고가용성 심리스 용장성

High-availability Seamless Redundancy
Hot Standby Router Protocol과 혼동하지 마십시오.

고가용성 심리스 용장성(HSR)은 단일 네트워크 컴포넌트의 장애에 대한 심리스 페일오버를 제공하는 이더넷용 네트워크 프로토콜입니다.PRP와 HSR은 애플리케이션 프로토콜과는 독립적이며 IEC 61784 스위트의 대부분의 산업 이더넷 프로토콜에서 사용할 수 있습니다.HSR은 엔드 노드의 장애를 커버하지 않지만 HSR을 통해 다중 노드를 연결할 수 있습니다.

HSR 노드에는 2개의 포트가 있으며 브리지로서 기능합니다.이를 통해 전용 스위치 없이 링 또는 메쉬 구조로 배치할 수 있습니다.이는 HSR이 작동 원리를 공유하는 동반 표준 PRP([1]Parallel Redundancy Protocol)와는 대조적입니다.PRP 및 HSR은 IEC 62439-3:[2]2016에 의해 표준화되었습니다.

PRP 및 HSR은 고가용성 및 짧은 스위치 오버 시간을 요구하는 애플리케이션에 적합합니다.[3]이러한 애플리케이션의 경우 Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP)과 같이 일반적으로 사용되는 프로토콜의 복구 시간이 너무 깁니다.IEC 61850 [4]프레임워크의 변전소 자동화를 위해 채택되었다.동기식 드라이브(예: 인쇄기) 및 고출력 [5]인버터에 사용됩니다.

HSR 의 코스트는, 마이크로초 이내에 프레임을 전송 또는 폐기하기 위해서, 노드가 하드웨어 서포트(FPGA 또는 ASIC)를 필요로 하는 것입니다.이더넷 스위치가 필요 없기 때문에 이 비용은 보상됩니다.노드가 클럭 동기화 또는 보안을 지원하는 경우 하드웨어 지원이 필요합니다.

토폴로지

  • HSR network operation (multicast)

    HSR 네트워크 동작(멀티캐스트)

  • HSR frame format (with tag)

    HSR 프레임 형식(태그 포함)

  • HSR nodes (DANH) interaction

    HSR 노드(DANH) 상호작용

HSR Network Node(DANH; HSR 네트워크노드)에는 적어도2개의 이더넷포트가 있으며 각각은 네이버HSR 노드에 접속되어 있기 때문에 2개의 노드 사이에 항상2개의 경로가 존재합니다.따라서, 1 개의 패스가 동작하고 있는 한, 행선지 애플리케이션은 항상 1 개의 프레임을 수신합니다.HSR 노드는 용장성을 지속적으로 체크하여 도킹 장애를 검출합니다.

HSR은 일반적으로 링토폴로지 또는 다른 메쉬토폴로지에서 사용됩니다.

단일 연결 노드(프린터 등)는 RedBox(용장 상자)를 통해 연결됩니다.

다른 네트워크, 특히 Parallel Redundancy Protocol(PRP) 네트워크에 대한 다중 접속이 가능합니다.

HSR과 PRP는 동일한 중복 식별 메커니즘을 사용하기 때문에 PRP와 HSR 네트워크를 단일 장애점 없이 연결할 수 있으며 동일한 노드를 구축하여 PRP와 HSR 네트워크에서 모두 사용할 수 있습니다.

작동

모든 HSR 노드는 스위칭노드로, 즉 1개의 포트로 수신한 프레임을 컷스루 모드로 적어도1개의 다른 포트로 전송할 수 있습니다.

송신원노드는 모든 포트를 통해 네이버노드에 같은 프레임을 송신합니다.

행선지 노드는, 무장애 상태에서는, 일정한 시간내에 2 개의 같은 프레임을 수신해, 첫 번째 프레임을 애플리케이션에 전송 해, 그 프레임이 착신했을 때에(및 착신했을 경우) 두 번째 프레임을 폐기할 필요가 있습니다.

송신한 프레임 또는 이미 송신한 프레임을 검출하지 않는 한, 노드는 프레임을 전송 합니다.유니캐스트 트래픽을 줄이기 위해 노드는 유일한 수신처(모드 U)인 프레임을 전송하지 않습니다.이는 트래픽 감시가 필요한 경우에는 적용되지 않습니다.

트래픽을 줄이기 위해 노드가 같은 포트(모드 X)[6]의 반대 방향에서 이미 수신한 프레임의 송신을 자제하는 경우가 있습니다만, 이것은 모든 프레임에 적용되는 것은 아닙니다.

또, 네트워크 노드의 로케이션 학습에 의존하는 몇개의 알고리즘은, HSR 트래픽의 삭감에 도움이 됩니다.예를 들면, 포토 잠금이나 Enhanced Port Locking(PL)이나 EPL(EPL)은, 존재하지 않는 노드로 연결되는 포토를 닫는 경우에 기능합니다.

