FEBBRAIO 2013
FIELDBUS & NETWORKS
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Fieldbus & Networks
DAN, Double Attached Nodes; gli altri
switch della rete sono dei nodi standard
a interfaccia rete singola o Single Atta-
ched Nodes (SANs). Una caratteristica
importante di un’implementazione PRP è
il fatto che le due reti interessate possano
avere le stesse topologie, oppure avere
differenti topologie e/o differenti carat-
teristiche prestazionali. Il frame che rag-
giunge per primo il nodo di destinazione
viene accettato, mentre il secondo viene
scartato, in base all’interpretazione del
codice all’interno di ciascun frame. Fintan-
toché una delle LAN è in attività, ciascun
frame spedito raggiunge la destinazione,
pertanto il tempo zero di ripristino è ot-
tenuto. Per far funzionare il sistema, cia-
scun nodo nel PRP deve possedere due
interfacce Ethernet con lo stesso indirizzo
MAC e presentare lo stesso indirizzo IP.
Come protocollo di ridondanza di livello 2,
PRP non rende necessarie modifiche nei
protocolli di rete a livello 3 o maggiori. I
nodi non-PRP e SAN sono collegati a una
singola rete e sono in grado di comunicare
soltanto con altri nodi della stessa rete o
attraverso una Redundancy Box (RedBox).
High-availability
Seamless Redundancy
HSR è un secondo protocollo di ridon-
danza standardizzato nella IEC 62439-3. È
stato selezionato come uno dei protocolli
di ridondanza indicati nella IEC 61850 per
impiego nell’automazione di sottostazioni.
Come nel caso delle reti PRP, le reti HSR
richiedono che un nodo sorgente mandi
due frame identici attraverso due porte
simultanee a una porta di destinazione,
tuttavia le reti HSR sono limitate a una
topologia ad anello. A differenza del PRP,
l’HSR utilizza dei DAN connessi l’un l’al-
tro senza richiedere switch Ethernet dedi-
cati. È importante notare che la banda di
rete disponibile viene dimezzata, poiché
vengono trasmessi in tutto l’anello due
frame invece di uno. Inoltre, ogni nodo
nell’anello deve essere un nodo finale con
switch adatto per HSR.Un nodo HSR che
riceve un frame Unicast con un proprio
indirizzo MAC come destinazione passa
il frame ai suoi livelli di applicazione e
scarta il frame duplicato. Quindi lo inoltra
come frame riconosciuto multicast (o bro-
adcast) perché sia ritrasmesso, dopo aver
caricato la copia di sé stesso sui livelli
superiori. Quando il frame completa il cir-
cuito dell’anello, il nodo mittente rimuove
il pacchetto dall’anello. Benché l’HSR usi
una topologia ad anello, sono possibili
connessioni ridondanti ad altre reti.
Esempi applicativi
La figura 3 mostra la conformazione di una
rete PRP semplice. Va tenuto presente che
il PRP è in grado di funzionare con ogni
genere di topologia. Lo standard LAN
può consistere in una semplice linea o in
una tecnologia aggiuntiva di ridondanza,
come la Rstp o MRP. I nodi SAN, che non
richiedono livelli di risposta zero failover,
si collegano soltanto a un singolo DAN e
non fanno parte della rete PRP. Questa
configurazione può essere utilizzata per
connettere due sottostazioni, utilizzando
PRP, mentre i dispositivi non critici di ogni
sottostazione si collocano al di fuori della
zona di zero failover. La figura 4 mostra
una versione più complessa di una rete
PRP che comprende la trasmissione du-
plicata attraverso una connessione wire-
less e attraverso una rete PRP. La figura
5 illustra un’applicazione HSR che collega
una serie di sottostazioni a un anello in
ridondanza. La RedBox è collegata a un
nodo sulla destra per fornire l’accesso a
un SAN collocato al di fuori dell’ambiente
HSR. Un insieme di pacchetti di informa-
zioni circola in senso antiorario (frecce
rosse) mentre l’altro scorre in senso ora-
rio (frecce verdi). Se viene perso un pac-
chetto a causa della rottura di un cavo
o di un altro problema di trasmissione, il
secondo pacchetto giungerà a destina-
zione senza alcun ritardo. Ulteriore com-
ponente in questo esempio è la possibilità
che la strumentazione all’interno di una
delle sottostazioni utilizzi switch incor-
porati a livello di scheda madre, anziché
scatole switch separate.
Modalità diverse ma
valide
Non vi è un unico modo ‘giusto’ di imple-
mentare una smart grid. Le soluzioni sono
altrettanto disparate quanto le caratteri-
stiche delle utility e delle aree in cui ope-
rano. Un’utility municipalizzata nel nord
ovest, una collaborazione pubblica/privata
nel deserto sud occidentale e una coope-
rativa rurale nelle montagne degli Appala-
chi dovranno rispondere a sfide operative
diverse, oltreché a considerazioni politi-
che e finanziarie. Il PRP e l’HSR offrono un
nuovo livello di flessibilità nell’espandere
le reti IP negli impianti di trasmissione e
distribuzione delle utility elettriche, grazie
alla loro capacità di garantire la ridon-
danza con tempo zero di failover. Stanno
arrivando sul mercato switch industriali
irrobustiti e in grado di supportare questi
protocolli, i quali potranno essere integrati
facilmente nelle reti esistenti.
Gli standard IEC 61850 prevedono comuni-
cazioni intelligenti, in grado di supportare
comunicazioni a due vie tra utility elettrica
e produttore elettrico indipendente, e tra
utility elettrica e consumatore finale. Con
la disponibilità di reti a zero failover, la
smart grid fa un passo in avanti verso il
suo pieno sviluppo.
Belden
Fig. 5 - L’HSR fornisce un tempo di failover inferiore a 4 ms
