Австралийские исследователи определили задержки коммутаторов при перенаправлении кадров Sampled Values

Этот вопрос, как и вопрос предельной загрузки коммутаторов Ethernet, представляет большой интерес для современных инженеров РЗА, занимающихся реализацией цифровых подстанций. Группа австралийских исследователей, участвовавших в практической реализации подстанций с шиной процесса согласно МЭК 61850-9-2LE, провела весьма интересные эксперименты с коммутаторами ведущих фирм-производителей с использованием высокоточного оборудования.

Исходными данными для экспериментов стала предполагаемая к использованию схема локальной вычислительной сети (ЛВС), согласно которой формируемые 6 устройствами сопряжения с шиной процесса 6 потоков Sampled Values поступают через интерфейсы 100 Мбит/с на один Ethernet-коммутатор, который в свою очередь перенаправляет их далее через свой интерфейс 100 Мбит/с (схема с расположением устройств сопряжения и коммутатора на ОРУ).

Рис. 1. Конфигурация ЛВС, послужившая исходными данными для проведения испытаний

Реальную схему ЛВС эквивалентировали одним коммутатором, обладающим двумя гигабитными портами и одним стомегабитным интерфейсом; полнодуплексным Ethernet-пробником (NetOptics 10/100/1000 Tap); высокопроизводительным ПК с прецизионным четырехпортовым (1 Гб/c) сетевым интерфейсом, обладающим интерфейсом синхронизации времени 1-PPS и обеспечивающим возможность присвоения меток времени входящим пакетам с абсолютной погрешностью не более ±100 нс и относительной погрешностью (по данным, регистрируемым на 4 портах) не более ±8 нс (Endace DAG7.5G4). Всё оборудование было соединено между собой по схеме, изображённой на рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальный стенд для имитации конфигурации ЛВС

В ходе испытаний формировали 6 синтетических потоков Sampled Values согласно МЭК 61850-9-2LE. При их формировании исключалась вариабельность интервала следования пакетов для создания одинаковых условий испытаний от одного теста к другому. С гигабитного интерфейса сетевой платы синтетические потоки подавались на Ethernet-пробник, с которого поступали на гигабитный порт коммутатора и обратно на гигабитный интерфейс высокоточного сетевого интерфейса ПК для получения момента начала отсчёта времени обработки кадров коммутатором. Таким образом, поступление 6 потоков Sampled Values от разных устройств сопряжения с шиной процесса, подключенных к отдельным стомегабитным интерфейсам коммутатора в планируемой топологии ЛВС, эквивалентировали подачей 6 синтетических потоков Sampled Values на один гигабитный порт коммутатора. Полученные потоки Sampled Values перенаправлялись через его стомегабитный порт, после чего им присваивалась метка времени сетевым интерфейсом на аппаратном уровне. Зафиксированный момент времени являлся конечным моментом отсчёта времени обработки кадров коммутатором.

Рис. 3. Полнодуплексный Ethernet-пробник NetOptics

В первом опыте синтетические потоки Sampled Values подавались на коммутатор с разновремённостью (рассинхронизацией) 2 мкс. Во втором опыте — с разновремённостью 42 мкс (стандартный интервал следования пакетов 250 мкс, поделённый на 6). При этом были выявлены интересные результаты:

  • в первом опыте последний из шести потоков Sampled Values перенаправлялся с задержкой 55 мкс, вследствие возникновения очереди на коммутаторе;
Рис. 4. При 6 потоках Sampled Values последний перенаправляется коммутатором с задержкой 55 мкс
  • во втором опыте ввиду отсутствия очередей на коммутаторе все пакеты перенаправлялись с одинаковой задержкой около 15 мкс (коммутатор успевал обрабатывать разновременно поступающие кадры).
Рис. 5. При разделении по времени следования потоков Sampled Values задержка перенаправления 6 потоков фиксирована и составляет около 15 мкс

Таким образом, эксперименты показали, что при отсутствии разделения потоков по времени предельное время их перенаправления коммутатором зависит от загрузки сети и производительности коммутатора. При разделении потоков по времени достижимо фиксированное и предсказуемое время перенаправления кадров в соответствии с производительностью коммутаторов. Остается открытым вопрос: отличается ли (и если отличается, то как?) производительность современных коммутаторов от различных фирм (промышленных / непромышленных / сертифицированных / не сертифицированных по МЭК 61850-3)?

По материалам статьи Ingram, David M. E.; Schaub, Pascal; Taylor, Richard R.; Campbell, Duncan A. — Performance Analysis of IEC 61850 Sampled Value Process Bus Networks / IEEE Transactions on Industrial Informatics, PP(99).

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: