Применение гибридных технологий в сетях PRP/HSR и RSTP

При переводе устройств, поддерживающих протокол RSTP, на работу в сетях PRP/HSR имели место проблемы совместимости. Однако, на сегодняшний день уже разработаны новые решения, позволяющие использовать гибридные технологии сетей RSTP, PRP и HSR.

Такие решения решают проблемы совместимости и позволяют выполнить постепенный и плавный переход большого числа подстанций с большим количеством устройств на работу с сетями HSR. Они позволяют не только оставить в эксплуатации устройства с одним (SAN) и двумя (DAN) сетевыми интерфейсами, но и обеспечить их работу в составе современных автоматизированных объектов и интеллектуальных сетей. Проще говоря, это новое решение продлевает срок службы существующих устройств и откладывает затраты на замену оборудования.

Поиск жизнеспособного решения

Внедрение сетей на базе протоколов PRP/HSR призвано обеспечить надежную передачу данных на промышленных объектах. Новые технологии улучшают показатели точности и надежности, а также обеспечивает увеличение производительности коммуникационных сетей подстанции, что способствует их активному внедрению. Тем не менее, чтобы избежать лишних затрат, желательно оставлять в эксплуатации существующие устройства. До настоящего времени большинство решений по переводу существующих устройств на работу в сетях PRP/HSR не оправдывали ожиданий, в том числе, с точки зрения экономической эффективности. Поскольку существующие устройства поддерживают протокол RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol — быстрый протокол разворачивающегося дерева), контрольные пакеты которого не могут быть правильно обработаны в сетях на базе протоколов PRP/HSR, то традиционным решением является объединение сети на базе RSTP и сети на базе PRP/HSR с помощью коммутаторов, которые обеспечивают преобразование между протоколами RSTP и PRP/HSR. Основным недостатком выступает тот факт, что большинство решений содержат собственные «проприетарные» протоколы, которые в большинстве случаев становятся причиной возникновения последующих проблем с совместимостью, поскольку в одной сети объединяются множество различных протоколов и устройств от разных производителей.

Объединение принципов резервирования на базе HSR и RSTP могут привести к отказу сети из-за «широковещательного шторма»

Для чего необходимо резервирование?

Сетевое резервирование позволяет избежать ситуаций, когда неисправности в отдельных точках сети могут привести к развитию системных аварий, приводя к отказу сразу всех коммуникационных систем. В настоящее время основным трендом в развитии автоматизации подстанций является сбор и интеграция данных от всех IED и подсистем в единую высокопроизводительную и надежную систему управления, которая может выступать в роли платформы для мониторинга устройств сегодня и в роли продвинутых диагностических систем завтра. Производительность системы управления зависит от возможности успешной передачи данных от одного устройства к другому. Поэтому для обеспечения непрерывной работы коммуникационных систем логично использовать сеть с возможностью резервирования.
Особую важность с точки зрения стандарта МЭК 61850 (редакция 2) имеют решения резервирования, которые позволяют обеспечить «нулевое время» восстановления системы, также известное как «плавное» восстановление — целью которого является нулевая потеря пакетов данных.
Протокол RSTP является самым популярным из множества имеющихся, поскольку его можно использовать в сети любой топологии, а также в сети смешанной топологии. Тем не менее, протокол RSTP имеет несколько недостатков, которые ограничивают его возможности.

Типовая топология сети PRP/HSR

Проблемы применения протокола RSTP

Например, определенное число переприемов данных формирует сетевую задержку. Чтобы решить проблему сетевой задержки и неподдающегося контролю времени восстановления, можно ввести ограничение кольцевой топологии RSTP до 40 узлов сети. Для более крупных сетей такое ограничение явно становится большой проблемой. Решением этой проблемы выступает новая технология компании Моха — группировка RSTP (RSTP Grouping, подана заявка на патент). Эта технология делает возможным объединение в сети HSR более тысячи устройств RSTP — значительно больше, чем 40 в типовой кольцевой топологии RSTP.
Очевидно, что протокол RSTP, не подходит для применения на подстанциях, где предъявляются высокие требования к готовности сети и минимальному времени срабатывания. На них нужно использовать принцип резервирования с нулевой потерей пакетов данных. Такими свойствами обладают протоколы PRP или HSR. Хотя эти два протокола предназначаются для использования в различных топологиях сети, в сетях обоих типов — HSR и PRP — применяется один и тот же принцип «активного резервирования». Принцип состоит в дублировании пакетов данных, которые передаются одновременно и разными путями. Благодаря реализации принципов активного резервирования с нулевым временем реконфигурации в случае отказа коммутатора или канала связи, протоколы HSR и PRP подходят для цифрового обмена данными РЗА, который описывается стандартами МЭК 61850-9-2 и МЭК 61850-8-1.

Переход к сетям на базе PRP/HSR

Создание доступных на сегодняшний день решений по переходу от сетей на базе RSTP к сетям PRP/HSR в большей степени было мотивировано тем фактом, что на энергообъектах невозможно просто взять и вывести из эксплуатации все существующие устройства. Несмотря на доступность методов, позволяющих объединить работу в кольцевых сетях по протоколам RSTP и PRP/HSR, проблемы с совместимостью протоколов мешают перейти на работу с сетями PRP/HSR. В основе  лежит использование для многих решений собственных «проприетарных» протоколов, работа с которыми в мультивендорной сети может стать сущим кошмаром.

Решение, которое подходит всем

Благодаря новому, запущенному в производство коммутатору PRP/HSR компании Моха, проблемы совместимости остались в прошлом. В этом решении обеспечивается поддержка стандарта МЭК 62439-3 (редакция 3), что гарантирует возможность перевода IED с поддержкой протокола RSTP в сети PRP/HSR без каких-либо проблем совместимости.

Решение компании Moxa для перехода подстанционных сетей на PRP/HSR

В коммутаторе задействован ряд продвинутых технологий, которые позволяют реализовать резервирование по протоколам PRP и HSR, интеграцию форматов RSTP и HSR и обеспечить синхронизацию и погрешность времени на уровне наносекунд согласно протоколу точного времени (PTP) IEEE 1588v2.
Для организации резервирования по протоколу PRP в коммутатор встроен модуль PRP/HSR. Кроме того, благодаря коммутации портов 24+4G, это устройство позволяет подключить большое количество устройств типа SAN к параллельным сетям. Благодаря этому выполняется расширение сети PRP при отсутствии дополнительных затрат. Реализация одновременной передачи данных по нескольким маршрутам позволяет коммутатору при возникновении ошибок передачи выполнять переключение на неповрежденные участки с нулевым временем.

Коммутаторы Ethernet PRP/HSR компании Moxa

Для резервирования по протоколу HSR в коммутаторе используется модуль PRP/HSR. При поддержке протокола HSR коммутатор должен переключаться между двумя путями, по которым одновременно выполняется передача данных, что позволяет обеспечить нулевое время переключения и нулевую потерю пакетов данных. С помощью коммутатора с портами 24+4G обеспечивается переход множества устройств с одним сетевым интерфейсам на протокол HSR, тем самым позволяя продлить срок службы существующих устройств.
Для интеграции протокола RSTP в HSR в коммутаторе Моха PRP/HSR применяется простой принцип предотвращения широковещательных штормов — наиболее распространенного явления, возникающего при объединении принципов резервирования PRP/HSR и RSTP, которое приводит к отказу сетей в целом. Такие широковещательные штормы происходят, когда коммутаторы или Red Box не могут распознать управляющие пакеты (BPDU) в протоколах формата RSTP, в результате чего игнорирует их и не пересылает в сеть HSR. Эти пакеты данных накапливаются и непрерывно циркулируют в кольцевой сети RSTP, не достигая при этом своего места назначения. Коммутатор Моха обладает способностью распознавания BPDU-пакетов, которые будут, в свою очередь, перенаправлены в кольцевую топологию HSR. Примечательно, что компания Моха внесла предложение по внесению поправок в документ МЭК 62439- 3, заключающееся в том, что с целью обеспечения совместимости оборудования функция распознавания коммутаторами BPDU-пакетов должна стать стандартной функцией этих устройств.
Функция «Группировка RSTP» коммутатора PRP/HSR от Моха позволяет установить множество соединений между сетями RSTP и HSR, что поможет легко перевести крупные группы узлов RSTP на работу в сетях с резервированием по принципу HSR. Протокол точного времени (РТР) IEEE 1588 обеспечивает наносекундную точность синхронизации, что, в свою очередь, помогает выровнять процесс распределения времени для улучшения производительности сетевых приложений. Коммутаторы должны обеспечить синхронизацию времени согласно IEEE 1588v2 в пределах всей системы. Это гарантирует высокую точность данных и оптимизацию производительности для энергообъектов и телекоммуникации.
Кроме того, коммутатор PRP/HSR впервые в мире имеет модульное исполнение для монтажа в стойке, что позволяет пользователям использовать более гибкие решения по размещению оборудования и интеграции в коммуникационные сети. Имеется несколько вариантов возможных сценариев: интеграция большого количества устройств типа SAN в сети PRP/HSR; подключение сетей RSTP к сетям HSR через два отдельных узла; окончательная интеграция полевых устройств на уровне ОПУ; и возможность добавления дополнительных кольцевых сетей HSR через протокол PRP.

Совместимость, подтвержденная независимыми испытаниями

Проверка производительности коммутатора PRP/HSR компании Моха выполнялась силами UCAIug, некоммерческой организации, направлением деятельности которой является помощь и содействие пользователям и производителям оборудования в реализации стандартов для приложений, работающих в реальном времени. UCAIug провела тестирование совместимости коммутатора PT-7728-PTP в сетях различной архитектуры. Проверка различных сценариев выполнялась с особым упором на проверку правильной работы протоколов обмена данными МЭК 61850 совместно с устройствами различных производителей в формате HSR и PRP, а также в варианте интеграции RSTP в сети HSR. В сценариях также применялись интеллектуальные электронные устройства (IED) и промежуточные системы (IS). В отчете UCAIug сделаны выводы, что коммутатор PT-7728-PTP прошел все испытания, а его производительность была подтверждена. Кроме того, коммутатор PT-7728-PTP и устройство типа Redbox Moxa PT-G503 обеспечивали двойное соединение между сегментами сетей PRP/HSR и RSTP.
Более подробная информация о новом коммутаторе размещена на сайте компании Moxa.
По всем вопросам относительно устройств, производимых компанией Moxa, обращайтесь Ivan.Lopukhov@moxa.com.

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: