СТА 3/2010

ОБ ЗОР / П РОМЫШЛ Е ННЫЕ С Е Т И 14 СТА 3/2010 www.cta.ru который будет отрицательно сказывать ся на времени доставки критичных ко времени данных. Сегмент сети реально го времени хорошо отделить маршрути затором, фильтрующим всякий широ ковещательный трафик. Если сеть ре ального времени физически является частью общей сети, то она должна нахо диться в одном сегменте внутри вирту альной сети VLAN. Раньше мы всегда различали комму таторы и концентраторы. В сегменте се ти реального времени предпочтительнее использовать именно концентраторы (hub), а не коммутаторы (switch), но сей час первые уже канули в лету. Преиму щество коммутаторов (интеллектуаль ное распределение пакетов данных) пе ред концентраторами является их же не достатком в случае с Real Time Ethernet. Архитектура Store and Forward, в отли чие от концентраторов, передающих па кеты данных на лету, сначала сохраняет пакет в памяти, затем передаёт дальше, внося дополнительную задержку. Раз мер этой задержки чётко не определён и зависит от множества факторов. В част ности, в незагруженной сети у стандарт ного коммутатора для пакета данных длиной в 64 байта задержка Fast Ethernet составляет порядка 10 мкс, а для самого большого пакета длиной 1518 байт – уже до 150 мкс. Но даже при незначительной загрузке сети эти значения могут некон тролируемо возрастать. Таким образом, сохранение режима реального времени для сети, включающей коммутаторы, за висит от величины максимального вре мени доставки данных (определяется технологическим процессом) и прове ряется на практике. Поэтому в целом протоколы Ethernet реального времени не требуют специ альных коммутаторов. Используются управляемые коммутаторы с поддерж кой VLAN и IGMP Snooping, с управле нием Multicast, QoS. Однако есть ком мутаторы с дополнительной аппаратной поддержкой протоколов реального вре мени. Их применение позволяет карди нально сократить максимальное время доставки данных, что важно в сетях, обслуживающих системы измерения, позиционирования и другие высокоско ростные процессы. Аппаратную поддержку протокола ре ального времени демонстрируют немец кие коммутаторы производства Hirsch mann, бренда с мировой известностью, входящего в группу Belden. Hirschmann, будучи передовым разработчиком реше ний для Industrial Ethernet, совместно с Институтом прикладных наук Цюриха (Швейцария) был первым, кому ещё в 2004 году удалось реализовать поддерж ку протокола IEEE 1588 в серийных мо делях промышленных коммутаторов Ethernet. С точки зрения реализации РТР в се ти, все системные часы делятся на ко нечные (часы у конечных устройств с одним сетевым портом) и пограничные часы (у коммутаторов и т.п.). Синхро низация часов происходит с одними мастер часами в сети по схеме веду щий–ведомые. Таким образом, при построении сети с коммутаторами их восходящие порты будут в структуре граничными ведомыми часами, а нис ходящие порты – граничными ведущи ми часами. В 2008 году была принята вторая вер сия протокола IEEE 1588 2008, которая предполагает новый тип «сквозных» ча сов вместо пограничных. Сквозные ча сы исключают промежуточную синхро низацию (этап Follow up message) и позволяют тем самым повысить точ ность. Суть аппаратной доработки такова, что параллельно микросхеме, реали зующей MAC адрес порта, ставится схема аппаратной синхронизации по протоколу PTP (IEEE 1588). Последняя соединена с часами точного времени, выполняющими функцию ведомых пограничных часов в структуре РТР. Аппаратная реализация протокола в коммутаторах Hirschmann позволяет повысить точность синхронизации ча сов до долей микросекунд – порога, не достижимого для стандартных комму таторов, даже с использованием пред шественников PTP, протоколов NTP и SNTP. Более того, на сегодняшний мо мент компания Hirschmann реализова ла поддержку РТР версии 2, вышедшей в 2008 году. Для этой версии точность синхронизации составляет ± 60 нано секунд. В практических реализациях цепочка из 30 коммутаторов позволяет синхронизировать системные часы с точностью ± 200 нс. Протокол PTP (первая и вторая вер сии) интегрирован в старшие модели оборудования Hirschmann. Он поддер живается следующими коммутаторами: ● модульные коммутаторы серииMICE RT. Состоят из базового модуля с «го рячей» установкой до 6 интерфейсных модулей – всего до 24 портов Fast+ Gigabit Ethernet. Компактны, устанав ливаются на DIN рейку; ● компактные моноблочные коммута торы Gigabit Ethernet серии RS40. Имеют 9 портов RJ 45, 4 из которых комбинированы с оптическим пор том SFP; ● стоечные коммутаторы формата 19" 1U серии MACH1040. Содержат 16 комбинированных (RJ 45/SFP) пор тов Gigabit Ethernet. Серия сертифи цирована по IEC 61850 для примене ния в электрических подстанциях. Коммутатор представлен на рисунке 7; ● коммутаторы со степенью защиты IP68 серии OCTOPUS. Выполнены в литом металлическом корпусе с герметичными винтовыми разъёма ми М12. Выдерживают погружение в воду, пыленепроницаемы. Содер жат до 24 портов Fast+Gigabit Ethernet. Соответствуют нормам EN 50155 для подвижных железнодо рожных составов. Все перечисленные модели являются управляемыми промышленными ком мутаторами второго уровня OSI. В них реализован широкий функциональный набор средств фильтрации и управле ния трафиком, ограничения доступа, резервирования каналов, среди кото рых поддержка VLAN, QoS, резервиро ванного кольца HIPER Ring, MRP ring, протокола RSTP и возможности объединения нескольких портов в один «транк». Во всех сериях есть модифика ции для жёстких условий эксплуата ции. Коммутаторы просты в обраще нии и имеют понятный интерактивный Web интерфейс. Применение коммутаторов с под держкой PTP оправданно, в первую оче редь, в больших распределённых сетях жёсткого реального времени. Примера ми могут служить системы автоматиза Рис. 7. Hirschmann MACH1040 – отказоустойчивый коммутатор Gigabit Ethernet для жёстких условий эксплуатации с поддержкой Real Time Ethernet протокола IEEE 1588 PTP v2 © СТА-ПРЕСС