Использование коммутаторов PULLNET AGENT-2 в сетях с резервированием по протоколу PRP

SONY DSC

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.

Рис. 1. Использование протокола PRP.
Рис. 1. Использование протокола PRP.

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).
Рис. 2. Добавление трейлера PRP в Ethernet-фрейм.
Рис. 2. Добавление трейлера PRP в Ethernet-фрейм.

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.

Рис. 3. Схема стенда.
Рис. 3. Схема стенда.

ИСПЫТАНИЯ

  • Контроль сохранения трейлера PRP при прохождении информационного потока МЭК 61850-9-2LE через коммутатор AGENT-2 S42R.
SV-PRP-BITSview
Рис. 4. Анализ пакета МЭК 61850-9-2LE.

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

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

SV-PRP-HEXview
Рис. 5. Анализ пакета МЭК 61850-9-2LE (шестнадцатеричное представление)
  • 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).
SVConsistency
Рис. 6. Анализ потока МЭК 61850-9-2LE в ПО Omicron SVScout
  • 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:
GOOSE-PRP-HEXview
Рис. 8. Анализ пакета GOOSE

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:
ReportPRP
Рис. 9. Анализ передаче отчетов.

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.

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: