d6c9a ethernet-halozatok redundanciaja - iec 61850 es iec ... · roman graf, global application...

Ethernet-hálózatok redundanciájaIEC 61850 és IEC 62439

Bánfalvy Zoltán, ABB Kft., MEE Vándorgy űlés, Budapest, 2012.09.06.

Roman Graf, Global Application Specialist IEC 61850, PSS-SAP© ABB Group August 31, 2012 | Slide 2

Tartalom

� Rövid összefoglaló az IEC 61850 és IEC 62439 szabványokról

� Elérhető megoldások

� A különféle redundáns kommunikációs megoldások összehasonlítása, előnyök és hátrányok

� Alkalmazási példák, tapasztalatok


IEC 61850A protokollról…

� Az IEC 61850 egy szabványosított, ethernet-alapúalállomási kommunikációs protkoll, melyet a villamosipar meghatározó gyártói fejlesztettek ki abból a célból, hogy a a különféle gyártmányú védelmi-irányítástechnikai készülékek közti kommunikációt egységesítsék.

� A 2000-es évek második felétől kezdett elterjedni a gyakorlatban, napjaink meghatározó, megkerülhetetlen megoldása az alállomási kommunikáció területén.

� Az iparágat jelenleg a redundáns kommunikációmegoldása foglalkoztatja


IEC 61850Redundáns kommunikáció

� Az IEC 61850 szabvány első kiadása nem foglalkozott a redundancia kérdésével.

� Az IEC 61850 szabvánnyal foglalkozó munkabizottság felismerte, hogy az átjárhatóság megőrzésének érdekében a redundancia megoldását be kell emelni a szabványba.

� IEC 61850 második kiadása (IEC 61850 Edition 2) már tartalmazza a redundanciát az IEC61850-8-1 alállomási kommunikációs busz, mind pedig a folyamatirányítási busz (IEC 61850-8-2 Process bus) tekintetében.

� A redundancia az IEC 62439 szabványban definiált PRP/HSR megoldáson alapszik.

© ABB Group August 31, 2012 | Slide 5

IEC 61850 Edition 2Redundáns megoldások áttekintése

� Redundancia az adatátviteli útban

� RSTP, IEEE 802.1D

� (n-1) kritérium

� Meghibásodás esetén helyreállítási idővel kell számolni

� A végpontok redundanciája

� PRP, IEC 62439-3Parallel Redundancy Protocol

� HSR, IEC 62439-3High-available Seamless Redundancy

� (n-1) kritérium

� Meghibásodás esetén 0 a helyreállítási idő.


Redundancia, IEC61850-3 PRP/HSR

� PRP

� Parallel Redundancy Protocol

� HSR

� High-availability Seamless Redundancy

� PRP/HSR az ABB Corporate Researchszabadalma

� Az ABB a szabadalmat az IEC rendelkezésére bocsájtotta és szabadon felhasználhatóvá tette

IEC 62439-3


Jelenleg elterjedt topológiaRSTP - Rapid Spanning Tree Protocol

1

2

A kommunikáció helyreáll, miután a meghibásodott szakasz (1) szerepét átveszi a „tartalék” összeköttetés (2)


Jelenleg elterjedt topológia Előnyök és hátrányok

workstation1

loggerprinter

Gateway

NCC

SAN

SAN

SAN

Gateway

NCC

back-up workstation2

switch A1 switch A2

SAN

SAN

SAN

SAN

SAN

SAN

Teljes átjárhatóság, bármilyen IEC61850 kommunikációt támogató készülékcsatlakoztatható a hálózathoz.

☺☺☺☺Kettő, vagy több IED egyidej ű meghibásodása nincs hatással

a hálózat m űködésére ☺☺☺☺

Minden topológiát támogat: fa, csillag, gy űrű, teljesen összekapcsolt (meshed)

A hálózat önálló, az IED-kt ől függetlenSzabványos Ethernet épít őelemek, speciális eszközök nem

szükségesek hozzáRugalmas sebesség (100MBit/s, 1GBit/s) és átviteli k özegA teljes sávszélesség kihasználható, nincsenek dupl ikált

adatkeretek

☺☺☺☺

Közepes költségek a switch-ek és a kábelezés terén��

A helyreállítási id ő ~5ms/switch ��

RSTP

� Működési elv

Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPParallel Redundancy Protocol


Küld ő

Vevő

� A redundáns kommunikációt támogató készülékek (DANP -Double Attached Node implementing PRP) két független hálózathoz csatlakoznak.

