RipEX podrobně

Verze pro tisk

1. RipEX podrobně

1.1. Provozní režimy

Radiomodem RipEX se nejlépe hodí pro přenos velkého počtu krátkých zpráv, kdy je požadováno jejich zaručené dodání.

Základní použití radiomodemu RipEx je následující:

  • Polling (obvolávání)

    V sítích s obvoláváním centrální řídící jednotka obvolává všechny vzdálené radiomodemy jeden po druhém. Řídící jednotka vyměňuje data s aktuálně připojenou vzdálenou rádiovou stanicí a když skončí, vytvoří nové spojení s další vzdálenou stanicí podle pořadí dotazování.

  • Report-by-exception (spontánní přístup)

    V sítích se spontánním přístupem lze vzdálené jednotky obvolávat. Kromě toho jakákoliv vzdálená jednotka může spontánně posílat data do řídící jednotky (typicky u alarmové zprávy).

1.2. Režim Bridge

Paket přijatý přes jakékoliv rozhraní je vysílán do odpovídajících rozhraní všech jednotek v rámci sítě. Pakety přijaté na COM jsou vysílány jak na COM1 tak na COM2 na vzdálených místech.

Kterákoliv jednotka může být nakonfigurová jako repeater (opakovač). Repeater předává všechny pakety, které dostává rádiovým kanálem. Síť z jednotek RipEX má bezpečnostní mechanismy, které zabraňují zacyklení paketů v rádiovém kanálu (např. když repeater přijme paket z jiné repeateru) nebo duplicitnímu příjmu paketů posílaných do uživatelského rozhraní (např. když RipEX přijme paket přímo a pak stejný z repeateru).

Vedle standardního ukončení paketu „Idle“ periodou na sériovém portu (pauza za obdrženými bajty) bridge mode také nabízí „streaming“. V režimu streaming začne přenos na rádiovém kanálu okamžitě, bez čekání na konec přijatého rámce na COM => nulové zpoždění.

Režim „bridge mode“ je vhodný pro všechny systémy s obvoláváním.

[Poznámka]Poznámka

Limited broadcast 255.255.255.255 a Direct broadcast např. 192.168.255.255 stejně jako Multicast (224.0.0.0 až 239.255.255.255) na Ethernetu jsou podporovány a přenášeny rádiovou sítí.

Návodné video vysvětlující funkci režimu bridge je k vidění zde: http://www.racom.eu/ripex-bridge-mode

1.3. Režim Router

Radiomodem RipEX funguje jako standardní IP router s dvěma rozhraními (rádiové a Ethernetové) a dvěma COM porty. Na rádiovém kanálu je sofistikovaný antikolizní protokol, který kontroluje a ověřuje každý jednotlivý paket. V režimu IP router může každá jednotka současně pracovat jako store-and-forward (uložit a předat) repeater a přitom předávat pakety do připojeného zařízení.

Režim „router mode“ je vhodný pro všechna použití. Na rozdíl od režimu „bridge mode“ je přijetí paketu potvrzeno přes rádiový kanál i ve velmi jednoduchých typech obvolávání a paket je v případě potřeby zopakován.

[Poznámka]Poznámka

V režimu Router nejsou v rádiové síti podporovány Ethernet broadcasty a multicasty. Broadcasty jsou podporovány jen jako součást sériových SCADA protokolů.

Návodné video vysvětlující funkci router mode je k vidění zde: http://www.racom.eu/ripex-router-mode

1.3.1. Detailní popis

Režim router je vhodný pro sítě typu multipoint (vícebodové), kde mohou být použity multi-master aplikace s různými kombinacemi obvolávání a/nebo spontánní datové protokoly. Proprietární protokol linkové vrstvy na rádiovém kanálu je velmi sofistikovaný, může přenášet jak unicast tak i broadcast rámce, je schopný vyhnout se kolizím, používá potvrzovací rámce přenosu dat a kontrolou CRC, zajišťuje přenos a integritu dat i v nepříznivém prostředí s rušením na rádiovém kanále.

RipEX pracuje jako standardní IP router se dvěma nezávislými rozhraními: Rádiové rozhraní a ETH. Každé rozhraní má svojí vlastní MAC adresu, IP adresu a masku.

IP pakety jsou zpracovávány podle pravidel routingové (směrovací) tabulky. V routingové tabulce můžete také nastavit default gateway (výchozí bránu) routeru (platí pro obě rozhraní).

