Redundance je již všeobecně uznávána jako důležitý požadavek průmyslových sítí. Pro konfiguraci ale pouhé zatržení políčka s nápisem „redundance“ obvykle nestačí. Síťoví integrátoři a provozovatelé by měli hlouběji přemýšlet a správně pochopit jak přesně redundantní systémy fungují. Které části systému jsou redundantní a jak odolná redundance je? Pokud síť používá kruhovou redundanci, jak správně přizpůsobit kruh fyzickému rozmístění síťových uzlů? Při kolika současných poruchách je ještě systém schopný udržet provoz? Žádný redundantní systém není odolný stoprocentně. Odpovědi na tyto otázky pomohou určit potenciální problémová místa sítě a ukážou cestu k eliminaci zranitelných míst.

Pokud jde o optické sítě, jsou tyto otázky ještě více relevantní. Instalace každého kilometru optické linky je nákladná záležitost, takže je potřeba k topologii přistupovat co nejefektivněji. Zároveň je požadována co největší odolnost sítě při daném množství kabeláže.

Redundantní strategie s jedním společným kruhem: Collapsed Ring

Podívejme se na jeden typ redundantní kruhové topologie – tzv. collapsed ring. Tato topologie je jedním z nejvýhodnějších způsobů jak dosáhnout kruhové redundance v síti, která má více uzlů rozmístěných většinou lineárně. Namísto vedení dlouhé záložní linky uzavírající kruh zpět od posledního uzlu až do řídícího centra se v topologii collapsed ring propojí každý druhý uzel v jednom směru a zbývající uzly se propojí při zpáteční cestě, jak je znázorněno na obrázku níže.

Už při pohledu na schéma je zřejmé, že collapsed ring má řadu výhod. Při takovém střídání uzlů zůstává každý segment kruhu relativně krátký. Proto je tato topologie výhodnější u rozsáhlejších sítí. Výhodou je také jednodušší údržba, protože místo případné kabelové poruchy lze přesněji lokalizovat, na rozdíl od klasického kruhu, kde není zpáteční cesta rozdělená na více segmentů. Z tohoto důvodu je collapsed ring populární v plošně rozsáhlých sítích vyžadujících redundanci a které jsou založených na optických linkách. Příkladem jsou větrné farmy, kde je potřeba propojit jednotlivé větrné turbíny a připojit je do centrálního dispečinku.

Limity strategie Collapsed Ring

Collapsed ring je topologie vhodná pro rozsáhlé redundantní sítě, kde účinně drží délku síťových segmentů na rozumné míře. Stále ještě ale není vhodný čas zatrhnout políčko „redundance“ v konfiguraci přepínače. Než to uděláme, pojďme si položit několik hlubších otázek pro lepší pochopení, jaké typy selhání systému můžeme očekávat a jak jim pomocí redundance účinně čelit.

Redundantní kruhová síť účinně brání před celkovou ztrátou spojení pouze v případě jediné poruchy síťové linky nebo selhání jednoho síťového uzlu. Jakmile se síťové spojení přeruší, kruh aktivuje záložní linku a umožní přístup k odděleným síťovým uzlům z druhého směru. Podobně zajistí záložní linka přístup ke zbývajícím uzlům v kruhu v případě výpadku jednoho z nich. Nicméně, kruhová redundance umožní obnovu při pouze jednom selhání. V momentě, kdy dojde ještě k dalšímu selhání, nezajistí již redundantní kruh dostupnost celé sítě.

Podívejme se, co to znamená v reálném světě. Selhání linky odpovídá kabelovému problému, který je obvykle izolován jen do jednoho kabelu. Takže omezení redundance jen na jedno možné selhání není v případě selhání linky příliš rizikové. Porucha uzlu je ale úplně jiná záležitost. Častou příčinou selhání síťového uzlu je problém s napájením, jako je například výpadek dodávky nebo přepětí. Tento typ problému není téměř nikdy lokalizován jen na jeden uzel. Problém s napájením bude pravděpodobně ovlivňovat celu skupinu sí´tových uzlů v systému.

Pokud existuje více bodů selhání, přestane redundantní kruh plnit svou funkci a ztratíme spojení i s uzly, které výpadkem napájení dotčeny nejsou. V tomto případě jsou uzly vzdálené od řídicího centra a ohraničené z obou stran poruchou nedostupné. Tento scénář ilustruje Achilovu patu kruhových redundancí – nejsou schopny se vypořádat se současným vícenásobným selháním uzlů.

Rozpoznání a odstranění slabých míst

Naštěstí je znalost našich slabých stránek prvním krokem k jejich překonání. Vyzbrojení znalostí těchto zranitelných míst mohou síťoví integrátoři navrhnout mechanismy, které budou mírnit škody, ke kterým může dojít. Někdo se může soustředit na minimalizaci pravděpodobnosti vícenásobného současného selhání například zavedením redundantního napájení. A pro nejhorší případ je k dispozici další užitečná technologie: reléový bypass.

S reléovým bypassem může síťová komunikace nadále proudit přes vypnutý uzel. Pokud přepínač ztratí napájení, jsou jeho vybrané porty automaticky přemostěny a data jsou zasílána do dalšího přepínače v síti. Díky reléovému bypassu tak redundantní kruh zvládne selhání několika uzlů. Přepínače bez napájení jsou jednoduše přemostěny a komunikace se zbytkem sítě je nedotčena. Tato funkce eliminuje největší riziko sítí s topologií collapsed ring.

Alternativa reléového bypassu pro optické sítě

Reléový bypass je jednoduše použitelný pouze v lineární topologii s metalickou kabeláží. Bohužel řešení není tak jednoduché v optických sítích, protože optické přepínače takovou funkcí nejsou vybaveny. To je situace, kde přichází ke slovu OBU-102. OBU-102 je samostatné zařízení, které může zajistit bypass funkci pro všechny optické přepínače. OBU-102 je umístěno mezi optickým přepínačem a zbytkem sítě a kdykoli dojde k výpadku napájení, OBU-102 automaticky přemostí připojený přepínač a data jsou předávána dál.

OBU-102 eliminuje další slabé místo kruhových optických sítí. I v optických sítích s jednoduchou lineární topologií, které nepotřebují kruhovou redundanci pro případ poruchy síťové cesty, je OBU-102 velmi užitečné protože výrazně zvyšuje jejich schopnost zotavit se ze selhání uzlů. Odolný průmyslový design a široký rozsah provozních teplot OBU-102 umožňuje jeho instalaci společně s přepínači umístěnými ve venkovních nebo jiných nepříznivých podmínkách jako je tomu například u větrných elektráren. Jak je ukázáno na následujícím obrázku, pokud selže jeden přepínač v ethernetové síti, OBU umožní přenést signály na následující přepínač, takže je vytvořeno přímé spojení mezi sousedními uzly.

Správné vyhodnocení požadavku na redundanci

Redundance sítě je důležitým požadavkem a kruhová redundance je užitečným nástrojem jak ho vyřešit. Nicméně, jak jsme si ukázali, je také důležité udělat další krok a identifikovat potenciální slabiny redundantní sítě. Tím že si vytvoříme jejich přehled, budeme se s nimi snáze vyrovnávat. Podrobná specifikace OBU-102 je popsána zde a další řešení pro skutečně robustní a kritické sítě najdete na www.moxa.com.