Bezproblémová redundance vysoké dostupnosti - High-availability Seamless Redundancy

Bezproblémová redundance vysoké dostupnosti (HSR) je síť protokol pro Ethernet který poskytuje bezproblémové převzetí služeb při selhání proti selhání jakékoli síťové komponenty. Tato redundance je pro aplikaci neviditelná.

Uzly HSR mají dva porty a fungují jako přepínač (můstek), který umožňuje jejich uspořádání do kruhové nebo síťové struktury bez vyhrazených přepínačů. To je v rozporu s doprovodným standardem Parallel Redundancy Protocol (IEC 62439-3 článek 4), se kterým HSR sdílí princip fungování.

PRP a HSR jsou standardizovány IEC 62439-3:2016[1]).
PRP a HSR jsou nezávislé na aplikačním protokolu a mohou být používány většinou Průmyslový Ethernet protokoly v sadě IEC 61784. Bylo přijato pro automatizaci rozvoden v rámci IEC 61850.

PRP a HSR jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysoká dostupnost a krátká doba přepnutí,[2]jako: ochrana pro elektrická rozvodna,[3] synchronizované pohony (např. v tiskových strojích) nebo vysoce výkonné střídače. U těchto aplikací je doba obnovy běžně používaných protokolů, jako je Protokol Rapid Spanning Tree (RSTP) je příliš dlouhý.[4]

Cena HSR spočívá v tom, že uzly vyžadují hardwarovou podporu (FPGA nebo ASIC ) k přesměrování nebo vyřazení snímků během mikrosekund. Tato cena je kompenzována, protože nejsou vyžadovány žádné ethernetové přepínače. Hardwarová podpora je v každém případě nutná, pokud uzel podporuje synchronizaci hodin nebo zabezpečení.

HSR nepokrývá selhání koncových uzlů, ale redundantní uzly lze připojit přes HSR.

Topologie

  • Provoz sítě HSR (vícesměrové vysílání)

  • Formát rámce HSR (se značkou)

  • Interakce uzlů HSR (DANH)

HSR síťový uzel (DANH) má nejméně dva Ethernet porty, každý připojený k sousednímu uzlu HSR, takže mezi dvěma uzly existují vždy dvě cesty. Proto, pokud je funkční jedna cesta, cílová aplikace vždy obdrží jeden rámec. Uzly HSR nepřetržitě kontrolují redundanci, aby detekovaly číhající poruchy.

HSR se obvykle používá v kruhová topologie nebo v jiném topologie sítě.

Uzly s jednou přílohou (například s tiskárnou) jsou připojeny prostřednictvím RedBoxu (Redundancy Box).

Je možné redundantní připojení k jiným sítím, zejména k a Parallel Redundancy Protocol (PRP) síť.

Vzhledem k tomu, že HSR a PRP používají stejný mechanismus duplicitní identifikace, lze sítě PRP a HSR připojit bez jediného bodu selhání a lze vytvořit stejné uzly pro použití v sítích PRP i HSR.

Úkon

Každý uzel HSR je přepínací uzel, tj. Může přeposílat rámec přijatý na jednom portu na alespoň jeden další port v režimu průřezu.

Zdrojový uzel odesílá to samé rám přes všechny porty do sousedních uzlů.

Cílový uzel by měl v bezchybném stavu přijímat dva identické rámce v určitém časovém zkosení, předat první snímek do aplikace a druhý snímek zrušit, když (a pokud) přijde.

Uzel přeposílá rámec, pokud nezjistí rámec, který odeslal sám, nebo že již odeslal.To redu unicast traffic, a node does not forward a frame for which it is the only destination (Mode U). To neplatí, když je nutný dopravní dohled.

Aby se snížil provoz, uzel se může zdržet odesílání rámce, který již přijal z opačného směru na stejném portu (režim X),[5] to však neplatí pro všechny snímky.

Při snižování provozu HSR může sloužit také několik algoritmů, které se spoléhají na učení umístění síťového uzlu, jako je Port Locking a Enhanced Port Locking (PL) a (EPL), které pracují na uzavření portů, které vedou k neexistenci uzel, [6]

Zvláště, Přesný časový protokol snímky (vícesměrové vysílání) nejsou vzájemnými duplikáty, protože jsou každým uzlem upraveny tak, aby opravily čas. Takové snímky může vyřadit pouze uzel, který je původně vložil, nebo jiný uzel, který je již odeslal. Tento režim také nelze použít, když je vyžadován deterministický provoz.

