Giới Thiệu về Giải Pháp Redundancy Mạng của MOXA

Xin chào. Hôm nay, Moxa Việt Nam mình sẽ giới thiệu một số giải pháp redundancy mạng, chỉ cho bạn thấy cách đơn giản để cấu hình redundancy trên các switch MOXA và cách các giao thức khác nhau hoạt động.

Tầm Quan Trọng của Redundancy trong Mạng Lưới Điện

Hầu hết các mạng lưới điện là các mạng quan trọng, đặc biệt là trong tự động hóa trạm biến áp, vì vậy chúng cần phải đáng tin cậy và khôi phục nhanh chóng. IEC-61850 đề xuất rằng việc phục hồi giao tiếp SCADA đến IED nên dưới 400ms. Điều này có thể đạt được với redundancy dựa trên cấu trúc vòng, cung cấp thời gian phục hồi dự đoán được so với các giao thức spanning tree.

Các Giao Thức Redundancy Được Khuyến Nghị

Trong video này, mình sẽ trình bày ba giao thức redundancy: hai giao thức độc quyền của MOXA gọi là Turbo Ring và Turbo Chain, và một giao thức tiêu chuẩn gọi là MRP.

Cách Thiết Lập Turbo Ring Phiên Bản 2

Để hình thành Turbo Ring phiên bản 2, các switch trong vòng cần bầu chọn một switch làm master của vòng. Cổng phụ của master được chặn để ngăn ngừa vòng lặp. Khi master phát hiện sự cố, nó sẽ mở khóa cổng phụ để kích hoạt đường dự phòng. Tổng thời gian phục hồi có thể dưới 20ms với liên kết Fast Ethernet và 50ms với liên kết Gigabit Ethernet trong một vòng đơn bao gồm 250 switch.

Cấu Hình Turbo Ring Trên Switch MOXA

Mình sẽ sử dụng hai switch modular DIN rail từ dòng MDS-G4000 để hình thành Turbo Ring phiên bản 2. Đầu tiên, mình sẽ cấu hình switch này và tiếp tục cấu hình switch thứ hai bên phải. Toàn bộ cấu hình của các switch MOXA được thực hiện thông qua giao diện người dùng web. Bây giờ mình đã đăng nhập vào MDS-G4020.

Để thiết lập Turbo Ring, mình cần điều hướng đến mạng lưới redundancy, tầng 2 redundancy, và nhấp vào Turbo Ring v2. Trước tiên, giao thức phải được bật toàn cục, sau đó mình cần cấu hình vòng 1, bật nó, quyết định xem mình có muốn switch này làm master và chọn hai cổng sẽ được sử dụng để hình thành cấu trúc vòng thực tế. Mình sẽ sử dụng cổng 1/1 và 1/2. Cuối cùng, nhấn áp dụng để hoàn tất cấu hình.

Cấu Hình Switch Thứ Hai Cho Topology Vòng

Mình đang lặp lại các bước tương tự trên switch thứ hai, nơi mình cũng sử dụng cổng 1/1 và 1/2 để tạo vòng nhưng để cài đặt chủ không được kích hoạt.

Thiết Lập Topology Vòng

Bây giờ, khi cấu hình đã hoàn tất, mình có thể kết nối các cáp vào các cổng đã chọn trước đó và tạo topology vòng. Khi kết nối hoàn tất, bạn sẽ thấy đèn LED chủ của vòng chuyển sang màu xanh lá cây ổn định trên switch chủ vòng.

Kiểm Tra tình trạng kết nối của Vòng trong MXview One

Nếu bạn điều hướng đến tab trạng thái trong giao diện người dùng web, bạn có thể thấy rằng vòng đang hoạt động tốt và một trong các cổng đang chặn. Và đây là cách Turbo Ring v2 được hiển thị trong hệ thống quản lý mạng Moxa gọi là MXview One. Liên kết này đang hoạt động, liên kết này bị chặn và đây là chủ vòng.

Giới Thiệu Turbo Chain Cho Việc Mở Rộng Mạng

Nếu bạn cần mở rộng mạng công nghiệp của mình, xây dựng các topology phức tạp hơn và tích hợp với các mạng bên thứ ba, một giao thức dự phòng khác gọi là Turbo Chain có thể được sử dụng. Turbo Chain là một semi-ring và đó là lý do tại sao nó rất linh hoạt. Bạn có thể nối một hoặc nhiều chuỗi vào mạng nền chính chạy Turbo Ring, RSTP, MSTP hoặc thậm chí là một Turbo Chain khác mà không làm gián đoạn mạng nền hiện có.

