Control de tramas para alta disponibilidad por redundancia en redes de automatización industrial sobre ethernet con prp y hsr

Résumé

Las redes de comunicaciones y en particular las redes Ethernet se han abierto camino en distintos campos además de en la informática de oficina, siendo una de sus últimas conquistas las redes de automatización industrial en subestaciones. El recientemente publicado IEC 61850-90-4 establece las líneas de ingeniería para las redes de comunicaciones y sistemas en automatización de plantas de generación y distribución eléctrica. Dicha norma propone Ethernet junto con los protocolos PRP y HSR, definidos en el IEC 62439-3, como estándar mundial para su uso en el Bus de Estación y Bus de Proceso en subestaciones. Estos protocolos se caracterizan por tener un tiempo de recuperación cero, esto es, ante un fallo en la red la comunicación no se interrumpe, y por lo tanto no se pierde ni una sola trama de información. Proveen pues de la interesante característica de conexión en caliente (hot-plugging), que permite conectar y desconectar elementos sin necesidad de detener el proceso de operación de la red y del resto de dispositivos de la misma. El funcionamiento de dichos protocolos se basa en enviar las tramas duplicadas a través de diferentes caminos, de forma que, si por alguna circunstancia una de ellas no llega, se sigue recibiendo la otra. Este incremento en la disponibilidad tiene como contrapartida, entre otras, un aumento de trabajo en la gestión y procesamiento de tramas; en particular aparece una nueva tarea: la eliminación de tramas duplicadas: duplicados. Por otra parte, además de las tramas duplicadas introducidas por los propios protocolos, aparece también un nuevo tipo de trama: circulante, el cual surge cuando una trama da una vuelta completa en un bucle de la red y llega de nuevo por el mismo puerto a un nodo. Los estándares involucrados no especifican cómo realizar la eliminación de duplicados y circulantes pero sí establecen estrictas condiciones de tiempo y funcionamiento que debe cumplir el método utilizado para ser viable su utilización. En este trabajo de tesis se analizan y estudian dichos requerimientos profundizando en parámetros como latencia, rendimiento o confiabilidad. Se proponen métodos que los cumplen, con el fin conseguir una correcta aplicación de PRP y HSR en redes de automatización en subestaciones o plantas de generación y distribución eléctrica en general. Los métodos desarrollados se podrían integrar en dispositivos de comunicaciones necesarios en este tipo de redes de alta disponibilidad. Las estrictas condiciones impuestas a estos protocolos para su uso en subestaciones, suponen que los desarrollos serían también válidos en cualquier otra aplicación con necesidad de alta disponibilidad con iguales o menores exigencias en cuanto a los parámetros analizados.