Parallel Redundancy Protocol - Parallel Redundancy Protocol - Wikipedia

Parallel Redundancy Protocol (PRP) je síť protokol standard pro Ethernet který poskytuje bezproblémové převzetí služeb při selhání proti selhání jakékoli síťové komponenty. Tato redundance je pro aplikaci neviditelná.

Uzly PRP mají dva porty a jsou připojeny ke dvěma odděleným sítím podobné topologie. PRP lze implementovat zcela v softwaru, tj. Integrovat do síťového ovladače. Uzly s jednou přílohou lze připojit pouze k jedné síti. To je v rozporu s doprovodným standardem HSR (IEC 62439-3 kapitola 5), ​​se kterým PRP sdílí princip fungování.

PRP a HSR jsou nezávislé na aplikačním protokolu a většina je může použít Průmyslový Ethernet protokoly v sadě IEC 61784. PRP a HSR jsou standardizovány IEC 62439-3:2016[1]). Byly přijaty 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, například v tiskových strojích nebo vysoce výkonných měničích. U těchto aplikací je doba obnovy běžně používaných protokolů, jako je Protokol Rapid Spanning Tree (RSTP) je příliš dlouhý.[4]

Cena PRP je duplikací všech síťových prvků, které to vyžadují. Dopad na náklady je nízký, protože nezáleží na tom, zda náhradní díly leží na polici nebo skutečně pracují v závodě. Interval údržby je zkrácen, protože při použití může selhat více komponent, ale takový výpadek zůstane pro aplikaci neviditelný.

PRP nepokrývá poruchy koncových uzlů, ale redundantní uzly mohou být připojeny prostřednictvím sítě PRP.

Topologie

  • Provoz sítě PRP

  • Formát rámu PRP (s přívěsem)

  • Interakce uzlů PRP (DANP)

Každý PRP síťový uzel (DANP) má dva Ethernet porty připojené ke dvěma samostatným místní sítě libovolné, ale podobné topologie. Tyto dvě sítě LAN nemají žádné propojení, které by je spojovalo, a předpokládá se, že jsou nezávislé na selhání, aby se zabránilo selhání v běžném režimu.

Uzly s jednou přílohou (například tiskárnou) jsou buď připojeny pouze k jedné síti (a proto mohou komunikovat pouze s dalšími uzly připojenými ke stejné síti), nebo jsou připojeny prostřednictvím RedBox, zařízení, které se chová jako dvojnásobně připojený uzel.[5]

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

Zdrojový uzel (DANP) odesílá současně dvě kopie rámce, jednu přes každý port. Dva rámce cestují svými příslušnými LAN, dokud nedosáhnou cílového uzlu (DANP) s určitým časovým zkosením. Cílový uzel přijme první snímek dvojice a zahodí druhý (pokud dorazí). Pokud je tedy funkční jedna LAN, cílová aplikace vždy přijímá jeden rámec. PRP poskytuje zotavení v nulovém čase a umožňuje nepřetržitě kontrolovat redundanci a detekovat číhající poruchy.

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 PRP. Pořadové číslo, velikost rámce, identifikátor cesty a Ethertype jsou připojeny těsně před kontrolním součtem ethernetu v 6-oktetovém přívěsu PRP. Tento přívěs je ignorován (považován za výplň) všemi uzly, které nevědí o protokolu PRP, a proto tyto jednotlivě připojené uzly (SAN) mohou fungovat ve stejné síti.
POZNÁMKA: všechna starší zařízení by měla přijímat ethernetové rámce až do 1528 oktetů, což je pod teoretickým limitem 1535 oktetů.

Implementace

Dvě ethernetová rozhraní uzlu používají totéž MAC adresa. To je povoleno, protože tyto dvě sítě LAN nemají žádné připojení. Proto je PRP redundancí vrstvy 2, která umožňuje, aby síťové protokoly vyšší vrstvy fungovaly bez úprav. Uzel PRP potřebuje pouze jeden IP adresa. Zvláště ARP Protokol správně spojí MAC s IP adresou.

Synchronizace hodin

Příloha C IEC 62439-3 specifikuje Průmyslový profil přesného časového protokolu které podporují synchronizaci hodin přes PRP s přesností 1 μs po 15 síťových prvcích, jako profil IEEE Std 1588 přesný časový protokol.

Hodiny lze podle PRP připojit dvakrát, ale protože korekce se liší podle cesty, není možné použít metodu duplikátu vyřazení PRP. Zprávy o měření zpoždění (Pdelay_Req & Pdelay_Resp) také nejsou duplikovány, protože jsou lokální pro odkaz.

Asi každou sekundu posílají hlavní hodiny dvě kopie zprávy Sync, ale ne přesně ve stejnou dobu, protože porty jsou oddělené, proto původní Sync mají již různá časová razítka.

Slave přijímá dvě synchronizační zprávy v různých časech a použije algoritmus Best Master Clock Algorithm (BMCA), a když dvě synchronizace pocházejí od stejného velmistra, použije se kvalita hodin jako rozdělovač. Podřízený bude normálně poslouchat jeden port a dohlížet na druhý, místo aby přepínal tam a zpět nebo používal obě synchronizace.

Tato metoda funguje pro několik možností v roce 1588, s operací vrstvy 2 / vrstvy 3 as měřením zpoždění peer-to-peer / end-to-end. IEC 62439-3 definuje tyto dva profily jako:

  • L3E2E (vrstva 3, end-to-end), která splňuje požadavky ODVA
  • L2P2P (vrstva 2, peer-to-peer), která řeší požadavky energetického nástroje v IEC 61850 a byl přijat IEEE v IEC & IEEE 61850-9-3.[6]

Starší verze

Původní standard IEC 62439: 2010 zvyšoval pořadové číslo přívěsu Redundancy Control Trailer (RCT) v rámcích PRP na základě jednotlivých připojení. To poskytlo dobré pokrytí detekce chyb, ale ztížilo přechod z PRP na Bezproblémová redundance vysoké dostupnosti (HSR) protokol, který místo kruhových sítí používá kruhovou topologii.

Revidovaná norma IEC 62439-3: 2012 sladila PRP s HSR pomocí stejného algoritmu duplikátu vyřazení. To umožnilo budování transparentních spojovacích můstků a uzlů PRP-HSR, které mohou fungovat jak jako PRP (DANP), tak HSR (DANH).

Starý standard IEC 62439: 2010 se někdy označuje jako PRP-0, protože se v některých řídicích systémech stále používá, a PRP 2012 jako „PRP“.[7]

Aplikace

Zajímavá aplikace PRP byla nalezena v oblasti bezdrátové komunikace jako „Timing Combiner“ [[8]], což přináší výrazné zlepšení ztráty paketů a chování časování přes paralelní redundantní bezdrátové spoje.

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. ^ „Redundancy Box“. Curychská univerzita aplikovaných věd. Citováno 20. srpna 2014.
  6. ^ Kirrmann, Hubert; Dickerson, William Přesný časový protokol IEC IEEE, Pacworld, září 2016
  7. ^ „Standardizace PRP“. Curychská univerzita aplikovaných věd. Citováno 20. srpna 2014.
  8. ^ Rentschler, M .; Laukemann, P., „Analýza výkonu paralelně redundantních WLAN,“ Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 17. IEEE 17. konference, sv. Č., Str. 1,8, 17. – 21. Září 2012

externí odkazy