Hirschmann: современные сетевые технологии для промышленных предприятий

Предлагаемая вашему вниманию статья – это рассказ о компании, производящей активное сетевое оборудование уже более 20 лет. Это оборудование пользуется большой популярностью в Европе, но, как это ни парадоксально, в СНГ оно известно не так хорошо.
Описанный выше парадокс и подвигнул нас на публикацию этого материала, из которого вы узнаете о особенностях и функциональных возможностях продукции Hirschmann, используемых фирменных и открытых технологиях, а также о некоторых конкретных моделях оборудования этой компании.

вступление

О широкой популярности оборудования Hirschmann в Европе лучше всего расскажут цифры и факты. Первое место по количеству установленных сетей на оборудовании данного брэнда занимает, конечно, Германия, в которой насчитывается свыше 4000 созданных сетей (а это составляет примерно одну треть от всех работающих LAN в Германии!). Более десятка лет компании Мерседес-Бенц, Фольксваген, Ауди, БМВ, Opel производят автомобили, используя сетевые технологии, разработанные компанией Hirschmann. Сетевые устройства этого производителя также поддерживают работу служб международных аэропортов Дрездена и Штутгарта. В этом же ряду компании Bosch и Siemens, BASF и AGFA, Rockwell и MAN.
Данное оборудование пользуется большим спросом и в других европейских странах: Франции, Австрии, Великобритании, Испании, Швейцарии, Греции, Венгрии и Италии. Например, сети передачи данных метрополитенов Лиона и Парижа построены с использованием серий оборудования ASGE и Rail Hirschmann, аэропорты Афин и Амстердама оборудованы маршрутизирующими коммутаторами семейства МАСН3000 (95 штук!), горнолыжные курорты Швейцарии оборудованы коммутаторами Rail, а пищевые фабрики Англии работают на GES24TP и Rail. Этот список можно было бы продолжать бесконечно, что заняло бы не одну страницу.
Но надо отметить, что оборудование Hirschmann популярно не только в Европе. Информационные системы крупнейшего сталелитейного завода в Китае, университета в штате Огайо, трех крупных банков в Сингапуре также построены этой немецкой компанией.
Большим заблуждением было бы считать, что данное немецкое оборудование совершенно не знакомо потребителям на постсоветском пространстве. Конечно, марка Hirschmann не так известна, как, например, Cisco или 3Com, но уже долгие годы концентраторы ASGE безотказно работают на предприятиях «Уралмаш», КАМАЗ, «Северсталь», Норильском горно-обогатительном комбинате, БелТрансГаз и Мозырском нефтеперерабатывающем заводе. Вычислительные сети на оборудовании Hirschmann внедрены на таких гигантах российской промышленности, как ФГУП Российская самолетостроительная корпорация «МиГ» и ОАО «Холдинговая компания «Электрозавод». В Беларуси в последние годы локально-вычислительные сети на оборудовании Hirschmann были введены в эксплуатацию на ГПТН «Дружба», Новополоцком нефтеперерабатывающем заводе «Нафтан», Белорусском автомобильном заводе «БелАЗ», на предприятиях концерна «БелЭнерго» и на многих других промышленных предприятиях.

