Единый протокол обмена информацией в системах оповещения

Обновлено: 12.05.2024

В целях реализации части 4 статьи 19 Федерального закона от 27 июля 2010 г. N 210-ФЗ "Об организации предоставления государственных и муниципальных услуг" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2010, N 31, ст. 4179; 2011, N 15, ст. 2038; N 27, ст. 3873, ст. 3880; N 29, ст. 4291; N 30, ст. 4587; N 49, ст. 7061; 2012, N 31, ст. 4322; 2013, N 14, ст. 1651; N 27, ст. 3477, ст. 3480; N 30, ст. 4084; N 51, ст. 6679; N 52, ст. 6952, ст. 6961, ст. 7009; 2014, N 26, ст. 3366; N 30, ст. 4264), а также во исполнение пунктов 5 и 9 Правил присоединения информационных систем организаций к инфраструктуре, обеспечивающей информационно-технологическое взаимодействие информационных систем, используемых для предоставления государственных и муниципальных услуг в электронной форме (далее - информационная система, инфраструктура соответственно), утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 22 декабря 2012 г. N 1382 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2012, N 53, ст. 7938; 2013, N 48, ст. 6259), приказываю:

1. Утвердить прилагаемые Требования, обеспечивающие технологическую совместимость информационных систем организаций, подключаемых к инфраструктуре, обеспечивающей информационно-технологическое взаимодействие информационных систем, используемых для предоставления государственных и муниципальных услуг в электронной форме с указанной инфраструктурой, к каналу связи и используемым для его защиты средствам криптографической защиты информации, а также особенностей использования стандартов и протоколов при обмене данными в электронной форме между информационными системами указанных организаций и инфраструктурой.

Министр Н. Никифоров

Требования, обеспечивающие технологическую совместимость информационных систем организаций, подключаемых к инфраструктуре, обеспечивающей информационно-технологическое взаимодействие информационных систем, используемых для предоставления государственных и муниципальных услуг в электронной форме с указанной инфраструктурой, к каналу связи и используемым для его защиты средствам криптографической защиты информации, а также особенности использования стандартов и протоколов при обмене данными в электронной форме между информационными системами таких организаций и указанной инфраструктурой

I. Требования, обеспечивающие технологическую совместимость информационных систем, подключаемых к инфраструктуре

1. Межсетевые экраны, обеспечивающие контроль за информацией, поступающей в информационную систему должны быть сертифицированы по требованиям Федеральной службы безопасности Российской Федерации к устройствам типа межсетевые экраны по четвертому классу защищенности.

2. Межсетевые экраны должны быть сертифицированы Федеральной службой по техническому и экспортному контролю по третьему классу и третьему уровню контроля отсутствия недекларированных возможностей.

3. Требования к системе защиты информации информационной системы определяются в зависимости от класса защищенности информационной системы и угроз безопасности информации, включенных в модель угроз безопасности информации.

II. Требования к каналу связи и используемым для его защиты средствам криптографической защиты информации

4. Информационные системы подключаемых организаций (далее - информационные системы) должны быть подключены к сетям передачи данных, обеспечивающим скорость передачи не менее 1 мегабита в секунду.

6. Доступ к закрытому контуру инфраструктуры предоставляется лицам, при условии прохождения идентификации, аутентификации и авторизации в федеральной государственной информационной системе "Единая система идентификации и аутентификации в инфраструктуре, обеспечивающей информационно-технологическое взаимодействие информационных систем, используемых для предоставления государственных и муниципальных услуг в электронной форме" 1 .

7. Для построения защищенных каналов связи при подключении к закрытому контуру инфраструктуры необходимо использовать средства криптографической защиты информации, применяемые в единой системе межведомственного электронного взаимодействия.

8. При передаче или получении информации по каналам связи, обеспечивающим подключение к закрытому контуру инфраструктуры, должно осуществляться обязательное резервирование таких каналов.

