OSI a aplikacje dla przemysłu

W 1977 r. ISO (International Organization for Standardization) zgodziła się koordynować prace normalizacyjne, mające na celu ujednolicenie zasad przesyłania danych w sieciach komputerowych.

W 1977 r. ISO (International Organization for Standardization) zgodziła się koordynować prace normalizacyjne, mające na celu ujednolicenie zasad przesyłania danych w sieciach komputerowych. W wyniku tych prac w 1978 r. przedstawiono 7-warstwową Architekturę Systemów Otwartych, zwaną modelem odniesienia OSI (Open Systems Interconnections). Oficjalny dokument, ISO 7498-1, opublikowano w 1984 w Genewie. Stworzono w nim ramy ogólne, wskazując funkcje, jakie powinny być realizowane przez protokoły komunikacyjne kolejnych warstw. Model nie wskazywał (i nie wskazuje) konkretnych specyfikacji protokołów, jakie mają być użyte. OSI/ISO to, z założenia, model najogólniej opisujący proces komunikacji i starający się rozwiązać wszystkie problemy tego procesu w różnych zastosowaniach.

Kluczowym etapem procesu konstruowania standardów komunikacyjnych jest selekcja opcji, które będą zaimplementowane w produktach. Specyfikacje standardów są integralną częścią specyfikacji produktów zgodnych z OSI/ISO. Zgodność dwóch produktów z OSI/ISO nie gwarantuje jeszcze możliwości ich współpracy. Potrzeby użytkowników i realizowane konstrukcje doprowadziły więc do powstania wielu bazujących na OSI specyfikacji implementacyjnych protokołów szczególnego przeznaczenia: podzbiorów standardów OSI, wybranych opcji różnych protokołów dla każdej warstwy modelu. Do najbardziej znanych należą: GOSIP (Government OSI Profile), stworzony dla agencji rządowych USA (największego użytkownika sieci USA) i tam obowiązujący, U.K. GOSIP (analogiczny zestaw standardów dla agencji rządowych W. Brytanii) oraz MAP (Manufacturing Automation Protocol) i TOP (Technical and Office Protocol).

Podstawy MAP opracowano w General Motors Corp. z udziałem wielu firm, w tym Alcoa Corp., Boeing Co., Eastman Kodak, Hewlett-Packard, DEC i IBM, w obliczu zagrożenia powodowanego konkurencją przemysłu japońskiego i w dążeniu do automatyzacji obejmującej cały zakład przemysłowy: administrację, zarządzanie, projektowanie i produkcję. Poprawa efektywności i konkurencyjności przedsiębiorstwa produkcyjnego poprzez CIM, Computer Integrated Manufacturing, bazujące na sieci komputerowej z elementami pochodzącymi od wielu dostawców, miała się urzeczywistnić dzięki podstawowej technologii dostarczanej przez MAP. Również TOP powstał w procesie poszukiwania rozwiązań problemów firmy Boeing, głównie dla środowiska biurowego.

Jednym z założeń tej specyfikacji był dostęp do sieci MAP. (TOP nie przyjął się później i nie był szerzej implementowany, a jego miejsce zajął GOSIP.) Rozwiązania wymagały problemy, których źródłem była różnorodność technologii i niestandardowego sprzętu instalowanego w środowisku przemysłowym. Zadanie to postawiono przed powołaną w 1980 r. grupą badawczą GM MAP Task Force. W opracowaniu projektu w dużym stopniu wykorzystano istniejące rozwiązania standaryzacyjne wielu organizacji: ISO, ANSI, IEEE, CCITT. W latach 80. MAP był stale rozwijany i testowany w GM i innych dużych firmach, które realizowały pokazowe instalacje. Wersję 1.0 pokazano w 1984 r. (m. in. w implementacji na komputerze HP-1000). Jednocześnie powstała MAP Users Group, stowarzyszenie użytkowników i producentów: w USA a wkrótce potem w Europie.

W MAP wymagano transmisji szerokopasmowej i pewnego determinizmu reakcji systemu, a także możliwości transmitowania na dłuższe odległości. W warstwie fizycznej zalecono więc IEEE 802.4 token bus (metoda przekazywanego znacznika była więc stosowaną metodą dostępu do sieci), a połączenia realizowano z użyciem skrętki i światłowodów.

