Turbo Chain Hệ thống phục hồi dựa trên công nghệ vòng dự phòng Ethernet pot

Turbo Chain Hệ thống
phục hồi dựa trên công
nghệ vòng dự phòng
Ethernet

Trong những năm gần đây,
công nghệ Ethernet dự
phòng đã được ứng dụng
nhanh chóng và rộng rãi
trong ngành công nghiệp bởi
độ tin cậy của nó ngày càng
được nâng cao. Tuy nhiên,
khi sử dụng quá nhiều, yêu cầu kết nối mạng của nó cũng
tăng lên, làm cho các công nghệ dự phòng (như cấu trúc liên
kết vòng đơn giản) trong một số trường hợp nhất định không
đủ năng lực đáp ứng.
Điều này đã thách thức công nghệ dự phòng bởi một công
nghệ Ethernet dự phòng lý tưởng phải có khả năng hỗ trợ
nhiều liên kết dự phòng. Bài viết này sẽ lần lượt giới thiệu
cho độc giả các công nghệ dự phòng tiêu chuẩn. Tiếp đến là
giới thiệu công nghệ dự phòng mới có thể được áp dụng
nhằm tăng hiệu quả và sự sẵn sàng của nhiều liên kết dự

phòng trong các ứng dụng công nghiệp, cùng với một số ví
dụ chứng minh lợi ích sử dụng các giải pháp dự phòng mới
này.
Xây dựng các mạng dự phòng có độ tin cậy cao
Đối với các mạng dự phòng Ethernet công nghiệp, vấn đề
thường gặp nhất hiện nay là thiếu một công nghệ để dễ dàng

xây dựng nên các mạng có độ sẵn sàng cao có chứa các liên
kết dự phòng phức tạp. Trong những ứng dụng yêu cầu cao
như điện gió, đường ống dẫn dầu và các mạng tự động hóa
đường ray, thường đòi hỏi mạng Ethernet lớn với khả năng
dự phòng, và mạng có thể bao quát nhiều địa điểm với
khoảng cách lớn cũng như đòi hỏi các cấu trúc liên kết linh
hoạt hơn.
Ngoài ra, các vấn đề khác như việc mở rộng mạng khó khăn
hay khắc phục sự cố chậm cũng thường xẩy ra. Turbo Chain,
công nghệ mới nhất của Moxa, có thể giải quyết những vấn
đề này một cách chính xác và hiệu quả.
Các công nghệ dự phòng mạng
Hiện có rất nhiều cơ cấu có khả năng kháng lỗi cao trong một
mạng Ethernet. Phổ biến nhất vẫn là kết nối mạng mắt lưới,
STP, RSTP,
Hình 1: Kết nối
mạng mắt lưới
Hình 2: Giao thức cây bắc cầu
phong tỏa các cổng dự phòng
để chuyển sang các vòng lặp
Kết nối mạng mắt lưới
Mạng mắt lưới là mạng mà tất cả các nút đều được kết nối
mới nhau trong một mạng hoàn chỉnh. Mọi nút được kết nối
với nút khác trên mạng thông qua các hop. Dữ liệu di chuyển
trên mạng mắt lưới được cấu hình tự động để tới đích bằng
con đường ngắn nhất.
Giao thức cây bắc cầu (STP)
STP (theo định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1D) được
thiết kế nhằm loại bỏ các vòng lặp trong một mạng bằng cách
chia mạng thành một hình cây không vòng lặp. Nó giúp

mạng có được khả năng dự phòng link và tối ưu hóa đường
dẫn. Mạng trong hình 2 là một ví dụ về mạng Ethernet dự
phòng sử dụng STP và có một vòng lặp giữa các chuyển
mạch 1 đến 5. STP sử dụng một thuật toán để tìm ra các link
dự phòng trong một mạng và cho phép các đường dẫn nào đó
như đường dẫn dự phòng chống lặp lại. Khi STP đang chạy,
các gói dữ liệu được truyền từ chuyển mạch 5 về chuyển
mạch root sẽ đi qua chuyển mạch số 3. Khi chuyển mạch 3
ngắt kết nối hoặc bị hỏng, STP sẽ tự động sắp xếp lại kết nối
bằng cách kích hoạt đường dẫn dự phòng để chuyển tiếp dữ
liệu.
Mặc dù STP giải quyết được vấn đề vòng lặp và có được khả
năng dự phòng mạng, song nó vẫn có một số hạn chế nhất
định. Một trong những hạn chế đó là thời gian phục hồi
chậm; với STP, thời gian phục hồi thường kéo dài 15 giây
sau khi cây mở rộng được thiết lập. Thời gian này là quá dài
đối với các ứng dụng công nghiệp.
Hình 3: Ví dụ về dự
phòng vòng
Hình 4: Kết nối mạng
Turbo Chain
Giao thức hình cây mở rộng nhanh (RSTP)
Để khắc phục nhược điểm của STP, IEEE đưa ra tiêu chuẩn
IEEE 802.1w nhằm cải tiến STP. Điều này đã làm giảm tốc
độ phục hồi xuống còn 1 giây. Tuy nhiên, đối với các ứng
dụng công nghiệp thời gian thực và hết sức quan trọng như
các hệ thống quân sự và điều khiển quá trình, thời gian phục
hồi phải nhỏ hơn 100 milli giây để đảm bảo độ tin cậy của
mạng.
STP & RSTP là các tiêu chuẩn mở mà rất nhiều nhà sản xuất

chuyển mạch Ethernet đã sử dụng trong các sản phẩm chuyển
mạch có quản lí của mình. Thời gian tự phục hồi nhanh hơn
của RSTP rất hữu ích trong mạng doanh nghiệp nơi thời gian
delay mạng vài giây có thể chấp nhận được. Tuy nhiên trong
một mạng điều khiển công nghiệp, việc truyền dữ liệu chậm
đi một giây có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng.
Dự phòng vòng độc quyền
Dự phòng vòng là một công nghệ phổ biến trong các mạng
Ethernet công nghiệp hiện nay. Đây là một giải pháp hiệu
quả hơn mạng mắt lưới đồng thời khắc phục được vấn đề thời
gian phục hồi của STP/RSTP. Hiện nay có rất nhiều công
nghệ dự phòng vòng khác nhau có thời gian phục hồi trong
vài milli giây được các nhà cung cấp giải pháp Ethernet công
nghiệp sản xuất, thí dụ như Turbo Ring của Moxa. Dự phòng
vòng đảm bảo hoạt động của mạng không ngừng với thời
gian phục hồi cực nhanh.
Thí dụ, sử dụng Turbo Ring, nếu một phân khúc bất kỳ của
mạng bị ngắt kết nối, hệ thống mạng sẽ phục hồi chưa đầy 20
milli giây bằng cách kích hoạt đường dẫn dự phòng trong
một vòng. Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế đối với dự
phòng vòng. Khả năng tương kết là một khó khăn bởi vì các
công nghệ vòng dự phòng thường độc quyền. Ngoài ra, dự
phòng vòng chỉ hỗ trợ có giới hạn số lượng vòng trong một
chuyển mạch đơn.
Turbo Chain: Một hệ thống phục hồi mới ưu việt hơn hẳn
vòng dự phòng
Turbo Chain của Moxa là một công nghệ dự phòng tiên tiến
giải quyết các cấu trúc liên kết thiếu linh hoạt trong kết nối
mạng mắt lưới, thời gian phục hồi chậm của STP/RSTP, và
khả năng tương kết hạn chế hay số lượng vòng hạn chế của

