DNP3

DNP3

Distributed Network Protocol 3(DNP3)은 프로세스 자동화 시스템의 구성 요소 간에 사용되는 통신 프로토콜 세트입니다.이것의 주된 용도는 전기 회사나 수도 회사와 같은 유틸리티 회사입니다.다른 산업에서의 사용은 일반적이지 않습니다.다양한 유형의 데이터 수집 및 제어 장비 간의 통신을 위해 개발되었습니다.SCADA Master Stations(일명 SCADA 마스터 스테이션)에서 사용되는 SCADA 시스템에서 중요한 역할을 합니다.컨트롤 센터, 리모트 터미널 유닛(RTU) 및 인텔리전트 일렉트로닉 디바이스(IED)가 있습니다.주로 마스터 스테이션과 RTU 또는 IED 간의 통신에 사용됩니다.ICCP(Inter-Control Center Communications Protocol)(IEC 60870-6의 일부)는 마스터 스테이션 간 통신에 사용됩니다.경쟁 표준에는 오래된 Modbus 프로토콜과 새로운 IEC 61850 프로토콜이 포함됩니다.

DNP overview diagram

역사

IEC 60870-5는 아직 개발 중이며 표준화되지 않았지만, 전기 그리드에 대한 다양한 공급업체의 SCADA 구성요소 간의 상호 운용성을 허용하는 표준을 만들 필요가 있었다.따라서 1993년 GE-Harris Canada(이전의 Westronic)는 북미 요건에 특별히 부합하는 개방적이고 즉시 구현 가능한 프로토콜의 기초로 부분적으로 완성된 IEC 60870-5 프로토콜 규격을 사용했다.이 프로토콜은 전자파 간섭(EMI), 노후화된 컴포넌트(예상 수명은 수십 년까지 연장될 수 있음) 및 열악한 전송 매체에 의해 유발되는 왜곡을 극복하기 위해 특별히 설계되어 전기 유틸리티 자동화 시스템이 겪는 불리한 환경에서 신뢰할 수 있는 통신을 가능하게 합니다.

보안.

스마트 그리드 애플리케이션은 일반적으로 서드파티에 의한 동일한 물리 네트워크 및 그리드의 기초가 되는 IP 인프라스트럭처에 대한 액세스를 상정하기 때문에 DNP3 프로토콜에 보안 인증 기능을 추가하기 위해 많은 작업이 수행되었습니다.DNP3 프로토콜은 IEC 62351-5를 준수합니다.일부 공급업체는 직렬 통신의 경우 BUW(Bump-in-the-Wire) 또는 인터넷 프로토콜 기반 통신의 경우 가상 사설 네트워크를 통한 암호화를 지원합니다.가장 인기 있는 Bump-in-the-Wire 방법 중 하나는 원래 2003년에 AGA-12(American Gas Association)로 시작되었고 나중에 IEEE 규격 1711-2010이 되었습니다.이 기준은 2014년 3월 27일에 철회되었다.

DNP3 프로토콜은 IEEE 규격에서도 참조됩니다.IEEE 1379-2000: 최신 SCADA 마스터 RTU/IED 통신 링크를 구현하기 위한 일련의 베스트 프랙티스를 권장합니다.여기에는 암호화뿐만 아니라 잘 알려진 침입 방법에 대한 보안을 강화하는 다른 방법이 포함됩니다.

IEC 62351-3에 따라 DNP3를 TLS 트랜스포트층 보안과 함께 사용할 것을 권장합니다.

기술적 세부사항

DNP3 프로토콜은 Modbus와 같은 이전 프로토콜보다 더 강력하고 효율적이며 상호 운용성을 높이는 중요한 기능을 가지고 있습니다.

네트워크의 OSI 모델의 관점에서 DNP3는 레이어2 프로토콜을 지정합니다.사용자 데이터의 멀티플렉싱, 데이터 플래그멘테이션, 오류 체크, 링크 제어, 우선순위 부여 및 레이어2 어드레싱 서비스를 제공합니다.또, 일반적인 SCADA 애플리케이션에 적합한 기능 및 범용 데이터 타입을 정의하는 트랜스포트 기능(레이어 4의 기능과 어느 정도 유사)과 애플리케이션 레이어(레이어 7)도 정의합니다.DNP3 프레임은 IEC 60870-5 FT3 프레임과 매우 유사하지만 동일하지는 않습니다.에러를 검출하기 위해서, 주기적인 용장성 체크 코드를 많이 사용합니다.

대역폭 효율은 이벤트 지향 데이터 보고서를 통해 향상됩니다.Remote Terminal Unit은 데이터를 보고해야 한다고 판단했을 때(예를 들어 값이 변경되었을 때) 데이터 포인트를 모니터링하고 이벤트를 생성합니다.이러한 이벤트는 각각 "Classes" 1, 2, 3과 관련된3개의 버퍼 중 하나에 배치됩니다.또한 Class 0은 모니터링되는 데이터의 "정적" 또는 현재 상태로 정의됩니다.

