Journal of Satellite, Information and Communications
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v.9
no.3
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pp.33-40
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2014
One of the most important requirements for the Ethernet-based automobile is the reliability. In order to achieve this goal, we propose using the High-availability Seamless Redundancy (HSR) protocol (IEC 62439-3 clause 5) in these networks. The HSR protocol provides duplicated frame copies for each sent frame, which means that the destination node will receive at least one copy in case the second copy is lost due to a failure. In other words, there will be no network stoppage even if failure occurs. Moreover, the destination node will receive at least one frame copy with zero-recovery time (seamless) and it will not need to wait to receive the other copy if the first one is lost, which occurs it in the Ethernet standard, as a result of reconfiguration of the network paths. However, the main drawback of the HSR protocol is the unnecessary redundant traffic that is caused by the duplicated frames. Several solutions, including QR, VRing, RURT, and DVP, have already been proposed to improve the traffic performance of the HSR protocol. In this paper, we propose three automobile network topologies. each of which has pros and cons depending on the automobile requirements. Then we applied the HSR protocol with and without the QR and VRing approaches to each scenario. The comparison among these topologies depend on the traffic performance result for each of them. The QR and VRing approaches give a better traffic reduction percentage, ranging from 48% to 75% compared to the standard HSR protocol. Therefore they could limit the redundant traffic in automobile networks when the HSR protocol is used instead of the Ethernet network, which does not provide any seamless recovery if a failure occurs.
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.11
no.2
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pp.29-35
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2016
High-availability seamless redundancy (HSR) is a fault-tolerant protocol for Ethernet networks that provides two frame copies for each frame sent. Each copy is forwarded on a separate physical path. HSR is a potential candidate for several fault-tolerant Ethernet applications, including smart-grid communications. However, the major drawback of the HSR protocol is that it generates and circulates unnecessary frames within connected rings regardless of the presence of a destination node in the ring. This downside degrades network performance and can deplete network resources. Two simple but efficient approaches have previously been proposed to solve the above problem: quick removing (QR) and port locking (PL). In this paper, we will present a hybrid approach, QRPL, by combining QR with PL, resulting in further traffic reductions. Our analysis showed that network traffic is significantly reduced for a large-sized HSR connected ring network compared to the standard HSR protocol, QR, and PL.
The high-availability seamless redundancy (HSR) protocol is one of the most important redundancy IEC standards that has garnered a great deal of attention because it offers a redundancy with zero recovery time, which is a feature that is required by most of the modern substation, smart grid, and industrial field applications. However, the HSR protocol consumes a lot of network bandwidth compared to the Ethernet standard. This is due to the duplication process for every sent frame in the HSR networks. In this paper, a novel algorithm known as the reducing multicast traffic (RMT) is presented to reduce the unnecessary redundant multicast traffic in HSR networks by limiting the spreading of the multicast traffic to only the rings that have members associated with that traffic instead of spreading the traffic into all the network parts, as occurs in the standard HSR protocol. The mathematical and the simulation analyses show that the RMT algorithm offers a traffic reduction percentage with a range of about 60-87% compared to the standard HSR protocol. Consequently, the RMT algorithm will increase the network performance by freeing more bandwidth so as to reduce HSR network congestion and also to minimize any intervention from the network administrator that would be required when using traditional traffic filtering techniques.
Abdulsam, Ibraheem Read;Kim, Se Mog;Choi, Young Yun;Rhee, Jong Myung
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.9
no.1
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pp.51-56
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2014
High-availability seamless redundancy (HSR) is a protocol for fault-tolerant Ethernet (FTE) networks. It provides two frame copies and each copy is forwarded on a separate physical path, which provides zero fail-over time. Therefore, the HSR is becoming a potential candidate for various real-time FTE applications. However, the generation and circulation of unnecessary frames due to the duplication of every sending frame is inherent drawback of HSR. Such drawback degrades the performance of the network and may deplete its resources. In this paper, we present a new algorithm called port locking (PL) based on the media access control (MAC) address to solve the abovementioned problem in popular connected-rings network. Our approach makes the network gradually learn the locations of the source and the destination nodes without relying on network control frames. It then prunes all the rings that do not contain the destination node by locking corresponding rings' entrance ports. With the PL algorithm, the traffic can be significantly reduced and therefore the network performance will be greatly enhanced specially in a large scale connected-rings network. Analytical results are provided to validate the PL algorithm.
