パラレル冗長プロトコル（PRP ）は、イーサネットのネットワークプロトコル標準であり、ネットワークコンポーネントの障害に対してシームレスなフェイルオーバーを提供します。この冗長性はアプリケーションからは見えません
PRPノードは2つのポートを持ち、類似したトポロジを持つ2つの独立したネットワークに接続されます。PRPは完全にソフトウェアで実装可能であり、つまりネットワークドライバに統合されています。単一の接続を持つノードは、1つのネットワークにしか接続できません。これは、PRPの動作原理を共有する 関連規格HSR （IEC 62439-3 5項）とは対照的です。
PRPとHSRはアプリケーションプロトコルに依存せず、IEC 61784スイートのほとんどの産業用イーサネットプロトコルで使用できます。PRPとHSRはIEC 62439-3:2016 [ 1 ]で標準化されており、 IEC 61850の枠組みの中で変電所の自動化に採用されています。
PRPとHSRは、高可用性と短い切り替え時間を必要とするアプリケーションに適しています。 [ 2 ]例えば、変電所の保護、[ 3 ]印刷機や高出力インバータなどの同期駆動装置などです。このようなアプリケーションでは、 Rapid Spanning Tree Protocol （RSTP）などの一般的なプロトコルの回復時間は長すぎます。[ 4 ]
PRPのコストは、それを必要とするすべてのネットワーク要素の重複です。スペアパーツが棚にあるか工場で実際に稼働しているかはほとんど関係ないため、コストへの影響は小さくなります。使用中に故障する可能性のあるコンポーネントが増えるため、保守間隔は短縮されますが、そのような停止はアプリケーションからは見えません。
PRP はエンドノードの障害をカバーしませんが、冗長ノードは PRP ネットワークを介して接続される場合があります。
トポロジ
- PRPネットワークの動作
- PRPフレーム形式（トレーラー付き）
- PRPノード（DANP）相互作用
各PRPネットワークノード（DANP）には、2つのイーサネットポートがあり、それぞれが任意の、しかし類似したトポロジを持つ2つの独立したローカルエリアネットワークに接続されています。2つのLANは相互に接続するリンクがなく、共通モード障害を回避するために、障害に依存しないと想定されています。
単一の接続を持つノード（プリンタなど）は、1つのネットワークにのみ接続されるか（したがって、同じネットワークに接続された他のノードとのみ通信できます）、または、二重接続ノードのように動作するデバイスであるRedBoxを介して接続されます。 [ 5 ]
HSR と PRP は同じ重複識別メカニズムを使用するため、PRP ネットワークと HSR ネットワークは単一障害点なしで接続でき、同じノードを構築して PRP ネットワークと HSR ネットワークの両方で使用できます。
動作
送信元ノード（DANP）は、各ポートに1つずつ、フレームのコピーを2つ同時に送信します。2つのフレームは、それぞれのLANを経由して、一定の時間差で宛先ノード（DANP）に到達します。宛先ノードは、ペアの最初のフレームを受け入れ、2番目のフレーム（到着した場合）を破棄します。したがって、1つのLANが動作している限り、宛先アプリケーションは常に1つのフレームを受信します。PRPはゼロタイムリカバリを提供し、潜在的な障害を検出するために冗長性を継続的にチェックすることを可能にします
フレームフォーマット
重複の検出を簡素化するために、フレームは送信元アドレスと、PRPプロトコルに従って送信されるフレームごとに増加するシーケンス番号によって識別されます。シーケンス番号、フレームサイズ、パス識別子、およびイーサタイプは、6オクテットのPRPトレーラー内のイーサネットチェックサムの直前に追加されます。このトレーラーは、PRPプロトコルを認識しないすべてのノードによって無視されます（パディングと見なされます）。そのため、これらの単独接続ノード（SAN）は同じネットワーク内で動作できます。 注：すべてのレガシーデバイスは最大1528オクテットのイーサネットフレームを受け入れる必要があります。これは、理論上の制限である1535オクテットを下回っています
実装
ノードの2つのイーサネットインターフェースは同じMACアドレスを使用します。これは、2つのLANが接続されていないため許可されています。したがって、PRPはレイヤー2の冗長性であり、上位層のネットワークプロトコルを変更せずに動作させることができます。PRPノードは1つのIPアドレスのみを必要とします。特に、ARPプロトコルはMACアドレスとIPアドレスを正しく関連付けます
クロック同期
