Dopatka, Frank: Ein Framework für echtzeitfähige Ethernet-Netzwerke in der Automatisierungstechnik mit variabler Kompatibilität zu Standard-Ethernet. 2008
Inhalt
- Kurzfassung
- Abstract
- Danksagung
- Einleitung und Motivation
- Grundlagen
- Systeme der Automatisierungstechnik
- Automatisierte Produktionsanlagen
- Die Antriebsregelung: Motion Control
- Netzwerke in der Automatisierungstechnik
- Der Ethernet-Standard
- Ethernet-Frames
- Geräte
- Adressierung im Ethernet
- Ethernet-II Frame und Frame nach IEEE 802.3 (Raw)
- Ethernet-Frame mit VLAN-Tagging nach IEEE 802.1p/q
- Algorithmen und Protokolle im Ethernet
- CSMA/CD und Exponential Backoff
- Das Spanning Tree Protocol (STP)
- Das Lernen von Weiterleitungstabellen
- Das Simple Network Management Protokoll (SNMP)
- Ethernet-Verteiler
- Kenngrößen der Übertragungsstandards
- Synchronisierung im Ethernet
- Zusammenfassung
- Scheduling und Graphenfärbung
- Deterministischer Medienzugang, Graphen und Scheduling
- Definitionen aus der Graphentheorie
- Färbung von Graphen
- Abschätzungen zur Graphenfärbung
- Algorithmen zur Knotenfärbung
- Heuristiken zur Knotenanordnung
- Algorithmen zur Kantenfärbung und -anordnung
- Generierung von Schedules aus Konfliktgraphen
- Zusammenfassung
- Ansätze für echtzeitfähiges Ethernet
- Vorstellung existierender Ansätze
- Echtzeitfähigkeit über der Transportschicht
- Echtzeitfähigkeit oberhalb der Ethernet-Schicht
- Ethernet PowerLink (EPL)
- Time-critical Control Network (TCnet)
- Ethernet for Plant Automation (EPA)
- RTnet
- ProfiNet Soft Realtime (SRT)
- Echtzeitfähigkeit durch Modifizierung der Ethernet-Schicht
- Vergleich und Bewertung der bestehenden Ansätze
- Einführung der Echtzeit und Übertragungszeiten
- Strategie und Synchronisation
- Topologie und Nähe zu Standards
- Begründung für ein neues Framework
- Vorgehensweise bei der Erstellung des Frameworks
- Netzwerke und Schedulingprobleme
- Modellierung des Frameworks
- Idealisierte Halbduplexübertragung
- Modellierung des Netzwerkes
- Modellierung der Übertragungen
- Definition eines Konfliktes und dessen Eigenschaften
- Erstellung von Konfliktgraphen
- Färbung der Konfliktgraphen
- Erstellung der lokalen Schedules
- Synchronisation der Schedules
- Zusammenfassung
- Idealisierte Vollduplexübertragung
- Definition eines Konfliktes
- Konfliktgraphen und deren Färbung
- Lokale Schedules und Synchronisierung
- Zusammenfassung
- Multicast- und Broadcastübertragungen
- Modellierung von Kommunikationsbäumen
- Definition eines Konfliktes und dessen Eigenschaften
- Konfliktgraphen, Färbung und Schedules
- Zusammenfassung
- Integration von Hubs
- Definition eines Konfliktes und dessen Eigenschaften
- Konfliktgraphen, Färbung und Schedules
- Zusammenfassung
- Integration von asynchronen Übertragungen
- Zulassen variabler Framegrößen
- Sendungen in Vielfachen von Produktionszyklen
- Ersetzung mit asynchronen Übertragungen
- Alternative Ausführung innerhalb eines Zyklus
- Multiplexing in geswitchten Netzwerken
- Berücksichtigung von Verzögerungszeiten
- Zusammenfassung
- Technische Realisierbarkeit
- Simulation des Frameworks
- NetSim und der Graphical Schedule Manager (GSM)
- Einbindung der Algorithmen in OMNeT++
- Zusammenfassung
- Szenarien zur Umsetzung der Schedules
- Zentrales Polling
- Polling für jeden Switch
- Integriertes Polling
- Synchronisierte Geräte
- Gegenüberstellung der Ansätze
- Einbindung von asynchronen Daten
- Skizzierung eines echtzeitfähigen Switches
- Das Media-Independent-Interface (MII)
- Das Reduced Media-Independent-Interface (RMII)
- Die Erstellung einer Real-Time Crossbar (RTC)
- Technische Schwierigkeiten
- Lösungsansätze
- Zusammenfassung
- Zusammenfassung und Ausblick
- Abbildungsverzeichnis
- Literaturverzeichnis