оборудование и технологии Hirschmann

Начать нам хотелось бы даже не с технических и конструктивных особенностей, а с самой концепции построения сети промышленного или транспортного предприятия, которую предлагает Hirschmann. Не секрет, что один из самых важных вопросов, который задают себе IT-специалисты промышленного предприятия – «Как правильно потратить деньги на первом этапе, чтобы обеспечить сохранность инвестиций и перспективу решения?». К сожалению, цена ошибки при выборе концепции очень высока. Ведь от того, какой будет «кровеносная система» предприятия зависит то, какие функции она сможет выполнять и насколько будут совместимы ее сегменты. Hirschmann решил проблемы выбора концепции кардинально – немецкая компания предлагает весь спектр оборудования, необходимого для создания ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА предприятия. То есть, с какой бы задачи вы не начали решение проблемы автоматизации у вас всегда будет возможность построить «прозрачную» сеть для всех уровней предприятия – от исполнительных механизмов и операторских станций до уровня управления предприятием (промышленный офис). Причем под информационным пространством мы подразумеваем не только сети передачи данных, но и системы визуального контроля за технологическими процессами, охранные системы.
Итак, в чем сила Hirschmann:
1. Широкий спектр оборудования для решения задач любой сложности (от построения небольших локальных сетей до создания многоуровневых систем передачи данных на больших промышленных предприятиях).
2. Оборудование для промышленных сетей Fieldbus.
3. Высокая надежность оборудования, обеспечиваемая тщательно продуманной разработкой конструктивных особенностей.
4. Собственные разработки в области резервирования связей и оборудования (технология HIPER-Ring, запатентованная Hirschmann).

типы выпускаемого оборудования

Все коммутационное оборудование компании Hirschmann делится, как и во всех других компаниях, на семейства. Разница в том, что это деление осуществляется не только по признакам технологии (концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, поддержка FDDI, Token Ring, Ethernet и его разновидности), но и по особенностям области применения (офис, промышленное предприятие, транспортное предприятие и т.п.). Кроме того, Hirschmann выпускает и другие типы оборудования, не относящиеся к классу коммутационных устройств – это устройства передачи видео через LAN (VIP, Video over IP), система контроля 19” стойки (RMS, Remote monitoring system) и др.
Основные семейства Hirschmann ANS:
• FastIron Family – гигабитные модульные маршрутизирующие коммутаторы 3-го и 4-го уровней для построения транспортных сетей.
• MACH3000 Family – высокопроизводительные модульные маршрутизирующие коммутаторы 3-го уровня с поддержкой технологии HIPER-Ring.
• HiWay Family – гигабитные модульные коммутаторы 2-го уровня для рабочих групп.
• Rail Family – коммутаторы для промышленных сетей с поддержкой технологии HIPER-Ring.
• MICE Family – модульные коммутаторы стандарта Industrial Ethernet с поддержкой HIPER-Ring.
• VIP Family – устройства передачи видео через LAN.
• Routers Family – маршрутизаторы ISDN/xDSL.

технология HIPER-Ring

Одним из важнейших требований, предъявляемых к современным сетям передачи данных, бесспорно, является надежность. Для индустриальных сетей крайне необходимо свойство «детерминированности», т.е. гарантированной доставки информации в обусловленные сроки. Потеря данных означает здесь потерю управления. На промышленных и транспортных предприятиях это может повлечь катастрофичные последствия. Можете себе представить, что может случиться за считанные минуты сбоя, например, в системе сигнализации метрополитена или в системе управления роботами на конвейере автомобильного завода, или при потере информации о финансовой операции банка?
Учитывая вышеуказанные требования к сетям, компания Hirschmann разработала отказоустойчивую технологию HIPER-Ring, в основу которой положена концепция резервных соединений.
Особенностью технологии HIPER-Ring является полное восстановление работоспособности сети в случае аварии не более, чем через 300 мс. (для сравнения по технологии Spanning Tree время восстановления может достигать нескольких минут). Коммутаторы соединяются друг с другом, образуя кольцо, в котором одно из соединений является резервным. Управляющий коммутатор рассылает тест-пакеты и проверяет исправность сети. В случае обнаружения сбоя, оно активизирует резервную связь и перенаправляет данные по ней без потери информации.
Таким образом, в случае какой-либо аварии в сети (обрыв кабеля, поломка оборудования, потеря электропитания и т.п.) работоспособность сети будет полностью восстановлена менее чем через 300 миллисекунд, причем передаваемые данные не будут потеряны.