Zvláštní úprava je věnována rámcům specifickým pro odkazy, jako jsou LLDP nebo Pdelay_Req / Pdelay_Resp Přesný časový protokol rámce, pro které je značka HSR ignorována, ale musí být přítomna.

Formát rámu

Pro zjednodušení detekce duplikátů jsou rámce identifikovány podle své zdrojové adresy a pořadového čísla, které se zvyšuje pro každý snímek odeslaný podle protokolu HSR. Pořadové číslo, velikost rámce a identifikátor cesty jsou připojeny k 6-oktetové značce HSR (záhlaví).

POZNÁMKA: všechna starší zařízení by měla přijímat ethernetové rámce až do 1528 oktetů, což je pod teoretickým limitem 1535 oktetů.

Výkon

V kruhu HSR je to, že aplikacím pro multicastový provoz je k dispozici pouze přibližně polovina šířky pásma sítě (ve srovnání s RSTP). Je to proto, že všechny rámce jsou odesílány dvakrát přes stejnou síť, i když nedojde k selhání. Protože však také síťová infrastruktura je zdvojnásobena v topologiích s uzavřeným okruhem, je k dispozici nominální šířka pásma sítě. Např. v ethernetovém okruhu 100 Mbit / s je k dispozici 100 Mbit / s (ne však 200 Mbit / s).

Implementace

Vzhledem k tomu, že zpoždění předávání každého uzlu v kruhu HSR zvyšuje celkovou latenci sítě, jsou rámce předávány během mikrosekund.
V praxi se hardwarová podpora (FPGA )[7]je nutné snížit latenci na hop na rozumnou hodnotu (přibližně 5 μs při 100 Mbit / s) pomocí mezní přepínání.
Za tímto účelem má každý rámec značku HSR, která umožňuje rozpoznat, zda by měl být rámec předán nebo ne, aby se tomu zabránilo uložit a předat dál. To znamená, že poškozené rámce nebudou z kruhu odstraněny, dokud nedosáhnou uzlu, který je již odeslal.

Synchronizace hodin

Příloha C IEC 62439-3 specifikuje a Průmyslový profil přesného časového protokolu (PIP L2P2P), který umožňuje synchronizaci hodin až na přesnost 1 μs v kruhu 16 uzlů HSR. Tento protokol PTP také umožňuje deterministicky provozovat kruh HSR pro vyhrazenou třídu provozu, například Hodnoty vzorkování v IEC 61850. Byl přijat IEEE as IEC / IEEE 61850-9-3,.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ Mezinárodní elektrotechnická komise IEC 62439-3: 2016 Průmyslové komunikační sítě - Automatizační sítě s vysokou dostupností - Část 3: Parallel Redundancy Protocol (PRP) a High-availability Seamless Redundancy (HSR)
  2. ^ Kirrmann, Hubert; Dzung, Dacfey.Výběr standardní metody redundance pro vysoce dostupné průmyslové sítě, 2006 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 27 June 2006 Stránka (y): 386 - 390
  3. ^ Kirrmann, Hubert Bezproblémová redundance - bezobslužná redundance Ethernetu pro rozvodny s normou IEC 61850 Zvláštní zpráva o kontrole ABB, 2013
  4. ^ Pustylnik, Michael; Zafirovic-Vukotic, Mira; Moore, Rogere Výkon protokolu Rapid Spanning Tree v topologii kruhové sítě, RUGGEDCOM
  5. ^ Allawi, Saad; Rhee Jong Myung Zlepšení výkonu provozu s vysokou dostupností bezproblémové redundance (HSR) pro komunikaci inteligentní sítě, Journal of Communications and Networks (svazek: 14, vydání: 6, prosinec 2012)
  6. ^ Altaha, Ibraheem; Rhee Jong Myung [1], Journal of Communications and Networks (svazek: E98, č.: 9. září 2015)
  7. ^ SoCe Přepínač HSR-PRP IP Core
  8. ^ Kirrmann, H .; Dickerson W. Přesný časový protokol IEC IEEE Archivováno 2017-02-05 na Wayback Machine, Pacworld, září 2016

Historická poznámka

Protokol byl původně pojmenován HASAR pro počátek pěti společností pracujících pro elektrické společnosti, které jej vytvořily (Hirschmann, ABB, Siemens, Alstom a RuggedCom). Marketing jej přejmenoval na HSR na „High-availability Seamless Ring“, ale HSR se neomezuje pouze na jednoduchou topologii kruhu.

Další čtení

externí odkazy