DNP3 پروٹوکول: فن تعمیر، ورکنگ، فنکشن کوڈز، ڈیٹا فارمیٹ اور اس کی ایپلی کیشنز

DNP3 یا تقسیم شدہ نیٹ ورک پروٹوکول 3 کو 1992 میں ایک جاپانی کارپوریشن نے تقسیم شدہ نظاموں کے درمیان مواصلات کے لیے ایک پروٹوکول قائم کرنے کے لیے شروع کیا تھا۔ DNP3 نیٹ ورک پر مبنی ڈیوائس کنٹرول پروٹوکول ہے جو ایک ڈیوائس اور ریموٹ ان پٹ / آؤٹ پٹ ڈیوائس کے درمیان رابطے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ پروٹوکول بنیادی طور پر آبجیکٹ اورینٹڈ ماڈل پر منحصر ہے جو ڈیٹا بٹ میپنگ کو کم کرتا ہے جو عام طور پر دوسرے کم آبجیکٹ اورینٹڈ پروٹوکول کے لیے درکار ہوتا ہے۔ یہ بنیادی طور پر مرکزی ماسٹر اسٹیشنوں کے ساتھ ساتھ تقسیم شدہ ریموٹ یونٹوں کے درمیان استعمال ہوتا ہے جہاں مرکزی ماسٹر اسٹیشن انسانی نیٹ ورک مینیجر کے ساتھ ساتھ نگرانی کے نظام کے درمیان ایک انٹرفیس کے طور پر کام کرتا ہے۔ تقسیم شدہ ریموٹ یونٹ ماسٹر اسٹیشن اور دور دراز علاقوں میں مشاہدہ اور کنٹرول کیے جانے والے جسمانی آلات کے درمیان انٹرفیس ہے۔ ان دونوں کے درمیان ڈیٹا کا تبادلہ عام آبجیکٹ لائبریری کے ذریعہ کیا جاسکتا ہے۔ اس مضمون میں ایک جائزہ پر بحث کی گئی ہے۔ DNP3 پروٹوکول - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

DNP3 پروٹوکول کیا ہے؟

مواصلاتی پروٹوکول کا سیٹ جو عمل آٹومیشن سسٹم کے اندر مختلف اجزاء کے درمیان استعمال ہوتا ہے اسے DNP3 پروٹوکول کہا جاتا ہے۔ یہ پروٹوکول بنیادی طور پر مختلف قسم کے ڈیٹا کے حصول اور کنٹرول آلات کے درمیان مواصلاتی مقاصد کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ تو میں SCADA سسٹمز یہ پروٹوکول ایک ضروری کردار ادا کرتا ہے جب اسے RTUs، SCADAs، اور IEDs کے ذریعے استعمال کیا جاتا ہے۔

DNP3 پروٹوکول آرکیٹیکچر اور اس کا کام کرنا

DNP3 ایک تیسرا ورژن تقسیم شدہ نیٹ ورک پروٹوکول ہے۔ اس میں ایک انٹیگریٹی پول اور تین پولنگ لیولز ہیں، جہاں انٹیگریٹی پول کا استعمال ایک پول میں ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

DNP3 نیٹ ورک آرکیٹیکچر یونی کاسٹ، ملٹی ڈراپ، اور ڈیٹا کنیکٹر/ہیرارکیکل آرکیٹیکچر ہوسکتا ہے۔

یونی کاسٹ فن تعمیر: اسے ون ٹو ون فن تعمیر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، یہاں ماسٹر اسٹیشن صرف ایک آؤٹ سٹیشن سے بات چیت کر سکتا ہے، جبکہ ملٹی ڈراپ فن تعمیر ماسٹر اسٹیشن ایک سے زیادہ آؤٹ سٹیشن ڈیوائسز کے ساتھ بات چیت کر سکتا ہے جس کا مطلب ہے کہ یہ متعدد آؤٹ سٹیشن ڈیوائسز کے ساتھ بات چیت کر سکتا ہے۔ ڈیٹا کنیکٹر/ہیرارکیکل فن تعمیر ملٹی ڈراپ اور یونی کاسٹ آرکیٹیکچرز کا مجموعہ ہے۔

DNP3 مواصلاتی پروٹوکول عام طور پر الیکٹرک یوٹیلیٹیز، پانی اور سیوریج، تیل اور گیس، نقل و حمل، اور دیگر SCADA ماحول کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ آپ کو حقیقی وقت میں اور تاریخی طور پر اہم سطحوں کو دیکھنے کی اجازت دیتا ہے، جو کہ درجہ حرارت، نمی، بیٹری کی سطح، وولٹیج، ایندھن کی سطح وغیرہ ہو سکتی ہے۔ اور ناکاریاں.

DNP3 پروٹوکول کی ڈیزائننگ OSI ماڈل کی تہوں جیسے ڈیٹا لنک، ٹرانسپورٹ، ایپلی کیشن اور یوزر لیئر کی بنیاد پر کی جا سکتی ہے۔ اس پروٹوکول میں سیریل کے ساتھ ساتھ ایتھرنیٹ فزیکل میڈیا کے اوپر کم از کم ایک یا اس سے اوپر آؤٹ سٹیشنز کے ذریعے سنگل ماسٹر کو جوڑنے کی لچک ہے۔
دیگر ممکنہ آرکیٹیکچرز بنیادی طور پر ایک ہی آؤٹ سٹیشن اور پیئر ٹو پیئر آپریشنز کے ساتھ مختلف ماسٹر کنکشن پر مشتمل ہوتے ہیں۔ عام طور پر، ماسٹر ان آلات سے ڈیٹا کی درخواست کرنے یا ان کو چالو کرنے کے لیے کنٹرول کمانڈز شروع کرتا ہے جن کا انتظام آؤٹ سٹیشن سے ہوتا ہے۔ یہ آؤٹ سٹیشن مناسب معلومات کی ترسیل کے ذریعے ماسٹر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔

OSI ماڈل کی بنیاد پر، DNP3 پروٹوکول میں چار لیئرز ڈیٹا لنک، ٹرانسپورٹ فنکشن، ایپلیکیشن اور یوزر لیئر شامل ہیں۔ یہاں، نچلے حصے میں ڈیٹا لنک لیئر ایڈریس اور غلطی کا پتہ لگا کر فزیکل لنک کو مزید قابل اعتماد بنائے گی۔ ٹرانسپورٹ فنکشن آسانی سے لنک لیئر کے فریموں کو ایپلی کیشن لیئر کے ٹکڑوں میں جمع کرتا ہے۔ یہ پرت پورے پیغام کو لیتی ہے اور بتاتی ہے کہ مندرجہ بالا یوزر لیئر پر کون سا ڈیٹا ترجیح دی جاتی ہے۔ ہر پیغام میں کئی قسم کے ڈیٹا ہو سکتے ہیں جیسے اینالاگ، بائنری اور کاؤنٹر ان پٹس اور آؤٹ پٹ۔

DNP3 پروٹوکول کیسے کام کرتا ہے؟

DNP3 پروٹوکول صرف 27 بنیادی فنکشن کوڈز استعمال کر کے کام کرتا ہے تاکہ ماسٹر سٹیشنوں اور ریموٹ یونٹوں کے درمیان رابطے کی اجازت دی جا سکے۔ تاکہ کچھ فنکشن کوڈز ماسٹر کو ریموٹ ڈیوائس سے معلومات کی درخواست کرنے اور حاصل کرنے کی اجازت دیں اور دوسرے فنکشن کوڈز ماسٹر کو ریموٹ یونٹ کی ترتیب کا فیصلہ کرنے یا درست کرنے کی اجازت دیں گے۔

کئی فنکشن کوڈز بنیادی طور پر DNP3 ماسٹر اسٹیشن میں آلات یا ریموٹ یونٹ کو ریموٹ سائٹس پر کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ DNP3 ماسٹر اسٹیشن DNP3 کے ریموٹ ڈیوائس پر زیادہ تر مواصلات جاری کرتا ہے۔ لیکن، غیر منقولہ پیغام (o/p پیغام) ایک ریموٹ یونٹ کے ذریعے شروع کیا جاتا ہے، اور یہ ایک الارم پیدا کرتا ہے۔ تاکہ الارم ہونے کے بعد یہ پیغام ماسٹر کو الرٹ دیتا ہے۔

فنکشن کوڈز

DNP3 کے فنکشن کوڈز میں درج ذیل شامل ہیں۔

DNP3 پیغام کی شکل

DNP3 کا میسج فارمیٹ ڈھانچہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اگر ہم اس ڈھانچے کا جائزہ لیں تو ہم دیکھ سکتے ہیں کہ پیغامات کا تبادلہ ماسٹرز اور ریموٹ کے درمیان ہوتا ہے۔ سیریل ٹیلی میٹری پروٹوکول (TBOS) بات چیت کے لیے ایک بائٹ کا تبادلہ کرکے بائٹ پر مبنی ہے۔

توسیعی سیریل ٹیلی میٹری پروٹوکول جیسے ٹی اے بی ایس پیکٹ پر مبنی بائٹس کے پیکٹ کے ساتھ ہوتے ہیں جن کا تبادلہ مواصلت کے لیے کیا جاتا ہے۔ ان پیکٹوں میں عام طور پر ہیڈر، ڈیٹا اور چیکسم بائٹس شامل ہوتے ہیں۔ DNP3 پروٹوکول پیکٹ پر مبنی ہے اور اس نے پیکٹ کے ڈھانچے کو استعمال کیا ہے جو درج ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔

مندرجہ بالا میسج فارمیٹ ڈایاگرام میں، DNP3 ASDU (ایپلی کیشن سروس ڈیٹا یونٹ) ہوشیار مواد کی ایڈجسٹمنٹ کے لیے قابل قدر ہے جو کوالیفائرز کے ساتھ ساتھ انڈیکس سائز فیلڈز دونوں کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ لہذا یہ ڈیزائن لچکدار کنفیگریشن کے اندر ایپلیکیشن ڈیٹا کو قابل رسائی بنائے گا۔

اب آئیے اس بات پر بات کرتے ہیں کہ ڈیٹا کا تبادلہ خاص طور پر تہہ دار مواصلاتی ماڈل میں کیسے ہوتا ہے۔
اوپر دیے گئے خاکے میں ایپلیکیشن لیئر ASDU (ایپلی کیشن سروس ڈیٹا یونٹ) اور APCI (ایپلی کیشن پروٹوکول کنٹرول) بلاک کے ذریعے پیک شدہ آبجیکٹ کو یکجا کر کے APDU (ایپلیکیشن پروٹوکول ڈیٹا یونٹ) بناتی ہے۔

ٹرانسپورٹ لیئر ایپلی کیشن سروس ڈیٹا یونٹ یا APDU کو زیادہ سے زیادہ 16 بائٹس سائز کے ساتھ مختلف حصوں میں توڑ دے گی اور انہیں 8 بٹ ٹرانسپورٹ کنٹرول ہیڈر اور 16 بٹ سیگمنٹ CRC سیپریٹرز کے ذریعے ٹرانسپورٹ فریم میں تقسیم کر دے گی۔

لنک پرت کو 4-پرت کے ماڈل کے ساتھ میپ کیا گیا ہے جو DoD انٹرنیٹ پرت کے ذریعے DoD (محکمہ دفاع) کے ذریعے تیار کیا گیا ہے۔ اگر سیریل ٹرانسپورٹ کا استعمال کیا جاتا ہے، تو پیکٹ اسمبلی کی جاتی ہے اور ترسیل کے لیے ٹرانسپورٹ میڈیا پر واقع ہوتی ہے۔

