Sprawna rekonfiguracja sieci Ethernet Ring Protection Switching G.8032
W automatyce przemysłowej można spotkać kilka mechanizmów tworzenia redundantnych połączeń między krytycznymi węzłami sieci Ethernet. Najbardziej popularne są protokoły RSTP (802.1w) i MSTP (802.1s), stosowane powszechnie od 2001 r. Niestety protokoły STP potrzebują od kilku sekund do kilku minut na przywrócenie komunikacji. W wielu aplikacjach przemysłowych tak długi czas rekonfiguracji sieci jest niedopuszczalny, ponieważ utrata połączenia ze sterownikiem PLC może spowodować niewłaściwie wysterowanie układów I/O. Aby zastosowanie sieci Ethernet było w takich przypadkach możliwe, część producentów przemysłowych przełączników do sieci Ethernet opracowało własne protokoły redundancji, w większości bazujące na tworzeniu redundantnego pierścienia.
Od wielu lat z powodzeniem stosowane są wszelkie odmiany pierścieni Turbo Ring, Super Ring itp. Protokoły te są szybkie i niezawodne, ale wszystkie mają jedną poważną wadę: brak kompatybilności między poszczególnymi odmianami pierścienia. Ethernet cieszy się tak dużą popularnością głównie dlatego, że jest to standard otwarty.
Budując sieć teoretycznie możemy dowolnie łączyć ze sobą komponenty od różnych dostawców. Niestety coraz częściej dochodzi do wypaczenia tej idei. Producenci wprowadzają własne modyfikacje, które uniemożliwiają łączenie różnych przełączników w jednej sieci. Ponadto rosnąca liczba opatentowanych rozwiązań znacząco utrudnia życie firmom integratorskim, jak również administratorom sieci. Aby temu zaradzić, International Telecommunication Unit opracował standard G.8032 – Ethernet Ring Protection Switching (ERPS), który umożliwia rekonfigurację sieci w czasie poniżej 50 ms.
Rozszerzona kontrola
Konfiguracja protokołu G.8032 jest prosta i intuicyjna. Wystarczy aktywować ERPS na portach, które mają tworzyć pierścień i połączyć je ze sobą. Dla użytkowników, którzy chcą mieć większą kontrolę nad tym, co się dzieje w sieci, przewidziane są dodatkowe opcje. Można samodzielnie zdecydować, który segment sieci jest blokowany (Ring Protection Link). W tym celu jeden switch w pierścieniu oznaczamy jako RPL Owner (właściciel), a sąsiedni jako RPL Neighbor (sąsiad). Od tej pory blokowany będzie segment między tymi dwoma switchami. Dodatkowo w wersji v2 administrator może ręcznie wymusić blokowanie określonego segmentu poleceniami Forced Switch (FS) i Manual Switch (MS). Najnowsza wersja G.8032v2 umożliwia budowanie sieci w topologii drabinkowej i multi-ring. Definiując parametr Ring ID można łączyć ze sobą wiele pierścieni niemal w dowolny sposób. Zmieniając wartość parametru Revertive określamy, czy po usunięciu awarii pierścień ma powrócić do pierwotnej topologii. Domyślnie G.8032 po pięciu minutach przywraca wyjściowy stan sieci.
Sprawna komunikacja
W czasie normalnej pracy, gdy nie występuje awaria, RPL Owner generuje wiadomości R-APS NR, RB (No Request, RPL Block). Periodycznie co pięć sekund wysyła je przez oba porty formujące pierścień. Komunikaty te wskazują, który z portów (East/West) jest blokowany. Każdy switch w pierścieniu otrzymuje komunikaty R-APS, rejestrując ID switcha oraz Block Port Reference (BPR). Służy to do wykrywania zmian w topologii.
Jakikolwiek błąd w dowolnym węźle sieci wyzwala komunikat R-APS Signal Failure (R-APS SF). Wiadomość o błędzie SF wysyłana jest w obu kierunkach, aby sąsiednie switche mogły zablokować te porty. Gdy wiadomość dotrze do RPL Owner, automatycznie zostaje odblokowany port RPL. Po ustąpieniu awarii wysyłany jest komunikat (R-APS) No Request. Po otrzymaniu wiadomości R-APS NR ring protection link (RPL) Owner ponownie blokuje port RPL i wysyła komunikat R-APS NR, RB. Te wiadomości powodują, że we wszystkich węzłach poza RPL Owner porty są odblokowane. Dzięki temu pierścień ERPS może mieć topologię multi-ring i jest odporny na jednoczesne wystąpienie kilku awarii.
Uniwersalny standard
G.8032 jest otwartym, szczegółowo opisanym standardem. Każdy dostawca zarządzalnych przełączników może go zaimplementować w swoich produktach. Użytkownicy nie są już ograniczeni ofertą jednego dostawcy przy rozbudowie lub modyfikacji sieci. Co ważne, takie rozwiązanie pozwala na integrację w jednej sieci przełączników szkieletowych, np. Cisco, z przemysłowymi switchami typu edge. Można zatem bez problemu połączyć sieć przemysłową z siecią informacyjną przedsiębiorstwa.
Poszczególne funkcje oraz ich parametry działają identycznie, niezależnie od marki przełącznika. Pozwala to na planowanie sieci bez wcześniejszych testów oraz mieszanie w jednej sieci komponentów od różnych dostawców. Dodatkowym atutem jest oszczędność wynikająca z braku konieczności odbywania kosztownych szkoleń, ponieważ firmy integratorskie nie muszą znać kilku różnych protokołów redundancji.
Obiecujące perspektywy
ERPS spotkał się z bardzo dużym zainteresowaniem producentów osprzętu sieciowego, ponieważ implementując go w produktach zyskują przewagę nad firmami, które trwają przy swoich mechanizmach utrzymania sieci w ruchu. Prawdopodobnie w ciągu kilku lat wszelkie protokoły firmowe zostaną zmarginalizowane, tak jak to miało miejsce z dotychczasowymi sieciami przemysłowymi, gdy Ethernet wkroczył do świata automatyki przemysłowej.
ANTAIRA TECHNOLOGIES Sp. z o.o.
ul. Kieślowskiego 3/U6, 02-962 Warszawa
tel. 22 862 88 81, fax 22 862 88 82
www.antaira.pl
source: Automatyka 4/2019