Высокая доступность, бесшовное резервирование - High-availability Seamless Redundancy

Высокая доступность, бесшовное резервирование (HSR) это сеть протокол за Ethernet что обеспечивает бесшовную аварийное переключение от выхода из строя любого сетевого компонента. Эта избыточность невидима для приложения.

Узлы HSR имеют два порта и действуют как коммутатор (мост), что позволяет объединить их в кольцевую или ячеистую структуру без выделенных коммутаторов. Это отличается от стандартного компаньона Протокол параллельного резервирования (IEC 62439-3, пункт 4), с которым HSR разделяет принцип работы.

PRP и HSR стандартизированы IEC 62439-3:2016[1]).
PRP и HSR не зависят от протокола приложения и могут использоваться большинством Промышленный Ethernet протоколы в пакете IEC 61784. Принят для автоматизации подстанций в рамках МЭК 61850.

PRP и HSR подходят для приложений, требующих высокая доступность и короткое время переключения,[2]например: защита для электрическая подстанция,[3] синхронизированные приводы (например, в печатных машинах) или инверторы большой мощности. Для таких приложений время восстановления обычно используемых протоколов, таких как Протокол быстрого связующего дерева (RSTP) слишком длинный.[4]

Стоимость HSR заключается в том, что узлам требуется поддержка оборудования (FPGA или же ASIC ) для пересылки или отбрасывания кадров в течение микросекунд. Эта стоимость компенсируется тем, что коммутаторы Ethernet не требуются. Поддержка оборудования в любом случае необходима, когда узел поддерживает синхронизацию часов или безопасность.

HSR не распространяется на отказ конечных узлов, но резервные узлы могут быть подключены через HSR.

Топология

  • Работа сети HSR (многоадресная передача)

  • Формат кадра HSR (с тегом)

  • Взаимодействие узлов HSR (DANH)

HSR сетевой узел (DANH) имеет как минимум два Ethernet порты, каждый из которых подключен к соседнему узлу HSR, поэтому между двумя узлами всегда существует два пути. Следовательно, пока работает один путь, целевое приложение всегда получает один кадр. Узлы HSR постоянно проверяют избыточность для обнаружения скрытых сбоев.

HSR обычно используется в кольцевая топология или в другом топология сетки.

Узлы с одним подключением (например, принтером) подключаются через RedBox (Redundancy Box).

Возможны избыточные подключения к другим сетям, особенно к Протокол параллельного резервирования (PRP) сеть.

Поскольку HSR и PRP используют один и тот же механизм дублирования идентификации, сети PRP и HSR могут быть соединены без единой точки отказа, и можно построить одни и те же узлы для использования как в сетях PRP, так и в HSR.

Операция

Каждый узел HSR является узлом коммутации, то есть он может пересылать фрейм, полученный на одном порту, по крайней мере, на один другой порт в сквозном режиме.

Исходный узел отправляет то же самое Рамка по всем портам к соседним узлам.

Узел назначения должен получить в исправном состоянии два идентичных кадра в течение определенного временного сдвига, переслать первый кадр приложению и отбросить второй кадр, когда (и если) он придет.

Узел пересылает кадр, если он не обнаруживает кадр, который он отправил сам или уже отправил. Чтобы уменьшить одноадресный трафик, узел не пересылает кадр, для которого он является единственным адресатом (режим U). Это не применяется, когда требуется наблюдение за дорожным движением.

Чтобы уменьшить трафик, узел может воздерживаться от отправки кадра, который он уже получил, с противоположного направления на том же порту (режим X),[5] но это относится не ко всем кадрам.

Кроме того, несколько алгоритмов, основанных на изучении местоположения сетевых узлов, могут служить для сокращения трафика HSR, например, блокировка портов и расширенная блокировка портов (PL) и (EPL) соответственно, которые работают на закрытии портов, что приводит к несуществующему узел, [6]

Особенно, Протокол точного времени кадры (многоадресная передача) не являются дубликатами друг друга, поскольку они изменяются каждым узлом для корректировки времени. Такие кадры могут быть удалены только узлом, который их изначально вставил, или другим узлом, который их уже отправил. Кроме того, этот режим нельзя использовать, когда требуется детерминированная операция.

