Jak podnieść niezawodność sieci Ethernet w instalacjach produkcyjnych?

W tym artykule poznasz różne dostępne metody tworzenia nadmiarowych połączeń z przykładami ich wykorzystania.

Wielość dostępnych sposobów tworzenia połączeń nadmiarowych w zarządzalnych przełącznikach Ethernet – Astraada Net – i możliwość ich jednoczesnego użytkowania sprawia, że niemal w każdym układzie jesteś w stanie dobrać optymalną konfigurację, która sprosta wymaganiom stawianym przed siecią Ethernet na instalacji.

Poniżej poznasz różne dostępne metody tworzenia nadmiarowych połączeń z przykładami ich wykorzystania.

STP (spanning tree protocol) to jeden z najczęściej występujących w przełącznikach Ethernet mechanizmów służących do zabezpieczenia sieci Ethernet poprzez tworzenie nadmiarowych połączeń i automatyczne sterowanie nimi poprzez przełączniki w celu ich zablokowania (aby uniknąć pętli) lub aktywacji (w przypadku awarii lub zmiany architektury sieci). Charakteryzuje się możliwością tworzenia dowolnych struktur połączeń, najczęściej przypominających strukturę drzewa z głównym nadzorującym układ przełącznikiem Ethernet (root) oraz odchodzącymi od „korzenia” gałęziami.

Niewątpliwą zaletą redundancji połączeń Ethernet opartej o STP jest jego dostępność w rozwiązaniach wielu producentów oraz sama konfiguracja sieci. Jednak rozwiązanie to nie jest pozbawione również wad, z których najistotniejszą w szczególności do rozwiązań stosowanych w przemyśle, jest czas potrzebny na ustabilizowanie sieci (dla bardziej złożonych struktur może być liczony w minutach).

Przykładowe połączenie kilku przełączników Ethernet z wykorzystaniem protokołu RSTP. Wykropkowane linie stanowią nadmiarowe, blokowane w danej chwili połączenia. Linie ciągłe to aktywne drogi komunikacji.  

Problem szybkości stabilizacji sieci zmniejsza prosty zabieg polegający na określeniu portów brzegowych, do których podłączone są już jedynie urządzenia końcowe lub użycie kolejnej wersji protokołu o nazwie RSTP (Rapid STP). Mimo że nowsza wersja protokołu jest szybsza i dobrze się sprawdza w sieciach biurowych, może okazać się niewystarczająco szybka dla komunikacji pomiędzy układami PLC i układami wejść/wyjść, aby zapewnić ciągłą wymianę danych.

W sieciach bardziej złożonych, gdzie pojawiają się sieci VLAN, stosuje się jeszcze kolejną implementację STP – MSTP, która to implementacja uwzględnia jeszcze podział na podsieci w kontekście blokowania i aktywności portów.

Dwa ringi z jednym wspólnym przełącznikiem pracującym w dwóch układach redundantnych jednocześnie  

Dedykowanym rozwiązaniem w sieciach przemysłowych opartych o Ethernet, podnoszącym jej niezawodność, jest pierścieniowa architektura połączeń (RING). Utworzenie dodatkowego połączenia łączącego pierwszy z przełączników z ostatnim, nadmiarowym przewodem komunikacyjnym, stwarza możliwość alternatywnej drogi wymiany danych.

Oczywiście w trakcie „normalnej” pracy, gdy cała sieć działa prawidłowo, nadmiarowe połączenie jest nieaktywne i odzyskuje swoją funkcję komunikacyjną w chwili wystąpienia awarii na innym łączu. Szybkość, z jaką pracujące w ringu przełączniki są w stanie przełączyć komunikację na dotychczas blokowaną drogę, świadczy o zaawansowaniu przełącznika. W oferowanych przez ASTOR przełącznikach Astraada Net czas ten jest bardzo krótki i może osiągać wartość nawet poniżej 5 ms, co dla większości dobrze zaprojektowanych sieci jest praktycznie niezauważalne z punktu widzenia poprawności komunikacji.

Protokołem, który to umożliwia, jest Rapid Super Ring lub jego odmiana z obsługą wielu ringów w jednym przełączniku: Multiply Super Ring (technologie opatentowane przez producenta urządzeń – Korenix).

Dodatkowo w ramach architektury typu ring, ale nie tylko, można zwielokrotnić (agregować) zwiększając niezawodność, jak również przepustowość sieci.

W sieciach, gdzie struktura połączeń jest bardziej skomplikowana niż ring, a przy tym bardzo istotny jest czas przywracania redundantnego połączenia z pomocą przy konfiguracji sieci, przychodzą nam dwie kolejne technologie dostępne w zarządzalnych przełącznikach Astraada Net – Dual-Homing oraz Super Chain.

Agregacja połączeń w przełącznikach w architekturze gwiazdy i ringu  

Dual Homing to możliwość stworzenia nadmiarowego połączenia pomiędzy przełącznikami pracującymi w ringu z kolejną grupą urządzeń pracujących w niezależnym ringu. Ponadto połączenie nadmiarowe realizowane jest z poziomu innego switcha niż połączenie podstawowe. Taki układ cechuje się również bardzo krótkim czasem przełączania komunikacji na łącze rezerwowe.

Dwa ringi połączone w technologii Dual-Homing  

Super Chain – to rozwiązanie pozwalające na podłączenie przełączników Astraada Net połączonych magistralowo do innej struktury sieci o nieznanym układzie. W konsekwencji uzyskujemy połączenie przypominające ring, ale należy zaznaczyć, iż fragment tego ringu stanowi struktura o nieznanej architekturze i stosowanych, lub nie, mechanizmach wspomagających nadmiarowe połączenia. I mimo że w konsekwencji zostanie stworzone połączenie nadmiarowe, sieć będzie pracowała prawidłowo dzięki wykorzystaniu technologii Super Chain.