DNP3

El Protocolo de Red Distribuida 3 ( DNP3 ) es un conjunto de protocolos de comunicación utilizados entre componentes en sistemas de automatización de procesos . Su principal uso se encuentra en servicios públicos como compañías eléctricas y de agua. Su uso en otras industrias no es común. Fue desarrollado para la comunicación entre diversos tipos de equipos de adquisición y control de datos. Desempeña un papel crucial en los sistemas SCADA , donde lo utilizan las estaciones maestras SCADA (también conocidas como centros de control), las unidades terminales remotas (RTU) y los dispositivos electrónicos inteligentes (IED). Se utiliza principalmente para la comunicación entre una estación maestra y las RTU o IED. El ICCP, el Protocolo de Comunicación entre Centros de Control (parte de la norma IEC 60870-6 ), se utiliza para la comunicación entre estaciones maestras. Entre los estándares competidores se incluyen el protocolo Modbus, más antiguo , y el protocolo IEC 61850, más reciente.

Si bien la norma IEC 60870-5 aún estaba en desarrollo y no se había estandarizado, existía la necesidad de crear un estándar que permitiera la interoperabilidad entre los componentes SCADA de diversos proveedores para la red eléctrica. Así, en 1993, GE-Harris Canada (anteriormente conocida como Westronic) utilizó las especificaciones del protocolo IEC 60870-5, parcialmente completadas, como base para un protocolo abierto y de implementación inmediata, diseñado específicamente para satisfacer las necesidades de Norteamérica. Este protocolo está diseñado para permitir comunicaciones fiables en los entornos adversos a los que están sometidos los sistemas de automatización de las empresas eléctricas, y está específicamente diseñado para superar la distorsión inducida por la interferencia electromagnética (EMI), el envejecimiento de los componentes (cuya vida útil prevista puede extenderse durante décadas) y los medios de transmisión deficientes.

Dado que las aplicaciones de redes inteligentes generalmente presuponen el acceso de terceros a las mismas redes físicas y a la infraestructura IP subyacente de la red, se ha trabajado mucho para añadir funciones de autenticación segura al protocolo DNP3. El protocolo DNP3 cumple con la norma IEC 62351-5 . Algunos proveedores admiten el cifrado mediante el método bump-in-the-wire para comunicaciones seriales o redes privadas virtuales para comunicaciones basadas en el protocolo de Internet. Uno de los métodos bump-in-the-wire más populares comenzó originalmente como AGA-12 (American Gas Association) en 2003, y posteriormente se convirtió en la norma IEEE Std. 1711-2010 . Esta norma fue retirada posteriormente el 27 de marzo de 2014.

El protocolo DNP3 también se menciona en la norma IEEE Std. IEEE 1379-2000 , que recomienda un conjunto de buenas prácticas para la implementación de enlaces de comunicación modernos entre el maestro SCADA y la RTU/IED. Estas prácticas incluyen no solo el cifrado, sino también otras medidas que mejoran la seguridad frente a métodos de intrusión conocidos.

Se recomienda utilizar DNP3 con TLS (Transport Layer Security) de acuerdo con la norma IEC 62351-3.

El protocolo DNP3 posee características significativas que lo hacen más robusto, eficiente e interoperable que protocolos más antiguos como Modbus, a costa de una mayor complejidad.

En términos del modelo OSI para redes, DNP3 especifica un protocolo de capa 2. Proporciona servicios de multiplexación, fragmentación de datos, verificación de errores, control de enlaces, priorización y direccionamiento de capa 2 para datos de usuario. También define una función de transporte (similar a la de la capa 4 ) y una capa de aplicación ( capa 7 ) que define funciones y tipos de datos genéricos adecuados para aplicaciones SCADA comunes. La trama DNP3 se asemeja mucho a la trama FT3 de la norma IEC 60870-5, pero no es idéntica. Utiliza ampliamente códigos de verificación de redundancia cíclica para detectar errores.

