DIN EN 62439-1-2010 Industrial communication networks - High availability automation networks - Part 1 General concepts and calculation methods (IEC 62439-1 2010) English version E.pdf

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1、September 2010DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 24DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS

2、35.110!$i“1705796www.din.deDDIN EN 62439-1Industrielle Kommunikationsnetze Hochverfgbare Automatisierungsnetze Teil 1: Grundlagen und Berechnungsmethoden (IEC 62439-1:2010);Englische Fassung EN 62439-1:2010Industrial communication networks High availability automation networks Part 1: General concep

3、ts and calculation methods (IEC 62439-1:2010);English version EN 62439-1:2010Rseaux de communication industrielle Rseaux dautomatisme haute disponibilit Partie 1: Concepts gnraux et mthodes de calcul (CEI 62439-1:2010);Version anglaise EN 62439-1:2010Mit DIN EN 62439-2:2010-09, DIN EN 62439-3:2010-0

4、9, DIN EN 62439-4:2010-09, DIN EN 62439-5:2010-09und DIN EN 62439-6:2010-09 Ersatz fr DIN EN 62439:2009-01Siehe jedoch Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatzvermerksiehe untenwww.beuth.deErsatzvermerkGesamtumfang 57 SeitenAnwendungsbeginnDIN EN 62439-1:2010-09 2 Anwendu

5、ngsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2010-03-01 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2010-09-01. Daneben darf DIN EN 62439:2009-01 noch bis 2013-03-01 angewendet werden. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62439-1:2009-09. Fr diese Norm ist das nationale Ar

6、beitsgremium K 956 Feldbus“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 65C Industrial networks“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem

7、Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert.

8、 Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall e

9、iner datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-P

10、ublikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Die Reihe DIN EN 62439 besteht aus folgenden Teilen: Teil 1: Grundlagen und Berechnungsmethoden Teil 2: Medienredundanz-Protokoll (MRP) Teil 3: Paral

11、lelredundanz-Protokoll (PRP) und nahtloser Hochverfgbarkeits-Ring (HSR) Teil 4: Redundanz-Protokoll fr vermaschte Netze (CRP) Teil 5: Funkbaken-Redundanz-Protokoll (BRP) Teil 6: Protokoll fr verteilte Redundanz (DRP) Da sich die Benutzer des vorliegenden Norm-Entwurfs der englischen Sprache als Fach

12、sprache bedienen, wird die englische Fassung der DIN EN 62439-1 verffentlicht. Fr die meisten der verwendeten Begriffe existieren keine gebruchlichen deutschen Benennungen, da sich die deutschen Anwender in der Regel ebenfalls der englischen Benennungen bedienen. Dieser Norm-Entwurf steht nicht in u

13、nmittelbarem Zusammenhang mit Rechtsvorschriften und ist nicht als Sicherheitsnorm anzusehen. Das Prsidium des DIN hat mit Prsidialbeschluss 1/2004 festgelegt, dass DIN-Normen, deren Inhalt sich auf internationale Arbeitsergebnisse der Informationsverarbeitung grndet, unter bestimmten Bedingungen al

14、lein in englischer Sprache verffentlicht werden drfen. Diese Bedingungen sind fr die vorliegende Norm erfllt. DIN EN 62439-1:2010-09 3 Erklrung zu Schutzrechten Die Internationale Elektrotechnische Kommission macht darauf aufmerksam, dass ihr gegenber erklrt wurde, dass die bereinstimmung mit dem vo

15、rgesehenen Norm-Inhalt die Anwendung von Patenten erforderlich machen knnte. Nhere Informationen hierzu befinden sich im Vorwort der Europischen Norm. Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass Bestandteile der vorliegenden Norm Gegenstand von weiteren Patentrechten sein knnen. Es liegt nicht im Verant

16、wortungsbereich der DKE, einige oder alle dieser Patentrechte zu benennen. Der Leser der vorliegenden Norm wird jedoch gebeten, ihm bekannte derartige Patentrechte der Geschftsstelle mitzuteilen und entsprechende Informationen zur Verfgung zu stellen. nderungen Gegenber DIN EN 62439:2009-01 wurden f

17、olgende nderungen vorgenommen: a) berfhrung in eine 6-teilige Normenreihe mit dem Haupttitel Hochverfgbare Automatisierungsnetze“. b) Beschreibung des Rapid Spanning Tree-Protokolls (RSTP) nach IEEE 802.1d im Teil 1. Frhere Ausgaben DIN EN 62439: 2009-01 DIN EN 62439-1:2010-09 4 Leerseite EUROPEAN S

18、TANDARD EN 62439-1 NORME EUROPENNE EUROPISCHE NORM March 2010 CENELEC European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung Central Secretariat: Avenue Marnix 17, B 1000 Brussels 2010 CENELEC All right

19、s of exploitation in any form and by any means reserved worldwide for CENELEC members. Ref. No. EN 62439-1:2010 E ICS 25.040; 35.040 Supersedes EN 62439:2008 (partially)English version Industrial communication networks High availability automation networks Part 1: General concepts and calculation me

20、thods (IEC 62439-1:2010) Rseaux de communication industrielle Rseaux dautomatisme haute disponibilit Partie 1: Concepts gnraux et mthodes de calcul (CEI 62439-1:2010) Industrielle Kommunikationsnetze Hochverfgbare Automatisierungsnetze Teil 1: Grundlagen und Berechnungsmethoden (IEC 62439-1:2010) Th

21、is European Standard was approved by CENELEC on 2010-03-01. CENELEC members are bound to comply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for giving this European Standard the status of a national standard without any alteration. Up-to-date lists and bibliographical re

22、ferences concerning such national standards may be obtained on application to the Central Secretariat or to any CENELEC member. This European Standard exists in three official versions (English, French, German). A version in any other language made by translation under the responsibility of a CENELE

23、C member into its own language and notified to the Central Secretariat has the same status as the official versions. CENELEC members are the national electrotechnical committees of Austria, Belgium, Bulgaria, Croatia, Cyprus, the Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, France, Germany, Greece, Hu

24、ngary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, the Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 Foreword The text of document 65C/583/FDIS, future edition 1 of IEC

25、662439-1, prepared by SC 65C, Industrial networks, of IEC TC 65, Industrial-process measurement, control and automation, was submitted to the IEC-CENELEC parallel vote and was approved by CENELEC as EN 62439-1 on 2010-03-01. This EN 62439-1 together with EN 62439-2, EN 62439-3, EN 62439-4, EN 62439-

26、5 and EN 62439-6 supersedes EN 62439:2008. This EN 62439-1:2010 includes the following significant technical changes with respect to EN 62439:2008: adding a calculation method for RSTP (rapid spanning tree protocol, IEEE 802.1Q), adding two new redundancy protocols: HSR (High-availability Seamless R

27、edundancy) and DRP (Distributed Redundancy Protocol), moving former Clauses 1 to 4 (introduction, definitions, general aspects) and the Annexes (taxonomy, availability calculation) to EN 62439-1, which serves now as a base for the other documents, moving Clause 5 (MRP) to EN 62439-2 with minor edito

28、rial changes, moving Clause 6 (PRP) was to EN 62439-3 with minor editorial changes, moving Clause 7 (CRP) was to EN 62439-4 with minor editorial changes, and moving Clause 8 (BRP) was to EN 62439-5 with minor editorial changes, adding a method to calculate the maximum recovery time of RSTP in a rest

29、ricted configuration (ring) to EN 62439-1 as Clause 8, adding specifications of the HSR (High-availability Seamless Redundancy) protocol, which shares the principles of PRP to EN 62439-3 as Clause 5, and introducing the DRP protocol as EN 62439-6. Attention is drawn to the possibility that some of t

30、he elements of this document may be the subject of patent rights. CEN and CENELEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. The following dates were fixed: latest date by which the EN has to be implemented at national level by publication of an identical national s

31、tandard or by endorsement (dop) 2010-12-01 latest date by which the national standards conflicting with the EN have to be withdrawn (dow) 2013-03-01 Annex ZA has been added by CENELEC. _ 2 DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 Endorsement notice The text of the International Standard IEC 62439-1:20

32、10 was approved by CENELEC as a European Standard without any modification. In the official version, for Bibliography, the following notes have to be added for the standards indicated: IEC 61158 series NOTE Harmonized in EN 61158 series (not modified). IEC/TR 61158-1 NOTE Harmonized as CLC/TR 61158-

33、1. IEC/TR 61158-6 series NOTE Harmonized in EN 61158-6 series (not modified). IEC 61784-2:2007 NOTE Harmonized as EN 61784-2:2008 (not modified). IEC 62439-2 NOTE Harmonized as EN 62439-2. IEC 62439-3 NOTE Harmonized as EN 62439-3. IEC 62439-4 NOTE Harmonized as EN 62439-4. IEC 62439-5 NOTE Harmoniz

34、ed as EN 62439-5. IEC 62439-6 NOTE Harmonized as EN 62439-6. IEC 61918:2007 NOTE Harmonized as EN 61918:2008 (modified). _ 3 DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 CONTENTS INTRODUCTION.7 1 Scope.8 2 Normative references .8 3 Terms, definitions, abbreviations, acronyms, and conventions9 3.1 Terms an

35、d definitions 9 3.2 Abbreviations and acronyms16 3.3 Conventions 17 3.3.1 General conventions17 3.3.2 Conventions for state machine definitions17 3.3.3 Conventions for PDU specification.17 3.4 Reserved network addresses 18 4 Conformance requirements (normative)18 4.1 Conformance to redundancy protoc

36、ols.18 4.2 Conformance tests 19 4.2.1 Concept.19 4.2.2 Methodology19 4.2.3 Test conditions and test cases.20 4.2.4 Test procedure and measuring 20 4.2.5 Test report.20 5 Concepts for high availability automation networks (informative) 21 5.1 Characteristics of application of automation networks21 5.

37、1.1 Resilience in case of failure.21 5.1.2 Classes of network redundancy .22 5.1.3 Redundancy maintenance .22 5.1.4 Comparison and indicators 22 5.2 Generic network system 24 5.2.1 Network elements24 5.2.2 Topologies.26 5.2.3 Redundancy handling 31 5.2.4 Network recovery time.32 5.2.5 Diagnosis cove

38、rage .32 5.2.6 Failures .32 5.3 Safety .33 5.4 Security.33 6 Classification of networks (informative) 33 6.1 Notation 33 6.2 Classification of robustness.34 7 Availability calculations for selected networks (informative) 35 7.1 Definitions .35 7.2 Reliability models 36 7.2.1 Generic symmetrical reli

39、ability model.36 7.2.2 Simplified symmetrical reliability model37 7.2.3 Asymmetric reliability model 38 7.3 Availability of selected structures 39 4 DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 7.3.1 Single LAN without redundant leaves 39 7.3.2 Network without redundant leaves .39 7.3.3 Single LAN with re

40、dundant leaves .40 7.3.4 Network with redundant leaves 40 7.3.5 Considering second failures 41 7.4 Caveat 43 8 RSTP for High Availability Networks: configuration rules, calculation and measurement method for deterministic recovery time in a ring topology .43 8.1 General .43 8.2 Deployment and config

41、uration rules for the ring topology 43 8.3 Calculations for fault recovery time in a ring 44 8.3.1 Dependencies and failure modes.44 8.3.2 Calculations for non-considered failure modes.44 8.3.3 Calculations for the considered failure modes44 8.4 Timing measurement method 45 8.4.1 Measurement of TPA4

42、5 8.4.2 Measurement of TL46 8.4.3 Measurement of (TTC+ TF)47 8.4.4 System test example .49 Bibliography51 Annex ZA (normative) Normative references to international publications with their corresponding European publications 53 Figure 1 Conformance test overview 19 Figure 2 General network elements

43、(tree topology) 24 Figure 3 Link Redundancy Entity in a Doubly Attached Node (DAN).25 Figure 4 Example of tree topology27 Figure 5 Example of linear topology.27 Figure 6 Example of ring topology28 Figure 7 Example of a partially meshed topology .29 Figure 8 Example of fully meshed topology 29 Figure

44、 9 Single LAN structure without redundant leaf links.30 Figure 10 Single LAN structure with redundant leaf links30 Figure 11 Redundant LAN structure without redundant leaf links31 Figure 12 Redundant LAN structure with redundant leaf links 31 Figure 13 General symmetrical fault model 36 Figure 14 Si

45、mplified fault model.37 Figure 15 Asymmetric fault model 38 Figure 16 Network with no redundancy 39 Figure 17 Network with no single point of failure 41 Figure 18 Network with resiliency to second failure42 Figure 19 Test rig for TPAmeasurement46 Figure 20 Test rig for TLmeasurement47 Figure 21 Test

46、 rig for (TTC+ TF) measurement .48 Figure 22 Test rig for system test49 5 DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 Table 1 Examples of application grace time .21 Table 2 Examples of redundancy protocols 23 Table 3 Code assignment for the field 34 Table 4 Code assignment for the field 34 Table 5 Code a

47、ssignment for the field34 Table 6 Code assignment for the field.35 6 DIN EN 62439-1:2010-09 EN 62439-1:2010 INTRODUCTION The IEC 62439 series specifies relevant principles for high availability networks that meet the requirements for industrial automation networks. In the fault-free state of the net

48、work, the protocols of the IEC 62439 series provide ISO/IEC 8802-3 (IEEE 802.3) compatible, reliable data communication, and preserve determinism of real-time data communication. In cases of fault, removal, and insertion of a component, they provide deterministic recovery times. These protocols reta

49、in fully the typical Ethernet communication capabilities as used in the office world, so that the software involved remains applicable. The market is in need of several network solutions, each with different performance characteristics and functional capabilities, matching diverse application requirements. These solutions support different redundancy topologies and mechani