Protokol DNP3 : Arsitektur, Kerja, Kode Fungsi, Format Data & Aplikasinya

DNP3 atau Distributed Network Protocol3 diluncurkan pada tahun 1992 oleh Perusahaan Jepang untuk membuat protokol untuk komunikasi antara sistem terdistribusi. DNP3 adalah protokol kontrol perangkat berbasis jaringan yang digunakan untuk komunikasi antara perangkat dan perangkat input/output jarak jauh. Protokol ini terutama bergantung pada model berorientasi objek yang mengurangi pemetaan bit data yang biasanya diperlukan oleh protokol berorientasi objek lainnya. Ini terutama digunakan antara stasiun master pusat serta unit jarak jauh terdistribusi di mana stasiun master pusat hanya berfungsi sebagai antarmuka antara manajer jaringan manusia serta sistem pemantauan. Unit jarak jauh terdistribusi adalah antarmuka antara stasiun master & peralatan fisik yang diamati & dikendalikan di area yang jauh. Pertukaran data antara keduanya dapat dilakukan oleh perpustakaan objek umum. Artikel ini membahas tentang protokol DNP3 - bekerja dengan aplikasi.

Apa itu Protokol DNP3?

Himpunan protokol komunikasi yang digunakan antara komponen yang berbeda dalam sistem otomatisasi proses dikenal sebagai protokol DNP3. Protokol ini terutama dirancang untuk tujuan komunikasi antara berbagai jenis akuisisi data & peralatan kontrol. Jadi di sistem SCADA , protokol ini memainkan peran penting ketika digunakan oleh RTU, SCADA, dan IED.

Arsitektur Protokol DNP3 & Cara Kerjanya

DNP3 adalah protokol jaringan terdistribusi versi ketiga. Ini memiliki satu jajak pendapat integritas dan tiga tingkat jajak pendapat, di mana jajak pendapat integritas digunakan untuk mengambil data pada satu jajak pendapat.

Arsitektur jaringan DNP3 dapat berupa arsitektur unicast, multidrop, dan konektor data/hierarki.

Arsitektur unicast: juga dikenal sebagai arsitektur satu-ke-satu, di sini stasiun master hanya dapat berkomunikasi dengan satu stasiun luar, sedangkan di arsitektur multidrop stasiun master dapat berkomunikasi dengan lebih dari satu perangkat outstation yang berarti dapat berkomunikasi dengan beberapa perangkat outstation. Konektor data/arsitektur hierarki adalah kombinasi arsitektur multidrop dan unicast.

Protokol komunikasi DNP3 umumnya digunakan untuk utilitas listrik, air & limbah, minyak & gas, transportasi, dan lingkungan SCADA lainnya. Ini memungkinkan Anda untuk melihat level penting secara real-time dan historis, yang bisa berupa suhu, kelembaban, level baterai, voltase, level bahan bakar, dll. Ini juga memungkinkan Anda untuk mendeteksi masalah dan memperbaiki masalah dengan cepat, dan juga Anda dapat menghilangkan kemacetan dan inefisiensi.

Perancangan protokol DNP3 dapat dilakukan berdasarkan layer model OSI seperti data link, transport, application & user layer. Protokol ini memiliki fleksibilitas untuk menghubungkan satu master melalui minimal satu atau lebih stasiun luar di atas serial serta media fisik Ethernet.
Arsitektur lain yang mungkin terutama terdiri dari berbagai koneksi master dengan operasi outstation & peer-to-peer tunggal. Biasanya, master memulai perintah kontrol untuk meminta data dari atau mengaktifkan perangkat yang dikelola melalui stasiun luar. Stasiun luar ini hanya bereaksi terhadap master dengan mengirimkan informasi yang sesuai.

Berdasarkan model OSI, protokol DNP3 mencakup empat lapisan Data Link, Transport Function, Application & User Layer. Di sini, Lapisan Data Link di bagian bawah akan membuat tautan fisik lebih andal dengan pengalamatan & deteksi kesalahan. Fungsi Transport hanya merakit frame Link Layer ke dalam fragmen Application Layer. Lapisan ini mengambil seluruh pesan & menentukan data apa yang lebih disukai daripada Lapisan Pengguna di atas. Setiap pesan dapat memiliki beberapa tipe data seperti input & output analog, biner & penghitung.

Bagaimana Protokol DNP3 Bekerja?

Protokol DNP3 hanya bekerja dengan menggunakan 27 kode fungsi dasar untuk memungkinkan komunikasi antara stasiun master & unit jarak jauh. Sehingga beberapa kode fungsi akan memungkinkan master untuk meminta dan mendapatkan informasi kondisi dari perangkat jarak jauh dan kode fungsi lainnya akan memungkinkan master untuk memutuskan atau memperbaiki konfigurasi unit jarak jauh.