COM porty jsou považovány za standardní zařízení typu host, zprávy k nim mohou být doručeny do určených čísel portů jako UDP datagramy. Cílová IP adresa COM portu je buď ethernetová IP adresa nebo IP adresa rádiového rozhraní. Zdrojová IP adresa paketů odchozích z COM portů je vždy IP adresa ETH rozhraní.

1.3.2. Příklad funkce

V následujícím příkladu jsou dvě nezávislá zařízení SCADA připojená k dvěma COM portům RipEXu 1. Jedno z nich je označené jako RTU (Remote Telemetry Unit) a předpokládá se obvolávání z centra (FEP – Front End Processor). Druhé je označeno jako PLC (Programmable Logic Controller) a předpokládá se spontánní komunikace s libovolně zvolenými vzdálenými PLC.

Krok 1

FEP vyšle pro RTU1 paket s žádostí přes COM2 na připojený RipEX.
Současně PLC2 odešle na RipEX paket pro PLC1 přes COM1.

Krok 2

RipEX vysílá paket z FEP adresováný pro RTU1 do rádiového kanálu.
RipEX1 obdrží tento paket, zkontroluje správnost dat a odešle potvrzení (ACK – acknowledgement).
Současně je paket poslán do RTU1 přes COM2.
RipEX3 sice obdrží tento paket také, ale nereaguje, protože tento paket je adresován pouze pro RipEX1.

Krok 3

RipEX2 čeká, až je ukončena předchozí operace na rádiovém kanálu (antikolizní mechanismus).
Potom RipEX2 vysílá na rádiovém kanálu adresovaný paket pro PLC1.
RipEX1 obdrží tento paket, zkontroluje správnost dat a odešle potvrzení (ACK).
Ve stejný čas je odeslán paket do PLC1 přes COM1. Souběžně je paket s odpovědí z RTU1 pro FEP přijat na COM2.

Krok 4

RipEX1 přenáší paket s odpovědí od RTU1 pro FEP v rádiovém kanálu.
Tento paket obdrží všechny RipEXy. Paket je určen pro RipEX u FEP, takže jen tento RipEX reaguje. Zkontroluje integritu dat a vyšle potvrzení na RipEX1.
Současně je odeslán paket RipEXu do FEP přes COM2.

Krok 5

FEP obdrží odpověď od RTU1 a dotazování cyklus (polling) pokračuje …
 
Nicméně jakýkoliv PLC nebo RTU může kdykoliv spontánně odeslat paket na jakékoliv jiné místo.

1.3.3. Příklady konfigurace

Jak již bylo uvedeno výše, rádiový modem RipEX funguje jako standardní IP router se dvěma samostatnými rozhraními: Rádiové a ETH. Každé rozhraní má svou vlastní MAC adresu, IP adresu a masku.

Operační zásady IP routeru stanoví, že každá jednotka může sloužit jako opakovač. Pouze je nutné správně nakonfigurovat routingové tabulky.

Radiové IP adresy RipEXu musí komunikovat přes rádiový kanál a také musí sdílet stejnou IP síť. Doporučujeme plánovat vaší IP síť tak, aby každý RipEX byl připojený k samostatnému ethernetovému portu dílčí sítě. To pomáhá udržovat routingové tabulky jasné a jednoduché.

[Poznámka]Poznámka

I když IP adresy všech RipEXů sdílejí rádiový kanál jedné IP sítě, nemohou spolu přímo komunikovat jako ve společné IP síti. Pouze RipEXy, které jsou ve vzájemném rádiovém dosahu, (navzájem se slyší) mohou komunikovat přímo. Je-li požadována komunikace s rádiovými IP adresami, musí routingové tabulky zahrnovat i ty trasy, které jsou ve stejné síti (přes retranslace), ale jsou odlišné od běžných IP sítí. Konfigurace v níže uvedeném příkladě pro jednoduchost nemá taková routingová pravidla (nejsou potřebné ve většině případů).

Adresování

Obr. 1.1: Adresování

Formální soulad mezi posledním bajtem rádiové IP adresy a předposledním bajtem ethernetové adresy není nutný, ale usnadňuje orientaci. Obrázek „Adresování“ ukazuje routingovou tabulku vedle každého RipEXu. Routingová tabulka definuje novou gateway (bránu) pro každou cílovou IP adresu (destination). Při rádiovém přenosu dat rádiová IP adresa dalšího rádiově připojeného RipEXu slouží jako gateway.

