La criticité des réseaux électriques : besoin de haute disponibilité
La distribution d’électricité est organisée de façon hiérarchique avec :
- La production d’énergie électrique à partir de différentes sources d’énergie carbonées ou non.
- Le transport avec le réseau de grand transport haute tension (400.000V) et le réseau de répartition régionale (225.000V, 90.000V et 63.000V)
- La distribution jusqu’au consommateur.
Ce réseau à une échelle nationale est très complexe. L’enjeu est d’assurer l’équilibre entre production et consommation et d’assurer la continuité de la fourniture en minimisant au maximum les coupures. Ce marché subit aujourd’hui des changements majeurs avec la libéralisation du marché électrique et la production d’énergie électrique « dispersée » (petites productions électriques avec l’éolien, panneaux photovoltaïques…).
La haute disponibilité couplée à un système performant de mesure est cruciale pour garantir et assurer :
- L’approvisionnement continu en énergie,
- La maintenance des équipements sans interruption de service,
- La détection de panne et la remise rapide en état de fonctionnement afin de minimiser les coupures,
- La sécurité de fonctionnement des équipements.
Pour assurer cette haute disponibilité les acteurs du monde de l’énergie et des réseaux électriques ont participé à la rédaction de la norme IEC 62439-3. Cette norme spécifie 2 protocoles de redondances adaptés aux systèmes critiques comme les réseaux industriels et automatismes associés. Ces protocoles assurent une commutation transparente avec un temps de reprise nul en cas de défaillance d’un élément de réseau.
- Le protocole de redondance en parallèle PRP (Parallel Redundancy Protocol ou PRP) qui permet d’associer des nœuds à deux réseaux indépendants avec la possibilité d’associer des nœuds à un seul réseau.
- La redondance transparente de haute disponibilité (High-availability Seamless Redundancy ou HSR) qui permet de lier des nœuds à deux ports dans un réseau en anneau ou des nœuds à plusieurs ports dans un réseau maillé.
Dans cet article nous détaillerons le protocole PRP ainsi que la combinaison du protocole PRP et du protocole PTP IEEE1588.
Structure d’un réseau PRP
Un réseau PRP se base sur 2 réseaux ethernet indépendants. Ces réseaux doivent être totalement séparés et alimentés par une source différente.
Il existe 3 types de nœuds connectés sur ces réseaux :
- Les nœuds doublement attachés (Dual Attached Node ou DAN) donc connectés aux 2 réseaux
- Les nœuds simplement attachés (Single Attached Node ou SAN), connectés à un seul réseau. Il s’agit de nœuds non critiques n’ayant qu’une seule interface. Les nœuds SAN devant communiquer entre eux doivent être sur le même réseau.
- Les RedBox (Redundancy Box) permettent à des équipements n’ayant qu’une seule interface réseau d’être vu comme un nœud doublement attaché. Un nœud connecté à une RedBox est un Virtual Dual Attached Node ou VDAN.
Fonctionnement du protocole PRP
Chaque DAN dispose de 2 ports réseau, connecté à une même couche de communication au travers d’un mécanisme LRE (Link Redundancy Entity).
Lorsque la couche de communication émet une trame, le LRE duplique la trame : nous envoyons une copie sur le réseau A et une sur le réseau B. En réception, le LRE d’un nœud doublement attaché ou d’une RedBox récupère la première trame reçue et l’envoie aux couches supérieures, puis rejette la deuxième trame reçue.
Protocole PRP et protocole PTP IEEE1588
Le transport des trames de synchronisation PTP est crucial, et doit donc aussi bénéficier de ce mécanisme de haute disponibilité. La norme IEC 62439-3 définit aussi comment implenter le protocole PTP dans un réseau PRP. Nous traitons les trames PTP différemment des autres trames. Un esclave PTP fonctionne avec un port « actif » et un port « passif ». Tant que le réseau connecté au port actif est fonctionnel, c’est ce port qui traite le message entrant. La raison de ce fonctionnement est que si les 2 ports traitent alternativement ces messages, alors les temps de latence des 2 réseaux sont différents. On risque d’introduire un retard supplémentaire.
En aucun cas les 2 ports PTP ne doivent être utilisés en mode boundary clock. Ceci doit respecter la séparation des deux réseaux A et B.
Les solutions PTP IEEE1588 de Meinberg, microSync et IMS M1000 ou M3000, intègrent le protocole PRP.