технология Switch-on-a-chip

Все управляемые коммутаторы компании Hirschmann всех семейств (как магистральные и офисные, так и промышленные) выполнены по технологии Switch-on-a-chip. Смысл этой технологии заключается в том, что устройство работает согласно записанному в нем системном программному обеспечению.
Главным достоинством Switch-on-a-chip является возможность добавления в коммутатор поддержки различных функций. Так, например, коммутаторы MACH 3000 стали работать на 3-ем уровне и обрели протокол HiRRP (Hirschmann industrial Router Redundancy Protocol), а коммутаторы Rail RS2 и MICE получили поддержку виртуальных сетей (VLAN) и приоритезацию трафика.
Обновить программное обеспечение очень просто – для этого надо указать коммутатору путь к архиву на TFTP-сервере и он сам произведет инсталляцию новой версии программы.
Благодаря этой технологии сетевое оборудование Hirschmann остается актуальным и современным в течение очень продолжительного времени.

VLAN в промышленных сетях

Управляемые коммутаторы Hirschmann Electronics семейств MICE и Rail являются первыми в мире коммутаторами Industrial Ethernet, поддерживающих такие важные функции как виртуальные сети (по стандарту IEEE 802.1Q) и приоритезация трафика, ранее доступные только на «офисном» оборудовании.

в огонь и воду

К новым разработкам Hirschmann относятся морские версии коммуникационных устройств, получившие приставку Navy.
Повышенные характеристики надежности позволяют применять их в судостроительстве, на нефтегазодобывающих платформах, находящихся в открытом море и на ветряных электростанциях на море. Это подтверждает сертификат, выданный крупнейшей сертификационной компанией Germanisch Lloyd.
Приемопередатчики, концентраторы и коммутаторы, получившие сертификат GL, обладают высокой помехоустойчивостью, а также более безопасной системой электропитания. Это первое в мире Ethernet-оборудование с питанием от 24В постоянного тока, удовлетворяющее высоким требованиям Germanisch Lloyd.
Кроме этого, Fast Ethernet-трансиверы Hirschmann Rail сертифицированы организацией ATEX на эксплуатацию их в условиях повышенной опасности категории 3 (Ex-зона 2), где возможно воспламенение опасных газов и испарений.

продукция

Из производимого Hirschmann ANS оборудования стоит выделить и рассмотреть подробнее три семейства: MACH3000, Rail и MICE.

МАСН3000

Мы не будем описывать все технические характеристики данного оборудования, а выделим лишь те, которые, на наш взгляд, отличают МАСН3000 от другого оборудования подобного класса.

Архитектура.Эти гигабитные модульные коммутаторы третьего уровня выпускаются в трех модификациях – МАСН3001, МАСН 3002 и МАСН3005 - и имеют уникальную трехуровневую архитектуру типа «матрешка»:
1) шасси, которое включает в себя: высокоскоростную пассивную матрицу, вентиляторы и блоки питания (все резервируется), в него встраивается базовый модуль;
2) базовый модуль (basic board), в котором находятся ASIC-процессоры, RMON-агенты и другая интеллектуальная электроника, в который, в свою очередь, можно вставить до четырех интерфейсных модулей;
3) модуль среды – более десятка различных модулей (витая пара Fast Ehternet и Gigabit Ethernet, многомодовое и одномодовое оптоволокно (SX, LX, MTRJ и LH) любой версии Ethernet).
Последняя цифра в аббревиатуре МАСН300х обозначает количество базовых модулей, которые можно встроить в эту модель. Соответственно, максимальное количество интерфейсных модулей, которое может быть установлено, например, в МАСН3005 – 5х4 = 20.
Описанная архитектура имеет несколько явных преимуществ перед двухуровневыми:
1) Масштабируемость. При небольших начальных потребностях (например, при создании транспортной сети предприятия) отсутствует необходимость приобретать более дорогое оборудование «на перспективу».
2) Возможность резервирования не только связей, но и оборудования. При создании резервных линий основной и дублирующий модуль устанавливаются в разные базовые модули, и в случае выхода из строя одного из интеллектуальных модулей (BB) второй автоматически берет управление линией на себя. Эта функция особенно важна в случае создания транковых связей на особо важных участках LAN.
3) Наличие своего IP-адреса у каждого из базовых модулей, что дает возможность администратору более гибко конфигурировать центральный коммутационный узел.
Защита от окружающей среды.Коммутатор МАСН 3000 имеет класс защиты от окружающей среды (IP) равный –30. А это означает, что его эксплуатация одинаково эффективна не только в чистом и светлом офисе, но и в заводских условиях, где борьба с копотью и пылью не всегда приносит 100-процентный успех при эксплуатации оборудования других производителей.
Из других особенностей следует отметить поддержку технологии HIPER-Ring и отличный показатель MTBF (mean time between failures) - более 1 миллиона часов (!) для шасси коммутатора МАСН3002.

