RU2484593C1 - Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети - Google Patents
Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети Download PDFInfo
- Publication number
- RU2484593C1 RU2484593C1 RU2012114912/08A RU2012114912A RU2484593C1 RU 2484593 C1 RU2484593 C1 RU 2484593C1 RU 2012114912/08 A RU2012114912/08 A RU 2012114912/08A RU 2012114912 A RU2012114912 A RU 2012114912A RU 2484593 C1 RU2484593 C1 RU 2484593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receivers
- transmitters
- communication network
- signal
- ring communication
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Small-Scale Networks (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области построения коммуникационных сетей с резервированием. Трехпортовое устройство (1) резервирования (ТУР) содержит коммутатор (2) пакетов данных, связанный с портом (3), предназначенным для подключения к интеллектуальному электронному устройству, и с двумя портами (4), предназначенными для включения в кольцевую коммуникационную сеть, и блок (5) тактовой синхронизации. К блоку (5) подключены выходы приемников (6), (7) и входы передатчиков (8) и (9), предназначенных для подключения к кольцевой коммуникационной сети, выход приемника (10) внешней синхронизации и вход передатчика (11), предназначенного для подключения к интеллектуальному электронному устройству. Блок (5) выполнен с возможностью генерации тактового сигнала, синхронизированного выходными сигналами приемников с введением фиксированной задержки выходного сигнала для приемника, выдачи сгенерированного сигнала на входы передатчиков, и трансляции сигналов между приемниками и передатчиками. ТУР снабжено интерфейсом (12) конфигурирования с возможностью задания приемникам и передатчикам синхронизирующего сигнала, величин задержки выходных сигналов приемников и разрешения или запрета трансляции сигналов между приемниками и передатчиками. Техническим результатом является повышение точности тактовой синхронизации устройств - приемников сигналов тактовой синхронизации, подключаемых к кольцевой коммуникационной сети в системе автоматизации энергообъекта в соответствии со стандартом IEC 61850, в частности с классом Т5. 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области построения коммуникационных сетей передачи данных с резервированием и может найти применение в системах автоматизации энергообъектов, построенных по международному стандарту IEC61850 [1] с повышенными требованиями к точности временной синхронизации. В частности, может быть применено для построения коммуникационных сетей, использующих протокол HSR международного стандарта IEC 62439-3 [2].
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В существующем уровне техники известна коммуникационная сеть с кольцевой топологией [3], предназначенная, в том числе, для применения на энергообъектах с целью обеспечения информационного взаимодействия между компонентами системы автоматизации энергообъекта. Указанная кольцевая коммуникационная сеть состоит из узлов, выполненных в виде трехпортовых устройств резервирования, подключенных двумя портами к однопроводным кольцевым сегментам, а третьим портом к интеллектуальному электронному устройству (ИЭУ) - компоненту системы автоматизации. Сеть [3] обеспечивает информационный обмен между ИЭУ, подключенными к ее узлам, в соответствии с модифицированным протоколом, отличающимся от спецификации HSR [2], в частности специфическим регламентом передачи пакетов данных, предназначенным для обеспечении временной синхронизации данных, передаваемых по кольцевой сети.
Этот регламент состоит в следующем.
В кольцевой сети вводится основной узел («master node»), являющийся единственным инициатором передачи пакетов данных в кольце. Основной узел формирует пустые пакеты данных и инициирует отправку указанных пакетов с фиксированной частотой через два своих коммуникационных порта, посредством которых основной узел подключен к кольцу. Указанные пакеты транслируются по кольцу, перенаправляясь поочередно от одного узла к другому. Прочие узлы в кольце передают данные другим узлам в кольце посредством механизма, включающего в себя:
- прием узлом - отправителем данных - пакета данных (изначально отправленного основным узлом в кольце) через один из коммуникационных портов, посредством которого данный узел-отправитель подключен к кольцу;
- вставка узлом-отправителем необходимых для передачи узлу-получателю данных в полученный пакет в фиксированное, специально выделенное данному узлу-отправителю, поле пакета;
- перенаправление узлом-отправителем измененного пакета данных на другой коммуникационный порт, посредством которого узел-отправитель подключен к кольцу, для дальнейшей передачи указанного пакета данных узлу-получателю.
Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети, описанное в [3], выбрано в качестве прототипа предлагаемого устройства.
