Все больше производителей нетрадиционных измерительных преобразователей (например, волоконно-оптических преобразователей тока и напряжения) и устройств сопряжения с шиной процесса согласно МЭК 61850-9-2LE реализуют поддержку протокола резервирования PRP (Parallel Redundancy Protocol). Поддержку данного протокола резервирования также реализуют производители устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) – причем не только в части приема информационного потока МЭК 61850-9-2LE, но также для интерфейса шины станции МЭК 61850-8-1, посредством которого производится обмен данными с другими устройствами РЗА на энергообъекте (согласно протоколу GOOSE) и с системами АСУ ТП (согласно протоколу MMS).

Одним из достоинств протокола резервирования PRP является то, что нарушение исправности канала связи или коммутатора сети Ethernet не приводит к возникновению паузы в информационном обмене между устройствами сети, как это например происходит в сети, функционирующей под управлением протокола RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), когда на переконфигурацию сети после повреждения требуется некоторое время, в течение которого связь между устройствами отсутствует.

При использовании протокола PRP требуется создание двух независимых друг от друга локальных сетей (локальной сети А и локальной сети B) – как это показано на рис. 1.

Поддержка устройствами РЗА протокола резервирования PRP заключается в том, что при отправке данных они способны добавлять в фрейм Ethernet так называемый Redundancy Сontrol Trailer (RCT), который мы далее будем именовать как трейлер PRP (см. рис. 2), а при приеме данных – способы анализировать, согласно определенному алгоритму, кадры Ethernet с трейлером PRP, полученные от других устройств.

Трейлер PRP включает в себя следующие параметры:

• 16-битный номер посылки в последовательности посылок;
• 4-битный идентификатор локальной сети, по которой осуществлялась передача посылки (1010 (0xA) для локальной сети А и 1011 (0xB) для локальной сети B);
• размер фрейма данных (LSDU) (12 бит).
• cуффикс PRP (на рис. 2 – RCT-маркер).

Устройство-отправитель с поддержкой протокола PRP выполняет передачу идентичных пакетов с соответствующими трейлерами PRP в две независимые локальные сети. Устройство-приемник, обладающее поддержкой протокола PRP, также подключается к двум независимым локальным сетям, но обрабатывает только один пакет из двух, поступивших на его сетевые интерфейсы – либо из сети А, либо из сети B – в зависимости от того, какой из них поступил раньше/какой из них корректный. Второй экземпляр пакета отбрасывается. Дубликаты обнаруживаются и отбрасываются устройством-приемником как раз на основе анализа трейлера PRP.

Исходя из изложенного с технической точки зрения важным аспектом является сохранение трейлеров PRP при передаче посылок коммутаторами локальных сетей А и B – важно, чтобы они дошли в их исходном виде до конечных устройств с поддержкой PRP.

С учетом трейлера PRP максимальный размер тегированного Ethernet фрейма (согласно IEEE 802.11q) может превышать 1522 октета (что является пределом для тегированного фрейма без PRP). Все сертифицированные коммутаторы должны без каких-либо проблем пропускать фреймы размером до 1536 октет. На практике, однако, возникают случаи, когда коммутаторы работают не так как положено, исключая трейлер PRP и, в некоторых случаях, даже теряя пакеты.

С целью анализа функционирования коммутаторов PULLNET AGENT-2 в сетях, где используется протокол PRP, был проведен ряд испытаний.

ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ

Подтвердить, что при передаче данных по протоколам стандарта МЭК 61850 (МЭК 61850-9-2LE, МЭК 61850-8-1) через коммутатор PULLNET AGENT-2 S42R не производится исключение трейлера PRP и не происходит потерь данных.

СХЕМА СТЕНДА

Стенд состоял из коммутатора PULLNET AGENT-2 S42R, к которому выполнялось подключение электронно-оптического блока волоконно-оптического преобразователя тока и напряжения ЗАО «Профотек» с поддержкой МЭК 61850-9-2LE и PRP и микропроцессорного устройства РЗА ALSTOM P841, у которого поддержка PRP реализована по интерфейсу шины станции (МЭК 61850-8-1). Указанные устройства подключались к коммутатору одним каналом, как это показано на схеме. Анализ пакетов данных производился при использовании программы Wireshark.

ИСПЫТАНИЯ

• Контроль сохранения трейлера PRP при прохождении информационного потока МЭК 61850-9-2LE через коммутатор AGENT-2 S42R.

Видно, что трейлер PRP при передаче пакетов Sampled Values через коммутатор не исключается.

Тот же самый кадр – в шестнадцатеричном формате – представлен на рис. 5.

• Длительный контроль отсутствия потерь пакетов с суффиксом PRP c использованием программно-аппаратного комплекта SVScout Enhanced. В ПК производилась установка сетевой платы специального назначения с FPGA (NAPATECH), которая имеет возможность приема внешнего импульса синхронизации 1PPS. Контроль производился в течение приблизительно 3-х суток. Пропуски отсчетов отсутствовали (error=0).

• Далее производился контроль сохранения суффикса PRP при передаче данных по протоколу GOOSE. Анализ GOOSE-сообщений, источником которых являлось устройство ALSTOM GRID P841 (с поддержкой PRP для МЭК 61850-8-1), производился с использованием программы Wireshark:

Видно, что трейлер PRP при передаче пакетов GOOSE через коммутатор не исключается.

Передача данных в установившемся режиме производилась с интервалом 1 с – потерь не наблюдалось.

• Далее производился контроль сохранения суффикса PRP при передаче данных по протоколу MMS (сервис отчетов – buffered/unbuffered reporting). Анализ сообщений, источником которых является устройство ALSTOM GRID P841 (с поддержкой PRP для МЭК 61850-8-1), производился с использованием программы Wireshark:

Видно, что трейлер PRP при передаче данных по протоколу MMS (в данном случае, отчетов) через коммутатор не исключается.

ВЫВОДЫ

При использовании промышленных коммутаторов PULLNET серии AGENT-2 в сетях Ethernet, где применяется протокол резервирования PRP, не происходит исключение трейлера PRP из кадров МЭК 61850-9-2LE, GOOSE и MMS и потерь этих кадров. Данные коммутаторы могут быть рекомендованы для применения в таких сетях для обеспечения корректного функционирования конечных устройств с поддержкой PRP.