리모트 터미널 유닛은 처음에 DNP3가 말하는 무결성 폴(클래스 1, 2, 3, 및0 데이터의 합계 읽기)에 대해 조사됩니다.이로 인해 Remote Terminal Unit은 버퍼링된 모든 이벤트와 모든 정적 포인트 데이터를 마스터 스테이션으로 전송합니다.그 후 마스터는 클래스 1, 클래스 2 또는 클래스 3을 읽어 이벤트 데이터를 폴링합니다.클래스의 판독은 모두 함께 실행하거나 각 클래스를 다른 속도로 판독할 수 있기 때문에 다른 클래스에 대해 다른 보고 우선순위를 작성하는 메커니즘을 제공합니다.무결성 폴링 후에는 중요한 데이터 변경만 전송됩니다.이로 인해 데이터 취득이 크게 변경되었는지 여부에 관계없이 항상 폴링하는 것보다 훨씬 더 빠르게 응답할 수 있습니다.

또, 클래스 1, 2, 또는3 의 데이터를 사용할 수 있게 되었을 때에, 자동적으로 리포트 하도록 리모트 터미널 유닛을 설정할 수도 있습니다.

DNP3 프로토콜은 RTU와의 시간 동기화를 지원합니다.DNP 프로토콜에는 모든 점 데이터 객체의 타임스탬프 변형이 있으므로 RTU 폴링이 빈발하는 경우에도 폴링 사이에 발생한 일련의 이벤트를 재구성하기에 충분한 데이터를 수신할 수 있습니다.

DNP3 프로토콜에는 공통 포인트 지향 객체의 상당한 라이브러리가 있습니다.이 광범위한 라이브러리의 초점은 많은 Modbus 설치에서 흔히 볼 수 있듯이 다른 개체에 데이터를 비트 매핑할 필요가 없도록 하는 데 있었습니다.예를 들어 부동소수점 번호 배리언트를 사용할 수 있으므로 16비트 레지스터 쌍에 번호를 매핑할 필요가 없습니다.이것에 의해, 호환성이 향상해, 엔디안니스등의 문제가 해소됩니다.

DNP3 프로토콜용 리모트 터미널 유닛은 작고 단순한 임베디드 디바이스이거나 기기가 가득한 크고 복잡한 랙일 수 있습니다.DNP 사용자 그룹은 RTU 컴플라이언스를 위한 프로토콜의 4가지 하위 세트를 확립했습니다.DNP 사용자 그룹은 가장 간단한 구현인 레벨1과 레벨2의 테스트 순서를 공개하고 있습니다.

이 프로토콜은 견고하고 효율적이며 광범위한 장비와 호환되지만 시간이 지남에 따라 더 복잡하고 미묘해졌습니다.점점 더 까다로워지는 산업용 애플리케이션이 과제 중 하나입니다.또, SCADA의 개념은 기술적으로 심플하지만, 벤더의 실장이 다르기 때문에, 복수의 타입의 기기를 통합하는 필드 애플리케이션의 셋업이나 트러블 슈팅이 복잡해질 가능성이 있습니다.

IEEE 표준화

IEEE는 [1]2010년7월 23일에 DNP3를 IEEE 규격 1815-2010으로 채택했습니다.IEEE 규격 1815는 IEEE 전력 및 에너지 협회 전송 및 분배 위원회와 DNP 사용자 그룹의 추가 의견과 함께 공동 후원되었습니다.

2012년 4월 IEEE는 표준 1815-2012의 공개를 승인했습니다.IEEE 규격 1815-2010은 폐지되었습니다.2012년판 표준에는 Secure Authentication Version 5 기능이 포함되어 있습니다.IEEE 1815-2010의 이전 버전의 시큐어 인증에서는 사전 공유 키만 사용되었습니다.새로운 버전은 공개 키 인프라스트럭처를 사용할 수 있으며 원격 키 변경이 용이합니다.

레퍼런스

  • 1379-2000 — IEEE Recommended Practice for Data Communications Between Remote Terminal Units and Intelligent Electronic Devices in a Substation. 2001. doi:10.1109/IEEESTD.2001.92412. ISBN 978-0-7381-2639-5.
  • 1815-2010 — IEEE Standard for Electric Power Systems Communications -- Distributed Network Protocol (DNP3). 2010. doi:10.1109/IEEESTD.2010.5518537. ISBN 978-0-7381-6312-3.
  • 1815-2012 — IEEE Standard for Electric Power Systems Communications-Distributed Network Protocol (DNP3). 2012. doi:10.1109/IEEESTD.2012.6327578. ISBN 978-0-7381-7292-7.
  1. ^ "Communicate, Collaborate, Cooperate - IEEE Smart Grid". Archived from the original on 2010-07-06. Retrieved 2010-08-28.

외부 링크