25.01.07 - ITG Automation1
Hochverfügbares EthernetMRP - Media Redundancy Protocol
Hirschmann Automation and Control GmbHDipl.- Ing. Dirk Mohl
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Übersicht
• Netzwerke und Redundanztypen• Rapid Spanning Tree• Ring Redundanz
– Historie– Funktion– Status Standardisierung
• Zusammenfassung
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Industrial Connectors
Industrial Networking
Electronic Control Systems
• Industrial Ethernet
• FiberInterfaces
• Industrie-Steckverbinder
• Lastmomentbegrenzungs-systeme
• Steuerungssysteme und Sensoren• Grafische Bedien- und Anzeigekonsolen
für Baumaschinen und Krane
Hirschmann Automation and Control GmbH
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Netzwerke und Redundanztypen
• Medienredundanz– STP, RSTP– Ringredundanz
• Paralleles Netzwerk– HSER
….
LAN A
end node
endnode
end node
LAN B
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Leitungs- Redundanzmechanismen für Ethernet
• Redundanz auf IP (Layer 3): RIP, OSPF, VRRP– 10 s typisch
• Redundanz für Ethernet auf Layer 2: STP, RSTP– 30 s / 1… 3 s typisch
Weitere Redundanzprotokolle (nicht Ethernet- basiert):Token Ring, FDDI, RPR (Resilient Packet Ring)
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Spanning Tree konzipiert für beliebig vermaschteNetze
• Spanning TreeUmschaltzeit 30s / 50sDiameter: 7 Switche
• RSTP: Rapid Spanning Tree– IEEE802.1w-2001– IEEE802.1D-2004Umschaltzeit: typ. 1 … 3s
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Spanning Tree: Punkt zu Punkt Kommunikation
• Punkt zu Punkt Kommunikation von Netzwerk- Events=> Redundanzgeschwindigkeit hängt von der Implementierung im Gerät und der Position des Fehlers ab: pro Gerät 0,1 … 1s
• Rekonfigurationen kann in ungünstigen Fällen bis zu 30s dauern
11, 011
46
11, 1022
47 11, 2044
57
11, 1033
1
4 11, 2055
47 11, 3077
2
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Forderung für Automatisierungsnetzwerke
• Ethernet• schnell• deterministisch• zuverlässig• keine speziellen
Bausteine
20 msTime-Critical Automation, e.g. synchronized drives
200 msGeneral Automation , e.g. continuous process, power plants
2sAutomation management, manufacturing, discrete automation
20 sUncritical Automation, enterprise systems
Typical grace time
Applications
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Historie Ringredundanz
• Hirschmann hat hier zusammen mit Siemens das Protokoll zur Ringredundanz entwickelt und 1999 vorgestellt
• Einfache, definierte Topologie: Ring• Garantierte Umschaltzeit: 500ms• Kompensiert Single Point of Failure• Einfache Konfiguration: ein RM (Redundanz
Manager) im Netz
=> HiPER-Ring
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Typisches Automatisierungsnetz
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Mit Redundanz: HiPER-Ring
Eine Unterbrechung der Verbindung kann durch das schließen des Backbones zu einem redundanten Ring verhindert werden
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Mit Redundanz: HiPER-Ring
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
RedundanzManager
Der Redundanz Manager sendet laufend Watchdog-Pakete ins Netz um die Unversehrtheit des Ringes zu prüfen.
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
RedundanzManager
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
RedundanzManager
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Unter normalen Umständen, also wenn kein Fehler auftritt, werden über die redundante Strecke keine Datenpakete übertragen.
Nur die Watchdog-Pakete werden übermittelt.
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
RedundanzManager
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
RedundanzManager
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Sobald der Redundanz Manager keine Watchdog-Pakete mehr empfängt, aktiviert er sofort die redundante Strecke um die Kommunikation schnellstmöglich wieder herzustellen.
AKTIV
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
RedundanzManager
„Self-healing“
AKTIV
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
RedundanzManager
„Self-healing“
Wird die defekte Strecke repariert, stellt der Redundanz Manager den normalen Betriebszustand wieder her.
Dieses ‚Self-healing‘ dauert typ. 200 Millisekunden.
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Fertigungslinie 3
Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1
Fertigungssteuerung
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
RedundanzManager
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Standardisierung der Ringredundanz MRP – IEC62439
• Grund für die Standardisierung– Forderung nach standardisiertem Redundanzprotokoll für
Automatisierung, keine proprietären Lösungen– Für die unterschiedlichen Real-time Ethernet Protokolle aus
IEC61158-2 (Feldbus) werden Netzwerkredundanz- Protokolle benötigt
• Anforderung: Kompatibel zu IEEE802.3, IEEE802.1
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Übersicht MRP
• Das Protokol ist analog zu STP oder RSTP über der Layer 2 Vermittlung angesiedelt
• Es verwendet die selben Mechanismen wie RSTP:– Löschen der
Adresstabelle– Ports in blocking /
forwarding
MRPMana-
gement(Service)
MRP
(Protoco l) DATALINK
LAYER
PHYSICALLAYER
80 2.3 MED IUM AC CES S
80 2.3 P HY
80 2.3 MED IUM A CC ESS
80 2.3 PHY
8 02 .1 Bridg e
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Aufbau des Rings
• RM öffnet Ring zur Linie, wenn alle anderen Verbindungen ok
• Über redundante Verbindung werden nur Test- und Steuerpakete gesendet
• RM aktiviert redundante Verbindung wenn Vermittlung an anderer Stelle unterbrochen wird
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Mechanismen zur Fehlererkennung
• Redundanzmechanismen: Testpakete und Linkzustandssignalisierung
• Ausfallerkennung – Ausbleiben von Testpaketen– Linkausfall Signalisierung
• Wiederaufbau der Verbindung– Eintreffen von Testpaketen– Linkaufbau Signalisierung
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Ausbleiben von Testpaketen
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LinkausfallSignalisierung
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MRP Parameter
max. recovery timeParameter
MRP_Test monitoring count35MRP_TSTNRmax
MRP_Test default interval20 ms50 msMRP_TSTdefaultT
MRP_Test short interval10 ms30 msMRP_TSTshortT
Topology Change (Clear Address Table) repeat count
33MRP_TOPNRmax
Topology Change (Clear Address Table) request interval
10 ms20 msMRP_TOPchgT
Meaning200 ms500 ms
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Standardisierung der Ringredundanz MRP – IEC62439
• 2005: IEC Projekt in Projektgruppe SC65C unter MT9 HA gestartet
• Projekt IEC62439
• MRP in Chapter 5 spezifiziert
• Zwei weitere Protokolle zur parallelen Redundanz
• CD (erster Draft) September 2006 in Umlauf gegeben
• Verabschiedung des Standards für Ende 2007 bzw. Anfang 2008 geplant
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Zusammenfassung
• Bisher keine standardisierten Redundanzprotokolle die Anforderungen der Automatisierung genügen
• MRP ist ein Redundanzprotokoll, dass besonders für die Kompensation von Leitungsausfällen im Netzwerk gedacht ist
• Garantierte / deterministische Umschaltzeit von 200ms
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MRP
Ethernet - Just in Time
Danke für die Aufmerksamkeit
Weitere Informationen:
http://www.hirschmann.de
Hirschmann Automation and Control GmbHDirk Mohl email: [email protected]