III. Особенности использования стандартов и протоколов при обмене данными в электронной форме между информационными системами и инфраструктурой

9. Информационные системы, подключенные к инфраструктуре, должны поддерживать следующие языки, спецификации и протоколы указанных версий и выше:

Текст ГОСТ Р 59263-2020 Системы и устройства железнодорожной автоматики и телемеханики микропроцессорные. Требования к интерфейсам и протоколам обмена информацией

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТР 59263— 2020

СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ

Требования к интерфейсам и протоколам обмена информацией

Предисловие

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2020 г. № 1317-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1 Термины и определения

3.2 Обозначения и сокращения

4 Требования к интерфейсам и протоколам обмена данными

4.1 Общие требования

4.2 Требования к характеристикам интерфейсов

4.3 Требования к протоколам и их профилю

4.4 Требования функциональной и информационной безопасности

4.5 Требования к обеспечению целостности данных

4.6 Требования по электробезопасности

4.7 Конструктивные требования

4.8 Требования стойкости и прочности к воздействиям механических нагрузок и климатических

4.9 Требования по электромагнитной совместимости

4.10 Требования по пожарной безопасности

Приложение А (справочное) Примеры применения интерфейсов в составе систем управления движением поездов

Приложение Б (справочное) Типы данных с наиболее важными типовыми значениями атрибутов .. .9 Приложение В (справочное) Перечень стандартных протоколов передачи информации

ГОСТ Р 59263—2020

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ

Требования к интерфейсам и протоколам обмена информацией

Microprocessor systems and devices of railway automatics and telemechanics. Requirements for interfaces and cnformabon exchange protocols

Дата введения — 2021—06—01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется микропроцессорные системы, подсистемы и устройства железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) в составе системы управления движением поез-дов (СУДП).

Настоящий стандарт устанавливает требования к интерфейсам и протоколам обмена информа* цией при организации взаимодействия аппаратуры микропроцессорных систем, подсистем и устройств СУДП. Настоящий стандарт не распространяется на устройства и системы, размещаемые на борту подвижного состава.

Настоящий стандарт предназначен для применения специалистами организаций, осуществляющих проектирование, производство МПУ, интеграцию и эксплуатацию СУДП. оценку соответствия МПУ требованиям технических регламентов Таможенного союза (1. 2].

2 Нормативные ссылки

8 настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 18145 Цепи на стыке С2 аппаратуры передачи данных с оконечным оборудованием при последовательном вводе-выводе данных. Номенклатура и технические требования

ГОСТ 23675 Цепи стыка С2 системы передачи данных. Электрические параметры

ГОСТ 33436.4-1 Совместимость технических средств электромагнитная. Системы и оборудование железнодорожного транспорта. Часть 4-1. Устройства и аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний

ГОСТ 33892 Системы железнодорожной автоматики и телемеханики на сортировочных станциях. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 33893 Системы железнодорожной автоматики и телемеханики на железнодорожных переездах. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 33894 Система железнодорожной автоматики и телемеханики на железнодорожных станциях. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 33895 Системы железнодорожной автоматики и телемеханики на перегонах железнодорожных линий. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 33896 Системы диспетчерской централизации и диспетчерского контроля движения поездов. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 33973—2016 Железнодорожная электросвязь. Поездная радиосвязь. Технические требования и методы контроля

ГОСТ 34012—2016 Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Общие технические требования

ГОСТ IEC 60870-4—2011 Устройства и системы телемеханики. Часть 4. Технические требования

ГОСТ Р 50739 Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации. Общие технические требования

ГОСТ Р 50832 Интерфейс магистральный последовательный волоконно-оптический системы электронных модулей. Общие требования

ГОСТ Р МЭК 62280 Железные дороги. Системы связи, сигнализации и обработки данных. Требования к обеспечению безопасной передачи информации

ГОСТ Р МЭК 870-5-1 Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Раздел 1. Форматы передаваемых кадров

ГОСТ Р МЭК 870-5-2 Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Раздел 2. Процедуры в каналах передачи

ГОСТ Р МЭК 870-5-3 Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Раздел 3. Общая структура данных пользователя

ГОСТ Р МЭК 870-5-4 Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Раздел 4. Определение и кодирование элементов пользовательской информации

ГОСТ Р МЭК 870-5*5 Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Раздел 5. Основные прикладные функции

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1.1 интерфейс: Совокупность технических, конструктивных и программных средств, методов и правил (описаний, соглашений, протоколов), реализующих взаимодействие различных функциональных элементов в информационной системе, обеспечивающих информационную, электрическую и конструктивную совместимость этих элементов.