Beberapa kode fungsi terutama digunakan di stasiun induk DNP3 untuk mengendalikan peralatan atau unit jarak jauh di lokasi terpencil. Stasiun master DNP3 mengeluarkan sebagian besar komunikasi ke perangkat jarak jauh DNP3. Tapi, Pesan yang Tidak Diinginkan (pesan o/p) dimulai melalui unit jarak jauh, dan itu menghasilkan alarm. Sehingga pesan ini memberikan peringatan kepada master begitu alarm terjadi.

Kode Fungsi

Kode fungsi DNP3 meliputi berikut ini.

Format Pesan DNP3

Struktur format pesan DNP3 ditunjukkan di bawah ini. Jika kita memeriksa struktur ini, kita dapat mengamati bahwa pesan dipertukarkan antara master & remote. Protokol telemetri serial (TBOS) berorientasi byte dengan menukar satu byte untuk berkomunikasi.

Protokol telemetri serial yang diperluas seperti TABS berorientasi pada paket dengan paket byte yang dipertukarkan untuk berkomunikasi. Paket-paket ini biasanya mencakup byte header, data & checksum. Protokol DNP3 berorientasi pada paket & menggunakan struktur paket yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Dalam diagram format pesan di atas, DNP3 ASDU (unit data layanan aplikasi) berguna untuk penyesuaian konten pintar yang dikontrol melalui bidang kualifikasi dan ukuran indeks. Jadi desain ini akan membuat data aplikasi dapat diakses dalam konfigurasi yang fleksibel.

Sekarang mari kita bahas bagaimana data dipertukarkan terutama dalam model komunikasi berlapis.
Lapisan aplikasi dalam diagram di atas menggabungkan ASDU (unit data layanan aplikasi) dan objek paket oleh blok APCI (kontrol protokol aplikasi) untuk membuat APDU (unit data protokol aplikasi).

Lapisan transport akan memecah unit data layanan aplikasi atau APDU menjadi segmen-segmen yang berbeda dengan ukuran maksimum 16 byte & mengemasnya dengan header kontrol transport 8-bit & pemisah CRC segmen 16-bit ke dalam Frame transport.

Link layer dipetakan ke model 4-layer yang dikembangkan melalui DoD (Department of Defense) melalui DoD Internet Layer dihilangkan. Jika transport serial digunakan, maka perakitan paket dilakukan & ditempatkan pada media transport untuk pengiriman.

Jika paket ditransmisikan melalui LAN atau WAN, maka 3 lapisan DNP3 digulung menjadi lapisan pertama. Paket yang dirakit dapat dibungkus dalam TCP (Transport Control Protocol) melalui lapisan transport yang dibungkus dalam IP (Internet Protocol) melalui lapisan internet. UDP (User Datagram Protocol) juga dapat digunakan tetapi menyajikan beberapa masalah tambahan yang terkait dengan pengiriman yang andal dalam jaringan yang dikemas.

Format Data DNP3

DNP banyak digunakan dalam mengontrol pesan yang lewat di antara stasiun pusat & unit kontrol. Format data DNP3 terutama mencakup dua bagian header & bagian data. Selanjutnya, header dipisahkan menjadi enam subbagian.

Format bingkai data & ukuran yang diperlukan dari setiap bidang ditunjukkan pada gambar di atas. Dalam diagram ini, Sync adalah bidang pertama yang berukuran 1 byte & ini menentukan awal frame.
Nilai bidang ini ditetapkan ke 0564, jadi setelah bingkai diterima dengan memeriksa posisi bidang Sinkronisasi maka pemetaan dapat dilakukan secara efisien.

Panjang bidang menyediakan seluruh panjang bingkai sehingga buffer tertentu dapat ditetapkan di tujuan untuk menampung bingkai yang masuk. Jadi bingkai kedua adalah 'Bidang kontrol' yang menggambarkan tindakan kontrol yang diperlukan untuk diminta di ujung penerima.

Bidang kontrol akan menyertakan nilai hex 41 jika tidak 42 berdasarkan jenis tindakan. Setelah itu, bidang tujuan & alamat sumber akan memberikan alamat penerima yang dituju & node pengirim.
CRC atau Cyclic Redundancy Check adalah bidang terakhir yang akan membantu dalam memverifikasi kesalahan bingkai. Nilai cek terhubung ke pesan pada saat pengiriman yang akan diverifikasi silang di ujung penerima. Setelah nilai ini cocok, maka itu menentukan tidak adanya kesalahan dalam bingkai. Bagian data adalah 2 sampai 4 byte namun tidak memiliki peran dalam mengontrol pengiriman pesan.

Gambar di atas menunjukkan pesan kontrol yang ditransmisikan dalam format DNP3 dari satu stasiun ke stasiun lain seperti kontrol ke tujuan. Untuk komunikasi berbagai tindakan ke tujuan, bidang seperti bidang kontrol serta alamat tujuan sedangkan beberapa bidang tidak akan berubah untuk semua komunikasi.

Contoh Sistem Pemantauan DNP3

Master DNP3 dan diagram sistem pemantauan jarak jauh ditunjukkan di bawah ini. Model ini digunakan untuk mentransfer data antara dua perangkat seperti master dan remote menggunakan DNP3.

Master DNP3 dan diagram sistem pemantauan jarak jauh ditunjukkan di bawah ini. Model ini digunakan untuk mentransfer data antara dua perangkat seperti master dan remote menggunakan DNP3. Di sini master adalah komputer dan slave atau remote adalah stasiun luar. Data yang dikirimkan adalah data statis, data peristiwa & menerima data peristiwa yang tidak diminta.

Protokol DNP3 biasanya digunakan antara master (komputer) dan remote (Outstation). Di sini, master digunakan untuk menyediakan antarmuka antara manajer jaringan manusia serta sistem pemantauan. Remote menyediakan antarmuka antara master serta perangkat fisik yang sedang dikendalikan atau dipantau.

Baik master & remote menggunakan perpustakaan objek umum untuk pertukaran data. Berikut datanya Protokol DNP3 adalah protokol polling yang mencakup kemampuan yang dirancang dengan hati-hati. Setelah stasiun master terhubung ke remote, maka jajak pendapat integritas dapat dilakukan yang sangat signifikan untuk menangani DNP3 karena untuk titik data mereka mengembalikan semua nilai buffer & juga terdiri dari nilai saat ini dari titik tersebut.

Umumnya, driver DNP3 dapat melakukan polling yang berbeda secara rutin seperti Integritas Poll, Kelas 1, Kelas 2, dan Kelas 3. Dalam Integritas Poll, DNP3 hanya meminta stasiun luar untuk mengirimkan Kelas 1, kelas 2, & kelas 3 data acara & data statis Kelas 0 dalam urutan kronologis. Integritas Poll biasanya digunakan untuk menyinkronkan database master & slave DNP3 dan dengan demikian cenderung dialokasikan tingkat polling yang lambat. Biasanya, jajak pendapat Kelas 1, Kelas2 & Kelas 3 digunakan untuk memulihkan peristiwa kelas individu pada tingkat yang dapat diubah berdasarkan pentingnya peristiwa tersebut, peristiwa yang lebih kritis ditugaskan ke kelas yang memiliki tingkat jajak pendapat lebih cepat.

Perbedaan antara DNP3 dan IEC 61850

Perbedaan antara DNP3 dan IEC 61850 meliputi hal-hal berikut.

Perbedaan antara DNP3 dan Modbus

Perbedaan antara DNP3 dan Modbus antara lain sebagai berikut.

Kelebihan dan Kekurangan DNP3

Itu keuntungan dari protokol DNP3 saya termasuk berikut ini.

• DNP3 adalah protokol standar terbuka, sehingga setiap perancang dapat merancang peralatan DNP3 yang sangat cocok dengan peralatan DNP3 lainnya.
• DNP3 menyediakan banyak kemampuan karena protokol yang cerdas & kuat.
• Itu dapat meminta & merespons melalui beberapa tipe data dalam satu pesan
• Ini memungkinkan beberapa operasi master & peer-to-peer
• Ini mendukung format waktu standar & sinkronisasi waktu.
• Biaya perangkat lunak akan berkurang.
• Tidak ada persyaratan untuk penerjemah protokol.
• Kurang perawatan & pengujian.

Kerugian dari protokol DNP3 meliputi berikut ini.

DNP3 menggunakan RTU serial & memutakhirkannya melalui Ethernet RTU (ERTU). Jika bandwidth saluran komunikasi ke stasiun itu juga tidak ditingkatkan, maka pengguna akan memiliki tautan yang lebih lambat karena overhead yang diterapkan dalam membungkus DNP3 melalui TCP/IP.

Aplikasi DNP3

Itu Aplikasi DNP3 termasuk berikut ini.

• DNP3 memungkinkan perangkat yang berbeda dalam sistem otomatisasi proses untuk berkomunikasi.
• Perusahaan utilitas yang berbeda secara luas menggunakan protokol ini untuk sistem telemetri gas, listrik, dan air.
• Ini digunakan dalam Komunikasi SCADA.
• Protokol komunikasi DNP3 digunakan dalam sistem pemantauan jarak jauh & SCADA.
• Ini berlaku di seluruh lingkungan SCADA yang mencakup komunikasi dari master ke jarak jauh dan RTU ke IED & juga dalam aplikasi jaringan.

Jadi, ini semua tentang gambaran umum tentang protokol DNP3 - bekerja dengan aplikasi. Itu Spesifikasi protokol DNP3 terutama tergantung pada model objek. Jadi model ini hanya mengurangi pemetaan bit data yang biasanya diperlukan dengan protokol berorientasi objek lainnya. Untuk teknisi & insinyur SCADA, memiliki beberapa objek yang telah ditentukan sebelumnya akan membuat kerangka kerja desain & penerapan DNP3 lebih nyaman. Ini pertanyaan untuk Anda, apa protokolnya?