IEC 62439-3 附属書Cは、 IEEE Std 1588 高精度時間プロトコルのプロファイルとして、15個のネットワーク要素後1μsの精度でPRPを介したクロック同期をサポートする高精度時間プロトコル業界プロファイルを規定してい ます
PRPではクロックを重複して付与できますが、補正値はパスごとに異なるため、PRPの重複廃棄方式は適用できません。また、遅延測定メッセージ（Pdelay_ReqおよびPdelay_Resp）はリンクローカルであるため、重複は発生しません。
マスター クロックは、約 1 秒ごとに Sync メッセージのコピーを 2 つ送信しますが、ポートが別々になっているため、まったく同じ時間には送信されません。そのため、元の Sync にはすでに異なるタイムスタンプがあります。
スレーブは2つの同期メッセージを異なるタイミングで受信し、ベストマスタークロックアルゴリズム（BMCA）を適用します。2つの同期メッセージが同じグランドマスターから送信された場合、クロック品質が優先されます。スレーブは通常、一方のポートをリッスンし、もう一方のポートを監視します。同期メッセージを切り替えたり、両方のポートを使用したりすることはありません。
この方法は、1588の複数のオプション、レイヤー2/レイヤー3操作、およびピアツーピア/エンドツーエンドの遅延測定で機能します。IEC 62439-3では、これらの2つのプロファイルを次のように定義しています。
- ODVAの要件に対応するL3E2E（レイヤー3、エンドツーエンド）
- L2P2P（レイヤー2、ピアツーピア）は、IEC 61850の電力会社の要件に対応し、IEEEのIEC&IEEE 61850-9-3に採用されています。[ 6 ]
レガシーバージョン
元の規格IEC 62439:2010では、PRPフレーム内の冗長制御トレーラー（RCT）のシーケンス番号を接続ごとに増加させていました。これにより、エラー検出の範囲は広がりましたが、並列ネットワークではなくリングトポロジを使用する 高可用性シームレス冗長性（HSR）プロトコルへのPRPからの移行は困難になりました
改訂版規格IEC 62439-3:2012では、PRPとHSRを同じ重複除去アルゴリズムを用いて整合させました。これにより、PRP（DANP）とHSR（DANH）の両方として動作可能な透過的なPRP-HSR接続ブリッジおよびノードの構築が可能になりました。
旧IEC 62439:2010規格は、一部の制御システムで現在も使用されているためPRP-0と呼ばれることもあり、PRP 2012は「PRP」と呼ばれることもあります。[ 7 ]
応用
PRPの興味深い応用例として、無線通信分野における「タイミングコンバイナ」[ [ 8 ] ]が挙げられ、並列冗長無線リンクにおけるパケット損失とタイミング動作の大幅な改善がもたらされました
参照
参考文献
- ^国際電気標準会議IEC 62439-3:2016 産業用通信ネットワーク - 高可用性オートメーションネットワーク - パート3：並列冗長プロトコル（PRP）および高可用性シームレス冗長（HSR）
- ^キルマン、ヒューバート; ズン、ダックフェイ.高可用性産業用ネットワークにおける標準的な冗長化方式の選択, 2006 IEEE 国際工場通信システムワークショップ, 2006年6月27日 ページ: 386–390
- ^ Kirrmann, Hubertシームレス冗長性 - IEC 61850に準拠した変電所向けバンプレスイーサネット冗長性ABBレビュー特別レポート、2013年
- ^ Pustylnik, Michael; Zafirovic-Vukotic, Mira; Moore, Rogerリングネットワークトポロジにおける高速スパニングツリープロトコルのパフォーマンスArchived 6 February 2017 at the Wayback Machine , RUGGEDCOM
- ^ 「Redundancy Box」チューリッヒ応用科学大学. 2014年8月20日閲覧。
- ^キルマン、ヒューバート; ディッカーソン、ウィリアム IEC IEEE 高精度時間プロトコルArchived 5 February 2017 at the Wayback Machine、Pacworld、2016年9月
- ^ 「PRPの標準化」チューリッヒ応用科学大学。 2014年8月20日閲覧。
- ^ Rentschler, M.; Laukemann, P.、「並列冗長WLANの性能分析」、Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA)、2012 IEEE 17th Conference on、vol.、no.、pp. 1、8、2012年9月17-21日
外部リンク
