAT, SA.
Алгоритм маршрутизации остался прежним, но функция расстояния была изменена на менее динамичную. Была введена процедура управления потоком, основанная на измерении перегрузки маршрута и обратной индикации источника. [21] [23]
Улучшениями по сравнению с TRAME2 были поддержка IPv4, введение агента мониторинга SNMP, новая система управления потоком, улучшенная метрика расстояния, которая сделала систему менее динамичной, а также задача автоматического выполнения для периодической проверки аппаратного и программного обеспечения.
РАМКА+
[ редактировать ]Аппаратная конструкция была радикально изменена путем перехода к архитектуре с одним процессором на узел в отличие от традиционного оборудования TRAME. Он имел два альтернативных базовых модуля разной мощности на базе процессоров Intel i960 CA и i960 RM с шиной 1 Гбит/с для связи с разными платами маршрутизатора. Количество физических интерфейсов было всего десять (восемь последовательных + два Ethernet ( 10BASE2 или 10BASE-T )) поскольку Ethernet позволял подключать несколько устройств в одной локальной сети . У него также был последовательный канал фронтальной службы. Потеряв избыточность (один процессор на маршрутизатор), узел потерял некоторую доступность по сравнению с предыдущими версиями TRAME. Это было сделано по экономическим причинам, связанным с тем фактом, что сеть расширялась на меньшие подстанции, где ограничения по затратам выше. Двойное подключение может помочь в местах с более строгими требованиями к доступности.
Улучшения по сравнению с TRAME 3 заключались в возможности обрабатывать каналы с пропускной способностью 2 Мбит/с, меньшие и менее дорогие маршрутизаторы, доступ через Ethernet и стандартные протоколы, а также переход от собственного протокола UTR к международным стандартизированным протоколам для систем SCADA (IEC 60870-5). -101 и IEC 60870–5–104) с оригинальной адаптацией к сетям с коммутацией пакетов. [18] [25]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Селга, Дж. М. «TRAME: компьютерная сеть с коммутацией пакетов для энергетических систем». Труды CIGRE (Международная конференция по большим электрическим запасам), Парижская сессия 1978 г., документ 35-03, сентябрь 1978 г. [1]
- ^ Jump up to: а б Хоффманн М.Г. и Сельга Дж.М. «Блок управления линией для сети с коммутацией пакетов». Известия МИМИ. Цюрих, июнь 1978 г. [2]
- ^ Jump up to: а б с Селга Дж. М. и Ксампени Дж. «Процедура адаптивного обновления для динамической маршрутизации. Результаты сравнительного моделирования». Материалы Международной конференции IEEE по коммуникациям (ICC'80), стр. 23.6.1–23.6.6, Сиэтл (Вашингтон), США, 1980 г.
- ^ Сельга Дж., Ривера Дж., Ксампени Дж. « Аналитические и имитационные модели, использованные для проектирования сети коммутации сообщений ENHER ». I Национальный симпозиум по моделированию и симуляции в промышленности и коммунальном хозяйстве . Севилья, 7–9 мая 1980 г. [3]
- ^ Jump up to: а б Селга Дж. М., Ривера Дж., Ксампени Дж. « Сеть коммутации пакетов TRAME ». Журнал «Новатика», Том VII, номер 37, 1981 г. [4]
- ^ Джерлхаген Т. и Б. Леандер Б., «Сеть коммутации сообщений, предназначенная для передачи данных и дистанционного управления», Труды CIGRE , Париж, Франция, документ 35-01, август 1974 г. [5]
- ^ Jump up to: а б с Цегрел, Т. «[Процедура маршрутизации для сети коммутации сообщений TIDAS]». Транзакции IEEE по коммуникациям, том 23, выпуск 6, стр. 575-585, июнь 1975 г. [6]
- ^ Кайсер, Арне (2010). «Использование компьютеров для управления потоками электроэнергии в Швеции 1950-1980» в «Истории скандинавских вычислений 3: Третья конференция IFIP WG9.7, HiNC3» . Стокгольм, Швеция: Springer. стр. 28–33. ISBN 978-3-642-23315-9 .
- ^ Jump up to: а б Санчес и Виланова, Льоренс. Гидроэлектрическая авантюра Рибагорсана-ЭНЕР и ее влияние на социально-экономические преобразования Верхней Рибагорсы», «История и культура Верхней Рибагорсы», том I (на каталонском языке). La Pobla de Segur: Принтер: Casa Torres SA, Обязательный экземпляр : L-679-1991, Редактирование: Ассоциация друзей Верхней Рибагорсы , 1991. ISBN 84-604-0570-2 .