обмен данными: Передача данных между логическими объектами уровня в соответствии с

(ГОСТ 24402—88. статья 15]

3.1.3 протокол: Набор семантических и синтаксических правил, определяющий взаимосвязь логических объектов уровня при обмене данными.

профиль (сети и системы связи): Заданный формат, используемый конкретным протоколом для передачи команд или объектов данных.

[ГОСТ Р 54325—2011, статья 2.103]

3.2 Обозначения и сокращения

8 настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

АБ — автоматическая блокировка (автоблокировка)

АЛС — автоматическая локомотивная сигнализация

АЛСО — автоматическая локомотивная сигнализация как самостоятельное средство сигнализации и связи

АРМ — автоматизированное рабочее место

ДК — диспетчерский контроль

ДЦ — диспетчерская централизация

ЖАТ — железнодорожная автоматика и телемеханика

МПУ — микропроцессорное устройство

МПЦ — микропроцессорная централизация

ПО — программное обеспечение

СУДП — система управления движением поездов

ТРЦ — тональные рельсовые цепи

ИСО — ISO. International Organization for Standardization — международная организация по стандартизации

OSI/ISO — Open System Interconnection — модель взаимосвязи открытых систем стандарта ISO МЭК — IEC, International Electrotechnical Commission — Международная электротехническая комиссия

ИИЭЭ — IEEE. Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров электротехники и электроники (Международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике, электротехнике и аппаратному обеспечению вычислительных систем и сетей).

4 Требования к интерфейсам и протоколам обмена данными

4.1 Общие требования

4.1.2 Интерфейсы и протоколы обмена информацией между МПУ систем и подсистем должны быть стандартизированными и унифицированными.

4.1.3 Для физического уровня допускается применение нестандартных интерфейсов.

4.1.4 Характеристики применяемых интерфейсов (пропускная способность; скорость передачи; максимальная длина линии связи; количество адресов) должны обеспечивать функционирование устройств ЖАТ в соответствии с требованиями по обеспечению технологического процесса управления движением поездов.

4.1.5 Интерфейсы должны удовлетворять требованиям к аппаратуре и устройствам ЖАТ. в составе которых они реализованы, и соответствовать эксплуатационным требованиям:

В прошлой публикации мы рассказали о том, как работают шины и протоколы в промышленной автоматизации. В этот раз сфокусируемся на современных рабочих решениях: посмотрим, какие протоколы используются в системах по всему миру. Рассмотрим технологии немецких компаний Beckhoff и Siemens, австрийской B&R, американской Rockwell Automation и русской Fastwel. А также изучим универсальные решения, которые не привязаны к конкретному производителю, такие как EtherCAT и CAN.

В конце статьи будет сравнительная таблица с характеристиками протоколов EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP и ModbusTCP.

Стандарт промышленной сети EtherCAT, разработка компании Beckhoff

Протокол и промышленная сеть EtherCAT — это, пожалуй, один из самых быстродействующих на сегодня способов передачи данных в системах автоматики. Сеть EtherCAT успешно используется в распределенных системах автоматизации, где взаимодействующие узлы разнесены на большое расстояние.

Протокол EtherCAT использует стандартные Ethernet-фреймы для передачи своих телеграмм, поэтому сохраняется совместимость с любым стандартным Ethernet-оборудованием и, по сути, прием и передача данных могут быть организованы на любом Ethernet-контроллере, при наличии соответствующего программного обеспечения.

Спецификация протокола открыта и доступна, но только в рамках ассоциации разработки — EtherCAT Technology Group.

Вот, как работает EtherCAT (зрелище завораживает, как игра Zuma Inca):

Сеть EtherCAT может иметь любую топологию, но по сути это всегда будет кольцо — из-за использования полнодуплексного режима и двух разъемов Ethernet. Таким образом, телеграмма всегда будет передаваться последовательно каждому устройству на шине.

Кстати, спецификация EtherCAT не содержит ограничений физического уровня 100Base-TX, поэтому реализация протокола возможна на основе гигабитных и оптических линий.

Открытые промышленные сети и стандарты PROFIBUS/NET компании Siemens

Немецкий концерн Siemens давно известен своими программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), которые используется по всему миру.

