Ve 21. století došlo k velkému rozšíření Ethernetu do aplikací průmyslové automatizace, jako je například vzdálené monitorování. Nicméně výhody a univerzálnost, které Ethernet do průmyslové automatizace přináší, jsou kompenzovány taky řadou nevýhod, mezi něž patří citlivost na rušení. Prostředí výrobních provozů nebo energetických rozvoden není zdaleka tak přívětivé k provozovaným zařízením, jako klimatizovaná kancelář, proto do těchto podmínek projektanti navrhují optické síťové rozvody pro prodloužení přenosové vzdálenosti a pro ochranu před účinky EMI (elektromagnetické rušení), včetně Gigabitového ethernetu s velkou přenosovou kapacitou. Mimo ochrany před rušením se implementují pokročilé redundantní technologie, jako jsou STP/RSTP nebo Moxa Turbo Ring protokol, které ethernetu poskytují redundanci potřebnou při průmyslové automatizaci.
Úvod
V tomto článku se zaměříme na použití optických mediakonvertorů společně s metalickými ethernetovými přepínači. Oproti nákupu nových přepínačů s vestavěnými optickými porty jsou mediakonvertory výrazně ekonomičtějším řešením. Mimoto se v průmyslu stále používá mnoho zařízení založených na standardech 10Base5 nebo 10BaseT s malou přenosovou rychlostí nebo BNC konektory a proto jsou optické mediakonvertory jediným schůdným řešením.
Mediakonvertory jako součást sítě
Vzhledem k současné velké nabídce různých přepínačů a převodníků je velmi pravděpodobné, že vaše síť používá současně přepínače od různých výrobců, nebo různé modely přepínačů od stejného výrobce. Například pokud vaše síť již používá přepínače se zabudovanými optickými porty a budete je chtít propojit s přepínači vybavenými pouze metalickými porty, můžete to udělat vložením optického mediakonvertoru mezi obě zařízení (viz Obr. 1).
Obr. 1: Použití optického mediakonvertoru pro propojení metalického a optického přepínače
Nejen změna přenosového média – LFP a FEF
Může se zdát, že jediným účelem optického mediakonvertoru je převod mezi měděným a optickým přenosovým médiem (jak vyplývá z názvu). Ve skutečnosti je ale jejich funkce složitější. Je jistě pravda, že hlavní úlohou mediakonvertoru je přenést data mezi dvěmi zařízeními, které není možné přímo propojit a z tohoto pohledu se musí správný mediakonvertor chovat tak, aby jeho přítomnost v síti byla co nejméně viditelná. Ve skutečnosti musí být mediakonvertor schopen „simulovat kabel“. Zní to dost jednoduše, ale ve skutečnosti se při použití mediakonvertorů v páru za pojmem „kabel“ ještě skrývají dva metalické kabely a dva optické kabely (viz Obr. 2). Tento způsob poměrně komplikovaného propojení vedl k zavedení funkcí "Link Fault Pass-through" a "Far End Fault".
Obr. 2: Použití optického mediakonvertoru v páru
Link Fault Pass-through (LFP) - představte si, co se stane, pokud se metalický propojovací kabel mezi přepínačem a mediakonvertorem na levé straně nečekaně odpojí (viz Obr. 2). V tom případě přepínač na pravé straně nebude mít žádnou informaci o tom co se stalo a přesto, že propojení není funkční, bude síť pokračovat ve svém provozu v domnění, že spojení je stále funkční. To je situace, kdy přichází ke slovu funkce „Link Fault Pass-through“. Postupný průběh funkce „Link Fault Pass-through“ je znázorněn na Obr. 3.
Obrázek 1: Normální provoz obou mediakonvertorů.
Obrázek 2: Metalický kabel u mediakonvertoru A je odpojen.
Obrázek 3: Mediakonvertor A vypíná připojení k mediakonvertoru B.
Obrázek 4: Mediakonvertor B vypíná svůj metalický port.
Obrázek 5: Mediakonvertor B vypíná připojení k mediakonvertoru A.
Far End Fault (FEF 802.3u) – představte si, co se stane, pokud se nečekaně přeruší optické spojení z medikonvertoru na levé straně do medikonvertoru na pravé straně. V tomto případě přepínač vlevo nebude schopen přenášet data do přepínače na pravé straně. Nicméně pokud druhý optický kabel je stále provozuschopný, bude přepínač vpravo stále zasílat data do levého přepínače, což může způsobit narušení provozu celé sítě. Tuto situaci řeší funkce „Far End Fault“, jejíž postupný průběh je znázorněn na Obr. 4.
Obrázek 1: Normální provoz obou mediakonvertorů.
Obrázek 2: Optický kabel z mediakonvertoru A do mediakonvertoru B dostane je odpojen.
Obrázek 3: Mediakonvertor B vypíná svůj metalický port.
Obrázek 4: Mediakonvertor B vypíná optické připojení do mediakonvertoru A.
Obrázek 5: Mediakonvertor A vypíná svůj metalický port.
Důležité upozornění: používejte mediakonvertory v párech
Výše uvedené příklady nám ukázaly použití mediakonvertorů v párech. Většina prodejců prezentuje funkce LFP a FEF na párovém propojení, tak jak je to správně, ale přesto mnoho projektantů k tomu nepřihlíží a používá pouze jeden mediakonvertor. Problém nastane, pokud se aktivují na mediakonvertoru funkce LFP a FEF, protože tyto funkce nebudou pracovat správně. Nejen, že by se mediakonvertory měly používat v páru, ale navíc by se mělo jednat o stejnou značku a stejný model. Je tomu tak proto, že mnoho výrobců používá pro funkce "Far End Fault" a "Link Fault Pass Through" vlastní protokoly. Navíc může jeden výrobce použít v různých modelech různé integrované převodníky, což může mít za následek jejich nekompatibilitu.
Podívejme se blíže na to, co se stane, pokud použijeme funkci LFP pouze s jedním mediakonvertorem (viz Obr. 5). Je poměrně snadné pochopit, proč takové použití bude způsobovat problémy. Pro začátek je potřeba si uvědomit, že funkce LFP je součástí mediakonvertoru. Pokud se metalický spoj mezi přepínačem a medikonvertorem na levé straně rozpojí, medikonvertor pošle zprávu přepínači na pravé straně o poruše spojení. Přepínač však této LFP zprávě nerozumí, a proto ji zahodí. Z tohoto důvodu bude pravý přepínač nadále vysílat data do medikonvertoru v domnění, že budou správně přenesena do levého přepínače. Tato skutečnost může způsobit poruchu sítě.
Co vám přinese redundance
Redundance je důležitým prvkem téměř všech sítí, ale u průmyslových sítí je obzvlášť důležitá. Mnoho ethernetových přepínačů podporuje jak standardní STP/RSTP protokoly, tak nějaký typ vlastních kruhových redundantních protokolů jako je například Moxa Turbo Ring™.
STP a RSTP (802.1d/w) má dvě funkce. Při prvním spuštění složité sítě analyzují STP/RSTP protokoly všechny síťové cesty a pak zablokují všechny nadbytečné spoje. Pokud za běhu sítě dojde k přerušení některé z aktivních linek, STP/RSTP protokoly aktivují některý ze zablokovaných spojů tak, aby mohly všechny připojené zařízení navzájem komunikovat. Přepínače v síti pravidelně (standardně každé 2 sekundy) ověřují stav všech spojů vzájemným zasíláním BPDU (Bridge Protocol Data Units) zpráv.
Turbo Ring ™ je proprietární protokol vyvinutý společností Moxa pro průmyslové kruhové sítě. Protože kruhové sítě mají pouze jeden nadbytečný spoj a kruhová topologie je podstatně jednodušší než stromová topologie, může protokol Turbo Ring ™ reagovat mnohem rychleji (ve většině případů je to méně než 20ms) na poruchu některé z aktivních linek a aktivovat zablokovanou nadbytečnou linku. U Turbo Ring™ protokolu přepínače rovněž analyzují síťové cesty výměnou BPDU zpráv.
Případová studie – V projektu bylo původně plánováno použití metalické kruhové ethernetové sítě. Avšak jedna část kruhu musí být realizovaná optickým kabelem, protože je potřeba překonat větší vzdálenost než je 100m, což je limit pro metalickou ethernetovou linku. Namísto přepínačů se zabudovanými optickými porty se projektanti rozhodli v tomto projektu použít optické mediakonvertory (viz Obr. 6).
Obr. 6: Optické mediakonvertory jako součást redundantního kruhového ethernetu
Během konfigurace sítě byl nastaven Turbo Ring ™ protokol. Co se týče mediakonvertorů, nabízela se volba mezi dvěma operačními módy: "Store-and-Forward" nebo "Pass-through". Bylo rozhodnuto použít "Store-and-Forward" mód, který se podobá standardní funkci přepínačů, protože provádí CRC kontrolu příchozích paketů.
Co se stalo dál? Jakmile si přepínače začaly předávat BPDU zprávy, stala se optická linka neaktivní. Technici si totiž neuvědomili, že optické mediakonvertory neumí rozpoznat BPDU zprávy a proto je odmítaly předávat dál jako pakety nelegální.
Řešením tohoto problému je překonfigurování mediakonvertorů do režimu "Pass-through", ve kterém se optická linka chová jako tunel přenášející data transparentně.
Čas obnovy sítě – Při použití optických mediakonvertorů jako součástí metalické sítě používající protokoly STP/RSTP nebo Turbo Ring™, je potřeba vzít v úvahu vliv mediakonvertorů na dobu obnovy sítě v případě poruchy síťového spoje. Zvažme tento vliv samostatně pro každý typ redundantního protokolu:
• Obnova s STP / RSTP protokoly: Jak již bylo v tomto článku dříve zmíněno, čas obnovy je u STP/RSTP protokolů velmi dlouhý a přesto, že zařazení mediakonvertorů do takové sítě čas obnovy ještě o trochu prodlouží, není už rozdíl v rychlosti příliš významný.
• Obnova u redundantní kruhové sítě: Redundantní kruhové protokoly reagují na poruchu sítě mnohem rychleji než ST/RSTP. Například u protokolu Moxa Turbo Ring™ je čas potřebný pro obnovu funkce sítě menší než 20ms. V porovnání s tímto časem může být zpomalení způsobené zařazením optických mediakonvertorů do kruhu znatelné.
Závěr
Mediakonvertory by se skutečně měly snažit chovat v síti jako neviditelné a „simulovat kabel“. Protože ale některé funkce mediakonvertorů nemusí být plně kompatibilní s ethernetovými přepínač nebo směrovači (například LFP nebo FEF), měli bychom zvážit všechny jejich vlivy před začleněním do sítě. Doporučujeme proto své požadavky konzultovat s dodavatelem, který vyhodnotí všechny požadavky a najde nejvhodnější řešení pro aplikaci.
Dodržujte následující doporučení:
- 1. Pokud máte v úmyslu povolit funkci "Link Fault Pass-through", je nutné použít optické mediakonvertory v páru. Navíc nezapomeňte ztejnou značku a model na obou stranách spojení.
- 2. Otestujte si funkci, kterou chcete použít ještě před její implementaci do fungující sítě.
- 3. Pokud chcete použít optické mediakonvertory v redundantní kruhové síti Turbo Ring™, otestujte funkci obnovení sítě.
Požádejte svého dodavatele síťových prvků o doporučení vhodných zařízení.
Více informací
|