- ^ Сельга, Дж. М., Ривера, Дж., Ксампени, Дж. (Книга координируется А. Алабау и Дж. Риерой) (на испанском языке. Сеть коммутации пакетов TRAME (Телеинформатика и компьютерные сети) . Барселона: Маркомбо, стр. 95–101 , Первое издание: 1982 г. Второе издание: 1984 г., ISBN 84-267-0427-1 [7] .
- ^ Jump up to: а б Вентоза, Дж.; Санчес, М.; Казальс, А.; Ривера, Дж.; Ксампени, Дж. «Интегрированная станция местного управления-телеуправления в сценарии общей системы телеуправления». Обзор IEEE Power Engineering, том PER-6, выпуск: 10, страницы. 39–40, 1986 г. [8]
- ^ Jump up to: а б Вентоза, Дж.; Санчес, М.; Казальс, А.; Ривера, Дж.; Ксампени, Дж. «Интегрированная станция местного управления-телеуправления в сценарии общей системы телеуправления]». Транзакции IEEE по доставке энергии, Том: 1, Выпуск: 4, страницы. 159-165, 1986 [9]
- ^ Jump up to: а б Оборудование ENHER TAC « Комплексная система телеуправления электрическими сетями. Передовое испанское производство . На испанском языке. Электронный мир. №110., 1981. [10]
- ^ Ф. Альварес-Куэвас Фигероа, М. Бертран, Оллер, Ф., Дж. М. Селга, «Голосовая синхронизация в сетях коммутации пакетов». Сетевой журнал IEEE , том 7; Выпуск: 5, с. 20-25 сентября 1993 г. [11]
- ^ Дж. Далмау и Дж. М. Селга «Сеть медленного видео». CIGRE Коллоквиум SC35 в Мадриде, сентябрь 1995 г. [12]
- ^ Jump up to: а б Селга, Дж. М. и Ривера «Надежность HDLC и метод FRBS для ее повышения». Седьмой симпозиум IEEE по передаче данных, Мексика, 1981 г.
- ^ Jump up to: а б с Сельга, Хосеп Мария « Вклад в проектирование и оптимизацию компьютерных сетей ». На каталонском языке. Докторская диссертация, сентябрь 1985 г. [13]
- ^ Jump up to: а б Кабесас, Р.; Сельга, Ж. М.; Самитьер, К. «Опыт внедрения сети телеуправления на основе IP-технологии». Материалы Парижской сессии CIGRE (Международной конференции по электротехнике), документ 35-201, сентябрь 2000 г. [14]
- ^ Селга Дж., Ксампени Дж. «Метод управления перегрузкой в сети TRAME. Описание и результаты моделирования». IEEE Материалы Средиземноморской электротехнической конференции MELECON'83. Афины (Греция), 23–25 мая 1983 г.
- ^ Сельга, Дж. М. «Оптимальное управление сетями коммутации пакетов». Электронные письма. Том 19., стр. 794-795, 15 сентября 1983 г. [15]
- ^ Jump up to: а б Сельга, Дж. М. «Метод управления потоком для пакетных сетей». Материалы 8-й Международной конференции по компьютерным коммуникациям ICCC, 1986. Мюнхен, с. 625-630, 15-19 сентября 1986 г. [16]
- ^ Сельга, Дж. М., Альтемир, С. « Использование сетей коммутации пакетов для дистанционного управления » (на испанском языке). Материалы первой конференции по промышленному телеуправлению . Университетская школа промышленно-технической инженерии Барселоны, 3–5 апреля 1984 г. [17]
- ^ Jump up to: а б Сельга, Дж. М. « Оптимизация использования сетей с коммутацией пакетов » (на испанском языке). VI съезд по информатике и автоматике . Мадрид., 15–18 октября 1985 г. [18]
- ^ Сельга Дж. М., Ривера Дж., Уркису М., Сирвент Дж. К. « Центр наблюдения за компьютерными сетями: приложение к сети ENHER TRAME » (на испанском языке). Электронный мир. № 130, июнь 1983 г. [19]
- ^ Кабесас, Р.;Сельга, Ж.М.;Самитьер, К. «Новое поколение коммутаторов пакетов, предназначенное для интеграции операционных служб». Коллоквиум СИГРЭ в Кракове, Польша, 13 октября 1999 г. [20]