Brak istniejącego standardu (lub prac w tym zakresie) dla warstwy siódmej modelu OSI (warstwy aplikacji), umożliwiającego aplikacjom dostęp do sieci, realizującego potrzeby komunikacyjne związane z urządzeniami sterującymi w procesach produkcyjnych, zmusił GM Task Force do opracowania własnego "języka" MAP: Manufacturing Message Format Standard (MMFS, czytany memphis). MMFS stał się częścią wersji MAP 2.1, na podstawie której w 1985 r. w zakładach GM w Detroit (Michigan) zrealizowano pierwszą działającą w pełni instalację. Standardem MMFS zajmowało się już wówczas znane stowarzyszenie EIA (Electronic Industries Association) w celu nadania mu postaci akceptowalnej przez ISO. Tę nową wersję nazwano MMS (Manufacturing Message Specification) i opisano w dwóch identycznych dokumentach: RS-511 i ISO 9506. W uznanej za dojrzałą wersji 3.0 MAP, która pojawiła się w 1988 r., zawarty w niej MMS zawierał już status ISO Draft International Standard, po kilku etapach procesu standaryzacji. Z pewnymi zmianami MMS stał się później standardem międzynarodowym (ISO/IS). W tym samym czasie (1988) ISO i CCITT zakończyły wspólne prace nad innym podstawowym elementem MAP: directory services, opublikowanym w dokumentach CCITT/X.500 i ISO/IS 9594. Jednocześnie status standardu międzynarodowego uzyskał FTAM (ISO 8571) rozwiązujący problem różnorodności struktur systemów plików w różnych systemach rozproszonych.

Ostatecznie, za trzy główne protokoły i rodziny usług w MAP przyjęto:

* Manufacturing Message Specification (MMS), przeznaczone do komunikowania się i monitorowania maszyn biorących udział w produkcji, np. czytania zmiennych zawierających informacje o stanie sterowników, obrabiarek sterowanych numerycznie lub robotów;

* File Transfer, Access and Management (FTAM), służący do manipulacji (transferu, zarządzania i innych usług) zbiorami w zdalnych systemach;

* ISO/CCITT X.500 Directory Services, kartoteka z usługami wywoływanymi poprzez FTAM i MMS, umożliwiająca wyszukiwanie adresów aplikacji lub zasobów na innych systemach lub urządzeniach.

Protokoły te wykorzystywane były również w modelu TOP, gdzie ponadto proponowano wiele innych protokołów, a w tym:

* Virtual Terminal (VT), pozwalający na implementację różnego typu terminali wirtualnych

* Message Handling Systems (MHS), umożliwiający realizację poczty elektronicznej, bazujący na protokole X.400 (CCITT).

Znaczącym świadectwem narodzin MAP była wielka prezentacja działania Enterprise Networking Event zorganizowana przez użytkowników i producentów w 1988 r. w Baltimore. Po opublikowaniu specyfikacji MAP v3.0 GM przekazała kierowanie dalszymi pracami rozwojowymi nad MAP organizacji MAP/TOP User Group, która powstała w wyniku silnych tendencji zjednoczeniowych użytkowników i producentów MAP i TOP. Samo GM nie porzuciło MAP, tworząc konsorcja z różnymi firmami pracujące nad różnymi projektami szczegółowymi, mającymi doprowadzić do powstania produktów (np. modemu) zgodnych z MAP, konkretnie potrzebnych użytkownikom i tanich. Z dużym powodzeniem zautomatyzowano wiele zakładów GM. Kilka z nich jest całkowicie (i wyłącznie) zależnych od MAP. Ocenia się, że wysoka cena produktów zgodnych z MAP była (i jest dotychczas) jednym z zasadniczych powodów niewielkiego rozpowszechnienia tych rozwiązań. Istotnym czynnikiem ograniczającym była duża popularność innych rozwiązań komunikacyjnych instalowanych w środowisku przemysłowym: DECnet, TCP/IP, Novell NetWare.

