schutzvermerk nach din 34 beachten ethernet und echtzeit
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Ethernet und Echtzeit
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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.
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Welche Probleme gibt es ?
Verzögerung
20 % 40 %30 %10 % 50 % 60 % 70 % 80 %Netzwerkauslastung
niedrig
hoch Hoher Durchsatz
Beginnende Probleme
Overload
• Kummulation von Kollisionen -> unkalkulierbare Verzögerungen.• Hohe Auslastung:
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Maßnahmen zur Steigerung der Echtzeitfäigkeit
• Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches
• Höhere Übertragungsrate
• Full Duplex Betrieb
• Backbone
• Nachrichtenpriorisierung
• Betriebsbedingungen für die Stationen
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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
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Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches
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Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches
• Spanning Tree Algorithmus
Brigde
Brigde
Brigde
Netzwerk 1
Netzwerk 2
Netzwerk 3
Mehrfachpfad zwischen 2 Netzen
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Kleinere Collision Domains durch Bridges & Switches
Switched LAN <-> Shared LAN
Switch Hub
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Höhere Übertragungsrate
© Prof. Dr. Ing. Jörg Wollert FH Bochum
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Full Duplex Betrieb
• FDX – Senden und empfangen gleichzeitig– Zwei Teilnehmer– Passendes Medium erforderlich
100 MBit/s
100 MBit/s
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Backbone
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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
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Nachrichtenpriorisierung
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Betriebsbedingungen für die Stationen
• Spielregeln für die Stationen
• Kollisionen vermeiden
• Dem Kollisionsbewältigungs-Algorithmus Rahmenbedingungen bieten, daß sich das System nicht aufschaukelt
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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)
Meldungszwischenraum (Intermessage Gap)
Meldungszwischenraum (Intermessage Gap)
Ethernet
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Realisierung der Lastbeschränkung
Application Layer
Presentation Layer
Transport Layer
Network Layer
Data Link Layer
Physical Layer
Session Layer
Application
TCP
IP
EthernetNetwork
(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).
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Was beeinflußt außerdem das Zeitverhalten ?
Programm...senden...
Programm...senden...
Socket-InterfaceSocket-Interface
TCP-ProtokollTCP-Protokoll
IP-ProtokollIP-Protokoll
Socket-InterfaceSocket-Interface
TCP-ProtokollTCP-Protokoll
IP-ProtokollIP-Protokoll
EthernetEthernet
Programm...einlesen...
Programm...einlesen...
Übertragungsdauer
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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.
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Aufgabe: Grundlagen Ethernet 1
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Lösung: Grundlagen Ethernet 1
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Aufgabe: Grundlagen Ethernet 2
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Lösung: Grundlagen Ethernet 2