� Mindkét hálózaton keresztül ugyanazt az adatkeretet küldik.

� A vevő mindkét hálózaton keresztül megkapja az adatkeretet. Az elsőt feldolgozza, a másodikat eldobja.


Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPParallel Redundancy Protocol

A

B

küldés

Tx RxTx Tx RxTx Rx

receive

hálózati réteg

szállítási réteg

send

Rx

fogadás

Hálózati interfész

Vezérlő

csatlakozó

A B A B

küldő/címzett

Felső rétegek

LAN A

LAN B

alkalmazás

network layer

transport layerpublisher/subscriber

applications

� Küldés mindkét hálózaton: az adatkereteket a LAN A és a LAN B hálózatra is elküldik. A két hálózaton az adatkeretek eltérőkésleltetéssel érnek célba.

� Fogadás mindkét hálózatról: az adatkeretek a LAN A és a LAN B hálózatról is megérkeznek a címzetthez. A hálózati réteg és a hálózati interfész közé beépített vezérlő kezeli az adatáramlást és kiszűri a duplikált adatkereteket. A két irányt egyenlően kezeli.

� A PRP esetében a csomópontok mindkét hálózati interfészükön azonos IP címmel és fizikai címmel (MAC-address) rendelkeznek.


Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPA dupla adatok kiszűrése: sorszám

idődestination source LLC FCSpayloadpreamble sizesequencecounter lin

e

Szabványos Ethernet adatkeret

� A szabványos Ethernet adatkereten felül mindegyik adatkeret tartalmaz egy sorszámot, egy sormutatót és egy méret mezőt. Ezek a plusz információk az adatkeret végén, a „hasznos” adatcsomag után helyezkednek el annak érdekében, hogy átlátszóak maradjanak a normál hálózati adatforgalom számára.

� A küldő mindkét adatcsomagot ugyanazzal a sorszámmal látja el. A sorszámot eggyel növeli, ha új adatcsomagot küld az adott vevőnek.

� A vevő nyilvántartja a keretek sorszámát és a forrás fizikai címét. Az ugyanazzal a sorszámmal és fizikai címről, de más hálózatról érkező kereteket eldobja

� Az adatforgalom alapján mindegyik csomópont elkészíti és nyilvántartja magának a többi hálózati csomópont listáját, ezáltal az egyes csomópontok, átviteli utak hibája kiszűrhető.


Redundancia csillagtopológiában – IEC 62439-3 PRPElőnyök és hátrányok

A helyreállítási id ő 0msNincs adatvesztés ☺☺☺☺

Minden topológiát támogat: fa, csillag, gy űrű, teljesen összekapcsolt (meshed)A hálózat önálló, az IED-kt ől függetlenSzabványos Ethernet épít őelemek, speciális eszközök nem szükségesek hozzáRugalmas sebesség (100MBit/s, 1GBit/s) és átviteli k özegA teljes sávszélesség kihasználható, a duplikált ad atkeretek külön hálózaton

utaznak ☺☺☺☺

Az IED-k meghibásodása nincs hatással a hálózat m űködésére☺☺☺☺ A redundáns kommunikációt nem támogató

készülékek közvetlenül csatlakoztathatóak az egyik hálózatra, vagy egy „RedBox” közbeiktatásával mindkett őre. ☺☺☺☺

Magas költségek a switch-ek és a kábelezés terén ��

Redundancia gyűrűtopológiában – IEC 62439-3 HSRHigh-availability Seamless Redundancy

� Működési elv

� A redundáns kommunikációt támogató készülékek (DANH -Double Attached Node implementing HSR) két független hálózathoz csatlakoznak.

� Az adók mindkét irányba ugyanazt az adatkeretet küldik. („A”-keret és „B”-keret)

� A vevő mindkét portján keresztül megkapja az adatkeretet. Az elsőt feldolgozza, a másodikat eldobja.

� DANH csomópontok „bridge” funkciót is ellátnak a portjaik között, a hálózaton fogadott kereteket továbbküldik a másik portjukon

� Nem tévesztendő össze az RSTP-n alapuló, nem redundáns gyűrűvel



Redundancia gyűrűtopológiában – IEC 62439-3 HSR Előnyök és hátrányok

end node

end node

end node

end node

end node

end node

end node

A B A B

B A B A B A B A B A

BA

switch

RedBox

singly attached nodes

interlink

Alacsony költségek (nincsenek switch-ek, kevés kábe lezést igényel)☺☺☺☺

Csak gy űrű topológiaAz IED-k a hálózat szerves részét képezikSzabványos Ethernet épít őelemek nem használhatóak,

speciális eszközök szükségesek hozzáFix hálózati sebesség (100MBit/s)A sávszélesség fele a teljesnek (dupla adatáramlás)

��A redundáns kommunikációt nem támogató készülékek kö zvetlenül NEM csatlakoztathatóak a hálózatra, csak egy „RedBo x”közbeiktatásával. ��

Kettő, vagy több IED egyidej ű meghibásodása megbénítja a hálózatot �� A helyreállítási id ő 0ms

Nincs adatvesztés ☺☺☺☺


Hurkolt Ethernet hálózatok és az RSTP

�Az utóbbi években az iparágban terjedőben vannak az RSTP-topológián alapuló, ún. hurkolt Ethernet hálózatok.� Ez egy költséghatékony megoldás, mely csupán a készülékek közti összeköttetés redundanciáját biztosítja, meghibásodás esetén adatvesztés lép fel és a helyreállítási idő is 100ms nagyságrendű. (kb. 20db készülék esetén) �Ha a hálózatot reteszelés, engedélyezések, tiltások, kioldási parancsok átvitelére is használják, akkor maximum 4ms-os kiesés engedhető meg. (Type 1A, Class P1)


Redundáns IEC61850 hálózatokA különféle megoldások összehasonlítása

IEC 61850 Architektúra TeljesítményMegoldás 8-1 9-2 Redundáns

hálózat1 portos IED Adatvesztés Helyreállítási

időHálózat Késleltetés

PRPIEC 62439-3

Igen Igen Igen Igen Nincs 0 ms Teljes sávszél.,rugalmas sebesség

Nincs

HSRIEC 62439-3

Igen Igen Nem Nem,„RedBox”szükséges

Nincs 0 ms Fél sávszél.,

Fix sebesség, 100Mbps

Késleltetés minden IED-

nél

RSTP Igen Nem Nem Igen Van átlagosan100ms

(gyűrű 20 csomópont)

Teljes sávszél.,rugalmas sebesség

Nincs


ExperienceCIGRE Session Paris 2010, PRP/HSR Demonstration


Tapasztalatok a PRP-velSikeres hosszú távú teszt / pilot project

� Folyamatos hosszú távú intenzív tesztelés az ABB Svájci tesztközpontjában

� Több, mint egy éve üzemben van

� Minden stabilitási és nyúzópróbát kiállt

� A PRP egy kompromisszumok nélküli, kipróbált, megbízhatómegoldás

� Minimális konfigurációs többletmunkát igényel, mert a redundanciát a hardver szintjén kezeli


RedundanciaÖsszefoglalás

� Az IEC-61850-8-1 Ed2 és IEC-61850-9-2 Ed2 szabványok már megjelentek, de az IEC61850-10 szabvány fogja majd tartalmazni a megfelelőségi vizsgálatokra vonatkozóirányelveket. Célszerű megvárni ennek a szabványnak a megjelenését!

� Az egy porttal rendelkező készülékeket ugyanarra a hálózatra kell csatlakoztatni.

� Az IEC62439-3 PRP alkalmazása javasolt, ha redundáns alállomási hálózatra van szükség.

d6c9a ethernet-halozatok redundanciaja - iec 61850 es iec ... · roman graf, global application...

Documents