La mejora en la eficiencia del ancho de banda se logra mediante la generación de informes de datos orientados a eventos . La Unidad Terminal Remota supervisa los puntos de datos y genera eventos cuando determina que deben informarse (por ejemplo, cuando cambia su valor). Estos eventos se almacenan en tres búferes, asociados a las clases 1, 2 y 3. Además, la clase 0 se define como el estado actual o estático de los datos supervisados.

La Unidad Terminal Remota se interroga inicialmente con lo que DNP3 denomina una "Consulta de Integridad" (una lectura combinada de datos de Clase 1, 2, 3 y 0). Esto provoca que la Unidad Terminal Remota envíe todos los eventos almacenados en búfer y también todos los datos de puntos estáticos a la estación maestra. Posteriormente, la estación maestra consulta los datos de eventos leyendo la Clase 1, la Clase 2 o la Clase 3. La lectura de todas las clases puede realizarse simultáneamente o a una velocidad diferente, lo que proporciona un mecanismo para establecer distintas prioridades de informes para las diferentes clases. Tras una Consulta de Integridad, solo se envían los cambios de datos significativos. Esto puede resultar en una recuperación de datos mucho más rápida que la consulta continua de todos los datos, independientemente de si han cambiado significativamente.

La unidad terminal remota también puede configurarse para que informe espontáneamente de los datos de clase 1, 2 o 3 cuando estén disponibles.

El protocolo DNP3 admite la sincronización horaria con una RTU. DNP3 dispone de variantes con marca de tiempo de todos los objetos de datos puntuales, de modo que, incluso con sondeos poco frecuentes de la RTU, es posible recibir suficientes datos para reconstruir una secuencia de eventos de lo ocurrido entre los sondeos.

El protocolo DNP3 cuenta con una amplia biblioteca de objetos comunes orientados a puntos. El objetivo de esta extensa biblioteca era eliminar la necesidad de mapear datos de bits sobre otros objetos, como suele hacerse en muchas instalaciones Modbus. Por ejemplo, se dispone de variantes de números de punto flotante, por lo que no es necesario mapear el número a un par de registros de 16 bits. Esto mejora la compatibilidad y elimina problemas como el orden de bytes .

Una Unidad Terminal Remota para el protocolo DNP3 puede ser un dispositivo integrado pequeño y sencillo, o un rack grande y complejo repleto de equipos. El Grupo de Usuarios de DNP ha establecido cuatro niveles de subconjuntos (o perfiles) del protocolo para la conformidad de las RTU. El Grupo de Usuarios de DNP ha publicado procedimientos de prueba de certificación de IED para los niveles de subconjunto 1, 2 y 3, ^{[ 1 ]} y procedimientos de prueba de la Estación de Control que verifican diversas funciones.

El IEEE adoptó DNP3 como IEEE Std 1815-2010 el 23 de julio de 2010. ^{[ 2 ]} IEEE Std 1815 fue copatrocinado por el Comité de Transmisión y Distribución y el Comité de Subestaciones de la Sociedad de Energía y Potencia del IEEE , con aportes adicionales del Grupo de Usuarios de DNP .

En abril de 2012, el IEEE aprobó la publicación de la norma IEEE 1815-2012 . La norma IEEE 1815-2010 quedó obsoleta. La versión de 2012 incluye características para la autenticación segura versión 5. La versión anterior de autenticación segura en la norma IEEE 1815-2010 solo utilizaba claves precompartidas . La nueva versión es compatible con la infraestructura de clave pública y facilita el cambio remoto de claves.

• 1379-2000 — Práctica recomendada del IEEE para comunicaciones de datos entre unidades terminales remotas y dispositivos electrónicos inteligentes en una subestación . 2001. doi : 10.1109/IEEESTD.2001.92412 . ISBN 978-0-7381-2639-5.
• Norma IEEE para comunicaciones de sistemas de energía eléctrica: protocolo de red distribuida (DNP3) . 2010. doi : 10.1109/IEEESTD.2010.5518537 . ISBN 978-0-7381-6312-3.
• Norma IEEE para comunicaciones de sistemas de energía eléctrica: protocolo de red distribuida (DNP3) . 2012. doi : 10.1109/IEEESTD.2012.6327578 . ISBN 978-0-7381-7292-7.

• Sitio web oficial