семейство Rail: промышленные коммутаторы и концентраторы стандарта Industrial Ethernet

Как правило, коммутаторы Rail имеют несколько (до 5-ти) портов под витую пару и два порта для подключения к магистральному кольцу (витая пара или одно/многомодовое оптоволокно). Существуют и специальные коммутаторы Rail, которые обеспечивают возможность делать соединения на расстояния до100 км по одномодовому оптоволоконному кабелю.
К числу других важнейших характеристик также относятся:
- защита от вибрации;
- защита от пыли и копоти;
- защита от электромагнитных излучений.
Вышеперечисленные характеристики позиционируют данные устройства как высокотехнологичное оборудование для оптимального применения на промышленных, транспортных и энергодобывающих предприятиях.
Эти коммутаторы мобильны в эксплуатации, так как легко крепятся на DIN-рельс (питание – 24В), а также подключаемы при необходимости к сети переменного тока ~220В через специальный блок питания.
В семействе Rail есть коммутаторы с расширенным диапазоном рабочей температуры – от –40С до +70С.
Для эксплуатации в особенно агрессивной окружающей среде среди коммутаторов Rail имеются водонепроницаемые модели с классом защитыIP67.
Кстати, именно на этих коммутаторах была впервые реализована данная технология.


MICE: модульные промышленные коммутаторы стандарта Industrial Ethernet

Коммутаторы серии MICE продолжают линейку коммуникационного оборудования промышленного исполнения Industrial-Line. Благодаря своей специальной конструкции и некоторым техническим особенностям, эти коммутаторы могут успешно использоваться в условиях промышленного предприятия при повышенной загрязненности, сильных ЭМИ, больших перепадах температур и т.д.
Коммутаторы серии MICE, аналогично Rail, устанавливаются на DIN-рельс и имеют 24-вольтовое электропитание (с возможностью подключения к сети 220В через специальный блок питания).
Коммутатор MICE оснащен панелью для подключения интерфейсных модулей. На данный момент существуют 2 модификации коммутаторов – MS2108-2 и MS3124-4 с различным количеством слотов (соответственно 2 и 6 слотов), а, следовательно, отличающихся максимальным количеством портов.
Различные модули обладают 2-мя или 4-мя портами с различными средами передачи (витая пара, многомодовый и одномодовые оптоволоконные кабели). Таким образом, в коммутаторе MS2108-2 может быть до 8 портов, а в MS3124-4 – до 24 портов.
Все коммутаторы MICE являются управляемыми и поддерживают ряд функций и протоколов, доступных ранее только «офисному» оборудованию: VLAN (IEEE 802.1Q), приоритезация трафика (IEEE 802.1D/p), IGMP, Flow control и другие функции. Благодаря встроенному SNMP-агенту возможен удаленный мониторинг и управление коммутатором.
Коммутаторы серии MICE также поддерживают технологию HIPER-Ring, при этом они могут применяться и в качестве управляющих коммутаторов.

Владимир Королев, руководитель проектов LAN ЗАО «НПП БелСофт», по материалам статьи Александра Гришина, директора по ИТ компании Vlux, Superrior Hirschmann Partner.