Hochverfügbares Ethernet MRP - Media

Hochverfügbares Ethernet
MRP - Media Redundancy Protocol
Hirschmann Automation and Control GmbH
Dipl.- Ing. Dirk Mohl
1
25. 01.07 - ITG Automation
Übersicht
• Netzwerke und Redundanztypen
• Rapid Spanning Tree
• Ring Redundanz
– Historie
– Funktion
– Status Standardisierung
• Zusammenfassung
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Hirschmann Automation and Control GmbH
• Industrial Ethernet
Industrial Networking
• FiberInterfaces
Industrial Connectors
• Industrie-Steckverbinder
• Lastmomentbegrenzungssysteme
Electronic Control Systems
• Steuerungssysteme und Sensoren
• Grafische Bedien- und Anzeigekonsolen
für Baumaschinen und Krane
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Netzwerke und Redundanztypen
•
Medienredundanz
– STP, RSTP
– Ringredundanz
•
Paralleles Netzwerk
– HSER
end
node
end
node
….
LAN A
LAN B
4
end
node
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)
5
Spanning Tree konzipiert für beliebig vermaschte
Netze
•
Spanning Tree
Umschaltzeit 30s / 50s
Diameter: 7 Switche
•
RSTP: Rapid Spanning Tree
– IEEE802.1w-2001
– IEEE802.1D-2004
Umschaltzeit: 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
11, 0 4
22
7 11, 10 4
6
44
7 11, 20
5
2
1
33
11, 10 4
7
55
7 11, 20 4
77
7 11, 30
Forderung für Automatisierungsnetzwerke
•
•
•
•
•
8
Ethernet
schnell
deterministisch
zuverlässig
keine speziellen
Bausteine
Applications
Typical grace
time
Uncritical Automation,
enterprise systems
20 s
Automation management,
manufacturing,
discrete automation
2s
General Automation , e.g.
continuous process,
power plants
200 ms
Time-Critical Automation,
e.g. synchronized
drives
20 ms
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
9
Typisches Automatisierungsnetz
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
10
Mit Redundanz: HiPER-Ring
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Eine Unterbrechung der Verbindung
kann durch das schließen des
Backbones zu einem redundanten Ring
verhindert werden
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
11
Mit Redundanz: HiPER-Ring
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
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Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Der Redundanz Manager sendet
laufend Watchdog-Pakete ins Netz um
die Unversehrtheit des Ringes zu
prüfen.
Redundanz
Manager
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
13
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Redundanz
Manager
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
14
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Unter normalen Umständen, also wenn
kein Fehler auftritt, werden über die
redundante Strecke keine Datenpakete
übertragen.
Redundanz
Manager
Nur die Watchdog-Pakete werden
übermittelt.
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
15
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Redundanz
Manager
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
16
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Sobald der Redundanz Manager keine
Watchdog-Pakete mehr empfängt,
aktiviert er sofort die redundante
Strecke um die Kommunikation
schnellstmöglich wieder herzustellen.
Redundanz
Manager AKTIV
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
17
„Self-healing“
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Redundanz
Manager AKTIV
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
18
„Self-healing“
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Wird die defekte Strecke repariert, stellt
der Redundanz Manager den normalen
Betriebszustand wieder her.
Redundanz
Manager
Dieses ‚Self-healing‘ dauert typ. 200
Millisekunden.
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
19
Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete
Fertigungslinie 3
Fertigungssteuerung
Redundanz
Manager
Fertigungslinie 2
Fertigungslinie 1
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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
21
Übersicht MRP
•
•
22
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
MRP
Ma nage ment
(Service )
MRP
(Protoco l)
8 02 .1
Bri dg e
80 2. 3
MED IUM
AC CES S
80 2.3
MED IUM
A CC ESS
80 2. 3
P HY
80 2.3
PH Y
DATA
LINK
LAYER
PHYSICAL
LAYER
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
24
Ausbleiben von
Testpaketen
25
Linkausfall
Signalisierung
26
MRP Parameter
Parameter
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max. recovery time Meaning
500 ms
200 ms
MRP_TOPchgT
20 ms
10 ms
Topology Change (Clear Address
Table) request interval
MRP_TOPNRmax
3
3
Topology Change (Clear Address
Table) repeat count
MRP_TSTshortT
30 ms
10 ms
MRP_Test short interval
MRP_TSTdefaultT
50 ms
20 ms
MRP_Test default interval
MRP_TSTNRmax
5
3
MRP_Test monitoring count
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 GmbH
Dirk Mohl
email: [email protected]
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