PRP y HSR son los protocolos de redundancia de IEC 62439-3: cada trama se envía por dos caminos y el receptor se queda con la primera copia y descarta la otra, de modo que la falla de un enlace o un switch no hace perder ninguna trama. PRP usa dos redes independientes y HSR un anillo; por eso se prefieren a RSTP para GOOSE de disparo y valores muestreados.
Qué es PRP y HSR y qué norma los define
PRP (Parallel Redundancy Protocol) y HSR (High-availability Seamless Redundancy) son los dos protocolos de IEC 62439-3, la parte de la serie IEC 62439 dedicada a la redundancia sin interrupción. La edición vigente es la 4.0, de 2021, con un corrigendo de 2023. Su promesa es una conmutación «con tiempo de recuperación cero»: ante la falla de un solo elemento de la red no se pierde ninguna trama.
Los dos parten de la misma idea: el nodo emisor envía cada trama dos veces, por caminos distintos, y el receptor acepta la primera copia y descarta la segunda.
Dónde se usan y por qué
En una subestación digital IEC 61850, la red del bus de estación y del bus de proceso (vea la arquitectura de comunicaciones de subestación) lleva disparos por GOOSE y corrientes por valores muestreados. Si la red tarda en reconfigurarse tras una falla, se pierden tramas, y una trama perdida puede ser un disparo que no llega o una protección que se bloquea por falta de muestras.
Su elección es de diseño, no de norma; en la práctica:
- PRP es común en el bus de estación de alta y extra alta tensión: dos redes en doble estrella, físicamente separadas.
- HSR se usa en anillos con pocos switches, en el bus de proceso y en celdas de media tensión.
- Las combinaciones son frecuentes: PRP en el bus de estación y HSR en el de proceso, unidos por RedBox.
Cómo funcionan
PRP. Cada nodo doblemente conectado (DANP) tiene dos puertos, uno a la LAN A y otro a la LAN B, dos redes que no se tocan y pueden tener topologías distintas. Al final de cada trama, antes de la verificación de errores, el nodo agrega un trailer de control de redundancia (RCT) de 6 bytes:
- número de secuencia, de 16 bits;
- identificador de LAN, de 4 bits (un valor para A y otro para B);
- tamaño de la carga útil, de 12 bits;
- un sufijo PRP fijo, 0x88FB.
El receptor usa el número de secuencia y la dirección de origen para descartar la copia duplicada. Un equipo común conectado a una sola LAN (SAN) lee el RCT como relleno y funciona sin redundancia.
HSR. Los nodos (DANH) forman un anillo y cada trama sale por ambos puertos, en los dos sentidos. Lleva una etiqueta HSR de 6 bytes después de la dirección de origen (y después de la etiqueta VLAN, si la hay), con su propio tipo Ethernet, 0x892F, un identificador de camino, el tamaño de la carga y el número de secuencia. Cada nodo reenvía las tramas que no son para él; el destino toma la primera copia. Las tramas multicast, como GOOSE y SV, recorren todo el anillo y las retira el nodo que las emitió. Por eso en HSR el tráfico del anillo se duplica, y el ancho de banda debe calcularse con eso en mente.
| Aspecto | PRP | HSR |
|---|---|---|
| Topología | Dos LAN independientes, A y B, que pueden tener topologías distintas | Anillo: cada trama sale por ambos puertos |
| Nodo | DANP, con un puerto a cada LAN | DANH, que reenvía las tramas que no son para él |
| Marca en la trama | Trailer RCT de 6 bytes al final, con sufijo 0x88FB | Etiqueta HSR de 6 bytes después de la dirección de origen, tipo 0x892F |
| Equipos de un solo puerto | SAN en una sola LAN, sin redundancia, o RedBox | RedBox |
| Costo en red | El doble de red | El tráfico del anillo se duplica |
Tramas de supervisión. Cada nodo envía periódicamente tramas de supervisión (cada 2 s es el valor habitual), con las que los demás construyen su tabla de nodos y detectan equipos que dejaron de anunciarse.
Equipos de enlace. La RedBox conecta a PRP o HSR los equipos de un solo puerto. La QuadBox une dos anillos HSR. Una RedBox HSR-PRP une un anillo con las dos LAN de PRP.
Tiempo. El anexo A de la norma trata la sincronización de relojes por caminos redundantes: relojes doblemente conectados y RedBox que actúan como relojes transparentes. Ver PTP y el perfil de potencia.