Příklad trasy z FEP (RipEX 50) do RTU 2:

  • Destination (cílová adresa) je 192.168.2.2

  • Routingová tabulka na RipEXu 50 obsahuje tento záznam:
    Destination 192.168.2.0/24 Gateway 10.10.10.1

  • Na základě tohoto zápisu, jsou všechny pakety s adresou v rozsahu od 192.168.2.1 až 192.168.2.254
    směrovány do 10.10.10.1

  • Vzhledem k tomu, že rádiová IP adresa RipEXu 50 je 10.10.10.50/24, může router říct, že IP 10.10.10.1 patří do rádiového kanálu a odešle paket na tuto adresu přes rádiový kanál

  • Paket je přijat RipEXem 1 s adresou 10.10.10.1, na vstupu do routeru

  • Routingová tabulka RipEXu 1 obsahuje záznam:
    Destination 192.168.2.0/24 Gateway 10.10.10.2
    na jehož základě je paket směrován do 10.10.10.2 přes rádiový kanál

  • Paket je přijat RipEXem 2

  • Router porovnává cílovou IP 192.168.2.2 s vlastní ethernetovou adresou 192.168.2.1/24
    a určí, že cíl paketu je ve vlastní ETH síti a pošle paket přes ethernetové rozhraní – nakonec paket obdrží RTU 2.

1.3.4. Rady pro adresování

Ve velkých a složitých sítích s četnými repeatery jednotlivé routingové tabulky mohou být dlouhé a obtížné k porozumnění. Chcete-li zachovat jednoduché routingové tabulky, režim adresování by měl sledovat rozvržení rádiové sítě.

Přesněji řečeno, každá skupina IP adres zařízení (RipEXu i SCADA), která je přístupná přes repeater, by se měla pohybovat v rozmezí, které může být definováno maskou a žádná adresa definovaná maskou neexistuje v jiné části sítě.

Typická síť se skládá z jednoho centra a několika vzdálených stanic. Má stromové uspořádání, které může být snadno napodobeno schématem adres – viz příklad na obrázku „Optimalizované adresování“ níže.

Optimalizované adresování

Obr. 1.2: Optimalizované adresování

Výchozí brána (default gateway) je také velmi mocný nástroj routingu. Buďte však při jejím použití velmi opatrní, kdykoli výchozí cesta půjde do rádiového rozhraní, tj. do rádiového kanálu. Pokud by přišel do routeru paket k neexistující IP adrese, byl by přenášen přes rádiový kanál. Takové pakety zvyšují zatížení sítě, nebo přinejmenším způsobují nadměrné kolize paketů, mohou vytvářet smyčky atd. V důsledku toho by výchozí brána měla vždy vést k ETH rozhraní, pokud si nejste naprosto jisti, že se nikdy nemůže vyskytnout paket k neexistující IP destination (pamatujte, že máte co do činění s komplexním softwarem psaným a nakonfigurovaným lidmi).

1.4. Diagnostika a správa sítě

Rádiový modem RipEX nabízí širokou škálu možností vestavěné diagnostiky a nástrojů pro správu sítě.

1.4.1. Logy

V RipEXu jsou k dispozici statistické logy a logy ze sousedních stanic (neighbours). Oba logy mají dostupnou historii 20 souborů logů, takže celková historie uložených hodnot je 20 dní (výchozí hodnota “Log save period“ – perioda ukládání dat – se používá 1440 min.).

Neighbours

Log „Neighbours“ obsahuje informace o sousedních jednotkách (RipEXy, které jsou přístupné přímo přes rádiový kanál, tj. bez retranslace). Každý RipEX na síti pravidelně vysílá svůj stav, sadu takzvaných „Watched values“ (sledovaných hodnot): pravděpodobnost ztráty paketů při přenosu dat přes rádiový kanál, aktuální napájecí napětí, vnitřní teplotu, měřený RF výstupní výkon, poměr stojatých vln (PSV) na anténním napáječi a celkový počet přijatých paketů přijatých / předaných z rozhraní ETH, COM1 nebo COM2. Kromě toho RipEX, který zaznamenává tato data ve svém logu také udržuje informace o tom, kolikrát poslouchal jeho sousední jednotky a stejně zaznamenává i RSS a DQ. Pro další informace viz manuál – http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#diag

Statistiky

Log „Statistic“ obsahuje informace o objemu datového provozu na všech rozhraních: rádiovém, ETH, COM1 a COM2. Nabízí podrobné informace o počtu přenášených paketů, o jejich velikosti a jejich počtu za sekundu. Kromě toho, je pro rádiové kanály k dispozici podrobné rozdělení do uživatelských a servisních paketů. Pro další informace viz manuál – http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#h-statistic

1.4.2. Grafy

Nezávislá databáze periodicky ukládá sledované hodnoty (viz „Neighbours“ log výše) až z pěti sousedních RipEXů i z lokálního RipEXu, kde jsou nejdůležitější hodnoty statistického logu. Všechny tyto hodnoty lze zobrazit formou grafů.

