Как работает протокол PRP?

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.