Metoda redundancji sieci ethernetowych oparta na standardzie IEEE 802.w

Sieci komunikacyjne stanowią szkielet każdego rozwiązania systemu automatyki. Wiele jest środków zwiększających dyspozycyjność – na przykład: czynne i bierne infrastruktury, wydajne narzędzia diagnostyczne, unikanie kolizji, autonegocjacja lub funkcje redundancji.

Wraz ze wzrostem stosowania sieci Ethernet i Profinet coraz częściej użytkownicy mają do dyspozycji mechanizm redundancji sieci. Trzeba tu wyróżnić oparte na standardzie IEEE 802. w procedury RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) i specyficzne dla danego producenta rozszerzenia. Dotychczas, gdy gwarantowany czas rekonfiguracji miał być mniejszy niż jedna sekunda, konieczne było stosowanie procedur chronionych prawem własności. Są one jednak niekompatybilne z komponentami infrastruktur innych producentów i wymagają topologii pierścieniowej, w której można stosować tylko dedykowane porty przełączające do struktury redundancji pierścienia. 

Rys. 1. Budowa topologii pierścieniowej za pomocą switchy zarządzalnych

Lepsze parametry wydajności

Opierając się na standardzie RSTP opracowane zostały dwa rozwiązania, które osiągają lub przekraczają parametry wydajności rozszerzeń producenckich. Rozszerzenie protokołu Large Tree Support zwiększa np. dopuszczalną liczbę switchy w pierścieniu z 15 do57. Ograniczenie standardowego protokołu RSTP do 15 abonentów pochodzi z czasów protokołu STP (Spanning Tree Protokol) oraz przyjęcia szybkości transmisji BPDU (Bridge Protocol Data Unit) opartej na jednej sekundzie. Dzięki nowoczesnym technikom przełączania wyższe szybkości transmisji i wewnątrzprzełącznikowa priorytetyzacja BPDU mogą obecnie opierać się na szybkości transmisji 250 ms – dzięki czemu liczba przełączników w pierścieniu może być większa.

Funkcja RSTP Fast Ring Detection (FRD) (szybkie wykrywanie pierścieni RSTP) udostępnia dalsze narzędzia diagnostyczne. W przypadku redundancji czasy przełączania stają się jeszcze krótsze. Dzięki rozpoznaniu struktury pierścieniowej na przełączniku zostają uruchomione funkcje specjalne, przyspieszające rekonfigurację. W zależności od liczby przełączników i przyłączonych urządzeń czas rekonfiguracji wynosi zaledwie 100 do 500 ms. W przypadku stosowania sieci Profinet czasy przerwania wynoszące 200 ms i więcej, powodują z reguły przekroczenie czasu oczekiwania sterownika programowalnego. Dlatego przełączniki zarządzalne Phoenix Contact mają mechanizm redundancji, umożliwiający przełączanie bez oddziaływania zwrotnego.

Kompatybilność z sieciami zazębiającymi się

W związku z tym, że funkcja Fast Ring Detection jest rozszerzeniem funkcji RSTP, jest też kompatybilna ze standardowymi urządzeniami RSTP. Zostało to potwierdzone obszernym testem na kompatybilność. Dlatego pierścienie z FRD można podłączać do zazębiających się pierścieni RSTP w sposób zwykły lub redundantny. Należy tylko pamiętać, że zredukowane czasy przełączeń są osiągalne wewnątrz pierścienia tylko wtedy, gdy wszystkie przełączniki obsługują funkcję FRD. 

 Rys. 2. Uruchomienie funkcji RSTP Fast Ring Detection na switchach zarządzalnych

Logiczne przedstawienie sieci

Właściwości redundancji udostępnia nowa wersja oprogramowania sprzętowego Firmware 4.0 zarządzalnych switchy firmy Phoenix Contact. W eksploatacji urządzenia są rozpoznawane, parametryzowane i diagnozowane jako urządzenia wejścia / wyjścia sieci Profinet (np. w PC Worx). W technice jednym z wydajnych narzędzi diagnostycznych urządzenia lub sieci jest, mające na celu pomóc użytkownikowi w doprowadzeniu go do miejsca uszkodzenia, logiczne przedstawienie sieci. Z tego względu switche obsługują LLDP (Link Layer Discovery Protokoll – protokół wykrywania warstwy łącza), który standardowo w środowisku sieci Profinet wykorzystuje się również do rozpoznawania topologii.

Mgr inż Oliver Puls pracuje w Phoenix Contact od 1990 roku. W dziale Systemów Automatyki jest odpowiedzialny za grupę produktów Factory Line – Sieci przemysłowe Ethernet.
E-mail: opuls@phoenixcontact.com.