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).

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.

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.

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;

• во втором опыте ввиду отсутствия очередей на коммутаторе все пакеты перенаправлялись с одинаковой задержкой около 15 мкс (коммутатор успевал обрабатывать разновременно поступающие кадры).

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).