اگر پیکٹ کو LAN یا WAN پر منتقل کیا جاتا ہے، تو 3 DNP3 تہوں کو پہلی پرت میں لپیٹ دیا جاتا ہے۔ جو پیکٹ اسمبل کیا جاتا ہے اسے TCP (ٹرانسپورٹ کنٹرول پروٹوکول) کے اندر نقل و حمل کی تہہ کے ذریعے لپیٹا جا سکتا ہے جو کہ انٹرنیٹ پرت کے ذریعے IP (انٹرنیٹ پروٹوکول) کے اندر لپیٹا جاتا ہے۔ UDP (یوزر ڈیٹاگرام پروٹوکول) کو بھی استعمال کیا جا سکتا ہے لیکن پیکڈ نیٹ ورکس کے اندر قابل اعتماد ترسیل سے منسلک کچھ اضافی مسائل پیش کرتا ہے۔

DNP3 ڈیٹا فارمیٹ

DNP مرکزی اسٹیشن اور کنٹرول یونٹس کے درمیان گزرنے والے پیغام کو کنٹرول کرنے میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ DNP3 کے ڈیٹا فارمیٹ میں بنیادی طور پر دو حصے ہیڈر اور ڈیٹا سیکشن شامل ہیں۔ مزید، ہیڈر کو چھ ذیلی حصوں میں الگ کیا گیا ہے۔

ڈیٹا فریم کا فارمیٹ اور ہر فیلڈ کا ضروری سائز مندرجہ بالا تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ اس خاکہ میں، Sync پہلا فیلڈ ہے جو 1 بائٹ ہے اور یہ فریم کے آغاز کی وضاحت کرتا ہے۔
یہ فیلڈ ویلیو 0564 پر طے کی گئی ہے، اس لیے ایک بار Sync فیلڈ پوزیشن کی جانچ کر کے ایک فریم موصول ہو جائے تو پھر نقشہ سازی کو مؤثر طریقے سے کیا جا سکتا ہے۔

فیلڈ کی لمبائی پورے فریم کی لمبائی فراہم کرتی ہے تاکہ آنے والے فریموں کو رکھنے کے لیے منزل پر ایک خاص بفر تفویض کیا جا سکے۔ لہذا دوسرا فریم 'کنٹرول فیلڈ' ہے جو وصول کنندہ کے آخر میں مطلوبہ کنٹرول ایکشن کی وضاحت کرتا ہے۔

کنٹرول فیلڈ میں ایکشن کی قسم کی بنیاد پر ہیکس ویلیو 41 بصورت دیگر 42 شامل ہوگی۔ اس کے بعد، منزل اور سورس ایڈریس فیلڈ مطلوبہ وصول کنندہ کے پتے اور بھیجنے کا نوڈ فراہم کرے گا۔
CRC یا سائکلک ریڈنڈنسی چیک آخری فیلڈ ہے جو فریم کی غلطی کی تصدیق میں مدد کرے گی۔ ترسیل کے وقت ایک چیک ویلیو پیغام سے منسلک ہوتی ہے جس کی وصولی کے اختتام پر تصدیق کی جائے گی۔ ایک بار جب یہ قدر مماثل ہو جاتی ہے، تو یہ فریم کے اندر غلطی کی عدم موجودگی کی وضاحت کرتا ہے۔ ڈیٹا کا سیکشن 2 سے 4 بائٹس کا ہے تاہم اس کا پیغام گزرنے کو کنٹرول کرنے میں کوئی کردار نہیں ہے۔

