Аналитическая оценка работы протоколов WebSocket и WebTransport для класса SCADA-систем, работающих в рамках интрасети

Цель исследования. В последние годы веб-технологии стали активно применяться во многих системах по управлению технологическими процессами, в том числе и в SCADA. Подобные системы позволяют осуществлять непрерывный мониторинг за объектом испытания в режиме реального времени. В связи с этим возникает необходимость частой передачи данных для их дальнейшего отображения. Для решения этой задачи используются сетевые протоколы, которые продолжают стремительно развиваться и по сей день.

Материалы и методы. SCADA-системы применяются во многих отраслях промышленности: авиации, наземном транспорте, ракетно-космической технике, системах приема и обработки телеметрической информации. Среди них выделяется класс SCADA-систем, работающих в рамках интрасети. Это может быть внутренняя сеть предприятия, ангар или небольшой тестовый стенд для отслеживания показателей измерительной аппаратуры. Поэтому сегодня, как никогда, важны открытые и общедоступные материалы, для понимания современных сетевых решений, позволяющих сократить временные затраты по вопросам передачи данных и их дальнейшей визуализации. Подобные сведения будут представлять особую ценность для студентов, изучающих сетевые и веб-технологии.

Результаты. В результате исследований с учетом ограничений разрабатываемой SCADA-системы и сети определены временные характеристики для протоколов WebSocket и WebTransport, а также предлагается наиболее оптимальное решение для типовой нагрузки. В представленной работе рассматриваются вопросы передачи данных между клиентской и серверной частью для класса SCADA-систем, работающих в рамках интрасети. В связи с этим предлагается рассмотреть два наиболее подходящих для данной задачи решения. Это сетевые протоколы прикладного уровня модели OSI: WebSocket и WebTransport. Кроме того, учитываются протоколы транспортного уровня (TCP и QUIC), поскольку они также могут влиять на временные характеристики.

Вопросы передачи данных рассматриваются в контексте системы отображения и мониторинга данных SCADA-системы. Серверная часть разработана с использованием C#, а клиент – при помощи JavaScript. Проводится ряд экспериментов для граничных случаев и типовой нагрузки, на основе которых определяется зависимость времени передачи данных от их объема.

Заключение. Приведенный в работе подход по сбору сетевого трафика и анализу временных характеристик также будет полезен в рамках учебного процесса для обучения студентов по курсам «Компьютерные сети» и «Интернет-технологии».

1. Долганов А. В., Минигалиев Г.Б., Елизаров В.В. Интерактивные системы проектирования и управления. Нижнекамск: Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2014. 196 c.

2. Варламов И. Г. SCADA нового поколения. Эволюция технологий – революция системостроения // Автоматизация и IT в энергетике. 2016. № 2(79). С. 2–6.

3. Dellaverson J., Li T., Wang Y., Iyengar J., Afanasyev A., Zhang L., A Quick Look at QUIC, UCLA Computer Science, 2021.

4. Marx R., HTTP/3 From А To Z: Core Concepts [Электрон. ресурс]. 2021. Режим доступа: https://www.smashingmagazine.com/2021/08/http3-core-concepts-part1/.

5. Iyenger J., Thomson M., QUIC: A UDPBased Multiplexed and Secure Transport. [Электрон. ресурс]. 2021. Режим доступа: https:// datatracker.ietf.org/doc/html/rfc9000.

6. Melnikov A., Fette I., The WebSocket Protocol [Электрон. ресурс]. 2020. Режим доступа: https://datatracker.ietf.org/doc/rfc6455/.

7. Vasiliev V., The WebTransport Protocol Framework [Электрон. ресурс]. 2024. Режим доступа: https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietfwebtrans-overview/.

8. Charter for Working Group [Электрон. ресурс]. 2024. Режим доступа: https://datatracker. ietf.org/wg/webtrans/about/.

9. Genkin D., WebTransport PR follow-ups [Электрон. ресурс]. 2022. Режим доступа: https://github.com/dotnet/aspnetcore/issues/42788.

10. Genkin D., Adding datagrams support to WebTransport [Электрон. ресурс]. 2022. Режим доступа: https://github.com/dotnet/aspnetcore/ issues/42784.

11. Fowler D., System.IO. Pipelines: High performance IO in .NET [Электрон. ресурс]. 2018. Режим доступа: https://devblogs.microsoft. com/dotnet/system-io-pipelines-high-performanceio-in-net/.

12. System.IO.Pipelines [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://learn.microsoft.com/ruru/dotnet/api/system.io.pipelines?view=dotnetplat-ext-8.0&viewFallbackFrom=net-7.0.

13. Streams API concepts [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://developer.mozilla.org/enUS/docs/Web/API/Streams_API/Concepts.

14. Sharpe R., Warnicke E., Lamping U., What is Wireshark? [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://www.wireshark.org/docs/ wsug_html_chunked/ChapterIntroduction. html#ChIntroWhatIs.

15. Sharpe R., Warnicke E., Lamping U., D.4. dumpcap: Capturing with “dumpcap” for viewing with Wireshark [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://www.wireshark.org/docs/wsug_html_ chunked/AppToolsdumpcap.html.

16. Sharpe R., Warnicke E., Lamping U., dumpcap (1) Manual Page. [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://www.wireshark.org/docs/ man-pages/dumpcap.html.

17. Npcap internals [Электрон. ресурс]. Режим доступа: https://npcap.com/guide/npcap-internals.html.

18. Suvorov N., Изучаем Event Tracing for Windows: теория и практика [Электрон. ресурс]. 2018. Режим доступа: https://habr.com/ru/ articles/502362/.

19. Описание функций Windows TCP [Электрон. ресурс]. 2023. Режим доступа: https://learn. microsoft.com/ru-ru/troubleshoot/windows-server/networking/description-tcp-features.

20. MsQuic Settings [Электрон. ресурс]. 2023. Режим доступа: https://github.com/microsoft/msquic/blob/main/docs/Settings.md.