Обмен данными между узлами автоматизированной системы под управлением оборудования Siemens реализуется как по полевой шине, которая называется PROFIBUS, так и в промышленной сети PROFINET.

Шина PROFIBUS использует специальный двужильный кабель с разъемами DB-9. У Siemens он фиолетовый, но мы на практике встречали и другие :). Для связи нескольких узлов разъем может соединять два кабеля. Также в нем есть переключатель для терминального резистора. Терминальный резистор должен быть включен на концевых устройствах сети, таким образом сообщается, что это первое или последнее устройство, а после него уже ничего нет, только мрак и пустота (все rs485 так работают). Если на промежуточном разъеме включить резистор, то следующий за ним участок будет отключен.

Кабель PROFIBUS с соединительными разъемами. Источник: VIPA ControlsAmerica

В сети PROFINET используется аналог витой пары, как правило, с разъемами RJ-45, кабель окрашен в зеленый цвет. Если топология PROFIBUS —шина, то топология сети PROFINET может представлять собой что угодно: хоть кольцо, хоть звезду, хоть дерево, хоть все вместе взятое.

Существуют несколько протоколов обмена по шине PROFIBUS и в сети PROFINET.

PROFIBUS DP — реализация этого протокола подразумевает связь с удаленными подчиненными устройствами, в случае с PROFINET этому протоколу соответствует протокол PROFINET IO.
PROFIBUS PA — является по сути тем же PROFIBUS DP, только используется для взрывобезопасных исполнений передачи данных и питания (аналог PROFIBUS DP с другими физическими свойствами). Для PROFINET взрывобезопасного протокола по аналогии с PROFIBUS пока не существует.
PROFIBUS FMS — предназначен для обмена данными с системами других производителей, которые не могут использовать PROFIBUS DP. Аналогом PROFIBUS FMS в сети PROFINET является протокол PROFINET CBA.

Протокол PROFINET IO делится на несколько классов:

PROFINET NRT (без реального времени) — используется в приложениях, где временные параметры не критичны. В нем используется протокол передачи данных Ethernet TCP/IP, а также UDP/IP.
PROFINET RT (реальное время) — тут обмен данными ввода/вывода реализован с помощью фреймов Ethernet, но диагностические данные и данные связи все еще передаются через UDP/IP.
PROFINET IRT (изохронное реальное время) — этот протокол был разработан специально для приложений управления движением и включает в себя изохронную фазу передачи данных.

Что касается реализации протокола жесткого реального времени PROFINET IRT, то для коммуникаций с удаленными устройствами в нем выделяют два канала обмена: изохронный и асинхронный. Изохронный канал с фиксированной по времени длиной цикла обмена использует тактовую синхронизацию и передает критичные ко времени данные, для передачи используются телеграммы второго уровня. Длительность передачи в изохронном канале не превышает 1 миллисекунду.

В асинхронном канале передаются так называемые real-time-данные, которые тоже адресуются посредством MAC-адреса. Дополнительно передается различная диагностическая и вспомогательная информация уже поверх TCP/IP. Ни real-time-данные, ни тем более другая информация, разумеется, не может прерывать изохронный цикл.

Расширенный набор функций PROFINET IO нужен далеко не для каждой системы промышленной автоматики, поэтому этот протокол масштабируют под конкретный проект, с учетом классов соответствия или классов применения (conformance classes): СС-A, CC-B, CC-CC. Классы соответствия позволяют выбрать полевые устройства и магистральные компоненты с минимально необходимой функциональностью.

Источник: PROFINET university lesson

Второй протокол обмена в сети PROFINET — PROFINET CBA — служит для организации промышленной связи между оборудованием различных производителей. Основной производственной единицей в системах СВА является некая сущность, которая называется компонентом. Этот компонент обычно представляет собой совокупность механической, электрической и электронной части устройства или установки, а также соответствующее прикладное программное обеспечение. Для каждого компонента выбирается программный модуль, который содержит полное описание интерфейса данного компонента по требованиям стандарта PROFINET. После чего эти программные модули используются для обмена данными с устройствами.

