HY104 HY104-Familie - bei Speed Elektronik

HY104
HY104-Familie
Kommunikation für Fernwirken,
en, Telemetering und Smart Grids
Die HY104-Familie bezeichnet eine Gruppe von Geräten, die als
Multilayer-Switch und Multifunktionsgerät speziell für die Aufgaben der
Prozessdaten-Kommunikation konzipiert sind. Die Geräte werden zur
Datenkommunikation in zukunftsorientierten Energienetzen, für Zählerfernauslesung und die Remote-Überwachung
Überwachung und -Steuerung bei der
Einspeisung erneuerbarer Energien in Smart Grids verwendet.
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Vier Ethernet-Schnittstellen
Schnittstellen (IEEE 802.3) zur LAN-Anbindung
LAN
Bis zu zwei SHDSL-Schnittstellen
Schnittstellen für Datenübertragung über
2-Draht-Kupferleitung
Kupferleitung für Entfernungen bis zu 25
2 km bei
Übertragungsgeschwindigkeiten
indigkeiten zwischen 192 und 11400 kbits.
kb
Bis zu zwei steckbare optische Übertragungseinrichtungen zur
Kommunikation über Glasfaser (LC-Stecker). SFP-Ausführung
(Small Formfactor Pluggable)
Pluggable zur einfachen Montage verschiedenster Transceiver
ceiver für Entfernungen
Entfernun
von bis zu 180 km bei 100 Mbits.
Weiterhin verfügen die Geräte über bis zu zwei serielle Schnittstellen zur Konfiguration bzw. zur Übertragung von seriellen Fernwirkprotokollen.
Fernwirkprotokollen Zur Remote-Überwachung
Überwachung bieten die Geräte umfangreiche Management-Werkzeuge
Werkzeuge wie Syslog, SNMP, SSH, Telnet und einen
ein integrierten Webserver zur einfachen KonfiKonf
guration, sowie eine ausführliche Self-Monitoring
Self Monitoring Funktion zur Überwachung der Signalqualität auf Kupfer
und Lichtwellenleiter und des Gerätezustands.
Gerätezustands Die Unterstützung
terstützung zum Aufbau von redundanten Strukturen
wie Ringe und/oder Parallelwege ermöglicht einen hochverfügbaren Betrieb.
Diese Eigenschaften machen die HY104-Familie zur idealen Übertragungstechnik für Fernwirktechnik
Fernw
beispielsweise nach IEC 60870-5-10
104, IEC 61850 oder IEC 60870-5-101. Alte WT-Kupferleitungsnetze
Kupferleitungsnetze werden
zu Hochleistungs-IP-Netzen
Netzen mit Remote-Überwachung
Remote Überwachung und redundanter Ausfallsicherung. Im Mischbetrieb
kann bestehende Fernwirktechnik erhalten bleiben, während sukzessive moderne Technik im gleichen Netz
hinzugefügt wird (TCP/IP-basierte
basierte Übertragung,
Übertragung VoIP-Telefonie).
Gerätevariante
Ethernet
Schnittstellen
SHDSL
Schnittstellen
Optische SFP
Bestückung
RS232
Schnittstellen
HY104-DSL
HY104-DSL2
HY104-DSL/FO
HY104-FO2
4
4
4
4
1
2
1
-
(bis zu) 1
(bis zu) 2
1
2
2
2
bis 2 km
verfügbar
-
bis 15 km
verfügbar
bis 40 km
verfügbar
bis 180 km
auf Anfrage
FO Fasertyp
Multimode
Singlemode
Das Kompaktgehäuse ohne bewegliche Teile für einfache HutschienenmonHutschienenmo
tage, eine Weitbereichs-Stromversorgung
Stromversorgung (24 … 60 V) bei geringer Stromaufnahme, ein erweiterter Temperaturbereich und integrierter ÜberspanÜberspa
nungsschutz runden das Konzept der HY104-Familie
Familie ab.