Już w 1989 r. usługi zgodne z MAP v3.0 były dostępne na komputerach HP-9000 Serii 800: HP OSI Express MAP 3.0 Link, HP OSI Transport Services/9000, HP MAP 3.0 FTAM (API) i na komputerach HP-3000 serii 900: HP FTAM 3000/XL. DEC zaoferował implementację MMS na komputerach VAX (DEComni) oraz protokoły DECnet/OSI dla systemu Ultrix. IBM zaproponował oprogramowanie z MMS dla komputerów PC z OS/2 oraz mainframe z systemem VM (w obu wersjach oprogramowanie jest ładowane do pamięci specjalnej karty rozszerzającej). Novell NetWare FTAM (zestaw modułów NLM dla systemu NetWare v3.11, oferowany od 1991) jest OSI FTAM-serwerem (tzw. responderem) umożliwiającym FTAM-klientom (tzw. inicjatorom) dostęp do plików systemu NetWare. Inne dostępne narzędzia i interfejsy programistyczne (API) dopiero teraz pojawiają się na rynku. Dostępne są m.in.:

* Factorylink firmy U.S. Data Corp. (dla systemów unixowych, VMS, DOSowych, pracuje z protokołami MAP, TCP/IP, DECnet, IPX/SPX);

* AtFactory firmy Lotus (pracuje z protokołami MAP, umożliwia zbieranie danych z urządzeń pomiarowych i automatów oraz automatyczne przekazywanie ich do arkuszy kalkulacyjnych 1-2-3);

* EasyMAP firmy Procos A/S z Danii (pracuje z protokołami MAP, IPX/SPX oraz innymi).

Prace nad zbliżeniem (i integracją) MAP i GOSIP mają być zachętą dla nowych producentów i nowych użytkowników MAP oraz również obniżyć ceny produktów. Inne próby, to "odchudzanie" i przyspieszanie MAP. Jedna z nich podjęta była jeszcze w 1987 r. przez pierwszych twórców MAP i miała doprowadzić do tzw. Mini-MAP. Inna, to obecne prace COS (Corporation for Open Systems, amerykańskiej organizacji zajmującej się testowaniem i rozwojem standardów zgodnych z OSI) nad "odchudzonym OSI" (Skinny Stack OSI). Nowy zestaw ma być łatwy i tani w implementacji i w użytkowaniu, nie będzie obejmował wszystkich funkcji modelu OSI z warstwy sesji, prezentacji i aplikacji, w tym podobnie jak TCP/IP, standardu ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) rozwiązującego różnice formatowania między różnymi komputerami.

Aby ułatwić konstruowanie aplikacji opartych na usługach sieciowych (warstwy aplikacji modelu OSI) ISO opracowało standard ALS (Application Layer Structure) obejmujący terminologię, koncepcje i strukturę dla tych usług. W terminologii ALS, aplikacja, to application process. Składa się na nią jedna lub wiele komponent zwanych application entities. Każdą z tych komponent jest usługą sieciową, jakimi są Directory Services, czy transfer plików oparty na jednym lub więcej protokołach komunikacyjnych, zwanych tutaj Application Service Elements (ASE). Przykładami ASE są: MMS, X.500, ACSE, ROSE.

ACSE (Application Control Service Element, według specyfikacji ISO 8649 z 1987 r.) jest protokołem warstwy aplikacji służącym do ustanawiania i kontroli powiązań między aplikacjami pracującymi na tym samym lub różnych systemach, służącym im do wymiany parametrów. Jest on elementem każdej aplikacji w modelu ALS. Inne ASE udostępniają funkcje specyficzne dla danej aplikacji. Natomiast ROSE (Remote Operation Service Entity) pozwala na interakcyjną współpracę aplikacji na odległych systemach. Zatem różne ASE o zgodnych interfejsach mogą być łączone dając application entity, będące specyficzną usługą sieciową. Z jednej lub więcej takich usług można zbudować aplikację (application process).

FTAM zdefiniowany jest w trzech częściach: Virtual File Store (VFS), usługi i protokół. VFS jest najistotniejszą częścią FTAM i definije wspólny (wirtualny, symulowany) system plików wraz z dozwolonymi akcjami, jakie mogą być podjęte na wirtualnych plikach, ich atrybutami oraz strukturą. Każda implementacja FTAM odpowiedzialna jest za odwzorowanie VFS na mechanizmy udostępniane przez jej system plików. Do standardowych akcji na plikach należą: create, delete, open, close, itd., a także czytanie lub zmiana ich artybutów, czytanie i zapisywanie całych plików lub ich fragmentów. Obszerny zestaw atrybutów plików obejmuje: nazwę, typ, akcje, jakie można wykonać, ograniczenia w dostępie (w tym hasła, accounting, blokowanie dostępu (locking)), informację o historii działań. VFS używa bardzo ogólnego modelu do opisu struktury wszystkich plików, w którym wirtualny plik jest uporządkowanym drzewem dowolnej długości. Format, w jakim informacja jest przesyłana, jest podany w standardowej notacji ASN.1.

