Industriele netwerken/servers

22 juni 2016

PRP/HSR: een nieuw tijdperk in netwerkredundantie-technologie

Traditioneel is een onderstation-automatiseringssysteem voor het elektriciteitsnet een op busprotocollen gebaseerd netwerk. Dit zorgt voor real-time communicatie en de snelst mogelijke reactietijden. De overgang naar Ethernet--gebaseerde protocollen en systemen vraagt echter om een nieuwe benadering van redundantie-technologie; hersteltijden van slechts 20 ms zijn niet meer snel genoeg om te voldoen aan de door norm IEC-62439 gestelde eisen wanneer het gaat om een nooduitschakeling door kortsluiting (daar is een reactietijd van maximaal 10 ms voorgeschreven). Daarnaast eist editie 2 zelfs een naadloze communicatie-overgang voor GOOSE- en SMV-berichten.

Wat is PRP/HSR?
Het Parallel Redundancy Protocol (PRP) en het High-availability Seamless Redundancy (HSR)
protocol zijn twee technologieën die voorzien in 0-ms-redundantie dankzij een single point of failure. PRP bereikt dit door actieve netwerkredundantie (pakket-duplicaten verzenden over twee
onafhankelijke (parallelle) netwerken) terwijl HSR ontwikkeld is voor ringstructuren. De Moxa redundantiebox (Redbox) is ontwikkeld om niet-HSR- of PRP-geschikte apparaten op te nemen in een HSR/PRP-architectuur. Op deze manier worden de efficiëntie en de betrouwbaarheid van het netwerk gemaximaliseerd.

De uitdagingen

Netwerk-monitoring en storingzoeken
Ethernet maakt gebruik van MAC- en IP-adressen om het berichtenverkeer te controleren en de status van hardware en verbindingen te monitoren. PRP/HSR maakt echter gebruik van het dupliceren van pakketten met een gelijk MAC-adres om het zo voor de cliënt mogelijk te maken deze te ontvangen, ook in het geval van een communicatieprobleem. Helaas is het voor de huidige netwerkmanagementsystemen niet mogelijk om dit mechanisme te monitoren, terwijl dit wel vitale informatie betreft over de beschikbare communicatiepaden en dus ook of er wel of niet correctief moet worden gehandeld en waar dit eventueel moet gebeuren.
Het gebruik van een niet ICT-gestandaardiseerde management interface
Manufacturing Messaging Specification (MMS) is het standaard monitoring- en messaging-protocol voor gebruik in IEC61850-compatibele systemen. Hoewel steeds meer hardware MMS ondersteunt, is het overgrote deel van switches, routers en computers alleen te gebruiken met SNMP als status-messaging. PRP/HSR-apparaten maken gebruik van Supervision Frame voor apparaatbeheer; het is lastig maar niet onmogelijk om deze twee methoden te integreren in één monitoring- en management-applicatie. Zeker is wel dat procesbeheerders over de noodzaak hiervan kunnen vertellen.

Systeemoptimalisatie
Elk systeemarchitectuur staat of valt met het beheer ervan; zo ook wanneer PRP/HSR gebruikt wordt. Het gebruik van een computer die specifiek ontworpen is voor gebruik in onderstations en die voorzien is van volledig geïntegreerde PRP/HSR-technologie, kan hierin een belangrijke rol spelen.
Deze PRP/HSR-computer wordt daartoe ingericht als Power SCADA-managementserver. Door de aanwezige PRP/HSR-management middleware is het mogelijk om data uit het netwerk en de aangesloten nodes te halen en te analyseren. De redundantiestatus kan worden beheerd en fouten kunnen eenvoudig in real-time worden gedetecteerd. De PRP/HSR-management middleware ondersteunt zowel SNMP als MMS, wat het mogelijk maakt om onderstation-specifieke hardware als puur voor ICT ontworpen nodes te laten monitoren en beheren door de operator.

Uiteraard is PRP/HSR niet alleen toepasbaar in onderstation-automatisering. Overal waar netwerk-hersteltijden van het allergrootste belang zijn, is dit de beste oplossing.