Specification of a Remote Monitoring Protocol

Abstract

The purpose of this bachelor’s thesis was to specify a generic data communication protocol for remotely performed condition monitoring purposes in service business. The remote monitoring system includes a vast number of reporting client devices and a single centralized or several decentralized monitoring centre(s). The reporting client devices are capable of independently determining their condition using a self-diagnostics system and reporting the results to the monitoring centre. Information transfer within the system is done over a private IP network that combines wireless mobile telecommunication and mobile operator backbone networks. The thesis is divided in three logical sections. The first section describes the remote monitoring system and specifies the requirements for the Remote Monitoring Protocol (RMP). The second section discusses the system specific network technologies and introduces the protocol engineering method relevant for RMP. The third section includes the specification and the demonstration of RMP. The functional requirements for RMP were specified as follows: Mutual authentication between the client and the RMC gateway, the client must perform registration to a pre-defined remote monitoring centre, the client devices shall be able to download configuration parameters from the remote monitoring centre, the client shall immediately report the faults and warning and status changes once occurred, the client must send a Bill-of-Material (BOM) message to Remote Monitoring Server (RMS) when requested, and the client shall disable itself if the authorized RMC is not found within a configurable time. RMP was specified to follow the layered protocol model located on top of the UDP/IP stack and providing an Application Programming Interface (API) for the client and server applications. RMP can be driven in reliable and unreliable packet exchange modes. In addition, RMP specification includes the message structures and the exchange procedures for communication between the analyzer application and the remote monitoring server. Furthermore, RMP supports message sizes up to 64 KB and offers fragmentation and reassembling services for the messages passing the configured path Maximum Transmission Unit (MTU) size. RMP features also include the automatic discovery of the path MTU size. As conclusion, the functionality and features of the RMP specification were demonstrated in a reference implementation. The implementation was carried out in JAVA using the Eclipse development environment.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli määrittää avoin tietoliikenneprotokolla käytettäväksi huoltoliiketoiminnassa ja tarkemmin sen asiakaslaitteiden etänä suoritettavassa kunnonvalvonnassa. Kunnossapidon kaukovalvontajärjestelmä sisältää vaihtelevan määrän raportoivia asiakaslaitteita ja keskitetyn palvelinyksikön tai useita hajautettuja palvelinyksiköitä globaalia tiedon kasaamista varten. Valvottavat laitteet ovat kykeneviä omatoimiseen kunnon valvontaan ja analysointiin ja tarvittaessa raportoivat tilamuutoksista palvelinyksikölle. Tiedonsiirto laitteistojen välillä tapahtuu teleoperaattorin tarjoaman suojatun IP-verkon yli, jossa yhdistyy mobiili telekommunikaatiotekniikka sekä operaattorin ydintietoliikenneverkko. Opinnäytetyö jakautuu kolmeen osaan. Ensimmäinen osio kuvaa kaukovalvontajärjestelmää ja määrittää vaatimukset toteutettavalle kaukovalvontaprotokollalle. Toinen osio tarjoaa teoreettista taustatietoa liittyen järjestelmän sisältämään verkkoteknologiaan sekä käsittelee protokollan suunnittelua koskevia aiheita. Kolmas osio sisältää protokollan dokumentoinnin ja demonstraation. Tärkeimmät toiminnalliset vaatimukset kaukovalvontaprotokollalle voidaan määrittää seuraavasti: välitön raportointi vikatilanteissa, automatisoitu laitekonfiguraatio, laitekohtaisten tietojen lähetys valvontakeskukseen pyydettäessä, laitteistoa koskevien tilastotietojen säännöllinen raportointi valvontakeskukseen, kaksisuuntainen todentaminen asiakaslaitteen ja valvontakeskuksen välillä, sekä asiakaslaitteen automaattinen inaktivoituminen tilanteessa, jossa asiakaslaite ei onnistu todentamaan valvontakeskusta tai toisin päin. Määritetty kaukovalvontaprotokolla suunniteltiin modulaariseksi siten, että se sijoittuu UDP/IP protokollien päälle ja tarjoaa käyttöliittymän yläpuolellaan olevalle laitteistokohtaiselle sovellukselle. Käyttöliittymä sekä protokollan sisältämät viestirakenteet mahdollistavat protokollan geneerisen käytön eri laitetyyppien välillä. Protokolla voi toimia kahdessa eri moodissa, joista toinen tukee luotettavaa ja toinen epäluotettavaa tiedonsiirtoa. Lisäksi protokolla määrittää vaatimusten mukaiset viestirakenteet käytettäväksi kaukovalvontajärjestelmän tiedonsiirtoon sallien viestikoot aina 64 kt saakka. Lopuksi protokollan toimivuutta demonstroitiin JAVA ohjelmointikielellä toteutetun referenssimallin avulla, jossa se niiltä osin todettiin vaatimusten mukaiseksi. Lisäksi loppupohdiskelussa tarkennettiin huomioon otettavia asioita, jos protokolla implementoidaan järjestelmään, jossa tietoliikenne yhteydet toteutetaan suojaamattomanverkon (esim. Internet) yli.