Čo je Media Redundancy Protocol (MRP)?

Media Redundancy Protocols monitorujú sieťové cesty, aby sa predišlo zlyhaniu jednotlivých bodov a zabezpečili vysokú dostupnosť ethernetových sietí. Keďže automatizačné systémy sa čoraz viac spoliehajú na siete Ethernet, potreba odolnosti voči chybám si vyžaduje redundantné sieťové štruktúry. Avšak charakter vysielania Ethernetu zabraňuje fyzickým slučkám, čím sa redundantné cesty stávajú nekompatibilnými. Protokoly redundancie médií riešia tento konflikt logickým blokovaním redundantných ciest, pričom jednu ponechajú aktívnu a ostatné v pohotovostnom režime. Ak aktívna cesta zlyhá, protokol prepne prevádzku na záložnú cestu.

MRP, štandardizovaný v IEC 62439-2, rieši požiadavky priemyselnej siete. Zaručuje deterministické časy prepínania – v najhoršom prípade pod 500 ms, zvyčajne oveľa rýchlejšie – pre kruhové topológie s až 50 uzlami. Každý uzol MRP má dva kruhové porty; jeden uzol funguje ako Správca redundancie médií (MRM), sledovanie porúch kruhu. Keď MRM zistí prerušenie, zablokuje neúspešnú cestu a odblokuje nadbytočnú cestu, čím sa obnoví pripojenie.

Ako funguje MRP?

Ako mediálny redundantný protokol zaisťuje MRP nepretržitú dostupnosť siete v prípade zlyhania zariadenia alebo spojenia. Robí to konverziou fyzickej kruhovej topológie na logickú linkovú topológiu pre sieťovú prevádzku.

Jedno sieťové zariadenie funguje ako Media Redundancy Manager (MRM)

MRM monitoruje kruh posielaním testovacích snímok medzi jeho kruhovými portami. Za normálnych prevádzkových podmienok MRM blokuje jeden zo svojich kruhových portov pre sieťovú prevádzku, čím vytvára topológiu linky. Ak však MRM neprijme svoje testovacie rámce, čo naznačuje zlyhanie siete, odblokuje svoj predtým zablokovaný kruhový port. Táto akcia obnoví sieťové pripojenie cez sekundárnu sieťovú cestu.

MRP poskytuje deterministické časy prepínania

MRP garantuje maximálne časy prepínania 500 ms, 200 ms alebo až 10 ms, v závislosti od sady parametrov. Typické časy prechodu sú často polovičné až štvrtinové z týchto hodnôt. Napríklad MRP kruh nakonfigurovaný na maximálny čas prepnutia 200 ms sa zvyčajne prepne za 50 až 60 ms. Tento determinizmus poskytuje predvídateľnú dostupnosť siete a výkon požadovaný pre priemyselné prostredia.

MRP je optimalizovaný pre kruhové topológie

Aj keď Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) možno použiť aj s kruhovými topológiami, nebol pre ne primárne navrhnutý. MRP je optimalizovaný pre krúžky až 50 zariadení. Predchádza problémom, ako sú nepredvídateľné podmienky pretekov, ktoré sa môžu vyskytnúť pri RSTP. Pre sieťové zariadenia, ktoré podporujú oba protokoly, MRP zvyčajne poskytuje rýchlejšie a deterministickejšie prepínanie.

Kľúčové výhody používania MRP

Čas rýchleho zotavenia

MRP poskytuje čas obnovy 10 ms alebo menej v prípade jedinej poruchy, čo umožňuje neprerušené sieťové pripojenie. Protokol to dosahuje nepretržitým monitorovaním prerušenia siete pomocou testovacích rámcov a preventívnym blokovaním jedného z kruhových portov, aby sa predišlo sieťovým slučkám. Ak sa zistí prerušenie, MRP okamžite odblokuje predtým zablokovaný port, aby sa obnovilo spojenie. Tento rýchly čas obnovy je nevyhnutný pre časovo citlivé priemyselné riadiace systémy a automatizáciu.

Odolnosť proti chybám

Kruhová topológia implementovaná MRP neobsahuje žiadne jednotlivé body zlyhania, keďže sieťová prevádzka môže byť presmerovaná v oboch smeroch okolo kruhu. Táto inherentná redundancia znamená, že zlyhanie akéhokoľvek sieťového zariadenia alebo kábla nenaruší prevádzku siete. MRP dokáže takéto zlyhania odhaliť a rýchlo prekonfigurovať dátové cesty tak, aby ich obchádzali. Táto odolnosť voči chybám poskytuje priemyselným sieťam spoľahlivosť a prevádzkyschopnosť, ktoré vyžadujú.

Rozdelenie výkonu

Kruhová štruktúra MRP tiež uľahčuje vyvažovanie záťaže tým, že umožňuje tok sieťovej prevádzky v oboch smeroch. Smerovaním prevádzky v smere menšieho preťaženia pomáha MRP predchádzať úzkym miestam a zaisťuje maximálne využitie šírky pásma. Táto schopnosť je užitočná najmä pre priemyselné siete využívajúce aplikácie s vysokou šírkou pásma, ako je video dohľad.

kompatibilita

MRP je kompatibilný s STP, čo umožňuje dvom protokolom spolupracovať v rovnakej sieti. Kruhy MRP sa môžu pripojiť k sieťam STP, pričom MRP riadi kruh a STP zabraňuje slučkám v celkovej topológii siete. Táto kompatibilita poskytuje správcom siete flexibilitu pri navrhovaní infraštruktúr priemyselných sietí.

Porovnanie MRP a RSTP

Ako priemyselné protokoly musia MRP a RSTP poskytovať deterministickú obnovu chýb, aby sa zabezpečila vysoká dostupnosť. MRP, protokol kruhovej topológie, zaručuje maximálnu dobu obnovy poruchy 10 ms blokovaním jedného portu na každom prepínači, aby sa vytvorila fyzická slučka. Na rozdiel od toho RSTP využíva štandard 802.1w na zvýšenie dostupnosti siete v topológiách siete, ale časy obnovy závisia od zložitosti siete a možno ich len približne odhadnúť. Zatiaľ čo flexibilita RSTP umožňuje viac sieťových možností, prísny determinizmus MRP môže byť vhodnejší pre aplikácie citlivé na čas.