Особый подход дается фреймам для конкретных ссылок, таким как LLDP или Pdelay_Req / Pdelay_Resp Протокол точного времени кадры, для которых тег HSR игнорируется, но должен присутствовать.

Формат кадра

Чтобы упростить обнаружение дубликатов, кадры идентифицируются по их исходному адресу и порядковому номеру, который увеличивается для каждого кадра, отправляемого в соответствии с протоколом HSR. Порядковый номер, размер кадра и идентификатор пути добавляются в 6-октетный тег HSR (заголовок).

ПРИМЕЧАНИЕ: все устаревшие устройства должны принимать кадры Ethernet до 1528 октетов, это ниже теоретического предела в 1535 октетов.

Спектакль

В кольце HSR приложениям для многоадресного трафика доступна только около половины пропускной способности сети (по сравнению с RSTP). Это связано с тем, что все кадры отправляются дважды по одной и той же сети, даже если нет сбоя. Однако, поскольку сетевая инфраструктура также удваивается в топологиях с замкнутым кольцом, номинальная пропускная способность сети доступна. Например. в кольце Ethernet 100 Мбит / с доступно 100 Мбит / с (но не 200 Мбит / с).

Выполнение

Поскольку задержка пересылки каждого узла в кольце HSR увеличивает общую задержку сети, кадры пересылаются в течение микросекунд.
На практике аппаратная поддержка (FPGA )[7]требуется для снижения задержки на переход до разумного значения (около 5 мкс при 100 Мбит / с), используя сквозное переключение.
С этой целью каждый кадр имеет тег HSR, который позволяет распознать, следует ли пересылать кадр или нет, чтобы избежать с запасом хода. Это означает, что поврежденные кадры не будут удалены из кольца, пока не достигнут узла, который их уже отправил.

Синхронизация часов

Приложение C к МЭК 62439-3 определяет Профиль отрасли протокола точного времени (PIP L2P2P), который обеспечивает синхронизацию часов с точностью до 1 мкс в кольце из 16 узлов HSR. Этот протокол PTP также позволяет детерминированно управлять кольцом HSR для выделенного класса трафика, например, выборочные значения в МЭК 61850. Он был принят IEEE как МЭК / IEEE 61850-9-3,.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Международная электротехническая комиссия IEC 62439-3: 2016 Промышленные сети связи. Сети автоматизации с высокой доступностью. Часть 3. Протокол параллельного резервирования (PRP) и бесшовное резервирование с высокой доступностью (HSR).
  2. ^ Киррманн, Хуберт; Джунг, Дачфей.Выбор стандартного метода резервирования для высокодоступных промышленных сетей, 2006 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 27 июня 2006 г. Страницы: 386 - 390
  3. ^ Киррманн, Хуберт Бесшовное резервирование - безударное резервирование Ethernet для подстанций с IEC 61850 Специальный отчет ABB Review, 2013 г.
  4. ^ Пустыльник, Михаил; Зафирович-Вукотич, Мира; Мур, Роджер Производительность протокола Rapid Spanning Tree в кольцевой топологии сети, RUGGEDCOM
  5. ^ Аллави, Саад; Ри Чон Мён Повышение производительности трафика с бесшовным резервированием (HSR) для связи в интеллектуальных сетях, Journal of Communications and Networks (том: 14, выпуск: 6, декабрь 2012 г.)
  6. ^ Алтаха, Ибрагим; Ри Чон Мён [1], Журнал коммуникаций и сетей (том: E98, №: 9 сентября 2015 г.)
  7. ^ SoCe IP-ядро коммутатора HSR-PRP
  8. ^ Kirrmann, H .; Дикерсон В. Протокол точного времени IEC IEEE В архиве 2017-02-05 в Wayback Machine, Pacworld, сентябрь 2016 г.

Историческая справка

Первоначально протокол был назван HASAR по имени первой из пяти компаний, работающих на электроэнергетические компании, которые его создали (Hirschmann, ABB, Siemens, Alstom и RuggedCom). Отдел маркетинга переименовал его в HSR, что означает «бесшовное кольцо высокой доступности», но HSR не ограничивается простой кольцевой топологией.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка