Lorsque vous aurez terminé cette étude sur la différence entre le DNP3 et l’IEC 60870, vous devriez être en mesure de faire la différence et les similitudes entre les deux protocoles de communication.
Comparaison entre DNP3 et IEC 60870
DNP3 (Distributed Network Protocol 3) et IEC 60870 sont deux protocoles de communication largement utilisés dans le domaine de l’automatisation des systèmes de contrôle industriel (ICS) et des systèmes de supervision et de contrôle (SCADA). Bien qu’ils aient des objectifs similaires, ils présentent des différences dans leur conception et leur utilisation. Il est donc probablement utile de commencer par identifier leurs caractéristiques communes.
Caractéristiques communes de DNP3 et IEC 60870-101
- Transmission de données à haute sécurité (plus élevée pour DNP3)
- Fonctionnement par interrogation et par exception
- Messages non sollicités (limités dans IEC 60870-5-101)
- Définitions de données basées sur des objets adaptés au système SCADA
- Synchronisation temporelle
- Événements horodatés
- Freeze et remise à zéro des compteurs
- Sélection avant l’action de contrôle pour les ordres d’ouverture/fermeture
- Groupes ou classes de données
- Téléchargement et téléversement de fichiers
En termes fonctionnels, il est clair que les deux protocoles présentent de nombreuses similitudes.
Adressage
- CEI 60870-5-101 utilise à la fois des adresses de liaison (Link address) et des adresses d’application (ASDU address). Cela offre une plus grande flexibilité dans l’acheminement des messages.
- IEC 101 possède une plage d’adresses de point plus large, jusqu’à 3 octets.
- DNP3.0 n’utilise que des adresses de liaison, sans adresses de couche d’application.
- La trame DNP3.0 transporte à la fois les adresses source et destination.
Globalement, CEI 101 offre une plus grande flexibilité dans son système d’adressage, à la fois en incluant des adresses de couche de liaison de données et de niveau d’application, et grâce à l’utilisation de longueurs d’adresse variables, permettent d’économiser de la bande passante de communication en utilisant de petit nombre comme adresses.
Communications de liaison de données
- CEI 60870-101 utilise des communications asymétriques et symétriques (limitées uniquement au point à point).
- CEI 101 ne prend pas en charge les messages non sollicités sur des communications multidrop.
- DNP3.0 n’utilise que des communications symétriques.
DNP3 et IEC 60870-5-101 prennent en charge les communications symétriques ou peer-to-peer. Cependant, les communications symétriques de l’IEC 101 sont limitées aux configurations point à point. Cela peut être une limitation significative si une configuration multidrop est envisagée, par exemple un grand nombre de postes distants connectés à une seule liaison IEC 101, dans ce cas, l’interrogation des données pourrait nécessiter un support de communication à large bande passante. Pour cela le protocole DNP3 pour les communications symétriques multidrop serait un avantage pour mettre en place un système basé sur les messages non sollicités.
Format de trame
- IEC 101 utilise la trame FT1.2, longueur jusqu’à 255 octets.
- Les trames IEC 101 sont de longueur fixe et variable.
- DNP3 utilise les trames FT3, longueur jusqu’à 255 octets.
- DNP3 n’utilise que des longueurs variables.
Lorsque l’option de trame de longueur fixe est utilisée sous IEC 101, une trame très courte et simple est créée en comparaison avec la trame DNP3. Ceci réduit considérablement les surcoûts de communication.
Fonctions d’application et objets de données
Fonctions d’application
- T101 ne permet qu’un seul point de contrôle par message.
- T101 utilise un accusé de réception d’application à caractère unique.
- DNP3 permet de contrôler plusieurs points dans un seul message.
Objets de données
- T101 permet un type par message.
- T101 combine la fonction et les types de données dans le code de type.
- Les objets de données T101 sont orientés vers les communications de sous-station.
- Le protocole DNP3 permet plusieurs objets de données dans un seul message.
- Le DNP 3.0 utilise des codes de fonction distincts.
- DNP 3.0 a un code de fonction par message, qui s’applique à tous les objets de données dans le message.
Il existe des différences considérables entre T101 et DNP3 en ce qui concerne les fonctions d’application et les objets de données pris en charge. La séparation des fonctions et des objets de données dans DNP3 offre peut-être une plus grande flexibilité, mais implique également une plus grande complexité.
Sécurité
- T101 se fie à la confirmation de la liaison de données avant de réinitialiser les événements.
- DNP3 nécessite des confirmations d’application avant de réinitialiser les événements.
- La vérification des erreurs est plus solide dans DNP3.
- Les deux ont une sélection avant opération.
Bien que la capacité de détection d’erreur de DNP soit plus forte que pour T101, l’importance de cette différence dépendrait du taux d’erreur sur les lignes de communication ainsi que de la longueur des messages. Comme les messages T101 ont tendance à être plus courts que les messages DNP3, l’effet global pourrait ne pas être substantiellement différent.
Interopérabilité
- T101 n’a pas de procédures ou d’autorités de certification officielles.
- Il existe des entreprises qui fournissent des tests pour T101.
- Le protocole DNP3 a défini des niveaux de sous-ensemble pour les IED.
- DNP3 a défini des procédures de test de conformité.
- DNP3 a défini des autorités de certification en Amérique du Nord.
L’existence de procédures et d’autorités de test, combinée à des niveaux d’implémentation minimum définis, est reconnue comme un point fort de DNP3. Cependant, bien que DNP3 ait pris une avance initiale dans ce domaine, les développements futurs pourraient réduire cette différence à mesure que l’utilisation de la norme T101 évolue.
