Dissertação

{pt_PT=HSR: Protocolo de Ethernet com Redundância para Aplicações Críticas} {} EVALUATED

{pt=O controlo das subestações elétricas depende grandemente da confiança dos sinais medidos e da fiabilidade da transferência de dados. Nas subestações e noutras aplicações críticas requerem-se redes de comunicação resistentes a falhas individuais e com um reduzido tempo de recuperação após a falha. Para providenciar este tipo de robustez, a norma IEC 61850 selecionou os protocolos HSR e PRP como protocolos de redundância para as redes de Ethernet industrial a usar nas subestações eléctricas. Estes protocolos estabelecem regras de comunicação, o que obriga ao cumprimento de um funcionamento específico dos nós das redes HSR ou PRP.  A implementação dos nós da rede requer uma entidade de redundância (LRE) que trata das questões de redundância, tornando o protocolo transparente para a aplicação. Para o protocolo HSR esta implementação deve ser feita em hardware para dar resposta aos requisitos temporais da rede. Um dos requisitos mais importantes do funcionamento do LRE é ter a capacidade de fazer uma identificação e rejeição rápida do tráfego redundante. Para o fazer de forma eficiente o tráfego não redundante deve ser registado em memória para identificação do tráfego redundante, tornando necessária uma estrutura de dados e um algoritmo de procura e comparação  adequados. Nesta dissertação sugeriu-se uma arquitetura para implementação do protocolo HSR em FPGA. Elaborou-se uma descrição Verilog e um conjunto de testes para verificação do funcionamento pretendido. Simulou-se a implementação da arquitetura e nos resultados confirmou-se que a solução proposta realiza com sucesso as funções pretendidas. , en=The control of the electrical substations depends greatly on the reliability of the measured signals and on trustworthy data transfer. Electrical substations and other critical applications require networks resistant to single point failures that provide reduced recovery time after a failure. To provide this type of robustness, the IEC 61850 standard selected the protocols HSR and PRP as redundancy protocols for industrial Ethernet networks in electrical substations. These protocols establish rules of communication, what leads to the obligation of fulfilling a specific functioning of the nodes in HSR or PRP networks. The implementation of the network nodes requires a link redundancy entity (LRE) that deals with the redundancy issues, making it transparent to the application. For the HSR protocol this implementation must be done in hardware to accomplish the timing requirements of the network. One of the most important requirement of the LRE operation is the ability to make a quick identification and rejection of the redundant traffic. To do so in an efficient way, the non-redundant traffic must be registered in memory for the identification of the redundant traffic, which requires an adequate data structure and search algorithm. This dissertation proposes an architecture for an FPGA implementation of the HSR protocol. A Verilog description and several behaviour verification tests were written. The implementation of the architecture was simulated and the intended behaviour of the proposed solution was confirmed.}
{pt=Protocolos Redundância, HSR, FPGA, Ethernet, en=Redundancy Protocols, HSR, FPGA, Ethernet}

Junho 18, 2021, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Fernando Manuel Duarte Gonçalves

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar