Kaynak: Chuang, J. (2016) “Get More Mileage from Substation Legacy Devices”, Product Manager, Moxa Inc.
TEKNİK YAZI
Trafo Merkezinde Eski Cihazlarınızın Ömrünü Uzatın: PRP/HSR Ağlarına Geçiş
İçindekiler
RSTP destekli cihazların PRP/HSR ağlarına transferi, karşılıklı çalışabilirlik problemleri nedeniyle sıklıkla sekteye uğruyor. Ancak artık RSTP, PRP ve HSR tabanlı ağlara yönelik melez topolojileri kullanıma açan yeni bir çözüm var. Tüm karşılıklı çalışabilirlik sorunlarına cevap verebilen bu çözüm, birçok eski tip cihaz kullanılan çok sayıda trafo merkezinin “Yüksek Elverişli Sorunsuz Yedeklilik” (High-availability Seamless Redundancy, HSR) tabanlı ağlara sorunsuz biçimde geçmesine yardımcı oluyor. Trafo merkezleri için bu maliyet etkin çözüm çok sayıda SAN (single attached node, tek düğüm noktası) ve DAN (dual attached node, çift düğüm noktası)’ların kullanımda kalmasını sağlamakla kalmıyor, ayrıca modern, otomatize akıllı şebekelerin avantajlarından da yararlanmaya izin veriyor. Basitçe söylemek gerekirse, bu çözüm eski tip cihazların kullanım ömrünü uzatarak yenileme masraflarının ertelenmesini sağlıyor.
Uygulanabilir Bir Çözüm Arayışı
PRP/HSR tabanlı ağların güvenilir endüstriyel haberleşme ihtiyaçlarına cevap verebilecek standartlar olarak ilk tanıtımından bu yana, birçok trafo merkezi yöneticisi kendisini bir çıkmazda bulmuş durumda. Bir yandan çalışma hassasiyeti, güvenilirlik ve ağların yetkinliklerinin artmasını sağlayan yeni teknolojiler, trafo merkezlerinde olumlu karşılanan gelişmelerdir. Öte yandan bu yeni teknolojiler, trafo merkezlerinde azımsanamayacak yatırımlar yapılarak alınmış eski tip cihazlardan kurtulmak zorunda kalmadan uygulamaya konmak istenir. Şu ana kadar da eski tip cihazların PRP/HSR tabanlı ağlara transferi için sunulan çoğu çözüm, başta umulduğu kadar uygulanabilir ve maliyet etkin olamamıştır. Çoğu eski tip cihaz, PRP/HSR tabanlı ağların yönetemediği kontrol paketlerini kullanan Rapid Spanning Tree Protocol (Hızlı Kapsayan Ağaç Protokolü, RSTP) destekler. Genellikle sunulan çözüm de, RSTP’den PRP/HSR’a dönüşüm destekleyen switch’ler yoluyla bir RSTP tabanlı ağı PRP/HSR tabanlı ağla birleştirmektir. Bu çözümün asıl sıkıntısı, genellikle özel protokol kullanımının devreye girmesidir: Farklı üreticilerden alınmış çok sayıda cihaz ve farklı protokol aynı ağa kurulmuş olacağından karşılıklı çalışabilirlik problemi yaşanması kaçınılmaz olacaktır.
Neden Yedeklilik?
Trafo merkezi gibi kritik uygulamalarda ağ yedekliliği, tek noktada yaşanacak bir kesinti nedeniyle tüm sistemin devre dışı kalması riskinden kaçınmayı sağlayacağından, büyük önem taşır. Trafo merkezlerinin otomasyonunda son eğilim, verinin tüm akıllı elektronik cihazlar ve alt sistemlerden toplanarak daha güçlü ve güvenli olan tek bir kontrol sistemine entegre edilmesidir. Bu tür bir kontrol sistemi bugün cihaz denetimini sağlayan bir platform görevindeyken, gelecekte gelişmiş tanılama sistemleri görevi üstlenecektir. Söz konusu kontrol sisteminin başarısı ise verinin bir cihazdan öbürüne aktarılabilmesine bağlıdır. Dolayısıyla haberleşmenin sorunsuz devamını güvenceye almak için yedekli bir ağ kullanmak mantıklıdır.
IEC 61850 2. Baskı standardında, trafo merkezi otomasyonunda sıfır paket kaybı amaçlayan ve sıfır kesinti süresi sağlayan yedekleme çözümlerine büyük vurgu yapılmıştır.
RSTP Protokolünün Sıkıntısı
Çok sayıdaki mevcut yedeklilik protokolleri içinde açık arayla en popüleri, herhangi bir mesh veya ağ topolojisi üzerinde uygulanabildiğinden, RSTP’dir. Öte yandan RSTP’nin yetkinliğini kısıtlayan birtakım etkenler da mevcuttur.
Örneğin, bir ağ üzerinde verinin sıçrama sayısı (data hops), ağ performansı üzerinde etkilidir. Genel itibariyle standart bir protokol olarak RSTP gayet güvenilirdir. Ancak gecikmeler ve kontrol dışı bir kurtarma süresi ile başa edebilmek için çoğunlukla RSTP halkası 40 sıçramayla sınırlı tutulur. Tabii ki, geniş ölçekli ağlarda bu kısıtlama büyük bir sorundur. Bu soruna cevap olarak Moxa, yeni RSTP gruplama teknolojisini geliştirmiştir (patent beklenmektedir). Bu teknoloji sayesinde tipik bir RSTP halkasında izin verilen maksimum 40 sıçramanın çok üstünde bir sayıda, binden fazla RSTP cihazı HSR ağlarına bağlanabilir.
Açıkça görüldüğü üzere, RSTP gibi yaygın kullanıma sahip bir protokol, yüksek kapasite ve çok kısa otomatik geçiş süresi gerektiren, trafo merkezleri gibi uygulamalar için yeterli değildir. PRP veya HSR gibi sıfır paket kaybı sağlayan bir yedeklilik gerekir. Bu iki protokol farklı ağ topolojilerine hitap etse de, aynı “aktif yedeklilik” prensibi hem HSR hem de PRP tabanlı ağlar için geçerlidir. Yani, çift kopyalı veri paketleri aynı anda farklı yollardan aktarılır. Switch arızası veya hat kesintisi durumunda sıfır gecikmeli yeniden yapılandırmaya sahip aktif bir yedeklilik protokolü sunduğu için HSR ve PRP, IEC 61850-9-2 ve IEC 61850-8-1 standartlarına dayalı dijital haberleşme uygulamalarının korunması için özellikle kullanışlıdır.
PRP/HSR Ağlarına Geçiş
Büyük ölçüde enerji uygulamalarında masraf kısıtlaması nedeniyle eski tip cihazlar atıp geçilemeyecek olduğundan, RSTP tabanlı ağların PRP/HSR tabanlı ağlara geçişini sağlayan çözümler kullanıma sunulmuştur. RSTP ile PRP/HSR protokollerini entegre eden halka eşleme (ring coupling) yöntemleri bir süredir kullanılır halde olsa da, çoğu trafo merkezi yöneticisi ortaya çıkan protokol uyumluluk sorunları nedeniyle halen PRP/HSR tabanlı ağları benimsemekte tereddütlüdür. Bunun en büyük nedeni, sunulan çoğu çözümün özel protokol kullanması, bu durumun ise birçok farklı üreticiden alınmış cihazlar içeren ağlar için kâbus haline gelmesidir.
Hepsine Uyumlu Bir Çözüm
Moxa’nın yeni piyasaya sunduğu PRP/HSR switch ile, karşılıklı çalışabilirlik sorunu artık geçmişte kalıyor. IEC 62439-3 3. Baskı standardını destekleyen bu çözüm, RSTP destekli uç cihazların PRP/HSR ağlarına sorunsuz biçimde, herhangi bir uyum sorunu yaşamadan geçişini güvenceye alıyor.
Bu switch, PRP ve HSR yedekliliğini uygulamada, RSTP’den HSR eşlemeye ve nanosaniye mertebesinde zaman hassasiyeti ile senkronizasyonu için IEEE 1588v2 PTP (Precision Time Protocol)’ye, çok sayıda gelişmiş teknolojiden yararlanır.
PRP yedekliliğini sağlamak için bu switch, bir PRP/HSR modülüne sahiptir. Ayrıca 24+4G port anahtarlama ile çok sayıda SAN’i paralel ağlara bağlayarak, ek masraf olmadan PRP kapsamını genişletebilir. Çok yollu eş zamanlı aktarım kullanarak bu switch, tek bir yol kesintiye uğradığında sıfır zaman alan yük devri sağlar.
HSR yedekliliği için de switch, aynı PRP/HSR modülünü kullanır. HSR özelliğini desteklemek için switch çift yollu yük devri uygulayarak, sıfır kesinti süreli yedeklilik ve sıfır paket kaybı sağlar. 24 + 4G portlarıyla birçok SAN’i HSR’a geçiş için bağlayabilir, böylelikle eski tip cihazların ömrünü uzatır.
RSTP’den HSR eşleme konusunda ise Moxa PRP/HSR switch, PRP/HSR ile RSTP’nin yedekli eşlemesinde sıkça karşılaşılan ve ağın çökmesine neden olan yayın fırtınalarını (broadcast storm) durdurmak için basit bir mekanizma kullanır. Bu “yayın fırtınları”, switch’ler veya yedeklilik kutularının (redundancy box) RSTP destekli protokollerde BPDU paketlerini (Bridge Protocol Data Unit) tanıyamaması, bu nedenle bu paketleri görmezden gelerek HSR halkasına iletmemesi nedeniyle meydana gelir.
Söz konusu paketler birikerek hedefine ulaşamadan RSTP halkası üzerinde sürekli döner. Moxa PRP/HSR switch ise BPDU paketlerini tanıyabilme, böylece de HSR halkasına iletebilme özelliğine sahiptir. Not düşmek gerekir ki, IEC 62439-3’te de bu konuda bir değişiklik yapılması teklif edilmiştir. Buna göre karşılıklı çalışabilirlik adına BPDU paketlerinin switch’ler tarafından tanınmasının da standart haline getirilmesi istenmiştir.
Moxa PRP/HSR switch’in RSTP ve HSR arasında çok sayıda bağlantıya izin veren RSTP gruplama fonksiyonu, büyük RSTP nod gruplarının HSR yedekliliğe geçişini çok daha kolay hale getirmiştir. IEEE 1588 PTP ise, ağa aktarılmış uygulamaların, bu konumlara atanmış sürelerdeki performanslarını iyileştirecek, nanosaniye düzeyinde senkronizasyon sağlar. Switchler, enerji dağıtım ve telekom gibi kritik uygulamalarda daha yüksek hassasiyet ve performans optimizasyonunu garantilemek için tüm sistem genelinde IEEE 1588v2 zaman senkronizasyonunu uygulamalıdır. Buna ek olarak, dünyanın ilk rackmount modüler PRP/HSR switch’i özelliğindeki bu cihaz, kullanıcılara ağ entegrasyonu ve kurulumunda daha fazla esneklik verir. Çok çeşitli senaryoları uygulamak mümkündür: Çok sayıda SAN’in PRP/HSR ağlarına entegrasyonu, RSTP halkalarının iki ayrı noddan eşlenerek HSR halkalarına bağlanması, saha cihazlarının kontrol odasına dikey entegrasyonunun tamamlanması, ve PRP yoluyla daha fazla HSR halkası eklenmesi.
Bağımsız Testler ile Kanıtlanmış Karşılıklı Çalışabilirlik
Moxa’nın PRP/HSR switch’i PT-7728-PTP’nin performansı, kullanıcı ve üreticilere gerçek zamanlı uygulamalarda standartların benimsenmesi konusunda yardımcı olmaya odaklı, kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan UCAIug tarafından onaylanmıştır.
UCAIug, PT-7728-PTP’nin uyumluluğunu çeşitli ağ mimarisine sahip senaryolarda test etmiştir. Özellikle yapılan testlerden biri, IEC 61850 haberleşme protokollerinin farklı üreticilerin HSR ve PRP uygulayış şekillerinde doğru çalışıp çalışmadığı ve HSR ile eşleşen RSTP’nin performansı olmuştur. Bu uygulayış şekillerine akıllı elektronik cihazların (IED) yanı sıra ara sistemleri (intermediate system, IS) de dahildir. Raporlarında görüldüğü üzere, PT-7728-PTP söz konusu testleri üstün performansla geçmiştir. Dahası, PRP/HSR ile RSTP ağ segmentleri arasında çift bağlantı sağlayabilen test cihazları sadece PT-7728-PTP ve Moxa’nın PT-G503 Redbox’ı olmuştur.