مندرجہ بالا اعداد و شمار DNP3 کی شکل میں ایک اسٹیشن سے دوسرے اسٹیشن تک منتقل ہونے والے کنٹرول پیغام کو دکھاتا ہے جیسے کنٹرول سے منزل تک۔ منازل تک مختلف اعمال کے مواصلت کے لیے، فیلڈز جیسے کنٹرول فیلڈ کے ساتھ ساتھ منزل کا پتہ جبکہ کچھ فیلڈز تمام مواصلات کے لیے تبدیل نہیں ہوں گے۔

DNP3 مانیٹرنگ سسٹم کی مثال

DNP3 ماسٹر اور ریموٹ مانیٹرنگ سسٹم کا خاکہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ یہ ماڈل DNP3 کا استعمال کرتے ہوئے ماسٹر اور ریموٹ جیسے دو آلات کے درمیان ڈیٹا کی منتقلی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

DNP3 ماسٹر اور ریموٹ مانیٹرنگ سسٹم کا خاکہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ یہ ماڈل DNP3 کا استعمال کرتے ہوئے ماسٹر اور ریموٹ جیسے دو آلات کے درمیان ڈیٹا کی منتقلی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہاں آقا کمپیوٹر ہے اور غلام یا ریموٹ آؤٹ سٹیشن ہے۔ منتقل شدہ ڈیٹا یا تو جامد ڈیٹا، ایونٹ ڈیٹا اور غیر منقولہ ایونٹ ڈیٹا کو قبول کرتا ہے۔

DNP3 پروٹوکول عام طور پر ماسٹر (کمپیوٹر) اور ریموٹ (آؤٹ سٹیشن) کے درمیان استعمال ہوتا ہے۔ یہاں، ماسٹر کو انسانی نیٹ ورک مینیجر کے ساتھ ساتھ مانیٹرنگ سسٹم کے درمیان ایک انٹرفیس فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ریموٹ ماسٹر کے ساتھ ساتھ فزیکل ڈیوائس کے درمیان انٹرفیس فراہم کرتا ہے جس پر کنٹرول یا نگرانی کی جارہی ہے۔

ماسٹر اور ریموٹ دونوں ڈیٹا کے تبادلے کے لیے مشترکہ اشیاء کی لائبریری کا استعمال کرتے ہیں۔ یہاں ڈیٹا ہے DNP3 پروٹوکول ایک پولڈ پروٹوکول ہے جس میں ایسی صلاحیتیں شامل ہیں جو احتیاط سے ڈیزائن کی گئی ہیں۔ ایک بار جب ماسٹر سٹیشن ریموٹ سے منسلک ہو جاتا ہے، تو پھر ایک انٹیگریٹی پول کیا جا سکتا ہے جو DNP3 کو ایڈریس کرنے کے لیے بہت اہم ہے کیونکہ ڈیٹا پوائنٹ کے لیے وہ تمام بفر شدہ ویلیو واپس کر دیتے ہیں اور پوائنٹ کی موجودہ ویلیو کو بھی شامل کرتے ہیں۔

عام طور پر، DNP3 ڈرائیور مختلف پولز کو معمول کے مطابق انجام دے سکتے ہیں جیسے کہ انٹیگریٹی پول، کلاس 1، کلاس 2، اور کلاس 3۔ انٹیگریٹی پول میں، DNP3 صرف آؤٹ سٹیشن سے اپنی کلاس 1، کلاس 2 اور کلاس 3 کو منتقل کرنے کی درخواست کرتا ہے۔ واقعہ کا ڈیٹا اور کلاس 0 کا جامد ڈیٹا تاریخی ترتیب کے اندر۔ ایک انٹیگریٹی پول عام طور پر DNP3 ماسٹر اور غلام کے ڈیٹا بیس کو سنکرونائز کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اور اس طرح پول کی سست شرح مختص کی جاتی ہے۔ عام طور پر، کلاس 1، کلاس 2 اور کلاس 3 کے پولز کا استعمال انفرادی کلاس ایونٹس کو تبدیل کرنے والی شرحوں پر بازیافت کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے ان ایونٹس کی اہمیت کی بنیاد پر ان کلاسوں کو زیادہ اہم واقعات تفویض کیے جاتے ہیں جن کی پولنگ کی شرح تیز ہوتی ہے۔