Altaha, Ibraheem Raed;Kim, Sung Chul;Rhee, Jong Myung
Journal of the Optical Society of Korea
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v.20
no.6
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pp.678-685
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2016
The standard high-availability seamless redundancy (HSR) protocol utilizes duplicated frame copies of each sent frame for zero fail over time. This means that even in cases of a node or link failure, the destination node will receive at least one copy of the sent frame, resulting in no network downtime. However, the standard HSR is mostly based on the electrical signal connection inside the node, which leads to the production of considerable latency at each node due to frame processing. Therefore, in a large scale HSR ring network, the accumulated latencies become significant and can often restrict the mission-critical real-time application of HSR. In this paper, we present a novel design for optical HSR (OHSR) that uses beam splitting/combining techniques. The proposed OHSR passes the frames directly to adjacent nodes without frame processing at each node, thereby theoretically generating no latency in any node. Various simulations for network samples, made to validate the OHSR design and its performance, show that the OHSR outperforms the standard HSR.
High-availability seamless redundancy (HSR) is a redundancy protocol for Ethernet networks that provides two frame copies for each frame sent. Each copy will pass through separate physical paths, pursuing zero fault recovery time. This means that even in the case of a node or a link failure, there is no stoppage of network operations whatsoever. HSR is a potential candidate for the communications of a smart grid, but its main drawback is the unnecessary traffic created due to the duplicated copies of each sent frame, which are generated and circulated inside the network. This downside will degrade network performance and might cause network congestion or even stoppage. In this paper, we present two approaches to solve the above-mentioned problem. The first approach is called quick removing (QR), and is suited to ring or connected ring topologies. The idea is to remove the duplicated frame copies from the network when all the nodes have received one copy of the sent frame and begin to receive the second copy. Therefore, the forwarding of those frame copies until they reach the source node, as occurs in standard HSR, is not needed in QR. Our example shows a traffic reduction of 37.5%compared to the standard HSR protocol. The second approach is called the virtual ring (VRing), which divides any closed-loop HSR network into several VRings. Each VRing will circulate the traffic of a corresponding group of nodes within it. Therefore, the traffic in that group will not affect any of the other network links or nodes, which results in an enhancement of traffic performance. For our sample network, the VRing approach shows a network traffic reduction in the range of 67.7 to 48.4%in a healthy network case and 89.7 to 44.8%in a faulty network case, compared to standard HSR.
This paper investigates several existing techniques to reduce high-availability seamless redundancy (HSR) traffic. HSR is a redundancy protocol for Ethernet networks that provides duplicated frames for separate physical paths with zero recovery time. This feature makes it very useful for real-time and mission-critical applications, such as military applications and substation automation systems. However, the major drawback of HSR is that it generates too much unnecessary redundant traffic in HSR networks. This drawback degrades network performance and may cause congestion and delay. Several HSR traffic reduction techniques have been proposed to reduce the redundant traffic in HSR networks, resulting in the improvement of network performance. In this paper, we provide an overview of these HSR traffic reduction techniques in the literature. The operational principles, advantages, and disadvantages of these techniques are investigated and summarized. We also provide a traffic performance comparison of these HSR traffic reduction techniques.
변전소의 디지털화를 통한 변전소 자동화 시스템(SAS) 구축이 전 세계적 이슈이다. 변전소 디지털화는 기존의 변전소 기능에 정보 통신 기술을 적용시켜 변전소 운영을 효과적으로 수행할 수 있게 돕기 위해서이다. 디지털 변전소가 정상적으로 운영되기 위해 요구하는 높은 수준의 가용성과 전송능력 만족하기 위해 IEC TC 57 WG10은 IEC SC65 WG15의 IEC 62439 고 가용성 자동화 네트워크(Highly Available Automation Networks)를 디지털 변전소 네트워크로 차용하기로 결정했다. 그중 가용성과 신뢰성, 전송능력, 경제성을 이유로 IEC 62439의 중복 네트워크 프로토콜 중 HSR(High-availability Seamless Redundancy)을 디지털 변전소를 위한 네트워크 프로토콜로 이용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 디지털 변전소 내부에서도 가장 높은 수준의 가용성과 네트워크 성능을 요구하는 프로세스 버스용 네트워크 구성 프로토콜로 적합하다. 본 논문은 실제 154Kv급 변전소 프로세스 버스에 HSR을 적용하였을 때 성능을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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