Co je Media Redundancy Protocol (MRP)?

Media Redundancy Protocols monitorují síťové cesty, aby se předešlo selhání jednotlivých bodů a zajistily vysokou dostupnost ethernetových sítí. Vzhledem k tomu, že automatizační systémy stále více spoléhají na sítě Ethernet, vyžaduje potřeba odolnosti proti chybám redundantní síťové struktury. Povaha vysílání Ethernetu však zabraňuje fyzickým smyčkám, čímž se redundantní cesty stávají nekompatibilními. Protokoly redundance médií řeší tento konflikt logickým blokováním redundantních cest, přičemž jednu ponechají aktivní a ostatní v pohotovostním režimu. Pokud aktivní cesta selže, protokol přepne provoz do pohotovostní cesty.

MRP, standardizovaný v IEC 62439-2, řeší požadavky průmyslové sítě. Zaručuje deterministické časy přepínání – v nejhorším případě pod 500 ms, obvykle mnohem rychlejší – pro kruhové topologie s až 50 uzly. Každý uzel MRP má dva kruhové porty; jeden uzel funguje jako Správce redundance médií (MRM), monitorující selhání prstence. Když MRM detekuje přerušení, zablokuje neúspěšnou cestu a odblokuje redundantní cestu, čímž obnoví připojení.

Jak MRP funguje?

Jako protokol redundance médií zajišťuje MRP nepřetržitou dostupnost sítě v případě selhání zařízení nebo linky. Provádí to převodem fyzické kruhové topologie na logickou linkovou topologii pro síťový provoz.

Jedno síťové zařízení funguje jako Media Redundancy Manager (MRM)

MRM monitoruje kruh odesíláním testovacích snímků mezi svými kruhovými porty. Za normálních provozních podmínek MRM blokuje jeden ze svých kruhových portů pro síťový provoz a vytváří tak topologii linky. Pokud však MRM neobdrží své testovací rámce, což indikuje selhání sítě, odblokuje svůj dříve zablokovaný kruhový port. Tato akce obnoví připojení k síti prostřednictvím sekundární síťové cesty.

MRP poskytuje deterministické časy přepínání

MRP garantuje maximální doby přepnutí 500 ms, 200 ms nebo až 10 ms, v závislosti na sadě parametrů. Typické doby přepnutí jsou často poloviční až čtvrtinové těchto hodnot. Například MRP kruh nakonfigurovaný na maximální dobu přepnutí 200 ms se obvykle přepne za 50 až 60 ms. Tento determinismus poskytuje předvídatelnou dostupnost sítě a výkon vyžadovaný pro průmyslová prostředí.

MRP je optimalizováno pro kruhové topologie

Protokol RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) lze použít také s kruhovými topologiemi, nebyl však pro ně primárně navržen. MRP je optimalizováno pro kruhy až 50 zařízení. Vyhne se problémům, jako jsou nepředvídatelné závody, které mohou nastat s RSTP. Pro síťová zařízení, která podporují oba protokoly, MRP obvykle poskytuje rychlejší a determinističtější přepínání.

Klíčové výhody používání MRP

Rychlá doba zotavení

MRP poskytuje dobu obnovy 10 ms nebo méně v případě jediné poruchy, což umožňuje nepřerušené síťové připojení. Protokol toho dosahuje nepřetržitým sledováním přerušení sítě pomocí testovacích rámců a preventivním blokováním jednoho z kruhových portů, aby nedocházelo k síťovým smyčkám. Pokud je zjištěno přerušení, MRP okamžitě odblokuje dříve zablokovaný port, aby bylo možné znovu navázat spojení. Tato rychlá doba zotavení je nezbytná pro časově citlivé průmyslové řídicí systémy a automatizaci.

Odolnost proti chybám

Kruhová topologie implementovaná MRP neobsahuje žádné jednotlivé body selhání, protože síťový provoz může být přesměrován v obou směrech kolem kruhu. Tato inherentní redundance znamená, že selhání jakéhokoli síťového zařízení nebo kabelu nenaruší provoz sítě. MRP dokáže taková selhání detekovat a rychle překonfigurovat datové cesty tak, aby je obcházely. Tato odolnost proti chybám poskytuje průmyslovým sítím spolehlivost a provozuschopnost, které vyžadují.

Vyrovnávání zatížení

Kruhová struktura MRP také usnadňuje vyrovnávání zátěže tím, že umožňuje síťovému provozu proudit v obou směrech. Směrováním provozu ve směru menšího přetížení pomáhá MRP předcházet úzkým místům a zajišťuje maximální využití šířky pásma. Tato schopnost je zvláště užitečná pro průmyslové sítě využívající aplikace s velkou šířkou pásma, jako je video dohled.

Kompatibilita

MRP je kompatibilní s STP, což umožňuje oběma protokolům fungovat společně ve stejné síti. Kruhy MRP se mohou připojit k sítím STP, přičemž MRP spravuje kruh a STP zabraňuje smyčkám v celkové topologii sítě. Tato kompatibilita poskytuje správcům sítí flexibilitu při navrhování infrastruktur průmyslových sítí.

Porovnání MRP a RSTP

Jako průmyslové protokoly musí MRP a RSTP poskytovat deterministickou obnovu chyb, aby byla zajištěna vysoká dostupnost. MRP, protokol kruhové topologie, zaručuje maximální dobu zotavení z chyby 10 ms tím, že zablokuje jeden port na každém přepínači a vytvoří fyzickou smyčku. Naproti tomu RSTP využívá standard 802.1w ke zvýšení dostupnosti sítě v topologiích sítě, ale doba obnovy závisí na složitosti sítě a lze ji pouze zhruba odhadnout. Zatímco flexibilita RSTP umožňuje více síťových možností, přísný determinismus MRP může být výhodnější pro časově citlivé aplikace.