ЖУРНАЛ СТА 1/2015

ном из путей передачи пакетов, данные будут обязательно доставлены по второ- му пути. Таким образом обеспечивается высокая доступность сети, несмотря на возможные серьёзные сбои. На рис. 1 и 2 показан принцип функ- ционирования протокола PRP. Если сеть работает без сбоев (рис. 1), то данные пе- редаются одновременно по двум парал- лельным сетям. Дублирование пакетов происходит в точке 5. Сбор данных и уда- ление дублированных пакетов происхо- дит в точке 1. В случае возникновения сбоя в одной из сетей (рис. 2) передача данных осуществляется по второй сети без временны ’ х затрат на переключение. Протокол PRP может также использо- ваться и в беспроводных сетях. При этом положительный эффект от его примене- ния гораздо более заметен, но про- является несколько иначе, чем в провод- ных сетях. Суть в том, что параллельное резервирование можно использовать не только для предотвращения глобальных сбоев, но и для компенсации локальных сбоев, характерных для беспроводных сетей (например, воздействие помех). При одновременной передаче PRP-па- кетов по двум беспроводным каналам связи (рис. 3) становится несуществен- ной потеря отдельных пакетов в одном из каналов. Ошибка приёма или переда- чи может возникать только в случае од- новременной потери одинаковых паке- тов в каждом из дублированных каналов. Хотя механизм передачи данных, ис- пользуемый протоколом PRP, иденти- чен для проводных и беспроводных приложений (дублирование пакетов в устройстве-отправителе и их сбор в устройстве-получателе), результат его применения куда более значителен в беспроводных системах. Помимо того что PRP гарантирует бесшовное пере- ключение между двумя дублирующими друг друга сетями, в беспроводных се- тях при его применении проявляется ряд новых положительных эффектов. 1. Эффект увеличения надёжности за счёт компенсации потери отдельных пакетов из-за помех и взаимовлияния сторонних радиочастотных систем. 2. Сокращение временны ’ х задержек при передаче данных (приём наиболее бы- строго из дублированных пакетов). 3. Уменьшение джиттера (колебания вре- мени доставки пакетов, вызванного отсутствием свободных линий или из- быточными пересылками на сетевом уровне). П РАКТИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PRP Преимущества применения протокола PRPможно проиллюстрировать простым примером: предположим, что уровень потерь в каждом из путей передачи дан- ных одинаков и со- ставляет 0,1%. Тогда уровень потерь (ве- роятность потерь) для всей системы с применениемпрото- кола PRP составит лишь 0,0001% (0,001 × 0,001 = 0,000001) – в 1000 раз ниже! Данный расчёт предполагает, что потери имеют нор- мальное распреде- ление и не взаимо- зависимы. Чтобыдо- стичь такого результата на практике, не- обходимо исключить наличие факторов, способных одинаково влиять на работу сразу двух радиочастотных каналов. Для этого можно использовать разные ча- стотные диапазоны для каждого из них. В результате сторонние радиочастотные системы и другие источники помех не могут одновременно повлиять на работу каждого из дублированных каналов пе- редачи данных. Степень влияния других факторов, ухудшающих равномерность распределения потерь и вызывающих их взаимовлияние, также должна быть сни- жена. Например, постоянная перегрузка соединения, которая может вызывать потерю последовательностей пакетов, что в свою очередь повышает уровень потерь для отдельного соединения и, следовательно, значительно ухудшает уровень потерь всей системы с PRP-ре- зервированием. Практика также подтверждает сниже- ние потерь. В реальной системе с при- менением PRP-резервирования потеря пакетов была снижена с 0,105% и 0,101% для каждого отдельного соеди- нения до 0,00021% в совокупности – улучшение показателя в 500 раз (рис. 4). Ещё один положительный момент от применения PRP-резервирования – это существенное снижение задержек пере- дачи данных по сети и колебания вре- мени пересылки пакетов (джиттера). Задержка сокращается в среднем с 3,1 или 2,8 мс для отдельных каналов до 1,7 мс в совокупности (рис. 5). Значе- ние джиттера снижается с 0,45 мс до 0,23 мс (рис. 6). Причиной значитель- ного улучшения этих показателей яв- ляется то, что протокол PRP всегда пе- ресылает наиболее быстрый из двух па- кетов, передаваемых по резервирован- ным беспроводным соединениям. Па- кеты, переданные с большей задерж- кой, удаляются. В итоге три наиболее ОБ ЗОР / П РОМЫШЛ Е ННЫЕ С Е Т И 9 СТА 1/2015 www.cta.ru Рис. 2. Обработка сбоя передачи данных в сетях с протоколом PRP Рис. 3. Применение протокола PRP в беспроводной передаче данных 5 Дублирование пакетов Сбор пакетов и удаление дублей 4 3 2 2 1 Сеть А Сеть В 4 3 7 Дублирование пакетов Сбор пакетов и удаление дублей 1 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 0,105 0,101 0,00021% 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 Уровень потерь пакетов, % Сокращение потерь в 500 раз Сеть A Сеть B Использование PRP в сетях A и B Рис. 4. Снижение потерь данных при применении PRP-резервирования