Weitere Informationen:
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SPEED Elektronik Vertrieb GmbH
August-Bendler-Str. 3B
August
D
D-58332
Schwelm
Web: www.speed-elektronik.de
www.
Markus Bick
Telefon: +49 (0) 2336 4745 18
Mobil: +49 (0) 170 8049381
Email: [email protected]
m.bick@speed
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HY104 – Netzstrukturen
Netzstrukturen
Mit den Geräten der HY104-Familie
Familie lässt sich eine Vielzahl an Netzstrukturen realisieren, wie Punkt-zuPunkt
Punkt-Verbindungen,
Verbindungen, Linien, Ringe, Sterne, Abzweigungen und beliebig vermaschte Netze. Im Folgenden
soll eine kleine Beispiel-Übersicht
Übersicht über mögliche Verschaltungen gegeben werden.
Beispiel 1 – Linie
•
•
Verschiedene Übertragungsmedien: SHDSL über Kupferleitung (Cu), optische Übertragung über
Lichtwellenleiter (LWL).
Alle Anwenderstationen (Leitstelle, Unterstationen) sind über Ethernet (Eth) an die ÜbertragungsÜbertragungs
linie gekoppelt.
Beispiel 2 –Ring
•
2
Automatische Redundanz:
jede Station ist über zwei
Wege erreichbar.
HY104 – Netzstrukturen
Beispiel 3 – Stern
•
•
Zentrale: Kopplung der
HY104-Geräte durch
Back-to-back-Schaltung
von Ethernet-Ports.
Station 2: das HY104-FO2
FO2Gerät ist mit nur einem
optischen SFP bestückt.
Beispiel 4 – Linie mit Abzweigung
•
•
•
Station 1: Kopplung der HY104-Geräte
HY104
durch
Back-to-back-Schaltung
Schaltung von Ethernet-Ports.
Ethernet
Statt mit SHDSL über Kupferleitungen kann alternativ
mit LWL übertragen werden.
werden Hierzu sind entsprechende
HY104-Geräte
Geräte einzusetzen.
Abzweigungen sind auch bei Ringstrukturen oder anderen
an jeder beliebigen Stelle realisierbar.
realisierbar
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HY104 – Netzstrukturen
Beispiel 5 – Redundante Punkt-zu-Punkt
Punkt-Verbindung
Verbindungen zwischen Standorten können durch zusätzliche Übertragungsstrecken redundant ausgeführt
werden. Hierbei können sowohl Kupferleitungen für SHDSL, als auch optische LWL-Verbindungen
Verbindungen zum EinEi
satz kommen. Durch die automatische Verwendung der besten verfügbaren Übertragungsstrecke wird eine
höhere Betriebssicherheit erreicht (siehe hierzu auch Switching und Spanning Tree).
Beispiel 6 – Linie mit redundanter Anbindung über Mobilfunk
Anhand der Monitor-Funktionalität
Funktionalität der HY104-Geräte
HY104
kann die Verbindung eines Netzes zur Zentrale überübe
wacht werden. Bei Ausfall der Primäranbindung (hier: VPN Tunnel durch das Internet) veranlasst das
HY104-DSL-Gerät in Station 4 die Einwahl über Mobilfunk als Sekundärverbindung. Durch Platzierung der
Einwahlpunkte jeweils an den Enden der Linie wird eine zusätzliche Ausfallsicherung nicht nur bei Wegfall
des VPN-Tunnels
Tunnels erreicht, sondern auch bei Wegfall einer DSL-Strecke
DSL Strecke zwischen den Stationen 1 bis 4.
4
HY104 – Switch Features
IEC 60870-5-101 und -104 / Übertragung etablierter Fernwirkprotokolle im selben Netz / Mischbetrieb
Durch die Unterstützung der HY104-Geräte
HY104
sowohl für TCP/IP-basierte
basierte Protokolle wie IEC 60870-5-104,
60870
als
auch für etablierte, RS-232-basierte
basierte serielle Protokolle wie IEC 60870-5-101,
60870
ist
st es möglich diese (und ana
dere) Protokolle gleichzeitig im selben Netz zu übertragen. Mit diesem Mischbetrieb können bestehende
Fernwirknetze unter Verwendung zukunftssicherer IP-Technik
IP Technik sukzessive modernisiert und ausgebaut werwe
den.
Zahlreiche etablierte serielle Protokolle können mit diesem Verfahren übertragen werden, unter anderem
IEC 60870-5-101,
101, Modbus, RP570/571, SEAB-1F
SEAB 1F und viele andere. Auch Subraten-Multiplexer
Subraten
SRM64K
Datenströme können auf diese Weise über IP-Netze
IP Netze transparent verbunden werden.
Durch Nutzung der seriellen Tunnelung können vorhandene, serielle Netze um die Vorteile von paketorienpaketorie
tierten IP-Netzen
Netzen ergänzt werden: Ausfallsicherung durch redundante Anbindung (Ringe, BackupBackup
Verbindungen), Überwachung und Monitoring, sowie Übertragung über moderne DSLDSL oder LWLVerbindungen.
Die native Unterstützung der Geräte von IEC 60870-5-101
60870
und -104
104 macht sie besonders geeignet für zuz
kunftsorientierten, sukzessiven Ausbau bei Netzmodernisierung: Die integrierte Konvertierungsfunktion zwizw
schen IEC 60870-5-101
101 und IEC 60870-5-104
60870 104 ermöglicht den Einsatz einer modernen IEC-104-Leitstelle
IEC
und die Umstellung des Netzes auf paketorientierte IP-Übertragungstechnik,
IP Übertragungstechnik, während die vorhandenen IECIEC
101-RTUs
RTUs durch Nutzung der Konvertierungsfunktion zunächst weiter
weiter eingesetzt werden können. Für einen
späteren Austausch dieser RTUs durch moderne IEC-104-Geräte
IEC
Geräte ist die Übertragungstechnik dann bereits
vorhanden.
Geräte ermöglicht darüber hinaus eine direkte
Die integrierte IEC 60870-5-104--Unterstützung der HY104-Geräte
Überwachung
berwachung der Kommunikationstechnik in einer IEC 60870-5-104
60870
Zentrale.
Serielle Protokolle, welche die RS-232-Schnittstelle
RS
Schnittstelle verwenden, können mit Hilfe der HY104-Geräte
HY104
über
paketorientierte IP-Netze
Netze übertragen werden. Der serielle Datenstrom wird in Einzelpakete konvertiert und
an eine oder mehrere Gegenstellen gesendet, welche die Pakete wieder zu einem seriellen Datenstrom zuzu
sammenfügen. Um Datenverlust durch verloren gegangene Pakete vorzubeugen, kann ein fehlerkorrigiefehlerkorrigie
rendes Protokoll aktiviert werden.
Abhängigkeiten
Monitor und Schnittstellen-Abhängigkeiten
Die HY104-Geräte
Geräte unterstützen die Überwachung eines beliebigen Gerätes anhand dessen IP-Adresse.
IP
Alternativ kann auch ein Eintrag in der Routingtabelle überwacht werden. Diese Funktion wird als Monitor bebe
zeichnet. Der Monitor überprüft periodisch die Verfügbarkeit einer bestimmten IP-Adresse
IP
auf Basis ihrer
Antwort auf ICMP Echo-Request
Request (Ping) Pakete. Das Abfrageintervall kann zwischen 100ms und 60s eingeeinge
stellt werden.
Mit Hilfe der Schnittstellen-Abhän
Abhängigkeits-Funktionen lassen sich Port-Zustände
Zustände an andere Port-Zustände
Port
respektive den Monitor koppeln bzw. invers koppeln. Dadurch kann beispielsweise bei Ausfall der PrimärPrimär
verbindung eine Sekundärverbindung über ein Wählmodem hergestellt werden (z.B. Mobilfunk).
Mobi
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HY104 – Switch Features
Switching und Spanning Tree
Die vorrangige Verwendung der HY104-Geräte
HY104 Geräte ist die eines (Layer 2) Switches. Da die Geräte jedoch nicht
nur auf der Sicherungsschicht (Layer 2 des OSI Schichtenmodells) operieren, sondern zusätzlich auch Daten der Vermittlungsschicht verarbeiten können (Layer 3, Routing), werden sie auch als Multilayer-Switches
Multilayer
bezeichnet.
In der Betriebsart eines (Layer 2) Switches verarbeitet das Gerät eingehende
Ethernetrahmen, indem
dem diese abhängig von ihrer Zieladresse an bestimmte Ports weiterweite
Switch
geleitet werden. Dabei lernt die sog. MAC-Tabelle
MAC Tabelle des Gerätes die Absenderadresse.
Ethernetrahmen mit bekannten Zieladressen werden nur an denjenigen Port weitergeleitet, von dem beb
kannt ist,, dass sich die Zieladresse dahinter befindet. So kann ein Netzwerk selbstlernend erweitert werden.
Ein automatischer Alterungsprozess in der MAC-Tabelle
MAC Tabelle stellt sicher, dass einmal gelernte Netzstrukturen
auch wieder verändert und entfernt werden können.
Um zu vermeiden, dass Ethernetrahmen unzulässig vervielfältigt werden und das Netzwerk zum Erliegen
bringen (so genannte Broadcast-Stürme),
Stürme), muss sichergestellt werden, dass der Betrieb schleifenfrei und
ohne aktive Parallelwege abläuft. Dazu implementieren die HY104-Geräte
Geräte das Spanning-Tree-,
Spanning
RapidSpanning-Tree- und Multiple-Spanning
Spanning-Tree-Protokoll (IEEE 802.1D-2004 und IEEE 802.Q-2011).
802.Q
Diese
Protokolle sind in der Lage, redundante Pfade bei Bedarf zu deaktivieren und zu aktivieren, indem sie einen
oder mehrere logische Bäume aufbauen, über den zu jedem Ziel nur ein einziger Weg führt.
Virtuelle Lokale Netze (VLANs)
VLANs bieten eine Möglichkeit, ein physisches Netz in mehrere logische Teilnetze zu unterteilen. So lassen
sich ohne zusätzliche Hardware
re Teilsegmente erzeugen, die voneinander isoliert sind. Die HY104-Geräte
HY104
unterstützen VLANs nach dem Standard IEEE 802.1q.
Trunk Ports
Trunk
Access
Ports
RTU
Access
Ports
RTU
Im abgebildeten Beispiel werden zwei Netze voneinander
isoliert über dieselbe Infrastruktur verbunden: RTUs und IP
Telefone können einander nicht sehen. Dabei wird unterunte
schieden in Access- und Trunk-Ports.
Ports. Access-Ports
Access
bilden
die äußere Kante der VLAN Infrastruktur, die Trunk-Ports
Trunk
dienen der Verbindung der VLAN Teilkomponenten (Swit(Swi
ches) untereinander.
IP Routing
Die HY104-Geräte
Geräte unterstützen Routing auf IP-Ebene
IP
(Layer 3 des OSI Schichtenmodells). Dazu werden IP-Pakete
Pakete anhand der Routingtabelle an bekannte Knoten,
die ebenfalls als Router arbeiten, weitergeleitet (IP forwarding). Damit ist der Aufbau
von gerouteten Netzen auf Basis der HY104-Familie
HY104
möglich, ebenso wie Netze mit
gemischten Betriebsarten.