특히 Precision Time Protocol 프레임(멀티캐스트)은 시간을 수정하기 위해 각 노드에 의해 변경되므로 서로 중복되지 않습니다.이러한 프레임은 원래 프레임을 삽입한 노드 또는 이미 프레임을 전송한 다른 노드에 의해서만 폐기할 수 있습니다.또한 결정론적 연산이 필요한 경우에는 이 모드를 사용할 수 없습니다.

LLDP 또는 Pdelay_Req/Pdelay_Resp Precision Time Protocol 등의 링크 고유의 프레임에 대해서는 특별한 처리가 이루어집니다.이 프레임에 대해서는 HSR 태그는 무시되지만 존재해야 합니다.

프레임 포맷

중복의 검출을 간단하게 하기 위해서, 프레임은 송신원주소와 HSR 프로토콜에 따라서 송신되는 각 프레임에 대해서 증가하는 시퀀스 번호로 식별됩니다.시퀀스 번호, 프레임사이즈 및 패스 ID 는 6 옥텟의 HSR 태그(헤더)에 부가됩니다.

메모: 모든 레거시 디바이스는 최대 1528 옥텟의 이더넷프레임을 허용해야 합니다.이거는 이론상의 제한인 1535 옥텟을 밑돌고 있습니다.

성능

HSR 링에서는 네트워크 대역폭의 약 절반만 멀티캐스트트래픽에 사용할 수 있습니다(RSTP와 비교).이는 장애가 없는 경우에도 모든 프레임이 동일한 네트워크를 통해2 회 송신되기 때문입니다.단, 네트워크인프라스트럭처도 클로즈드링토폴로지에서는 2배가 되기 때문에 공칭 네트워크 대역폭을 사용할 수 있습니다.예를 들어 100 Mbit/s 이더넷링에서는 100 Mbit/s를 사용할 수 있습니다(단, 200 Mbit/s는 사용 불가).

실행

HSR 링 내의 모든 노드의 전송 지연은 네트워크 지연의 합계에 더해지기 때문에 프레임은 마이크로초 이내에 전송됩니다.
실제로는 컷스루 스위칭을 사용하여 홉 단위의 지연을 적절한 값(100 Mbit/s로 5μs 정도)으로 낮추려면 하드웨어 지원(FPGA)이 필요합니다.
이를 위해 각 프레임에는 HSR 태그가 부착되어 있어 프레임의 전송 여부를 인식할 수 있어 스토어 앤 포워드를 회피할 수 있습니다.즉, 파손된 프레임은 이미 송신된 노드에 도달할 때까지 링에서 삭제되지 않습니다.

클럭 동기화

IEC 62439-3 Annex C는 16개의 HSR 노드의 링에서 1μs의 정확도로 클럭 동기화를 가능하게 하는 Precision Time Protocol Industry Profile(PIP L2P2P)을 지정합니다.또한 이 PTP 프로토콜을 통해 IEC 61850의 Sampled Values와 같은 전용 트래픽 클래스에 대해 HSR 링을 결정적으로 작동할 수 있습니다.IEEE에 의해 IEC/IEE 61850-9-3으로 채택되었습니다.[9]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ IEC 62439-3 조항 4
  2. ^ 국제 전기 표준 위원회 IEC 62439-3:2016 산업 통신 네트워크 - 고가용성 자동화 네트워크 - Part 3: 병렬 이중화 프로토콜 (PRP) 및 고가용성 이음매 없는 이중화 (HSR)
  3. ^ 키르만, 휴버트, 쫑, 데이크페이고가용성 산업 네트워크의 표준 용장성 방법 선택, 2006년 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 2006년 6월 27일 페이지: 386 – 390
  4. ^ Kirrmann, Hubert Syless Redundancy - IEC 61850 ABB를 탑재한 변전소를 위한 범플리스 이더넷 용장성, 2013년 특별 보고서
  5. ^ Pustylnik, Michael; Zafirovic-Vukotic, Mira; Moore, Roger 성능 인링 네트워크 토폴로지, RUGCOM
  6. ^ 알라위, 사드; 이종명 스마트 그리드 통신의 고가용성 심리스 장황성(HSR) 트래픽 성능 개선, 통신 및 네트워크 저널 (제14권, 제6호, 2012년 12월)
  7. ^ 알타하, 이브라힘; 이종명 [1], 통신 및 네트워크 저널 (권:E98, No.:2015년 9월 9일)
  8. ^ SoCe HSR-PRP 스위치 IP 코어
  9. ^ Kirrmann, H.; Dickerson W. IEC IEEE Precision Time Protocol 2017-02-05를 Pacworld, Wayback Machine에 보관, 2016년 9월

이력 메모

원래 이 프로토콜은 이 프로토콜을 만든 전기 유틸리티에 종사하는 5개 회사(Hirschmann, ABB, Siemens, Alstom 및 RuggedCom)의 초기 이름을 따서 HASAR로 명명되었습니다.마케팅에서는 "하이 어베이러빌리티 심리스 링"을 위해 HSR로 이름을 변경했지만 HSR은 단순한 링 토폴로지에 국한되지 않습니다.

추가 정보

외부 링크