El Protocolo de Redundancia Paralela ( PRP ) es un estándar de protocolo de red para Ethernet que proporciona conmutación por error sin problemas ante fallas de cualquier componente de la red. Esta redundancia es invisible para la aplicación.
Los nodos PRP tienen dos puertos y están conectados a dos redes separadas de topología similar. PRP se puede implementar completamente en software, es decir, integrado en el controlador de red. Los nodos con una única conexión solo se pueden conectar a una red. Esto contrasta con la norma complementaria HSR (IEC 62439-3 Cláusula 5), con la que PRP comparte el principio operativo.
PRP y HSR son independientes del protocolo de aplicación y pueden ser utilizados por la mayoría de los protocolos Ethernet industriales en el paquete IEC 61784. PRP y HSR están estandarizados por IEC 62439-3:2016 [1] ). Se han adoptado para la automatización de subestaciones en el marco de IEC 61850 .
PRP y HSR son adecuados para aplicaciones que requieren alta disponibilidad y tiempos de conmutación cortos, [2] como: protección para subestaciones eléctricas , [3] accionamientos sincronizados, por ejemplo en máquinas de impresión o inversores de alta potencia. Para tales aplicaciones, el tiempo de recuperación de los protocolos comúnmente utilizados, como el Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP), es demasiado largo. [4]
El costo de PRP es una duplicación de todos los elementos de red que lo requieren. El impacto en el costo es bajo, ya que no hay mucha diferencia si los repuestos están en el estante o si están funcionando en la planta. El intervalo de mantenimiento se acorta, ya que más componentes pueden fallar durante el uso, pero dicha interrupción permanecerá invisible para la aplicación.
PRP no cubre fallas de nodos finales, pero los nodos redundantes pueden conectarse a través de una red PRP.
Cada nodo de red PRP (DANP) tiene dos puertos Ethernet conectados a dos redes de área local independientes de topología arbitraria, pero similar. Las dos redes LAN no tienen enlaces que las conecten y se supone que son independientes de las fallas, para evitar fallas en modo común.
Los nodos con una única conexión (como una impresora) están conectados a una sola red (y, por lo tanto, solo pueden comunicarse con otros nodos conectados a la misma red) o están conectados a través de una RedBox , un dispositivo que se comporta como un nodo doblemente conectado. [5]
Dado que HSR y PRP utilizan el mismo mecanismo de identificación de duplicados, las redes PRP y HSR se pueden conectar sin un único punto de falla y se pueden construir los mismos nodos para usarse en redes PRP y HSR.
Un nodo de origen (DANP) envía simultáneamente dos copias de una trama, una por cada puerto. Las dos tramas viajan a través de sus respectivas redes LAN hasta que llegan a un nodo de destino (DANP) con un cierto desfase temporal. El nodo de destino acepta la primera trama de un par y descarta la segunda (si llega). Por lo tanto, mientras una LAN esté operativa, la aplicación de destino siempre recibe una trama. PRP proporciona recuperación en tiempo cero y permite verificar la redundancia de forma continua para detectar fallas latentes.
Para simplificar la detección de duplicados, las tramas se identifican por su dirección de origen y un número de secuencia que se incrementa para cada trama enviada según el protocolo PRP. El número de secuencia, el tamaño de la trama, el identificador de ruta y un Ethertype se añaden justo antes de la suma de comprobación de Ethernet en un tráiler PRP de 6 octetos. Este tráiler es ignorado (considerado como relleno) por todos los nodos que no conocen el protocolo PRP y, por lo tanto, estos nodos conectados individualmente (SAN) pueden operar en la misma red.
NOTA: todos los dispositivos heredados deben aceptar tramas Ethernet de hasta 1528 octetos, esto está por debajo del límite teórico de 1535 octetos.
Las dos interfaces Ethernet de un nodo utilizan la misma dirección MAC . Esto es posible porque las dos redes LAN no tienen conexión. Por lo tanto, PRP es una redundancia de capa 2, que permite que los protocolos de red de capas superiores funcionen sin modificaciones. Un nodo PRP solo necesita una dirección IP . En particular, el protocolo ARP relacionará correctamente la MAC con la dirección IP.
El Anexo C de IEC 62439-3 especifica el perfil industrial del protocolo de tiempo de precisión que admite una sincronización de reloj sobre PRP con una precisión de 1 μs después de 15 elementos de red, como perfil del protocolo de tiempo de precisión IEEE Std 1588 .
Los relojes se pueden conectar dos veces según PRP, pero como la corrección es diferente según la ruta, el método de descarte de duplicados de PRP no es aplicable. Además, los mensajes de medición de retardo (Pdelay_Req y Pdelay_Resp) no se duplican ya que son locales del enlace.
Aproximadamente cada segundo, un reloj maestro envía dos copias de un mensaje Sync, pero no exactamente al mismo tiempo ya que los puertos están separados, por lo tanto, los Sync originales ya tienen marcas de tiempo diferentes.
Un esclavo recibe los dos mensajes Sync en momentos diferentes y aplica el algoritmo Best Master Clock (BMCA), y cuando los dos Sync provienen del mismo maestro, la calidad del reloj se utiliza como criterio de desempate. Un esclavo normalmente escuchará un puerto y supervisará el otro, en lugar de alternar entre ambos o usar ambos Sync.
Este método funciona para varias opciones en 1588, con funcionamiento de capa 2/capa 3 y con medición de retardo de punto a punto/de extremo a extremo. La norma IEC 62439-3 define estos dos perfiles como:
La norma original IEC 62439:2010 incrementó el número de secuencia del Redundancy Control Trailer (RCT) en las tramas PRP por conexión. Esto proporcionó una buena cobertura de detección de errores, pero dificultó la transición de PRP al protocolo High-availability Seamless Redundancy (HSR), que utiliza una topología de anillo en lugar de redes paralelas.
La norma revisada IEC 62439-3:2012 alineó el PRP con el HSR utilizando el mismo algoritmo de descarte de duplicados. Esto permitió construir puentes y nodos de conexión PRP-HSR transparentes que pueden operar tanto como PRP (DANP) como HSR (DANH).
La antigua norma IEC 62439:2010 a veces se denomina PRP-0, ya que todavía se utiliza en algunos sistemas de control, y PRP 2012, como "PRP". [7]
Una aplicación interesante de PRP se encontró en el área de comunicación inalámbrica como "Timing Combiner" [ [8] ], produciendo una mejora significativa en la pérdida de paquetes y el comportamiento temporal en enlaces inalámbricos redundantes paralelos.