Phân Vai Trong Cấu Hình Turbo Chain

Để cấu hình Turbo Chain, chúng ta cần phân vai cho các switch: một Head, một Tail và các thành viên ở giữa Head và Tail được sử dụng để kết nối chuỗi vào mạng nền trong khi cổng Tail bị chặn mặc định như một đường dự phòng. Nếu có sự cố xảy ra, cổng Tail sẽ được mở để khôi phục kết nối trong vòng 50ms.

Cấu Hình Các Switch Cho Turbo Chain

Hãy cấu hình Turbo Chain trong topology demo của mình. Mình sẽ sử dụng ba switch MOXA EDS-Series DIN-rail để tạo Turbo Chain và kết nối nó với Turbo Ring đã cấu hình trước đó. Các vai trò cần được phân bổ tương ứng, bao gồm head, member và tail. Hãy cấu hình các switch từ trái sang phải. Mình đã đăng nhập vào giao diện người dùng web của EDS-G4008. Cấu hình được đặt trong cùng một menu phụ với các giao thức khác, đó là dự phòng mạng, dự phòng lớp 2 và Turbo Chain. Turbo Chain cũng cần được kích hoạt toàn cục. Đây là nơi chúng ta chọn vai trò Chain cho switch cụ thể này và các cổng tạo thành chuỗi. Mình sẽ đặt switch này làm head và cấu hình G3 làm cổng head và G4 làm cổng member. Mình đang lặp lại các bước tương tự trên switch thứ hai là EDS-G4012. Sự khác biệt là mình chọn vai trò member và các cổng 1 và 2 làm cổng member. Switch thứ ba, EDS-518E có giao diện người dùng web hơi khác nhưng các bước cấu hình tương tự. Trong menu Giao thức Dự phòng Giao tiếp, chọn Turbo Chain làm giao thức, cấu hình switch này làm tail, G2 làm cổng tail và G1 làm cổng member.

Kết Nối và Xác Nhận Turbo Chain

Với tất cả các switch được cấu hình, hãy kết nối các cáp giữa chúng sử dụng các cổng member và kết nối toàn bộ chuỗi vào Turbo ring với các cổng head và tail. Khi bạn thấy đèn LED head và tail chuyển sang màu xanh lá cây ổn định, điều đó có nghĩa là Turbo Chain đã được cấu hình đúng cách. Điều này cũng có thể được kiểm tra trong giao diện người dùng web. Trên switch head, cổng head và cổng member đều ở trạng thái chuyển tiếp và trên switch tail, cổng tail bị chặn. Quay trở lại MXview One, đây là...

Tính năng của Turbo Chain và Turbo Ring

Cấu trúc của Turbo Chain như thế nào? Các switch Head và Tail được liên kết trở lại Turbo Ring và cổng đuôi được đánh dấu bằng đường nét đứt. Turbo Ring và Turbo Chain cung cấp một bộ công cụ toàn diện cho thiết kế mạng dự phòng. Tuy nhiên, có những tình huống mà thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau cần được kết nối vào một vòng dự phòng duy nhất với thời gian khôi phục dự đoán được. Media Redundancy Protocol tiêu chuẩn là một lựa chọn phù hợp cho các trường hợp như vậy. Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như Turbo Ring phiên bản 2. Nó có một switch đảm nhận vai trò media redundancy manager (MRM) và các switch còn lại đảm nhận vai trò media redundancy client. Manager chặn một trong các cổng vòng của nó và trong trường hợp có sự cố, kích hoạt đường dẫn dự phòng. Có một số profile trong tiêu chuẩn cung cấp thời gian khôi phục trong vòng 500, 200, 30 và thậm chí 10 ms, vì vậy bạn phải kiểm tra thời gian khôi phục nào được đảm bảo bởi thiết bị cụ thể.

Giới thiệu về Media Redundancy Protocol (MRP)

Lần này mình sẽ sử dụng hai PT-G7728 để tạo thành một vòng MRP. Đây là những switch rackmount module được thiết kế cho trạm điện năng lượng. Hãy đăng nhập vào switch trên cùng trước, sau đó tiếp tục cấu hình switch dưới. Tương tự như các giao thức trước, MRP cũng nằm trong menu phụ redundancy và cần được bật toàn cục. Chúng ta cần chọn vai trò giữa manager và client và chọn các cổng dự phòng. Bạn có thể nhận thấy rằng có nhiều tham số hơn trong MRP, bao gồm VLAN ID cho các khung MRP, Domain Identifier cho các môi trường khác nhau như PROFINET và liệu Manager có nên phản ứng khi có khung thay đổi liên kết. Bây giờ, hãy cấu hình PT-G7728 thứ hai làm client và chọn các cổng dự phòng một cách phù hợp. Sau khi nhấp vào Apply, chúng ta có thể tiến hành kết nối topology. Mình sẽ kết nối các cáp để tạo thành vòng MRP sử dụng các cổng vòng đã định nghĩa. Như bạn thấy trên bảng mặt trước, đèn LED Manager đang sáng xanh ổn định, điều này chỉ ra vai trò Ring Manager. Trong giao diện người dùng web, bạn có thể kiểm tra vai trò của switch và trạng thái của các cổng vòng. Khi một trong các cổng của manager bị chặn, vòng MRP vẫn khỏe mạnh. Và đây là các switch của chúng ta trong MXview One.

Thử nghiệm thời gian khôi phục của các giao thức redundancy

Bây giờ chúng ta đã có tất cả ba giao thức redundancy trong cùng một topology sẵn sàng cho việc kiểm tra hiệu suất. Mình sẽ thử nghiệm thời gian khôi phục của Turbo Ring V2, Turbo Chain và MRP. Mình sẽ sử dụng một công cụ đặc biệt để gửi các gói ICMP mỗi mili giây và sẽ đếm số gói bị mất trong quá trình khôi phục mạng. Công cụ đang chạy trên máy tính công nghiệp DA-820C và nó sẽ ping laptop của mình. Mạng đang khỏe mạnh hiện tại, các gói ICMP đi theo con đường này để đến laptop của mình và không có gói nào bị mất. Đầu tiên, mình sẽ rút dây liên kết đang hoạt động trong Turbo Ring phiên bản 2. Thời gian khôi phục là 35ms, trong khoảng thời gian đảm bảo. MXview One cũng chỉ ra rằng liên kết đã xuống và liên kết dự phòng đã trở thành hoạt động. Tiếp theo, mình sẽ rút liên kết giữa hai serie EDS-G4000 để phá vỡ Turbo Chain. Cổng đuôi chuyển sang trạng thái forwarding và mạng khôi phục trong 41 ms. Cuối cùng, hãy xem thời gian khôi phục của MRP bằng cách rút dây.

Hiệu Suất Liên Kết Hoạt Động

Liên kết hoạt động giữa hai PT-G7728 Như bạn có thể thấy trong công cụ, thời gian phục hồi là 49 ms, một chút lâu hơn so với Turbo Ring và Turbo Chain nhưng vẫn tốt cho giao tiếp IED đến SCADA.

Giới Thiệu Về Ba Giao Thức Dự Phòng

Mình đã trình bày ba giao thức dự phòng: Turbo Ring, Turbo Chain và MRP. Tất cả đều có thể được sử dụng để xây dựng các mạng bus trạm tuân thủ thời gian phục hồi giao tiếp IED đến SCADA được đề xuất bởi IEC-61850-5.

Đặc Điểm Của Turbo Ring và MRP

Cả Turbo Ring và MRP đều dựa trên cấu trúc cổ tai và có các nguyên tắc hoạt động tương tự. Trong khi Turbo Ring đảm bảo thời gian phục hồi dưới 50ms, nó chỉ có thể được xây dựng bằng switch MOXA. Nếu bạn cần kết hợp các sản phẩm của các nhà cung cấp khác nhau trong cùng một vòng, MRP là một lựa chọn tốt.

Đặc Điểm Của Turbo Chain

Khi bạn cần một cấu trúc phức tạp hơn so với vòng đơn, Turbo Chain cung cấp khả năng mở rộng dễ dàng và linh hoạt cùng với thời gian phục hồi dưới 50ms.