Недостатком прототипа является:
- необходимость обеспечения поддержки специфического регламента передачи пакетов данных, отличающегося от требуемого в соответствии со стандартом IEC 62439-3, всеми узлами в кольце, что ставит пользователя системы автоматизации энергообъекта в зависимость от конкретного поставщика решения, а также ограничивает взаимозаменяемость оборудования;
- низкая обеспечиваемая точность синхронизации при большом количестве узлов в кольце, обусловленная задержкой при передаче пакетов данных по кольцу от основного узла до всех остальных узлов. В частности, при наличии двадцати узлов в кольце задержка при передаче пакета Ethernet превышает 5 мкс, что приводит к эквивалентной величине временной рассинхронизации между узлами, подключенными к кольцу. Наличие данной рассинхронизации не позволяет обеспечить точность синхронизации всех устройств, подключенных к кольцу, в соответствии с классами Т4 или Т5 согласно IEC 61850-5 (с точностью не хуже ±4 мкс или ±1 мкс соответственно).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом изобретения является повышение точности тактовой синхронизации при передаче данных в коммуникационной сети с кольцевым резервированием без наложения неприемлемых ограничений на взаимозаменяемость оборудования системы автоматизации энергообъекта. При использовании изобретения в системе автоматизации энергообъекта, построенной в соответствии со стандартом IEC 61850, обеспечивается точность синхронизации в соответствии с классом Т5 этого стандарта.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что:
- в трехпортовом устройстве резервирования, содержащем коммутатор пакетов данных, связанный с портом, предназначенным для подключения к интеллектуальному электронному устройству, и с двумя портами, предназначенными для включения в кольцевую коммуникационную сеть, блок тактовой синхронизации, дополнительно введены два приемника и два передатчика, предназначенные для подключения к кольцевой коммуникационной сети, приемник внешней синхронизации и передатчик, предназначенный для подключения к интеллектуальному электронному устройству, при этом к блоку тактовой синхронизации подключены выходы двух приемников и входы двух передатчиков, предназначенных для подключения к кольцевой коммуникационной сети, выход приемника внешней синхронизации и вход передатчика, предназначенного для подключения к интеллектуальному электронному устройству, блок тактовой синхронизации выполнен с возможностью генерации тактового сигнала, синхронизированного выходными сигналами приемников с введением фиксированной задержки выходного сигнала для каждого из приемников, выдачи сгенерированного сигнала на входы передатчиков и с возможностью трансляции сигналов между приемниками и передатчиками, предназначенными для подключения к кольцевой коммуникационной сети, а устройство снабжено интерфейсом конфигурирования, обеспечивающим возможность задания приемников и передатчиков синхронизирующего сигнала, настройки величин задержки выходных сигналов приемников и разрешения или запрета трансляции сигналов между приемниками и передатчиками, предназначенными для подключения к кольцевой коммуникационной сети.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 приведена схема предлагаемого трехпортового устройства резервирования (далее - ТУР).
На фиг.2 изображена примерная схема кольцевой коммуникационной сети с резервированием для передачи данных и сигналов тактовой синхронизации, построенная на основе предлагаемого устройства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТУР 1 содержит (см. фиг.1):
- коммутатор 2 пакетов данных;
- коммуникационный порт 3, предназначенный для подключения к интеллектуальному электронному устройству энергообъекта;
- два коммуникационных порта 4, предназначенные для включения в кольцевую сеть;
- блок 5 тактовой синхронизации;
- первый 6 и второй 7 приемники тактовых сигналов, предназначенные для кольцевой сети;
- первый 8 и второй 9 передатчики тактовых сигналов, предназначенные для кольцевой сети;
- приемник 10 внешней синхронизации;
- передатчик 11 тактовых сигналов, предназначенный для подключения к интеллектуальному электронному устройству;
- интерфейс 12 конфигурирования.
Часть ТУР, включающая в себя коммуникационные порты 3, 4 и коммутатор 2 пакетов данных, функционирует аналогично устройствам «HSR RedBox», описанным в [2]. Описание работы остальной части ТУР, включающей в себя блок 5, приемники 6, 7 и 10, передатчики 8, 9 и 11 приведено ниже.
Приемники 6, 7 и 10 сигналов осуществляют прием сигналов тактовой синхронизации из внешних каналов связи и трансляцию полученных сигналов блоку 5 тактовой синхронизации. Передатчики 8, 9 и 11 сигналов производят трансляцию полученного от блока 5 сигнала тактовой синхронизации во внешние каналы связи. При этом приемники 6, 7, 10 и передатчики 8, 9, 11 обеспечивают практически детерминированное время выполнения операции трансляции тактового сигнала с величиной неопределенности времени выполнения операции не более ±0,01 мкс.
Функционирование блока 5 тактовой синхронизации зависит от выбранного режима работы устройства ТУР, которое допускает работу в одном из двух режимов: режим источника и режим ретранслятора сигналов тактовой синхронизации.
При работе ТУР в режиме источника сигналов тактовой синхронизации блок 5 в составе устройства 1 выполняет следующие функции:
- принимает внешний сигнал от приемника 10 и вводит задержку выходного сигнала для этого приемника;
- генерирует тактовый сигнал, синхронизированный задержанным выходным сигналом приемника 10;
- выдает сгенерированный сигнал на передатчики 8, 9 и 11.
При этом обеспечивается непрерывное формирование внутренней шкалы времени, ее коррекция за счет синхронизации задержанным сигналом приемника 10, формирование на основании скорректированной шкалы времени выходного сигнала тактовой синхронизации и его трансляция на передатчики 8, 9 и 11.
Введение фиксированных задержек обеспечивает компенсацию времени доставки тактового сигнала от внешнего источника синхронизации по каналу связи до данного ТУР. Величина указанной задержки может составлять от нуля до величины порядка нескольких микросекунд; при этом величина задержки должна задаваться с дискретностью не более 0,25 мкс.
При работе ТУР в режиме ретранслятора сигналов тактовой синхронизации блок 5 в составе устройства 1 выполняет следующие функции:
- вводит фиксированные задержки выходного сигнала для приемников 6 и 7;
- генерирует тактовый сигнал, синхронизированный задержанными выходными сигналами приемников 6 и 7;
- выдает сгенерированный сигнал на передатчик 11;
- транслирует сигнал от приемника 6 на передатчик 9, а сигнал от приемника 7 на передатчик 8.
При этом обеспечивается непрерывное формирование внутренней шкалы времени, ее коррекция за счет синхронизации задержанными сигналами от приемников 6 и 7, формирование выходного сигнала тактовой синхронизации на основании скорректированной шкалы времени и его трансляция на передатчик 11.
Операции трансляции тактового сигнала от приемника 6 на передатчик 9 и от приемника 7 на передатчик 8 имеют практически детерминированное время выполнения (с величиной неопределенности времени выполнения операции трансляции с приемника на соответствующий передатчик не более ±0,1 мкс).
Введение фиксированных задержек выходных сигналов приемников и в этом режиме обеспечивает компенсацию времени доставки тактового сигнала от внешнего источника синхронизации по каналу связи до ТУР.
Интерфейс 12 конфигурирования обеспечивает подключение к ТУР внешней рабочей станции, содержащей в себе программное обеспечение для выполнения конфигурирования устройства 1, в частности, настройки параметров функционирования блока 5. При выполнении конфигурирования через интерфейс 12 обеспечивается:
- задание режима функционирования ТУР - режима источника или режима ретранслятора сигналов тактовой синхронизации, при этом устанавливается соответственно запрет (в режиме источника) или разрешение (в режиме ретранслятора) трансляции сигналов между приемниками 6, 7 и передатчиками 8, 9; в качестве приемников синхронизирующего сигнала задается один приемник 10 (в режиме источника), либо пара приемников 6 и 7 (в режиме ретранслятора);
- задание величин задержки выходных сигналов для каждого из приемников 6, 7 и 10.
Приемники 6, 7 и 10 и передатчики 8, 9 и 11 в устройстве ТУР могут быть реализованы на базе стандартных оптических приемников и передатчиков, предлагаемых на рынке, например, приемников HFBR-24x6Z и передатчиков HFBR-1712TZ от производителя Avago Technologies. Блок тактовой синхронизации 5 может быть выполнен на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и высокостабильного кварцевого генератора, обеспечивающего формирование опорных сигналов, на основании которых формируется внутренняя шкала времени. Интерфейс 12 конфигурирования может быть выполнен на базе стандартного Ethernet-интерфейса (IEEE 802.3).
Представленная на фиг.2 примерная схема построения коммуникационной сети с резервированием содержит кольцевую коммуникационную сеть, сегменты которой соединяют узлы, выполненные в виде вышеописанного ТУР. На фиг.2 показаны:
- однопроводные сегменты 13 сети, предназначенные для передачи данных;
- двухпроводные сегменты 14 сети, предназначенные для двунаправленной передачи сигналов тактовой синхронизации;
- трехпортовые устройства 1 резервирования, связанные сегментами 13 и 14;
- интеллектуальные электронные устройства 15, не поддерживающие включение в кольцевую коммуникационную сеть, и введенные в нее посредством трехпортовых устройств 1 резервирования;
- интеллектуальное электронное устройство 16, поддерживающее включение в кольцевую коммуникационную сеть напрямую (без использования промежуточных устройств резервирования);
- внешний источник 17 сигналов тактовой синхронизации.
Сегменты 13 обеспечивают передачу данных между узлами сети (устройствами 1 и 16) в соответствии со спецификацией«High-availability Seamless Ring» (HSR) по стандарту IEC 62439-3.
Сегменты 14 обеспечивают передачу сигналов тактовой синхронизации между узлами сети следующим образом.
Сигнал тактовой синхронизации поступает от внешнего источника 17 сигналов тактовой синхронизации (в качестве которого может выступать, к примеру, система обеспечения единого времени энергообъекта) на один из узлов сети, выполненный в виде устройства 1. Этот узел функционирует в режиме источника сигналов тактовой синхронизации, генерируя и отправляя через сегменты 14 сигналы тактовой синхронизации другим узлам сети и интеллектуальному электронному устройству 15, включенному в сеть через это устройство 1. Прочие устройства 1 при получении сигнала тактовой синхронизации от соседнего ТУР ретранслируют указанный сигнал другому соседнему ТУР, обеспечивая, таким образом, двунаправленную передачу сигнала тактовой синхронизации по сегментам 14.
При выполнении устройствами ТУР компенсации времени доставки тактового сигнала от источника сигнала до приемника с дискретностью задания не более 0,25 мкс и с учетом указанных выше допустимых величин неопределенностей задержек, обеспечиваемых устройствами ТУР при трансляции тактовых сигналов (±0,01 мкс - неопределенность задержки, вносимая приемником или передатчиком, ±0,1 мкс - неопределенность задержки, вносимая блоком тактовой синхронизации устройства при трансляции с приемника на передатчик) обеспечивается точность тактовой синхронизации устройств в кольцевой коммуникационной сети не хуже±1 мкс (в соответствии с классом Т5 согласно IEC 61850-5) при наличии в кольцевой сети до 50 узлов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. IEC 61850-5 «Системы и сети связи на подстанциях. Часть 5. Требования к связи для выполнения функций и эквивалентным схемам (электронных) приборов». 2003 г. (Электронный ресурс). Режим доступа http://www.standards.ru/document/3643715.aspx
2. IEC 62439-3 «Промышленные сети связи. Сети с высокой готовностью к автоматической обработке. Часть 3. Протокол параллельной избыточности (PRP) и бесшовная избыточность с высокой готовностью (HSR)». 2010 г. (Электронный ресурс). Режим доступа: http://www.standards.ru/document/4561443.aspx.
3. Опубликованная заявка США №2011/0029687, МПК G06F 15/16, 2011 г.
Claims (1)
- Трехпортовое устройство резервирования, содержащее коммутатор пакетов данных, связанный с портом, предназначенным для подключения к интеллектуальному электронному устройству, и с двумя портами, предназначенными для включения в кольцевую коммуникационную сеть, блок тактовой синхронизации, отличающееся тем, что введены два приемника и два передатчика, предназначенные для подключения к кольцевой коммуникационной сети, приемник внешней синхронизации и передатчик, предназначенный для подключения к интеллектуальному электронному устройству, при этом к блоку тактовой синхронизации подключены выходы двух приемников и входы двух передатчиков, предназначенных для подключения к кольцевой коммуникационной сети, выход приемника внешней синхронизации и вход передатчика, предназначенного для подключения к интеллектуальному электронному устройству, блок тактовой синхронизации выполнен с возможностью генерации тактового сигнала, синхронизированного выходными сигналами приемников с введением фиксированной задержки выходного сигнала для каждого из приемников, выдачи сгенерированного сигнала на входы передатчиков и с возможностью трансляции сигналов между приемниками и передатчиками, предназначенными для подключения к кольцевой коммуникационной сети, а устройство снабжено интерфейсом конфигурирования, обеспечивающим возможность задания приемников и передатчиков синхронизирующего сигнала, настройки величин задержки выходных сигналов приемников и разрешения или запрета трансляции сигналов между приемниками и передатчиками, предназначенными для подключения к кольцевой коммуникационной сети.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012114912/08A RU2484593C1 (ru) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012114912/08A RU2484593C1 (ru) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2484593C1 true RU2484593C1 (ru) | 2013-06-10 |
Family
ID=48785878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012114912/08A RU2484593C1 (ru) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2484593C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7042835B1 (en) * | 1999-03-23 | 2006-05-09 | Nortel Networks Limited | Method and apparatus for ensuring survivability of inter-ring traffic |
| US20060120279A1 (en) * | 2003-09-10 | 2006-06-08 | Yasuyuki Mitsumori | Node redundancy method, interface card, interface device, node device, and packet ring network system |
| RU2388160C2 (ru) * | 2006-03-31 | 2010-04-27 | Нек Корпорейшн | Кольцевая сеть, устройство связи и способ оперативного управления, используемый для кольцевой сети и устройства связи |
| RU2419228C2 (ru) * | 2008-08-07 | 2011-05-20 | Нек Корпорейшн | Устройство сетевого соединения и способ сетевого соединения |
-
2012
- 2012-04-16 RU RU2012114912/08A patent/RU2484593C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7042835B1 (en) * | 1999-03-23 | 2006-05-09 | Nortel Networks Limited | Method and apparatus for ensuring survivability of inter-ring traffic |
| US20060120279A1 (en) * | 2003-09-10 | 2006-06-08 | Yasuyuki Mitsumori | Node redundancy method, interface card, interface device, node device, and packet ring network system |
| RU2388160C2 (ru) * | 2006-03-31 | 2010-04-27 | Нек Корпорейшн | Кольцевая сеть, устройство связи и способ оперативного управления, используемый для кольцевой сети и устройства связи |
| RU2419228C2 (ru) * | 2008-08-07 | 2011-05-20 | Нек Корпорейшн | Устройство сетевого соединения и способ сетевого соединения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8953645B2 (en) | Communication system, communication apparatus and time synchronization method | |
| EP2512060A2 (en) | Method and apparatus of clock transmission between networks | |
| AU2012216611B2 (en) | Communications system for transmission of signals between terminal equipment connected to intermediate equipment connected to an Ethernet network | |
| CN101741853B (zh) | 时钟时间同步的方法、线卡单板和网络设备 | |
| US11469918B2 (en) | High-speed real-time bus system and data processing method thereof | |
| CN101938318B (zh) | 汇聚式网络中设备间的同步方法、系统和汇聚环设备 | |
| CN102237996B (zh) | 一种同步时钟的方法和时钟同步装置 | |
| US11683150B2 (en) | Methods, apparatus and computer-readable media for synchronization over an optical network | |
| EP3352392B1 (en) | Time synchronization packet processing method and device | |
| JP2010035171A (ja) | 時間制御通信システムのマルチルータ | |
| CN111934803A (zh) | 支持多时钟域时钟传递的设备和方法 | |
| CN105281885A (zh) | 用于网络设备的时间同步方法、装置及时间同步服务器 | |
| CN107959537B (zh) | 一种状态同步方法及装置 | |
| CN107508648A (zh) | 基于设备功能分类的时间触发以太网分步时间同步策略 | |
| CN102342051B (zh) | 用于通过经由至少一个时间分发协议分开传输第一和第二数据来同步时钟的方法和相关的系统及模块 | |
| CN103516454B (zh) | 时钟同步方法、装置及通信设备 | |
| CN102497245B (zh) | 时钟同步方法及时钟管理接口板 | |
| CN103731252A (zh) | 一种ieee1588单播协商机制改进方法及系统 | |
| EP3723327A1 (en) | System and method for communication in an industrial environment | |
| RU2484593C1 (ru) | Трехпортовое устройство резервирования для кольцевой коммуникационной сети | |
| RU119907U1 (ru) | Трехпортовое устройство резервирования для коммуникационной сети и коммуникационная сеть с таким устройством | |
| JP2016119521A (ja) | Ｐｏｎシステム、ｏｌｔおよび伝送方法 | |
| RU119964U1 (ru) | Четырехпортовое устройство резервирования для коммуникационной сети и коммуникационная сеть с таким устройством | |
| KR101489402B1 (ko) | 네트워크에서 효율적인 시간 동기화 방법 | |
| KR20120051632A (ko) | 링형 토폴로지를 갖는 분산 시스템에서의 클럭 동기화 방법 및 장치 |