Протокол Ethernet POWERLINK компании B&R

Протокол Powerlink разработан австрийской компанией B&R в начале 2000-х. Это еще одна реализация протокола реального времени поверх стандарта Ethernet. Спецификация протокола доступна и распространяется свободно.

В технологии Powerlink применяется механизм так называемого смешанного опроса, когда всё взаимодействие между устройствами делится на несколько фаз. Особо критичные данные передаются в изохронной фазе обмена, для которой настраивается требуемое время отклика, остальные данные, будут переданы по мере возможности в асинхронной фазе.

Изначально протокол был реализован поверх физического уровня 100Base-TX, но позже была разработана и гигабитная реализация.

Схематическое представление сети Ethernet POWERLINK с несколькими узлами.

В изохронной фазе опрашивающий контроллер последовательно посылает запрос каждому узлу, от которого необходимо получить критичные данные.

Изохронная фаза выполняется, как уже было сказано, с настраиваемым временем цикла. В асинхронной фазе обмена используется стек протокола IP, контроллер запрашивает некритичные данные у всех узлов, которые посылают ответ по мере получения доступа к передаче в сеть. Соотношение времени между изохронной и асинхронной фазами можно настроить вручную.

Протокол Ethernet/IP компании Rockwell Automation

Протокол EtherNet/IP разработан при активном участии американской компании Rockwell Automation в 2000 году. Он использует стек TCP и UDP IP, и расширяет его для применения в промышленной автоматизации. Вторая часть названия, вопреки расхожему мнению, означает не Internet Protocol, а Industrial Protocol. UDP IP использует коммуникационный стек протокола CIP (Common Interface Protocol), который также используется в сетях ControlNet / DeviceNet и реализуется поверх TCP/IP.

Спецификация EtherNet/IP является общедоступной и распространяется бесплатно. Топология сети Ethernet/IP может быть произвольной и включать в себя кольцо, звезду, дерево или шину.

Для синхронизации времени в распределенных системах EtherNet/IP использует протокол CIPsync, который является расширением коммуникационного протокола CIP.

Для упрощения настройки сети EtherNet/IP большинство стандартных устройств автоматики имеют в комплекте заранее определенные конфигурационные файлы.

Реализация протокола FBUS в компании Fastwel

Долго думали, включать ли в этот список российскую компанию Fastwel с ее отечественной реализацией промышленного протокола FBUS, но потом все же решились написать пару абзацев для лучшего понимания реалий импортозамещения.

Существует две физические реализации FBUS. Одна из них — это шина, в которой протокол FBUS работает поверх стандарта RS485. Кроме этого есть реализация FBUS в промышленной сети Ethernet.

FBUS сложно назвать быстродействующим протоколом, время ответа сильно зависит от количества модулей ввода-вывода на шине и от параметров обмена, обычно оно колеблется в пределах 0,5—10 миллисекунд. Один подчиненный узел FBUS может содержать только 64 модуля ввода-вывода. Для полевой шины длина кабеля не может превышать 1 метр, поэтому о распределенных системах речь не идет. Вернее идет, но только при использовании промышленной сети FBUS поверх TCP/IP, что означает увеличение времени опроса в несколько раз. Для подключения модулей могут использоваться удлинители шины, что позволяет удобно расположить модули в шкафу автоматики.

Контроллер Fastwel с подключенными модулями ввода-вывода. Источник: Control Engineering Россия

Итого: как всё это используется на практике в АСУ ТП

Естественно, видовое разнообразие современных промышленных протоколов передачи данных намного больше, чем мы описали в этой статье. Некоторые привязаны к конкретному производителю, некоторые, напротив, универсальны. При разработке автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) инженер выбирает оптимальные протоколы, с учетом конкретных задач и ограничений (технических и по бюджету).

Если говорить о распространенности того или иного протокола обмена, то можно привести диаграмму компании HMS Networks AB, которая иллюстрирует доли рынка различных технологий обмена в промышленных сетях.

Источник: HMS Networks AB

Как видно на диаграмме, PRONET и PROFIBUS от Siemens занимают лидирующие позиции.

В таблице ниже собраны сводные данные по описанным протоколам обмена. Некоторые параметры, например, производительность выражены абстрактными терминами: высокая /низкая. Числовые эквиваленты можно отыскать в статьях по анализу производительности.

Читайте также: