并行冗余协议在智能变电站网络的应用

阐述了IEC 62439-3中的并行冗余协议(PRP)和高可靠无缝环网(HSR)的实现机制。依据变电站功能需求及数据流向,提出了基于PRP+HSR网络方案的智能变电站组网方式,在HSR网络中实现VLAN技术,利用网络冗余提高系统安全性,减少交换机数量并提升变电站网络性能。

基于无缝冗余协议的智能变电站通信组网方式

智能变电站以过程层网络方式取代了传统变电站通过电缆传输一次设备与间隔层设备信号的方式,但存在报文传输延时长且不可控的问题,为此提出2种基于无缝冗余协议的新型智能变电站通信组网方式,一种是将星形网络与并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)相结合构成的PRP双星形网络,另一种是高可用性无缝冗余协议环网。设置了基本网络、网络故障、网络雪崩等3种场景进行仿真实验,仿真结果显示,这2种基于无缝冗余协议的通信组网方式都具有良好的实时性与可靠性,能够代替现阶段常规的组网方式,且PRP双星形网络的最大报文传输延时最短。

基于并行冗余协议的网络拓扑快速发现方法

针对冗余以太网网络拓扑发现的实时性问题,提出一种基于并行冗余网络协议的网络拓扑结构快速发现方法,包括在网络管理端根据网络需求,发送拓扑发现请求报文,端系统设备在接收到请求之后周期性地向管理端发送拓扑发现报文,管理端根据接收到的报文信息进行运算,从而得到网络的拓扑结构。通过OMNET++网络仿真软件进行仿真验证,结果表明,该方法的网络拓扑构建时间维持在60 ms,并且实现了与简单网络管理协议的兼容。

基于并行冗余协议的无线局域网通信在电机工厂系统集成中的应用

工业物联网的发展对工业通信的实时性、稳定性和多样性提出了更高的要求。除了采用现场总线协议的有线通信外,无线通信方式也得到了更加广泛的应用和长足的发展。常用的无线通信方式在稳定性和传输距离方面都有所局限,本文提出了一种可靠的机制(并行冗余),能有效地改善无线通信中存在的缺陷。文中对并行冗余通信的原理及三种通信形式进行简要介绍,并结合无线并行冗余通信的特点对电机工厂系统集成应用进行介绍。

智能变电站并行冗余协议系统测试方案探讨

随着变电站自动化技术的不断发展,并行冗余协议已在国内得到部分应用,但还没有相对统一的测试方案。为了测试并行冗余协议的可靠性和实时性,并结合IEC 61850GOOSE规约,提出了一个系统化的并行冗余协议测试方案,并详细介绍了并行冗余协议的测试方法,为国内并行冗余协议的测试作为参考。

基于NDIS的智能变电站通信并行冗余协议设计

IEC61850Ed 2.0版本已将智能变电站的通信网络冗余问题考虑在内,明确提出引用IEC62439-3规范作为其冗余协议.针对这一问题提出一种基于网络驱动接口规范的并行冗余协议冗余实现方式,阐述具体的实现方法.试验表明利用网络驱动接口规范实现并行冗余协议冗余是可行的,该冗余方法的实现将显著提高智能变电站运行的可靠性.

数字化变电站通信网络冗余技术

介绍了IEC62439标准中的几种典型的网络冗余技术,包括跨网冗余协议(CRP)、分布冗余协议(DRP)、媒介冗余协议(MRP)、信标冗余协议(BRP)、并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)。CRP支持单网和双网冗余,通过2个端口跨接到1个或2个独立的网络中实现冗余。DRP是基于环网拓扑的冗余模式,在交换设备上实现。MRP可以在网络连接或是交换设备单点故障的时候以确定性时间恢复环网通信。BRP冗余网络架构可以看成2个互连的顶层交换机,各级连一个星形、线形或是环形子网。PRP在终端节点内的LRE层实现了报文的双发、双收。经过比较,指出PRP/HSR方案不论是在应用方面或网络冗余的适应性以及对故障的恢复性能方面,都是理想的通信网络的冗余方案。

几种智能变电站冗余通信协议分析比较

常用的快速生成协议(rapid spaning tree protocol,RSTP)等网络冗余协议无法达到零自愈时间的要求,IEC61850:2010规定了2个新的冗余通信协议平衡冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)和高可用性无缝冗余度(high-availability seamless redundancy,HSR)作为实现零自愈时间的网络冗余协议。从网络自愈时间、对通信负载的影响、经济性等方面对RSTP,PRP和HSR3种变电站冗余通信协议进行比较,结果表明:PRP和HSR均可实现零自愈时间网络恢复,但使用PRP会增加较多成本,采用HSR则会增大网络负载,在小规模变电站中应用具有较大的经济优势。

列车通信网络并行冗余方法与协议的研究

列车通信网络的可靠性是保证列车安全稳定运行的前提,根据列车通信网络的需求,构建一种并行传输的网络架构,通过改进的并行冗余协议PRP提高基于以太网的列车通信网络的可靠性。对PRP协议的冗余机制进行研究,针对PRP协议存在的问题,结合列车通信并行网络的需求,改进并行冗余协议的数据发送机制以及冗余算法。根据重要性对传输的数据进行分类并采取不同的传输策略:重要数据采用并行传输方式,能够使其故障恢复时间减小为零,保证了网络的可靠性;非重要数据采用交替传输方式,以缓解传输时的网络带宽压力。网络仿真结果验证了采用并行冗余协议的列车通信网络的可靠性。

基于IP协议扩展的并行冗余网络协议

通过对现有网络冗余协议的研究分析,自主设计并实现了一种基于IP协议扩展的网络冗余容错方法PRIP,为网络冗余通信提供了一种新的解决方案。该解决方案完全由软件实现,不依赖特殊设备,对网络拓扑无要求,并具有单条链路故障时零延时切换特性,可满足工业互联网应用对数据通信高实时性和高可靠性的要求。

PRP协议在实时测控专网中的初步应用

针对实时测控专网通信协议在应对单点故障时通信可靠性较低的问题,介绍IEC62439-3发布的并行冗余协议(parallel redundancy protocol,PRP)。分析该协议在实时测控专网中实现的可行性,使用Verilog编程语言,在数据链路层将PRP协议与仪表控制系统总线(bus for instrument control system,BICS)通信协议结合,实现BICS总线的双冗余可靠低延时数据传输,达到单点故障时网络无缝切换和零恢复时间的效果。结果表明,该协议可为提高测控系统网络的通信可靠性提供参考方式和实现思路。

基于监测帧的PRP和HSR冗余网络监视系统的实现

IEC 62439-3标准详细描述了并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)。但是这两种冗余功能对上层应用透明,监控系统无法识别单一链路故障。为了解决该问题,实现PRP、HSR冗余网络的良好维护体验,分析了PRP、HSR冗余的实现过程,研究了监测帧的作用原理,构建了一个基于监测帧的冗余网络监视系统,给出了具体的冗余监测原理和流程,总结分析了该系统的优点,为智能变电站的网络冗余监测提供了一种有效的方案。

基于IEC62439-3协议的智能变电站过程层网络监视方法研究与实现

IEC61850-90-4标准中引入了基于并行冗余协议(PRP)和高可用性无缝冗余协议(HSR)的组网方案,该组网方案与国内普遍推广应用的双星型网络在网络监视等方面具有明显的差异。本文在HSR、PRP的过程层组网方案基础上进行网络监视方法研究,提出了基于监视帧、nodetable表、IED上送状态等几种网络监视管理方案并对几种监视管理方案进行了分析比较,给出基于HSR、PRP网络的可选监视管理方案。从IEC61850-90-4组网方案的工程实施角度出发,解决标准中未涉及到的实际问题,为国内智能变电站发展提供了有益的技术支撑。

基于以太网的列车通信网络冗余结构可靠性分析

列车通信网络是轨道车辆可靠安全运行的重要保障,具有可靠性高、实时性强、故障切换与恢复时间短等特点.提出基于PRP和HSR的列车通信网络结构,实现网络故障零恢复时间.在此基础上依据系统可修性和功能相关性及冗余性特点,采用DFTA对其进行可靠性建模;引入BDD和Markov矩阵分解静态子树和动态子树以优化传统故障树分析的计算量;针对具体算例对PRP、HSR、RSTP协议的可靠性指标进行量化求解与对比分析.研究结果表明:提出的PRP与HSR冗余结构和RSTP相比,平均故障间隔时间分别增长了5 764h与5 269h,有效提升了网络可靠性.

基于多功能车辆总线的网络系统冗余设计

针对多功能车辆总线网络系统的可靠性问题,采用二模热冗余方法进行多功能车辆总线(MVB)网络冗余环型设计,并提出相应的介质冗余协议;对多功能车辆总线冗余环型网络的可靠性进行理论分析,并基于OMNeT++仿真平台建立多功能车辆总线冗余环型模型,对介质冗余协议进行仿真测试.测试结果表明,当多功能车辆总线网络系统出现故障时,介质冗余协议能实时可靠地进行总线替换,有效提高了多功能车辆总线网络系统的可靠性.

基于动态负载均衡的VRRP协议研究

虚拟路由器冗余协议(VRRP)提出了一个在配置默认网关环境下消除单点故障的解决方案,但由于自身协议的局限性,不能实现负载分担,无法最大程度提高资源利用率。针对该问题,在标准的VRRP协议基础之上,通过增加报文类型,引入虚拟转发器和转发状态机,实现了1个虚拟IP地址对应多个虚拟MAC的机制,从而无需配置多个备份组就能够实现流量的动态负载均衡的功能。

MRP协议在EPA实时以太网中的研究与应用

针对目前现场工业环境中EPA实时以太网通讯时数据传输的可靠性、确定性与实时性难以得到保证的问题,依据IEC62439网络冗余协议的特点,提出用于解决这一问题的EPA实时以太网网络MRP冗余通讯协议。设计并实现了应用于EPA实时以太网中的MRP网络冗余通讯和网络拓扑发现系统,当网络产生动荡后,可以以毫秒级的网络收敛速度使EPA实时以太网的网络再一次达到网络通讯稳定状态。最后,本文对该系统网络收敛性和网络拓扑发现功能进行了测试。测试结果表明,MRP冗余通讯解决方案能够满足EPA实时以太网的网络性能需求。

一种安全协议的形式化设计方法

文章以协议分析器为辅助工具,结合定理证明方法,给出了一个安全协议形式化设计方法。该方法首先根据协议规范构造全信息项及冗余协议,使用定理证明保证冗余协议的安全性。对冗余协议利用安全性保持约简规则和随机约简规则进行约简,从而得到最优约简协议。该方法实现了安全协议的自动设计,具有良好的扩展性,可以根据需求和协议的发展增加设计规则和约简规则。

支持动态负载均衡的虚拟路由器冗余技术研究与实现

虚拟路由器冗余协议(VRRP)是在局域网中配置静态默认路由的环境下消除单点失效的一种容错协议。VRRP不支持动态负载均衡,对带宽的利用和资源的优化都有待提高。本文在VRRP工作原理的基础上提出了一种增强VRRP,通过每个路由器定期交流信息来确定主备状态;主路由器负责虚MAC的分发和根据负载均衡算法回应ARP/ND请求,来实现流量的动态负载分担。设计实现的EVRRP能够与当前标准VRRP兼容。