Как работает протокол PRP?

Рассматриваем работу протокола параллельного резервирования PRP.

June 1, 2013, 1 p.m. | 3037

Все больше производителей нетрадиционных измерительных преобразователей (например, волоконно-оптических преобразователей тока и напряжения) и устройств сопряжения с шиной процесса согласно МЭК 61850-9-2LE реализуют поддержку протокола резервирования PRP (Parallel Redundancy Protocol). Поддержку данного протокола резервирования также реализуют производители устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) – причем не только в части интерфейса МЭК 61850-9-2LE, но также и в части интерфейса шины станции МЭК 61850-8-1, посредством которого производится обмен данными с другими устройствами РЗА на энергообъекте (согласно протоколу GOOSE) и с системами АСУ ТП (согласно протоколу MMS).

Одним из достоинств протокола резервирования PRP является то, что нарушение исправности канала связи или коммутатора сети Ethernet не приводит к возникновению паузы в информационном обмене между устройствами сети, как это например происходит в сети, функционирующей под управлением протокола RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), когда на переконфигурацию сети после повреждения требуется некоторое время, в течение которого связь между устройствами отсутствует.

При использовании протокола PRP требуется создание двух независимых друг от друга локальных сетей (локальной сети А и локальной сети B) произвольной топологии — как это показано на рис. 1. Соответственно, устройства, выполняющие прием и отправку данных по условиям протокола PRP, должны иметь два независимых интерфейса для подключения к этим сетям.

Рис. 1. Топология сети Ethernet при использовании протокола PRP.

Поддержка устройствами РЗА протокола резервирования PRP заключается в том, что при отправке данных они способны добавлять в фрейм Ethernet так называемый Redundancy Сontrol Trailer (RCT), который мы далее будем именовать как трейлер PRP (см. рис. 2), а при приеме данных — способы анализировать, согласно определенному алгоритму, кадры Ethernet с трейлером PRP, полученные от других устройств.

Трейлер PRP включает в себя следующие параметры:

  1. 16-битный номер посылки в последовательности посылок;
  2. 4-битный идентификатор локальной сети, по которой осуществлялась передача посылки (1010 (0xA) для локальной сети А и 1011 (0xB) для локальной сети B);
  3. размер фрейма данных (LSDU) (12 бит).
  4. cуффикс PRP (на рис. 2 – RCT-маркер).

Рис. 2. Трейлер PRP в фрейме Ethernet.

Устройство-отправитель с поддержкой протокола PRP выполняет передачу идентичных пакетов с соответствующими трейлерами PRP в две независимые локальные сети. Устройство-приемник, обладающее поддержкой протокола PRP, также подключается к двум независимым локальным сетям, но обрабатывает только один пакет из двух, поступивших на его сетевые интерфейсы — либо из сети А, либо из сети B – в зависимости от того, какой из них поступил раньше/какой из них корректный. Второй экземпляр пакета отбрасывается. Дубликаты обнаруживаются и отбрасываются устройством-приемником как раз на основе анализа трейлера PRP.

Рис. 3. Пакет МЭК 61850-9-2LE с трейлером PRP.

Таким образом, отказ коммутатора в локальной сети А или отказ линии связи, при помощи которой устройство-отправитель подключается к сети не будет приводить к нарушению информационного обмена с устройством-получателем.

Важным аспектом является сохранение трейлеров PRP при передаче посылок коммутаторами локальных сетей А и B – важно, чтобы они дошли в их исходном виде до конечных устройств с поддержкой PRP.

С учетом трейлера PRP максимальный размер тегированного Ethernet фрейма (согласно IEEE 802.11q) может превышать 1522 октета (что является пределом для тегированного фрейма без PRP). Все сертифицированные коммутаторы должны без каких-либо проблем пропускать фреймы размером до 1536 октет. На практике, однако, возникают случаи, когда коммутаторы работают не так как положено, исключая трейлер PRP и, в некоторых случаях, даже теряя пакеты.

Latest blog posts

Time synchronization — vulnerability of digital substation?
Time synchronization — vulnerability of digital substation?

In papers and presentations you can often meet statements like 'No time synchronization — no digital substation' or 'Loss of time synchronization leads to malfunction of protection and control (PAC) functions in digital substation'. Is it really true? Let's find out.

Digital substation online monitoring system has been presented at IEC 61850 Process Bus workshop in Brazil
Digital substation online monitoring system has been presented at IEC 61850 Process Bus workshop in Brazil

Tekvel together with its South American partner Soltec Corporation participated in Practical Applications of IEC 61850 Process Bus workshop, organized by CIGRE Brasil, National system operator and CEPEL in Rio de Janeiro. In the event Tekvel and Soltec specialists spoke on Digital Substation Quality Assurance Procedures: Requirements and Experiences and showcased Tekvel Park Digital Substation Lifecycle Management System with practical demo in IEC 61850 process bus environment.

Christoph Brunner about origins of IEC 61850 and its future developments
Christoph Brunner about origins of IEC 61850 and its future developments

The new episode of Big Energy, produced by Tekvel team, is already on YouTube. This time we met Christoph Brunner - convenor of IEC TC57 WG10 - who knows everything about IEC 61850, what has been in the past and what is coming in the future. Enjoy, like and share with engineers community!