Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und Echtzeit.

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1 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und Echtzeit

2 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Definitionen Was bedeutet Echtzeit ? –Unter dem Begriff Echtzeit versteht man, daß unter allen Umständen auf eintretende Ereignisse rechtzeitig reagiert wird. Was bedeutet deterministisch ? –Deterministisch bedeutet, daß eintretende Verzögerungen vorausberechenbar sind.

3 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Welche Probleme gibt es ? Verzögerung 20 %40 %30 %10 %50 %60 %70 %80 % Netzwerkauslastung niedrig hochHoher Durchsatz Beginnende Probleme Overload Kummulation von Kollisionen -> unkalkulierbare Verzögerungen. Hohe Auslastung:

4 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Maßnahmen zur Steigerung der Echtzeitfäigkeit Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches Höhere Übertragungsrate Full Duplex Betrieb Backbone Nachrichtenpriorisierung Betriebsbedingungen für die Stationen

5 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches Innerhalb einer Collision Domain beeinflussen 4 Faktoren das Zeitverhalten: –Anzahl der Netzwerkstationen Viele Stationen erhöhen die Kollisionswahrscheinlichkeit –Ausdehnung des Netzwerks Die Signallaufzeit vergrößer sich, Kollisionen werden später erkannt –Länge der Datenrahmen Übertragungsdauer verlängert sich, möglicher Stau sendewilliger Stationen –Menge des Datenverkehrs Die Verzögerungen steigen mit der Auslastung an

6 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches 1 2 3 4 5 6 7 8

7 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches Spanning Tree Algorithmus Brigde Netzwerk 1 Netzwerk 2 Netzwerk 3 Mehrfachpfad zwischen 2 Netzen

8 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches Switched LAN Shared LAN SwitchHub

9 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Höhere Übertragungsrate © Prof. Dr. Ing. Jörg Wollert FH Bochum

10 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Full Duplex Betrieb FDX –Senden und empfangen gleichzeitig –Zwei Teilnehmer –Passendes Medium erforderlich 100 MBit/s

11 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Backbone

12 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Nachrichtenpriorisierung 802-1 p/Q –Standard des IEEE (Insitute for Electrical and Electronic Engineers) –Beschleunigte Behandlung von zeitkritischen Nachrichten in Bridges & Switches –Dynamische Registrierung der zeitkritischen Nachrichten –Beschränkung von Multicast Paketen –Ethernet Header wird um 4 Bytes vergrößert –Kompatibilitätsprobleme ? –Behandlung der Zusatzinformationen obliegt den Switches & Bridges

13 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Nachrichtenpriorisierung

14 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Betriebsbedingungen für die Stationen Spielregeln für die Stationen Kollisionen vermeiden Dem Kollisionsbewältigungs-Algorithmus Rahmenbedingungen bieten, daß sich das System nicht aufschaukelt

15 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Lastbeschränkungsfaktoren Meldungsrate –Max. Anzahl von Meldungen pro Station im Mittel Meldungslänge –Max. Länge der Nachrichten einer Station im Mittel Intermessage Gap –Min. Zeitabstand zwischen zwei Meldungen einer Station Meldungszwischenraum (Intermessage Gap) Ethernet

16 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Realisierung der Lastbeschränkung Application Layer Presentation Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer Session Layer Application TCP IP Ethernet Network (1) (2) Die geschilderten Lastbeschränkungsfaktoren lassen sich entweder direkt im Programm der einzelnen Steuerung realisieren oder in einem zusätzlichen Layer zwischen Anwendungssoftware und dem TCP-Layer (1) oder zwischen IP-Layer und Ethernet (2).

17 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Was beeinflußt außerdem das Zeitverhalten ? Programm... senden... Programm... senden... Socket-Interface TCP-Protokoll IP-Protokoll Socket-Interface TCP-Protokoll IP-Protokoll Ethernet Programm... einlesen... Programm... einlesen... Übertragungsdauer

18 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Fazit Das Ethernet ist aufgrund des Zugriffsverfahrens CSMA/CD und des Back-Off-Algorithmus nicht deterministisch, da es zu einer Kumulierung von Kollisionen kommen kann. Dennoch eignet es sich für viele Anwendungsbereiche der Automation, da durch die gezeigten Maßnahmen (z.B. Switching, geringe Auslastung) ein ausreichendes Zeitverhalten erreicht werden kann.

19 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Aufgabe: Grundlagen Ethernet 1

20 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Lösung: Grundlagen Ethernet 1

21 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Aufgabe: Grundlagen Ethernet 2

22 Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Lösung: Grundlagen Ethernet 2