Usługi dostępne w FTAM pozwalają użytkownikowi na nawiązanie, zakończenie lub zerwanie połączenia i na wszystkie możliwe akcje na plikach. Porządek, w jakim można wykonać te usługi jest zdefiniowany w protokole komunikacyjnym FTAM. Protokół pracuje w trybie połączeniowym i zgodnie z modelem klient/serwer (tutaj: inicjator/responder). Użytkownik (inicjator) wysyła zlecenia do konkretnego serwera (respondera), który mogąc obsługiwać jednocześnie wielu użytkowników, dokonuje operacji na wirtualnym systemie plików.

X.500 opisuje architekturę, zebrane informacje i realizowane operacje. Architektura (directory model) definiuje dwa elementy modelu: directory user agent (DUA) i directory system agent (DSA). Zestaw (skład) informacji o obiektach tworzy kartotekę, trzeci element tego modelu. Czwartym elementem jest użytkownik kartoteki, którym może być użytkownik albo aplikacja, w jednym lub różnych systemach. Operacje (directory services) są wykonywane na kartotece. Użytkownik, aby wykonać operację posługuje się DUA, które go reprezentuje. Kartotekę reprezentuje jeden lub więcej DSA, którego zadaniem jest komunikowanie się z DUA i udostępnianie im informacji zawartych w kartotece. Jeśli kartotekę reprezentuje więcej niż jedno DSA, to informacja kartoteki jest między nie dzielona, ale również wzajemnie wymieniana poprzez sieć. Mówimy wówczas o kartotece rozproszonej.

Informacja (model informacyjny) zdefiniowany jest w czterech obszarach:

- baza informacji kartoteki (Directory Information Base)

- zapis kartoteki

- nazwy

- schemat kartoteki. Ogół danych zawartych w kartotece nazywa się bazą informacji. Dane te dotyczą obiektów. Obiekty są identyfikowane poprzez nazwy i są głównym celem naszych zainteresowań. Obiekt umieszczony w kartotece nazywa się zapisem w kartotece. Zapisy są logicznie uporządkowane w strukturę drzewa, którego wierzchołki stanowią. Określa to między nimi zależność typu rodzic/potomek. Informacja w pojedynczym zapisie jest dzielona na atrybuty. Obiekty (zapisy) o wspólnym podzbiorze artybutów są grupowane w klasy obiektów. Schemat kartoteki jest zestawem definicji i reguł dotyczących wszystkich zapisów i atrybutów. Mogą one, np. wskazywać, który zapis może być potomkiem innego lub które atrybuty mogą być użyte do rozróżniania zapisów (naming attributes).

Przewidziane są trzy typy operacji (usług) na kartotece:

- autoryzacja użytkownika (bind, unbind lub login, logout)

- pozyskanie danych (read, compare, list, search)

- manipulacje na danych (add, modify, rename, remove).

Fragmenty standardu X.500 znalazły się w realizacji NetWare Directory Services, jednego z najistotniejszych rozszerzeń nowej wersji systemu sieciowego Novell NetWare (4.0 i 4.1).)

MMS definiuje zawartość komunikatów wysyłanych w sieci między urządzeniami. Specyfikacja MAP v3.0 zawiera także opis biblioteki procedur umożliwiających użytkownikowi wysyłanie i odbiór komunikatów w jego aplikacjach. W MMS przewiduje się dziesięć rodzajów usług, dotyczących specyficznych zadań lub obszarów kontroli. Są to m.in.: ustanowienie i obsługa połączenia, monitorowanie statusu urządzenia, przesyłanie i ładowanie (oraz rozładowywanie) na zdalnych urządzeniach plików wykonywalnych (programów sterujących), zdalne sterowanie, tworzenie zmiennych i dostęp do nich, obsługa wirtualnego urządzenia produkcyjnego (Virtual Manufacturing Device), zawierającego charakterystykę kontrolowanego urządzenia.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200