25.01.07 - ITG Automation1

Hochverfügbares EthernetMRP - Media Redundancy Protocol

Hirschmann Automation and Control GmbHDipl.- Ing. Dirk Mohl

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Übersicht

• Netzwerke und Redundanztypen• Rapid Spanning Tree• Ring Redundanz

– Historie– Funktion– Status Standardisierung

• Zusammenfassung

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Industrial Connectors

Industrial Networking

Electronic Control Systems

• Industrial Ethernet

• FiberInterfaces

• Industrie-Steckverbinder

• Lastmomentbegrenzungs-systeme

• Steuerungssysteme und Sensoren• Grafische Bedien- und Anzeigekonsolen

für Baumaschinen und Krane

Hirschmann Automation and Control GmbH

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Netzwerke und Redundanztypen

• Medienredundanz– STP, RSTP– Ringredundanz

• Paralleles Netzwerk– HSER

….

LAN A

end node

endnode

end node

LAN B

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Leitungs- Redundanzmechanismen für Ethernet

• Redundanz auf IP (Layer 3): RIP, OSPF, VRRP– 10 s typisch

• Redundanz für Ethernet auf Layer 2: STP, RSTP– 30 s / 1… 3 s typisch

Weitere Redundanzprotokolle (nicht Ethernet- basiert):Token Ring, FDDI, RPR (Resilient Packet Ring)

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Spanning Tree konzipiert für beliebig vermaschteNetze

• Spanning TreeUmschaltzeit 30s / 50sDiameter: 7 Switche

• RSTP: Rapid Spanning Tree– IEEE802.1w-2001– IEEE802.1D-2004Umschaltzeit: typ. 1 … 3s

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Spanning Tree: Punkt zu Punkt Kommunikation

• Punkt zu Punkt Kommunikation von Netzwerk- Events=> Redundanzgeschwindigkeit hängt von der Implementierung im Gerät und der Position des Fehlers ab: pro Gerät 0,1 … 1s

• Rekonfigurationen kann in ungünstigen Fällen bis zu 30s dauern

11, 011

46

11, 1022

47 11, 2044

57

11, 1033

1

4 11, 2055

47 11, 3077

2

7

8

Forderung für Automatisierungsnetzwerke

• Ethernet• schnell• deterministisch• zuverlässig• keine speziellen

Bausteine

20 msTime-Critical Automation, e.g. synchronized drives

200 msGeneral Automation , e.g. continuous process, power plants

2sAutomation management, manufacturing, discrete automation

20 sUncritical Automation, enterprise systems

Typical grace time

Applications

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Historie Ringredundanz

• Hirschmann hat hier zusammen mit Siemens das Protokoll zur Ringredundanz entwickelt und 1999 vorgestellt

• Einfache, definierte Topologie: Ring• Garantierte Umschaltzeit: 500ms• Kompensiert Single Point of Failure• Einfache Konfiguration: ein RM (Redundanz

Manager) im Netz

=> HiPER-Ring

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Typisches Automatisierungsnetz

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Mit Redundanz: HiPER-Ring

Eine Unterbrechung der Verbindung kann durch das schließen des Backbones zu einem redundanten Ring verhindert werden

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Mit Redundanz: HiPER-Ring

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

RedundanzManager

Der Redundanz Manager sendet laufend Watchdog-Pakete ins Netz um die Unversehrtheit des Ringes zu prüfen.

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

RedundanzManager

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

RedundanzManager

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

Unter normalen Umständen, also wenn kein Fehler auftritt, werden über die redundante Strecke keine Datenpakete übertragen.

Nur die Watchdog-Pakete werden übermittelt.

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

RedundanzManager

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

RedundanzManager

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

Sobald der Redundanz Manager keine Watchdog-Pakete mehr empfängt, aktiviert er sofort die redundante Strecke um die Kommunikation schnellstmöglich wieder herzustellen.

AKTIV

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

RedundanzManager

„Self-healing“

AKTIV

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

RedundanzManager

„Self-healing“

Wird die defekte Strecke repariert, stellt der Redundanz Manager den normalen Betriebszustand wieder her.

Dieses ‚Self-healing‘ dauert typ. 200 Millisekunden.

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Fertigungslinie 3

Fertigungslinie 2Fertigungslinie 1

Fertigungssteuerung

Ständige Überwachung durch Watchdog-Pakete

RedundanzManager

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Standardisierung der Ringredundanz MRP – IEC62439

• Grund für die Standardisierung– Forderung nach standardisiertem Redundanzprotokoll für

Automatisierung, keine proprietären Lösungen– Für die unterschiedlichen Real-time Ethernet Protokolle aus

IEC61158-2 (Feldbus) werden Netzwerkredundanz- Protokolle benötigt

• Anforderung: Kompatibel zu IEEE802.3, IEEE802.1

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Übersicht MRP

• Das Protokol ist analog zu STP oder RSTP über der Layer 2 Vermittlung angesiedelt

• Es verwendet die selben Mechanismen wie RSTP:– Löschen der

Adresstabelle– Ports in blocking /

forwarding

MRPMana-

gement(Service)

MRP

(Protoco l) DATALINK

LAYER

PHYSICALLAYER

80 2.3 MED IUM AC CES S

80 2.3 P HY

80 2.3 MED IUM A CC ESS

80 2.3 PHY

8 02 .1 Bridg e

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Aufbau des Rings

• RM öffnet Ring zur Linie, wenn alle anderen Verbindungen ok

• Über redundante Verbindung werden nur Test- und Steuerpakete gesendet

• RM aktiviert redundante Verbindung wenn Vermittlung an anderer Stelle unterbrochen wird

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Mechanismen zur Fehlererkennung

• Redundanzmechanismen: Testpakete und Linkzustandssignalisierung

• Ausfallerkennung – Ausbleiben von Testpaketen– Linkausfall Signalisierung

• Wiederaufbau der Verbindung– Eintreffen von Testpaketen– Linkaufbau Signalisierung

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Ausbleiben von Testpaketen

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LinkausfallSignalisierung

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MRP Parameter

max. recovery timeParameter

MRP_Test monitoring count35MRP_TSTNRmax

MRP_Test default interval20 ms50 msMRP_TSTdefaultT

MRP_Test short interval10 ms30 msMRP_TSTshortT

Topology Change (Clear Address Table) repeat count

33MRP_TOPNRmax

Topology Change (Clear Address Table) request interval

10 ms20 msMRP_TOPchgT

Meaning200 ms500 ms

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Standardisierung der Ringredundanz MRP – IEC62439

• 2005: IEC Projekt in Projektgruppe SC65C unter MT9 HA gestartet

• Projekt IEC62439

• MRP in Chapter 5 spezifiziert

• Zwei weitere Protokolle zur parallelen Redundanz

• CD (erster Draft) September 2006 in Umlauf gegeben

• Verabschiedung des Standards für Ende 2007 bzw. Anfang 2008 geplant

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Zusammenfassung

• Bisher keine standardisierten Redundanzprotokolle die Anforderungen der Automatisierung genügen

• MRP ist ein Redundanzprotokoll, dass besonders für die Kompensation von Leitungsausfällen im Netzwerk gedacht ist

• Garantierte / deterministische Umschaltzeit von 200ms

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MRP

Ethernet - Just in Time

Danke für die Aufmerksamkeit

Weitere Informationen:

http://www.hirschmann.de

Hirschmann Automation and Control GmbHDirk Mohl email: Dirk.Mohl@hirschmann.de