DNP3 اور IEC 61850 کے درمیان فرق

DNP3 اور IEC 61850 کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

DNP3 اور Modbus کے درمیان فرق

DNP3 اور Modbus کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

DNP3 فوائد اور نقصانات

دی DNP3 پروٹوکو کے فوائد میں درج ذیل شامل کرتا ہوں۔

• DNP3 ایک کھلا معیاری پروٹوکول ہے، اس لیے کوئی بھی ڈیزائنر DNP3 کا سامان ڈیزائن کر سکتا ہے جو دوسرے DNP3 آلات سے اچھی طرح مماثل ہو۔
• DNP3 ذہین اور مضبوط پروٹوکول کی وجہ سے بہت سی صلاحیتیں فراہم کرتا ہے۔
• یہ ایک پیغامات کے اندر متعدد ڈیٹا اقسام کے ذریعے درخواست اور جواب دے سکتا ہے۔
• یہ کئی ماسٹر اور پیئر ٹو پیئر آپریشنز کی اجازت دیتا ہے۔
• یہ معیاری وقت کی شکل اور وقت کی مطابقت پذیری کی حمایت کرتا ہے۔
• سافٹ ویئر کے اخراجات کم ہوں گے۔
• پروٹوکول مترجم کے لیے کوئی ضرورت نہیں۔
• کم دیکھ بھال اور جانچ۔

DNP3 پروٹوکول کے نقصانات میں درج ذیل شامل ہیں۔

DNP3 سیریل RTU استعمال کرتا ہے اور اسے ایتھرنیٹ RTU (ERTU) کے ذریعے اپ گریڈ کرتا ہے۔ اگر اس اسٹیشن تک کمیونیکیشن چینل کی بینڈوتھ کو بھی بہتر نہیں کیا گیا ہے، تو صارف کے پاس TCP/IP کے ذریعے DNP3 کو لپیٹنے میں لاگو اوور ہیڈ کی وجہ سے ایک سست لنک ہوگا۔

DNP3 ایپلی کیشنز

دی DNP3 ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• DNP3 پروسیس آٹومیشن سسٹم کے اندر مختلف آلات کو بات چیت کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
• مختلف یوٹیلیٹی کمپنیاں اس پروٹوکول کو گیس، الیکٹریکل اور واٹر ٹیلی میٹری سسٹم کے لیے استعمال کرتی ہیں۔
• یہ SCADA کمیونیکیشنز میں استعمال ہوتا ہے۔
• DNP3 کمیونیکیشن پروٹوکول ریموٹ اور SCADA مانیٹرنگ سسٹمز میں استعمال ہوتا ہے۔
• یہ پورے SCADA ماحول میں لاگو ہوتا ہے جس میں ماسٹر سے لے کر ریموٹ تک اور RTU سے لے کر IED کمیونیکیشن تک اور نیٹ ورک ایپلی کیشنز میں بھی شامل ہے۔

اس طرح، یہ سب کے بارے میں ہے DNP3 پروٹوکول کا ایک جائزہ - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔ دی DNP3 پروٹوکول کی تفصیلات بنیادی طور پر آبجیکٹ ماڈل پر منحصر ہے۔ لہذا یہ ماڈل صرف ڈیٹا بٹ میپنگ کو کم کرتا ہے جو عام طور پر دوسرے کم آبجیکٹ پر مبنی پروٹوکول کے ساتھ ضروری ہوتا ہے۔ SCADA تکنیکی ماہرین اور انجینئرز کے لیے، کچھ پہلے سے طے شدہ اشیاء کا ہونا DNP3 کو مزید آرام دہ ڈیزائن اور تعیناتی فریم ورک بنا دے گا۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے کہ پروٹوکول کیا ہے؟