Протокол параллельного резервирования - Википедия - Parallel Redundancy Protocol

Протокол параллельного резервирования (PRP) это сеть протокол стандарт для Ethernet что обеспечивает бесшовную аварийное переключение от выхода из строя любого сетевого компонента. Эта избыточность невидима для приложения.

Узлы PRP имеют два порта и подключены к двум разнесенным сетям схожей топологии. PRP может быть полностью реализован программно, то есть интегрирован в сетевой драйвер. Узлы с одним подключением могут быть подключены только к одной сети. Это отличается от стандартного компаньона HSR (IEC 62439-3, пункт 5), с которым PRP разделяет принцип работы.

PRP и HSR не зависят от протокола приложения и могут использоваться большинством Промышленный Ethernet протоколы в пакете IEC 61784. PRP и HSR стандартизированы IEC 62439-3:2016[1]). Они приняты для автоматизации подстанций в рамках МЭК 61850.

PRP и HSR подходят для приложений, требующих высокая доступность и короткое время переключения,[2]например: защита для электрическая подстанция,[3] синхронизированные приводы, например, в печатных машинах или инверторах большой мощности. Для таких приложений время восстановления обычно используемых протоколов, таких как Протокол быстрого связующего дерева (RSTP) слишком длинный.[4]

Стоимость PRP - это дублирование всех элементов сети, которые в нем нуждаются. Влияние на стоимость невелико, так как не имеет большого значения, лежат ли запчасти на полке или действительно работают на заводе. Интервал обслуживания сокращается, так как большее количество компонентов может выйти из строя, но такое отключение останется невидимым для приложения.

PRP не распространяется на отказы конечных узлов, но резервные узлы могут быть подключены через сеть PRP.

Топология

  • Работа сети PRP

  • Формат кадра PRP (с трейлером)

  • Узлы PRP (DANP) взаимодействие

Каждый PRP сетевой узел (DANP) имеет два Ethernet порты подключены к двум отдельным локальные сети произвольной, но схожей топологии. Две локальные сети не имеют соединяющих их каналов и считаются отказоустойчивыми, чтобы избежать сбоев в общем режиме.

Узлы с одним подключением (например, принтер) либо подключены только к одной сети (и поэтому могут связываться только с другими узлами, подключенными к той же сети), либо подключены через RedBox, устройство, которое ведет себя как узел с двойным подключением.[5]

Поскольку HSR и PRP используют один и тот же механизм дублирования идентификации, сети PRP и HSR могут быть соединены без единой точки отказа, и можно построить одни и те же узлы для использования как в сетях PRP, так и в HSR.

Операция

Исходный узел (DANP) отправляет одновременно две копии кадра, по одной на каждый порт. Два кадра проходят через свои соответствующие локальные сети, пока не достигнут узла назначения (DANP) с определенным временным сдвигом. Узел назначения принимает первый кадр пары и отбрасывает второй (если он поступает). Следовательно, пока работает одна LAN, целевое приложение всегда получает один кадр. PRP обеспечивает восстановление с нулевым временем и позволяет постоянно проверять избыточность для обнаружения скрытых отказов.

Формат кадра

Чтобы упростить обнаружение дубликатов, кадры идентифицируются по их исходному адресу и порядковому номеру, который увеличивается для каждого кадра, отправляемого в соответствии с протоколом PRP. Порядковый номер, размер кадра, идентификатор пути и Ethertype добавляются непосредственно перед контрольной суммой Ethernet в 6-октетном трейлере PRP. Этот трейлер игнорируется (считается заполнением) всеми узлами, которые не знают о протоколе PRP, и, следовательно, эти индивидуально подключенные узлы (SAN) могут работать в одной сети.
ПРИМЕЧАНИЕ: все устаревшие устройства должны принимать кадры Ethernet до 1528 октетов, это ниже теоретического предела в 1535 октетов.

Выполнение

Два интерфейса Ethernet узла используют один и тот же MAC-адрес. Это разрешено, поскольку две локальные сети не имеют соединения. Следовательно, PRP - это резервирование уровня 2, которое позволяет сетевым протоколам более высокого уровня работать без изменений. Узлу PRP нужен только один IP адрес. Особенно ARP протокол правильно соотнесет MAC-адрес с IP-адресом.