Complexité
À bien des égards, T101 est un protocole plus simple et peut fonctionner de manière plus simple. Voici quelques exemples :
- Pas de codes de fonction d’application séparés.
- Les objets de données sont plus simples, sans variations comme dans DNP3.
- Le schéma d’adressage de point est plus simple que dans DNP3.
- Peut être configuré pour avoir des trames de longueur fixe.
- Peut être configuré pour utiliser des transmissions de couche de liaison non équilibrées.
- Cela simplifie les communications car les collisions sont évitées.
- Utilise des transmissions ACK d’un seul octet sur la couche de liaison de données.
- Le format FT1.2 est plus simple (mais offre moins de protection contre les erreurs).
- L’absence de couche de transport et un seul type de données par message simplifient l’analyse.
D’un autre côté, il a été noté que T101 peut avoir plus d’aspects de bas niveau nécessitant une configuration, ce qui peut augmenter les difficultés lors de l’intégration du système. De plus, bien que DNP3 soit plus complexe à bien des égards, toutes les fonctionnalités n’ont pas besoin d’être implémentées. Les sous-ensembles d’implémentation minimum pour DNP3 se limitent à un nombre limité de fonctions et de modes d’adressage.
Efficacité
Certaines des caractéristiques de T101, comme l’option de longueur de trame fixe, les accusés de réception d’application à un seul caractère, et une vérification des erreurs moins rigoureuse, peuvent aboutir à des messages plus courts. Cependant, T101 peut nécessiter un grand nombre de messages pour envoyer des informations, de sorte qu’une partie du bénéfice de la réduction de l’en-tête du message est perdue.
Sans connaissance et analyse des données spécifiques à être principalement transportées sur un système, il est probablement difficile de conclure si l’un ou l’autre protocole fonctionnera de manière plus efficace. Lorsque l’un ou l’autre protocole doit être transporté sur des réseaux, la longueur du message aura une incidence sur l’efficacité, car le message sera encapsulé dans des données supplémentaires. Dans ce cas, les messages plus courts de T101 pourraient entraîner une perte d’efficacité.
Support pour le protocole
IEC 60870-5-101 est dominant en Europe par rapport à DNP3, mais est limité à l’industrie électrique. DNP3 devient en même temps de plus en plus reconnu en Europe dans l’industrie des services publics. Un exemple de cela est l’utilisation de la norme IEEE Std 1379 « Pratique recommandée pour les communications de données entre les dispositifs électroniques intelligents et les unités de terminal distant dans une sous-station ».
Cette pratique recommandée reconnaît à la fois DNP3 et T101 pour une utilisation dans cette application. T101 et DNP3 sont utilisés à des degrés similaires en Asie, et DNP3 est dominant en Australie. T101 est soutenu par plusieurs grands fabricants, tout comme DNP3. En résumé, il est clair que les deux protocoles bénéficient d’un soutien important, mais que cela varie selon l’industrie et la localisation géographique.
La quelle prévaudra ?
Le choix entre IEC et DNP3 pour une organisation dépendra de nombreux facteurs. En termes fonctionnels, les deux atteignent des résultats similaires. Pour le développeur de produits, il est clair que le protocole pris en charge dépendra des besoins des clients, qui découleront de leur industrie et de leur localisation.
Pour de nombreux produits, le support des deux protocoles sera nécessaire. Du point de vue de l’utilisateur, ce choix sera dicté par le système déjà installé ou, dans le cas d’un système entièrement nouveau, par la comparaison des caractéristiques des équipements disponibles utilisant l’un ou l’autre protocole.
Le fait est que les deux protocoles sont utilisés à l’échelle mondiale et sont là pour rester dans un avenir prévisible à moyen terme.
À plus long terme, les tendances de l’industrie auront une influence significative. Le projet Utilities Communication Architecture (UCA) a le potentiel d’émerger comme une force majeure pour réaliser l’interopérabilité et le plug-and-play à grande échelle. Dans ce cas, la mesure dans laquelle les protocoles s’adaptent et s’intègrent à ce système peut influencer leur longévité ultime.
Résumé
IEC 60870-5-101 et DNP3 sont des protocoles ouverts conçus spécifiquement pour les applications de télécontrôle. Ils ont été développés pour répondre à des besoins communs, ont une origine commune et ont émergé sur une période similaire. Les deux ont également été développés pour répondre aux besoins de l’industrie électrique, bien que DNP3 ait plus de types de données orientés vers l’utilisation générale de SCADA que pour l’utilisation électrique en particulier.
La comparaison des caractéristiques de chacun a montré que chacun a des différences qui peuvent se traduire par des avantages dans certaines situations, et des inconvénients dans d’autres. De plusieurs façons, l’IEC semble être un protocole plus simple, mais cela ne signifie pas nécessairement une mise en œuvre plus simple.
Les niveaux de sous-ensemble d’implémentation de DNP3, les procédures de test définies et les autorités de certification offrent une base solide pour garantir l’interopérabilité des produits de différents fabricants. Le choix entre IEC 60870-5-101 ou DNP3 pour une organisation dépendra de nombreux facteurs.
En termes fonctionnels, les deux atteignent des résultats similaires. Pour le développeur de produit, le protocole supporté dépendra des besoins des clients, dérivés de leur industrie et localisation. Pour de nombreux produits, le soutien des deux protocoles sera essentiel.