Configuración
- Separación física real de LAN A y LAN B: switches, fuentes y rutas de fibra distintos.
- Modo del puerto del IED (PRP, HSR o un solo puerto), igual al de la red.
- Parámetros de supervisión y dirección multicast de supervisión iguales en todos los nodos.
- Ancho de banda del anillo HSR contando el tráfico duplicado y los flujos SV.
- No mezclar sin criterio PRP o HSR con RSTP o MRP en la misma interfaz, y desactivar en esos puertos las funciones de protección de bucle pensadas para STP.
Seguridad
PRP y HSR no autentican ni cifran: solo duplican tramas. Como el descarte se decide por dirección de origen y número de secuencia, una trama falsa con esos mismos datos podría hacer que el receptor descarte la legítima. La protección viene de controlar el acceso a los puertos, de la segmentación y de la autenticación de GOOSE y SV de IEC 62351.
Problemas típicos en campo y diagnóstico
- LAN A y LAN B cruzadas. El contador de tramas recibidas por la LAN equivocada crece. La red parece funcionar, pero sin redundancia real.
- Contador de tramas únicas creciendo. Una de las dos redes está perdiendo tramas o tiene un enlace caído.
- Equipo de un solo puerto conectado a las dos LAN con un switch intermedio, uniendo redes que deben estar separadas.
- Switch sin HSR dentro del anillo, que no reconoce la etiqueta ni retira las tramas.
- Trama demasiado larga: el RCT y la etiqueta HSR agregan 6 bytes; algunos equipos antiguos descartan tramas al máximo de tamaño.
El diagnóstico empieza en los contadores del IED y de la RedBox (duplicados, únicos, LAN equivocada) y sigue con capturas en cada LAN. En Wireshark se ven el RCT y la etiqueta HSR decodificados.
Convivencia con otros protocolos
PRP y HSR son transparentes para GOOSE, SV, MMS y PTP: no cambian el contenido, solo duplican la trama. Las VLAN y prioridades IEEE 802.1Q se configuran igual en cada LAN. Frente a RSTP y MRP, que reconfiguran la red y pierden tramas durante ese tiempo, PRP y HSR no tienen tiempo de recuperación; a cambio exigen el doble de red o un anillo con el tráfico duplicado. Dentro de cada LAN de PRP puede haber un anillo con su propio protocolo, siempre que las dos LAN sigan independientes.
Pruebas
- Desconexión de cada LAN o apertura del anillo con GOOSE y SV en circulación, verificando con el equipo de prueba suscrito que no se pierde ninguna trama.
- Contadores en cero de LAN equivocada antes de entregar.
- Tabla de nodos completa en cada equipo.
- Fuentes: apagar una fuente de cada LAN y verificar que la otra sigue.
- PTP en los IED más alejados al abrir cada camino.
- Esquema completo con pruebas extremo a extremo de las funciones que dependen de la red.
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Referencias
- IEC 62439-3:2021: redes de automatización industrial de alta disponibilidad, PRP y HSR.
- IEC 62439-2: protocolo de redundancia de medios (MRP).
- IEC TR 61850-90-4: guía de ingeniería de redes para la automatización de sistemas de potencia.
- IEC 61850-8-1 e IEC 61850-9-2: GOOSE, MMS y valores muestreados.
- IEC/IEEE 61850-9-3: perfil PTP para la automatización de sistemas de potencia.
Preguntas frecuentes
¿Cómo sé si tengo la LAN A y la LAN B cruzadas en PRP?
Cada nodo PRP marca sus tramas con el identificador de la LAN por la que salen y lleva contadores de tramas recibidas por la LAN equivocada. Si ese contador crece, hay un cable de la red A conectado a la B o un switch mal asignado; las tramas se siguen aceptando, pero la redundancia ya no es real.
¿Puedo conectar un equipo sin PRP a una red PRP?
Sí. Un equipo de un solo puerto puede ir a una sola LAN, sin redundancia, porque interpreta el trailer PRP como relleno. Si necesita redundancia, se conecta a ambas LAN a través de una RedBox.
¿Es normal que el contador de duplicados suba sin parar?
Sí. En PRP y HSR cada trama llega dos veces y el receptor descarta una, así que el contador de duplicados crece en operación normal. Lo que indica un problema es que crezcan las tramas únicas, que llegan por un solo camino, o los contadores de errores.