Синхронизация часов

Приложение C к МЭК 62439-3 определяет Профиль отрасли протокола точного времени которые поддерживают синхронизацию часов через PRP с точностью до 1 мкс после 15 сетевых элементов, как профиль IEEE Std 1588 протокол точного времени.

Тактовые сигналы могут быть прикреплены дважды в соответствии с PRP, но поскольку коррекция отличается в зависимости от пути, метод дублирования отбрасывания PRP не применим. Кроме того, сообщения измерения задержки (Pdelay_Req и Pdelay_Resp) не дублируются, поскольку они являются локальными для канала.

Примерно каждую секунду главные часы отправляют две копии сообщения синхронизации, но не в одно и то же время, поскольку порты разделены, поэтому исходные синхронизаторы уже имеют разные отметки времени.

Подчиненное устройство получает два сообщения синхронизации в разное время и применяет алгоритм наилучшего основного тактового сигнала (BMCA), а когда два синхронизирующих сообщения поступают от одного и того же грандмастера, качество тактового сигнала используется в качестве разрешения конфликтов. Подчиненное устройство обычно прослушивает один порт и контролирует другой, вместо того, чтобы переключаться туда и обратно или использовать обе синхронизации.

Этот метод работает для нескольких вариантов в 1588, с операциями уровня 2 / уровня 3 и с одноранговым / сквозным измерением задержки. МЭК 62439-3 определяет эти два профиля как:

  • L3E2E (уровень 3, сквозной), который отвечает требованиям ODVA
  • L2P2P (уровень 2, одноранговая сеть), который отвечает требованиям энергосистемы в МЭК 61850 и был принят IEEE в IEC & IEEE 61850-9-3.[6]

Устаревшие версии

Исходный стандарт IEC 62439: 2010 увеличивал порядковый номер трейлера управления резервированием (RCT) в кадрах PRP для каждого соединения. Это обеспечило хороший охват обнаружения ошибок, но затруднило переход от PRP к Высокая доступность, бесшовное резервирование (HSR), использующий кольцевую топологию вместо параллельных сетей.

В пересмотренном стандарте IEC 62439-3: 2012 PRP согласован с HSR, используя тот же алгоритм удаления дубликатов. Это позволило построить прозрачные мосты и узлы соединения PRP-HSR, которые могут работать как PRP (DANP), так и HSR (DANH).

Старый стандарт IEC 62439: 2010 иногда называют PRP-0, поскольку он все еще используется в некоторых системах управления, а PRP 2012 - как «PRP».[7]

Приложения

Интересное применение PRP было найдено в области беспроводной связи как «Синхронизатор» [[8]], что приводит к значительному улучшению параметров потери пакетов и синхронизации по сравнению с параллельными избыточными беспроводными линиями.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Международная электротехническая комиссия IEC 62439-3: 2016 Промышленные сети связи. Сети автоматизации с высокой доступностью. Часть 3. Протокол параллельного резервирования (PRP) и бесшовное резервирование с высокой доступностью (HSR).
  2. ^ Киррманн, Хуберт; Джунг, Дачфей.Выбор стандартного метода резервирования для высокодоступных промышленных сетей, 2006 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 27 июня 2006 г. Стр .: 386 - 390
  3. ^ Киррманн, Хуберт Бесшовное резервирование - безударное резервирование Ethernet для подстанций с IEC 61850 Специальный отчет ABB Review, 2013 г.
  4. ^ Пустыльник, Михаил; Зафирович-Вукотич, Мира; Мур, Роджер Производительность протокола Rapid Spanning Tree в кольцевой топологии сети, RUGGEDCOM
  5. ^ «Резервный бокс». Цюрихский университет прикладных наук. Получено 20 августа 2014.
  6. ^ Киррманн, Хуберт; Дикерсон, Уильям Протокол точного времени IEC IEEE, Pacworld, сентябрь 2016 г.
  7. ^ «Стандартизация PRP». Цюрихский университет прикладных наук. Получено 20 августа 2014.
  8. ^ Рентшлер, М .; Лаукеманн П., «Анализ производительности параллельной резервированной WLAN», Новые технологии и автоматизация производства (ETFA), 2012 г., 17-я конференция IEEE, том, №, стр.1,8, 17-21 сентября 2012 г.

внешняя ссылка