dự phòng vòng.
Sử dụng nó, người quản trị mạng có thể linh hoạt tạo ra bất
kỳ loại cấu trúc liên kết dự phòng nào trong bất kỳ phân khúc
mạng nào. Turbo Chain làm việc bằng cách kết nối các
chuyển mạch Ethernet với nhau để hình thành một vòng hoa
cúc, nơi chuyển mạch đầu và chuyển mạch đuôi được cấu
hình trước tiên, sau đó các chuyển mạch còn lại được cấu
hình làm các chuyển mạch thành viên. Tiếp đến, chỉ cần đơn
giản liên kết 2 đầu của chuỗi vào một mạng Ethernet, như
vậy là thiết lập được hoàn tất. Hình 4 minh họa ngắn gọn một
mạng Turbo Chain.
Turbo Chain cung cấp khả năng dự phòng nhanh chóng mà
các ứng dụng công nghiệp cần. Khi một phân khúc của chuỗi
bị hỏng, đường dẫn bị khóa (liên kết giữa chuyển mạch đuôi
và mạng bên ngoài) sẽ nhanh chóng được kích hoạt trong
vòng 20 milli giây. Cơ cấu phục hồi nhanh này sẽ đảm bảo
rằng mạng Ethernet công nghiệp luôn hoạt động ổn định.

Lợi ích của Turbo
Turbo Chain mang lại những lợi ích thiết thực cho các mạng
công nghiệp đòi hỏi các cấu trúc liên kết dự phòng phức tạp,
đem đến độ tin cậy và sự sẵn sàng cao nhất của các ứng dụng
mạng Ethernet công nghiệp. Khi mạng nhận một kiến trúc
nhiều vòng, Turbo Chain là giải pháp tốt nhất với 4 lí do sau
đây: cấu trúc linh hoạt/dễ mở rộng, mở rộng không giới hạn,
thời gian phục hồi lỗi nhanh và triển khai hiệu quả cao.
Xây dựng các cấu trúc liên kết dự phòng có độ linh hoạt cao
và có khả năng mở rộng
Turbo Chain cực kỳ linh hoạt trong điều tiết bất kỳ kiểu cấu
trúc liên kết phức tạp nào. Với phương pháp chuỗi, kỹ sư

mạng giờ đây tự do tạo ra bao nhiêu liên kết dự phòng tùy
thích khi họ có chuyển mạch và cổng bằng cách đơn giản liên
kết Turbo Chain mới với bất kỳ phân khúc mạng Ethernet
nào.
Mở rộng không giới hạn để tạo ra các mạng dự phòng
Turbo Chain cho phép mở rộng mạng không giới hạn và dễ
dàng. Kỹ sư mạng không cần phải tái cấu hình mạng hiện có.
Ngoài ra, Turbo Chain có thể được kết nối với mạng sử dụng
bất kỳ công nghệ dự phòng khác nào như STP, RSTP, và
công nghệ Turbo Ring của Moxa.
Cơ cấu phục hồi tin cậy và nhanh chóng
Turbo Chain cung cấp khả năng dự phòng cấp công nghiệp
có khả năng khắc phục lỗi từng phân khúc mạng. Nếu bất kỳ
một liên kết mạng nào gặp trục trặc, Turbo Chain sẽ ngay lập
tức kích hoạt đường dẫn bị khóa, và tiếp tục chuyển tiếp dữ
liệu - tất cả chỉ mất chưa đầy 20 milli giây phục hồi.
Chi phí triển khai thấp hơn so với ghép vòng
Turbo Chain giảm thời gian triển khai, giảm công sức và chi
phí lắp đặt, do kết nối của các mạng dự phòng khác nhau có
thể thực hiện được trực tiếp mà không cần ghép vòng. Khi
được so sánh với công nghệ gép vòng, Turbo Chain giúp
giảm đáng kể chi phí do các cổng Ethernet hay hàng cây số
kết nối cáp quang hình thành các được dẫn ghép vòng gây
ra.
Kiểu triển khai này lí tưởng đối với các ứng dụng đòi hỏi dự
phòng mạng và phải cân nhắc đến ngân sách cũng như những
khó khăn trong kết nối cáp với hoạt động ghép vòng.
Ứng dụng điển hình
Các ứng dụng công nghiệp sử dụng nhiều cơ sở hạ tầng
Ethernet dự phòng để nâng cao độ tin cậy, sự sẵn sàng và khả

năng thích ứng của các mạng quan trọng. Công nghệ Turbo
Chain của Moxa hỗ trợ kết nối nhiều vòng linh hoạt và mở
rộng mạng dễ dàng và lí tưởng đối với các ứng dụng kết nối
mạng dự phòng quy mô lớn như các ứng dụng điện gió,
đường ống dẫn dầu và đường ray.
Trường hợp 1: Hệ thống phong điện
Trong các ứng dụng điện gió, các điểm giao tiếp như cối xay
gió, thường nằm rải rác khắp toàn bộ trang trại điện gió. Các
kết nối mạng Ethernet dự phòng là một giải pháp lí tưởng
liên kết các nút cối xay gió với nhau và tạo ra một mạng giao
tiếp tin cậy để thu thập dữ liệu từ xa, điều khiển thiết bị, điều
chỉnh thông số cài đặt cối xay gió. Turbo Chain là giải pháp
hiệu quả nhất. Nó thỏa mãn các yêu cầu ứng dụng đối với
mạng tự phục hồi tin cậy (thời gian phục hồi < 20 milli giây)
và chi phí triển khai thấp, và có khả năng mở rộng cao do đó
sẽ có thể bổ sung tuabin trong tương lai một cách thuận tiện.
Trường hợp 2: Hệ thống đường ống dẫn dầu
Một mạng lưới đường ống dẫn dầu kéo dài nhiều dặm thường
đòi hỏi các vòng con của cơ sở hạ tầng Ethernet quang ở
nhiều điểm để tạo nên một hệ thống giám sát và điều khiển
phân tán tin cậy. Tuy nhiên, chi phí kết nối cáp quang lên tới
hàng chục nghìn đô la cộng với nhiều ngày công lắp đặt.
Turbo Chain có thể được sử dụng để làm giảm chi phí triển
khai mạng và nâng cao độ tin cậy hệ thống. Các chuỗi độc
lập được hình thành trong các phân đoạn mạng lưới đường
ống dẫn dầu khác nhau có thể được mắc vào mạng vòng dự
phòng trung tâm một cách nhanh chóng và tốn kém ít chi phí.
Với cách này, mạng lưới đường ống dẫn dầu có thể thích ứng
và mở rộng.
Trường hợp 3: Hệ thống đường ray xe lửa

Trong một hệ thống đường ray, sử dụng hệ thống giám sát dự
phòng tập trung để kết nối các trạm truyền thông nhỏ khác
nhau để có hoạt động thời gian thực đảm bảo truyền dữ liệu
hàng ngày an toàn. Turbo Chain cho phép hệ thống đường
ray mở rộng dễ dàng và nhanh chóng bất cứ khi nào mạng
cần. Thay vì phải tạo ra một vòng con khác cho mạng lưới
mới, hay tái định tuyến/tái cấu hình mạng hiện tại, người
quản trị có thể liên kết các nút mới một cách đơn giản, và
mắc chuỗi này với mạng hiện có. Cho dù mạng hiện tại có
chạy các giao thức STP, RSTP, Turbo Ring hay không,
Turbo Chain có thể tương kết với chúng mạnh mẽ và tin cậy.
Các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi các hệ thống mạng tin
cậy, dự phòng để đảm bảo các hoạt động mạng không ngừng.
Do độ phức tạp trong kết nối dây hiện trường công nghiệp
ngày càng tăng, việc triển khai kết nối dự phòng với sự linh
hoạt và khả năng mở rộng trở thành điều bắt buộc. Cho dù
hiện nay có rất nhiều giao thức dự phòng, công nghệ dự
phòng Turbo Chain, được hỗ trợ bởi tất cả các chuyển mạch
Ethernet có quản lí công nghiệp của Moxa là một giải pháp
có độ sẵn sàng cao nhất cho phép người quản trị mạng xây
dựng nên nhiều liên kết dự phòng với sự dễ dàng và khả năng
thích ứng lớn nhất. Ưu điểm của công nghệ dự phòng Turbo
Chain:
* Cấu trúc mạng linh hoạt và dễ mở rộng, không mất công tái
cấu hình.
* Hoàn toàn tương kết với các mạng dự phòng khác như
STP, RSTP, và mạng Turbo Ring của Moxa.
* Thời gian phục hồi lỗi nhanh chóng (< 20 milli giây) của
công nghệ Turbo Chain cho hoạt động hệ thống tin cậy.
* Triển khai hiệu quả hơn so với ghép vòng.q