Grafy mohou zobrazit souhrn dat, nebo podrobnosti v detailu. Detailní logování je aktivováno při dosažení mezní hodnoty specifické položky umožnující podrobnější rozbor provozu jednotky, když dojde k vyhlášení alarmu. Každý graf může zobrazit dva různé prvky najednou, včetně jejich nastavených prahových hodnot. Každá z těchto zobrazených hodnot, může být z jiné jednotky RipEX.

Pro další informace viz manuál, kapitolu http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#h-graphs.

1.4.3. SNMP

RipEX má implementovány SNMPv1 a SNMPv2c. Hodnoty poskytnuté RipEXem jsou uvedeny v MIB tabulce. RipEX také umožňuje generování SNMP trapů, když bylo dosaženo mezní hodnoty sledovaných hodnot: RSSI com, DQcom, TXLost [%], Ucc, Temp, PWR, PSV, ETH [Rx / Tx], COM1 [Rx / Tx], COM2 [Rx / Tx], HW Alarmový vstup a / nebo pro některá vnitřní varování a chyby.

Pro více informací viz 7.1 – „Simple Network / Management Protocol“.
Tabulku MIB pro RipEX najdete v dokumentu Application notes na odkazu http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/app/snmp.html#MIB, nebo na webu Racom na odkazu http://www.racom.eu/download/hw/ripex/free/eng/3_fw/RACOM-RipEX-MIB.zip.

1.4.4. Ping

Pro diagnastiku jednotlivých rádiových linek je RipEX vybaven modifikovaným nástrojem Ping. Kromě standardních informací, jako je například počet odeslaných a přijatých paketů nebo doba odezvy, poskytuje celkovou zátěž, BER, PER a konkrétní údaje o kvalitě rádiového přenosu, RSS a DQ pro rádiové spojení na trase přenosu.

Pro další detaily viz kapitolu http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#h-ping.

1.4.5. Monitoring

Monitoring je moderní diagnostický nástroj, který umožňuje podrobnou on-line analýzu komunikace přes některá rozhraní routeru RipEX. Když je potřeba takové pokročilé diagnostiky, mohou být monitorována kromě všech fyzických rozhraní (RADIO, ETH, COM1, COM2), i některá vnitřní rozhraní mezi softwarovými moduly (například terminálové servery Modus TCP serveru atd.).

Výstup monitoringu lze prohlížet on-line, nebo jde uložit do souboru v RipEXu (i vzdáleném) a později jej stáhnout.

Monitoring

Obr. 1.3: Monitoring

Pro další podrobnosti viz kapitolu http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#monitoring.

1.5. Update a upgrade firmware

V nepravidelných časových intervalech jsou uvolňovány aktualizace firmware RipEXu (update nebo upgrade), které zlepšují funkčnost a/nebo opravují chyby. Tyto aktualizace lze stáhnout zdarma z internetových stránek www.racom.eu.

Aktualizace firmware přináší významná vylepšení a nové funkce, které posouvají produkt firmy Racom na novou úroveň. Stažení a použití upgrade firmwaru je stejné jako u update firmwaru. Pro aktivaci nové funkce nebo samotné aktualizace však bude možná muset být zakoupen softwarový klíč (viz další kapitolu).

Další informace viz kapitolu http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#h-fw.

1.6. Softwarové klíče

Některé pokročilé funkce RipEXu jsou aktivovány softwarovými klíči. Softwarové klíče umožňují uživatelům nejprve koupit pouze funkčnost kterou potřebují a později dokoupit další funkce s tím, jak jeho požadavky a očekávání porostou. A podobně, když některé funkce (např. COM2) jsou vyžadované jen na určitých místech, odpovídající klíč může být aktivován pouze v případě potřeby.

  • Klíče ochraňují investice do hardwaru. Díky SDR na bázi hardwaru návrženého přímo pro RipEX není nutná fyzická výměna – uživatel si jednoduše koupí klíč a aktivuje funkci.

  • Na zkoušky a testování, mohou být dodány časově omezené klíče. Tyto klíče aktivují funkci pomocí kódu jednou na omezenou provozní dobu (po zapnutí). Zdarma je v každém RipEX Master-key na zkušební dobu 30 dnů .

  • Všechny softwarové klíče jsou vždy vázány na konkrétní RipEX výrobním kódem.

Podrobnosti najdete v kapitole http://www.racom.eu/eng/products/m/ripex/h-menu.html#h-sw-keys.