Hochverfügbares Ethernet MRP - Media Redundancy Protocol

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1 Hochverfügbares Ethernet MRP - Media Redundancy Protocol Hirschmann Automation and Control GmbH Dipl.- Ing. Dirk Mohl ITG Automation

2 Übersicht Netzwerke und Redundanztypen Rapid Spanning Tree Ring Redundanz Historie Funktion Status Standardisierung Zusammenfassung 2

3 Hirschmann Automation and Control GmbH Industrial Networking Industrial Ethernet FiberInterfaces Industrial Connectors Industrie-Steckverbinder Electronic Control Systems Lastmomentbegrenzungssysteme Steuerungssysteme und Sensoren Grafische Bedien- und Anzeigekonsolen für Baumaschinen und Krane 3

4 Netzwerke und Redundanztypen Medienredundanz STP, RSTP Ringredundanz Paralleles Netzwerk HSER end node end node. end node LAN A LAN B 4

5 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

6 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 6

7 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, , , , , , 30 7

8 Forderung für Automatisierungsnetzwerke Ethernet schnell deterministisch zuverlässig keine speziellen Bausteine Applications Uncritical Automation, enterprise systems Automation management, manufacturing, discrete automation General Automation, e.g. continuous process, power plants Time-Critical Automation, e.g. synchronized drives Typical grace time 20 s 2s 200 ms 20 ms 8

9 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

10 Typisches Automatisierungsnetz Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung 10 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

11 Mit Redundanz: HiPER-Ring Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Eine Unterbrechung der Verbindung kann durch das schließen des Backbones zu einem redundanten Ring verhindert werden 11 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

12 Mit Redundanz: HiPER-Ring Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung 12 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

13 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 13 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

14 Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Redundanz Manager 14 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

15 Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Unter normalen Umständen, also wenn kein Fehler auftritt, werden über die redundante Strecke keine Datenpakete übertragen. Nur die Watchdog-Pakete werden übermittelt. Redundanz Manager 15 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

16 Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Redundanz Manager 16 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

17 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 17 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

18 Self-healing Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Redundanz Manager AKTIV 18 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

19 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. 19 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

20 Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete Fertigungslinie 3 Fertigungssteuerung Redundanz Manager 20 Fertigungslinie 2 Fertigungslinie 1

21 Standardisierung der Ringredundanz MRP IEC62439 Grund für die Standardisierung Forderung nach standardisiertem Redundanzprotokoll für Automatisierung, keine proprietären Lösungen Für die unterschiedlichen Real-timeEthernet Protokolle aus IEC (Feldbus) werden Netzwerkredundanz- Protokolle benötigt Anforderung: Kompatibel zu IEEE802.3, IEEE

22 Übersicht MRP Das Protokol ist analog zu STP oder RSTP über der Layer 2 Vermittlung angesiedelt MRP Management (Service) MRP (Protocol) Bridge DATA LINK LAYER Es verwendet die selben Mechanismen wie RSTP: Löschen der Adresstabelle MEDIUM ACCESS PHY MEDIUM ACCESS PHY PHYSICAL LAYER Ports in blocking / forwarding 22

23 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 23

24 Mechanismen zur Fehlererkennung Redundanzmechanismen: Testpakete und Linkzustandssignalisierung Ausfallerkennung Ausbleiben von Testpaketen Linkausfall Signalisierung Wiederaufbau der Verbindung Eintreffen von Testpaketen Linkaufbau Signalisierung 24

25 Ausbleiben von Testpaketen 25

26 Linkausfall Signalisierung 26

27 MRP Parameter Parameter MRP_TOPchgT max. recovery time 500 ms 200 ms 20 ms 10 ms Meaning 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 27

28 Standardisierung der Ringredundanz MRP IEC : 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 28

29 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 29

30 MRP Ethernet - Just in Time Weitere Informationen: Danke für die Aufmerksamkeit Hirschmann Automation and ControlGmbH Dirk Mohl 30

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