Router
Für die automatische Erstellung der Routingtabellen und den Abgleich dieser untereinander setzen die
HY104-Geräte
Geräte das Routing Information Protocol ein (RIPv2, RFC2453). Classless Inter-Domain
Inter
Routing
(CIDR) wird unterstützt.
zt. Mit den Erweiterungen Triggered Update und Split Horizon werden bei
Topologieänderungen üblicherweise Umschaltzeiten unter einer Sekunde erreicht.
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HY104 – Management
SNMP
Das Simple Network Management Protocol ist ein Netzwerkprotokoll zur Überwachung und Steuerung von
Netzwerkgeräten aus der Ferne. Es ermöglicht einer Leitstelle, die Laufzeit-Parameter
Parameter der Netzwerkgeräte
abzufragen und anhand dieser Information Abweichungen vom Soll-Zustand
Zustand zu signalisieren. Das
D Protokoll
ist maschinenlesbar und wird kodiert übertragen, anders als beispielsweise das Syslog-Protokoll,
Syslog
das Nachrichten im Klartext sendet. SNMP Pakete werden (typischerweise) über UDP/IP übertragen.
Die Geräte der HY104-Familie implementieren SNMP in den Versionen SNMPv1 (RFC 1155, RFC 1156,
RFC 1157) sowie SNMPv2c (RFC 1901,
1901 RFC 1905, RFC 1906).
Der Inhalt und Umfang der über SNMP zugänglichen Objekte (OIDs) setzt sich aus verschieden MIBMIB
Modulen (Management Information Base) zusammen. Diese sind standardisiert und umfassen u.a.:
u. MIB-2
(SNMPv2-MIB, RFC 3418), Bridge MIB (RFC 4188),
4188) Interface MIB (RFC 2863),, IP MIB (RFC 4293), TCP
MIB (RFC 4022), UDP MIB (RFC 4113) sowie LLDP-MIB (IEEE-802.1AB). Weiterhin unterstützen die
HY104-Geräte eine herstellerspezifische MIB (HYTEC-MIB),
(HYTEC MIB), deren Objekte ein erweitertes GerätemanageGerätemanag
ment und detaillierten Zugriff auf interne Parameter ermöglichen. Die HYTEC-MIB
HYTEC MIB-Datei wird auf Anfrage
zur Verfügung gestellt.
Syslog
Syslog ist ein Netzwerkprotokoll zur
z Übermittlung von Log-Einträgen in einem IP--Netz. Die Übertragung erfolgt üblicherweise über UDP/IP und besteht aus menschenlesbaren Nachrichten im Klartext, versehen mit
einer Information über den Schweregrad und einem Zeitstempel.
Die HY104-Geräte bieten
ten ein Log-Verzeichnis
Log
auf dem Gerät selbst. Ist ein SNTP-Server
SNTP
eingerichtet
(Simple
le Network Time Protocol), so enthält der Zeitstempel ein reales Datum, andernfalls wird die BetriebsBetrieb
zeit (system uptime) angezeigt. Zusätzlich können diese Log-Einträge beii Auftreten an einen zentralen
Syslog-Server gesendett werden. Die HY104-Geräte verwenden eine Vielzahl an Syslog-Meldungen,
Syslog
um eine Einschätzung des Betriebszustands
Betriebszustand zu ermöglichen.
Alarm-System
Die HY104-Geräte verfügen über ein dreistufiges Alarmmodell, das zwischen den Stufen Notice, Warning
und Alarm unterscheidet. Tritt ein Ereignis auf, das einen Alarm auslöst, wird ein Log-Eintrag
Log
generiert und
ggf. eine Syslog-Nachricht
Nachricht gesendet. In der kritischen Stufe Alarm wird zusätzlich ein Relais geschaltet, das
beispielsweise einen Signalgeber steuern kann. Anders als spontane Ereignisse, die nicht zu einer ÄndeÄnd
rung des Betriebszustandes führen, werden Alarme durch kritische Ereignisse ausgelöst, die, während sie
andauern,
dauern, auch den Betriebszustand verändern. Die Stufen signalisieren dabei den Grad der EinschränEinschrä
kung, den der Betrieb durch den Alarm erfährt. Für einige Ereignisse ist die Alarmstufe durch den AdministAdminis
rator einstellbar, andere sind im System vorgegeben.
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•
System overtemperature – Alarm
System boot – Alarm
SSH not ready – Warning/Alarm
Warning
Link speed mismatch – Warning
Link duplex mismatch – Warning
Signal quality low – Warning/Alarm
Warning
Link state up – Alarm
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•
Link state down – Alarm
Link aggregation mismatch – Alarm
SFP is not inserted – Notice
SHDSL encapsulation mismatch – Alarm
Ethernet remote fault – Alarm
Monitor is up – Alarm
Monitor is down – Alarm
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HY104 – Management
SSH/Telnet Konsole
Die Geräte der HY104-Familie bieten einen SSHSSH und Telnet-Server,
Server, über den ein Kommandointerpreter ere
reichbar ist. Telnet ist ein Netzwerkprotokoll, das es ermöglicht, Zugriff zu einer Konsole eines entfernten
Gerätes zu erhalten, SSH bietet zusätzlich eine verschlüsselte Verbindung. Beide Protokolle werden über
TCP/IP übertragen.
Der Kommandointerpreter der HY104-Familie
HY104
wandelt Benutzereingaben in Maschineneinstellungen um.
Dabei stehen unterschiedliche Berechtigungsebenen zur Verfügung. Der Anzeige-Modus
Modus ermöglicht es, InI
formationen
en über das System anzuzeigen und Parameter zu überwachen. Er ist als „Nur-Lesen“-Modus
„Nur
zu
verstehen. Der Konfigurations-Modus
Modus bietet Vollzugriff auf das System und ermöglicht
ermöglich es, eine Konfiguration zu ändern, sowie alle Systemdetails auszulesen.
Webserver
Alternativ zur zeichenorientierten ZuZ
griffsmethode über den KommandointerKommandointe
preter bietet der Webserver der HY104HY104
Geräte eine komfortable BedienoberfläBedienoberfl
che. Besteht eine IP-Verbindung zu eie
nem Gerät, so kann dieses vollständig
ollständig
mit Hilfe eines üblichen
en Webbrowsers
konfiguriert und überwacht werden.
Verbindung
Sollte zusätzlich eine Telnet-Verbindung
gebraucht werden, so bietet die WebWeb
Oberfläche ein Java-Applet,
Applet, das einen
Telnet-Client
Client im Browser zur Verfügung
stellt.
RADIUS
RADIUS (Remote Authentication Dial-In
Dial
User Service)) ist ein Netzwerkprotokoll, das der Authentifizierung
von Login-Vorgängen
Vorgängen dient. Der RADIUS-Server
RADIUS Server läuft dazu als zentraler Dienst beispielsweise in der LeitLei
stelle. Möchte man sich auf ein beliebiges Netzwerkgerät verbinden,
verbinden so wird die
e Benutzername/PasswortBenutzername/Passwort
Eingabe zunächst an den RADIUS-Server
Server geschickt, der in der Folge dem Gerät mitteilt, ob der LoginLogin
Vorgang erfolgreich war. Nur dann wird der Zugriff auf das Netzwerkgerät ermöglicht.
Geräte bieten die Möglichkeit der RADIUS-Authentifizierung
RAD
Authentifizierung für die Dienste Telnet, SSH sowie
Die HY104-Geräte
den Webserver.
Weitere Informationen:
8
SPEED Elektronik Vertrieb GmbH
August-Bendler-Str. 3B
August
D-58332
58332 Schwelm
Web: www.speed-elektronik.de
www.
Markus Bick
Telefon: +49 (0) 2336 4745 18
Mobil: +49 (0) 170 8049381
Email: [email protected]
m.bick@speed