Giao thức dự phòng song song (Parallel Redundancy Protocol - PRP) là chuẩn giao thức cho mạng Ethernet dùng khả năng chuyển đổi dự phòng cho các sự cố của các thành phần mạng. Việc chuyển đổi này không nhìn thấy từ ứng dụng.
Các node PRP có 2 cổng kết nối vào hai mạng độc lập có cùng mô hình. PRP tích hợp được hoàn toàn trên phần mềm trình điều khiển thiết bị mạng. Node với 1 cổng mạng chỉ gắn được vào một mạng. Chuẩn này khác khả với tiêu chuẩn HSR (IEC 62439-3 Clause 5) trong đó nút PRP được dùng chung cổng.
PRP và HSR độc lập với lớp ứng dụng và tương thích với giao thức Ethernet công nghiệp theo IEC 61784. PRP và HSR được tiêu chuẩn hóa theo IEC 62439-3:2016. Chúng được chấp nhận sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850.
PRP và HSR phù hợp các ứng dụng yêu cầu tính sẵn sàng cao và thời gian chuyển đổi ngắn như bảo vệ thiết bị điện trạm biến áp, đồng bộ biến tần, inverters công suất cao. Với các ứng dụng này thì thời gian đáp ứng của giao thức Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) là quá dài. Chi phí của PRP làm tăng gấp đôi tất cả các phần tử mạng liên quan. Thời gian bảo trì sẽ được rút ngắn lại do các thành phần mạng có thể bị lỗi trong quá trình hoạt động nhưng không ảnh hưởng gì đến sự hoạt động của ứng dụng.
Mô hình
PRP mô hình PRP khung dữ liệu
Mỗi node mạng PRP (DANP) kết nối có 2 cổng Ethernet kết nối hai mạng nội bộ LAN riêng biệt có cấu trúc tương tự. Hai mạng LAN này không có kết nối chéo với nhau để độc lập tránh sự cố.
Node với kết nối đơn (ví dụ như máy in) được kết nối chỉ vào một mạng và chỉ giao tiếp được với các thiết bị kết nối vào mạng đấy, hoặc kết nối qua Redbox, thiết bị cho phép gắn đôi.
Node PRP (DANP) giao tiếp.
Vì HSR và PRP sử dụng cùng phương pháp nhân đôi nhận diện nên HSSR và PRP tiếp tục hoạt động khi có có sự cố tại một nút và các nút có thể dùng cho cả mạng HSR và PRP.
Phương thức hoạt động
Nút nguồn DANP gửi 2 khung sao chép dữ liệu qua 2 cổng thiết bị. Hai khung tín hiệu này di chuyển qua mạng LAN đến nút đích DANP trong khoảng thời gian xác định. Nút đích sẽ nhận khung dữ liệu đến trước trong cặp khung dữ liệu chuyển đi, và loại bỏ khung dữ liệu thứ hai (nếu có nhận được). Vì thế khi mạng LAN hoạt động, ứng dụng đích luôn chỉ nhận được một khung dữ liệu. PRP cho phép khôi phục dữ liệu ngay lập tức và kiểm tra dự phòng liên tục để phát hiện các lỗi tiềm ẩn.
Định dạng khung dữ liệu
Để đơn giản trong việc phát hiện các bản sao, khung dữ liệu được đánh dấu bằng địa chỉ nguồn và số thứ tự tăng dần mỗi khung gửi đi theo giao thức PRP. Số thứ tự, kích thước khung, đánh nhãn đường dẫn và kiểu Ethernet được thêm vào trước mã kiểm tra tổng Ethernet 6 octet PRP. Đoạn dữ liệu này bị bỏ qua với các node không sử dụng giao thức PRP nên các node gắn đơn lẻ này có thể hoạt động trong cùng mạng.
Thực hiện
Hai giao diện Ethernet của một node sẽ có cùng địa chỉ MAC. Điều này được cho phép do hai mạng LAN không có kết nối trực tiếp với nhau. Vì thế PRP hoạt động có dự phòng tại lớp mạng 2, cho phép các ứng dụng tại lớp cao hơn hoạt động mà không cần sửa đổi gì. Mỗi node PRP chỉ cần một địa chỉ IP. Đặc biệt giao thức PRP sẽ điều chỉnh địa chỉ MAC liên quan theo địa chỉ IP.
Đồng hồ đồng bộ thời gian
Tiêu chuẩn IEC 62439-3 phụ lục C giao thức Thời gian Chính xác Precision Time Protocol Industry Profile xung đồng hồ đồng bộ thời gian cho PRP với độ chính xác 1 μs sau 15 phần tử mạng, theo tiêu chuẩn IEEE Std 1588 Precision Time Protocol.
Xung đồng bộ được nhân đôi gắn vào khung dữ liệu theo PRP, nhưng bị điều chỉnh khác nhau theo các đường dẫn khác nhau nên phương pháp loại bỏ bản sao PRP không được sử dụng. Ngoài ra thông điệp đo độ trễ (Pdelay_Req & Pdelay_Resp) cũng không được nhân đôi do chúng chỉ có giá trị trong mạng LAN nội bộ.
Cứ mỗi giây, đồng hồ chủ (master clock) gửi 2 bản sao chép thông điệp đồng bộ (Sync message), nhưng không chính xác cùng lúc vì các cổng độc lập, vì thế xác thông điệp đồng bộ gốc có mốc thời gian khác nhau. Thiết bị tớ slave nhận 2 thông điệp đồng bộ có thời gian khác nhau và áp dụng Thuật toán Đồng hồ Chủ Tốt nhất (Best Master Clock Algorithm - BMCA), và khi 2 thông điệp đồng bộ cùng đồng hồ chủ, sẽ lựa chọn xung đồng bộ sử dụng đúng nhất. Thực tế thiết bị slave thường thu trên một cổng và giám sát cổng còn lại, hơn là chuyển đổi qua lại hoặc sử dụng cả hai cổng cho đồng bộ.
Các tùy chọn làm việc được quy đinh trong tiêu chuẩn 1588, bao gồm hoạt động ở lớp 2 hoặc lớp 3, và đo độ trễ peer-to-peer / end-to-end. Tiêu chuẩn IEC 62439-3 định nghĩa 2 kiểu cấu hình này:
- L3E2E (Layer 3, end-to-end) dùng theo các yêu cầu của ODVA (Open DeviceNet Vendors Association).
- L2P2P (Layer 2, peer-to-peer) dùng cho các công ty năng lượng theo tiêu chuẩn IEC 61850 và được IEEE chấp nhận trong tiêu chuẩn IEEE 61850-9-3.
Các phiên bản
Phiên bản gốc IEC 62439:2010 tăng số thứ tự Redundancy Control Trailer (RCT) trong khung dữ liệu PRP theo mỗi kết nối điểm. Việc này sẽ tăng tính sửa lỗi dữ liệu, nhưng gây khó khăn cho việc chuyển từ giao thức PRP sang HSR, dùng mô hình mạch vòng ring thay cho song song.
Phiên bản IEC 62439-3:2012 điều chỉnh PRP tương thích HSR bằng cách sử dụng cùng thuật toán loại bỏ trùng lặp. Việc này cho phép kết nối giữa PRP và HSR và các node có thể hoạt động như PRP (DANP) hoặc HSR (DANH). Vì thế nên tiêu chuẩn cũ IEC 62439:2010 được gọi là "PRP-0" và PRP 2012 gọi "RPP".