병렬 이중화 프로토콜

Parallel Redundancy Protocol

PRP(Parallel Redundancy Protocol)는 네트워크 컴포넌트의 장애에 대한 심리스 페일오버를 제공하는 이더넷의 네트워크 프로토콜 표준입니다.이 용장성은 어플리케이션에서는 보이지 않습니다.

PRP 노드에는 2개의 포트가 있으며 동일한 토폴로지의 2개의 독립된 네트워크에 접속되어 있습니다.PRP는 전적으로 소프트웨어로 구현될 수 있습니다. 즉, 네트워크 드라이버에 통합됩니다.접속이 1개인 노드는 1개의 네트워크에만 접속할 수 있습니다.이는 PRP가 작동 원리를 공유하는 동반 표준 HSR (IEC 62439-3 조항 5)과 대조적입니다.

PRP와 HSR은 애플리케이션 프로토콜과는 독립적이며 IEC 61784 스위트의 대부분의 산업 이더넷 프로토콜에서 사용할 수 있습니다.PRP 및 HSR은 IEC 62439-3:2016[1])에 의해 표준화되었습니다.IEC 61850 프레임워크의 변전소 자동화를 위해 채택되었다.

PRP 및 HSR은 높은 가용성과 짧은 전환 [2]시간을 요구하는 애플리케이션에 적합합니다. 예를 들어 인쇄 기계나 고출력 인버터에서의 [3]변전소 보호, 동기 드라이브 보호 등입니다.이러한 애플리케이션의 경우 Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP)과 같이 일반적으로 사용되는 프로토콜의 복구 시간이 너무 [4]깁니다.

PRP 비용은 PRP를 필요로 하는 모든 네트워크 요소의 중복입니다.예비 부품이 선반에 놓여 있거나 실제로 공장에서 작동하는 경우에는 거의 차이가 없기 때문에 비용 영향이 적습니다.더 많은 컴포넌트가 사용 중 오류가 발생할 수 있기 때문에 유지보수 간격이 짧아지지만 이러한 운영 중단은 애플리케이션에서는 보이지 않습니다.

PRP는 엔드 노드의 장애를 커버하지 않지만 다중 노드는 PRP 네트워크를 통해 접속할 수 있습니다.

토폴로지

  • PRP 네트워크 동작

  • PRP 프레임 형식(트레일러 포함)

  • PRP 노드(DANP) 상호작용

각 PRP Network Node(DANP; PRP 네트워크노드)에는 2개의 이더넷포트가 접속되어 있지만, 같은 토폴로지의 2개의 로컬에리어 네트워크에 접속되어 있습니다.2개의 LAN에는 접속 링크가 없으며 공통 모드 장애를 피하기 위해 장애에 의존하지 않는 것으로 간주됩니다.

단일 연결 노드(프린터 등)는 하나의 네트워크에만 연결되거나(따라서 동일한 네트워크에 연결된 다른 노드와만 통신할 수 있음), 이중 연결 [5]노드처럼 작동하는 장치인 RedBox를 통해 연결됩니다.

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

Source Node(DANP; 소스 노드)는 각 포트를 통해1개의 프레임 복사본을 동시에 전송합니다.2개의 프레임은, 특정의 시간 스큐를 가지는 행선지 노드(DANP)에 도달할 때까지, 각각의 LAN 를 통과합니다.행선지 노드는, 페어의 첫 번째 프레임을 받아 들여, 두 번째 프레임(착신했을 경우)을 폐기합니다.따라서, 1 개의 LAN 이 동작하고 있는 한, 행선지 애플리케이션은 항상 1 개의 프레임을 수신합니다.PRP는 제로 타임 회복을 제공하며 용장성을 지속적으로 체크하여 잠복 장애를 검출할 수 있습니다.

프레임 포맷

중복 검출을 간단하게 하기 위해서, 프레임은 송신원주소와 PRP 프로토콜에 따라서 송신되는 프레임 마다 증가하는 시퀀스 번호로 식별됩니다.시퀀스 번호, 프레임사이즈, 패스 ID 및 Ethertype은 6옥텟 PRP 트레일러의 이더넷체크섬 바로 앞에 추가됩니다이 트레일러는 PRP 프로토콜을 인식하지 못하는 모든 노드에서 무시(패딩으로 간주)되므로 이러한 Single Attached Node(SAN; 단일 연결 노드)는 동일한 네트워크에서 작동할 수 있습니다.
메모: 모든 레거시 디바이스는 최대 1528 옥텟의 이더넷프레임을 허용해야 합니다.이거는 이론상의 제한인 1535 옥텟을 밑돌고 있습니다.

실행

노드의 2개의 이더넷인터페이스는 같은 MAC 주소를 사용합니다.이것은 2개의 LAN에 접속이 없기 때문에 허용됩니다.따라서, PRP는 레이어 2 용장성이며, 이를 통해 상위 레이어 네트워크 프로토콜이 수정 없이 작동할 수 있습니다.PRP 노드에는 1개의 IP 주소만 필요합니다.특히, ARP 프로토콜은 MAC와 IP 주소를 올바르게 관련짓습니다.

클럭 동기화

IEC 62439-3 Annex C는 IEEE 규격 1588 Precision Time Protocol의 프로파일로서 15개의 네트워크 요소 후 1μs의 정확도로 PRP를 통한 클럭 동기화를 지원하는 Precision Time Protocol 산업 프로파일을 지정합니다.

PRP에 따라 클럭을 이중으로 부착할 수 있지만 패스에 따라 보정이 다르기 때문에 PRP의 중복 폐기 방법은 적용되지 않는다.또한 지연 측정 메시지(Pdelay_Req 및 Pdelay_Resp)는 링크 로컬이므로 복제되지 않습니다.

약 1초마다 마스터 클럭은 동기 메시지의 복사본을 2개 보냅니다.단, 포트가 분리되어 있기 때문에 같은 시각은 아닙니다.따라서 원래 동기에는 이미 다른 타임스탬프가 붙어 있습니다.

슬레이브는 2개의 Sync 메시지를 서로 다른 시각에 수신하여 Best Master Clock Algorithm(BMCA; 최적 마스터 클럭알고리즘)을 적용합니다.2개의 Sync가 같은 그랜드 마스터에서 온 경우 클럭 품질은 타이 브레이커로 사용됩니다.슬레이브는 보통 한쪽 포트를 듣고 다른 한쪽 포트를 감시합니다.이러한 포트는 앞뒤로 전환하거나 양쪽 동기화를 사용하지 않습니다.

이 방법은 1588년 레이어2 / 레이어3 동작 및 피어 투 피어 / 엔드 투 엔드 지연 측정으로 몇 가지 옵션에 대해 기능합니다.IEC 62439-3은 이 두 가지 프로파일을 다음과 같이 정의합니다.

  • ODVA 요건에 대응하는 L3E2E(레이어 3, 엔드 투 엔드)
  • L2P2P(레이어 2, 피어 투 피어)는 IEC 61850의 전력 유틸리티 요건에 대응하고 있으며 IEC의 IEEE에 의해 채택되어 있습니다.IEEE 61850-9-3.[6]

레거시 버전

원래 표준 IEC 62439:2010은 연결 단위로 PRP 프레임에서 중복 제어 트레일러(RCT)의 시퀀스 번호를 증가시켰습니다.이것에 의해, 에러 검출의 커버리지는 양호했지만, PRP로부터 병렬 네트워크 대신에 링 토폴로지를 사용하는 High-Availability Simless Redundancy(HSR; 하이어베이러빌리티 심리스 용장성) 프로토콜로의 이행은 어려워졌습니다.

개정된 표준 IEC 62439-3:2012에서는 동일한 중복 폐기 알고리즘을 사용하여 PRP와 HSR을 정렬했습니다.이것에 의해, 투과적인 PRP-HSR 접속 브리지와 노드를 구축해, PRP(DANP)와 HSR(DANH) 양쪽 모두로서 동작할 수 있게 되었습니다.

오래된 IEC 62439:2010 표준은 일부 제어 시스템에서 여전히 사용되고 있기 때문에 PRP-0으로 불리기도 하며, PRP 2012는 "PRP"[7]로 불리기도 한다.

적용들

PRP의 흥미로운 적용은 "Timing Combiner"[8] [로 무선 통신 분야에서 발견되었으며, 이는 병렬 다중 무선 링크에 대한 패킷 손실과 타이밍 동작에서 상당한 향상을 보였습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 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)
  2. ^ 키르만, 휴버트, 쫑, 데이크페이고가용성 산업 네트워크의 표준 용장성 방법 선택, 2006년 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 2006년 6월 27일 페이지: 386~390
  3. ^ Kirrmann, Hubert Syless Redundancy - IEC 61850 ABB를 탑재한 변전소를 위한 범플리스 이더넷 용장성, 2013년 특별 보고서
  4. ^ Pustylnik, Michael; Zafirovic-Vukotic, Mira; Moore, Roger 성능 인링 네트워크 토폴로지, RUGCOM
  5. ^ "Redundancy Box". Zurich University of Applied Sciences. Retrieved 20 August 2014.
  6. ^ Kirrmann, Hubert; Dickerson, William IEC IEEE Precision Time Protocol, Pacworld, 2016년 9월
  7. ^ "Standardization of PRP". Zurich University of Applied Sciences. Retrieved 20 August 2014.
  8. ^ Lentschler, M.; Laukemann, P., "Parallel Redundant WLAN 퍼포먼스 분석", 신흥 테크놀로지 & Factory Automation(ETFA), 2012년 IEEE 17차 회의 on, vol., no., 2012년 9월 1, 8, 17-21 페이지.

외부 링크