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POWERLINK - Die Technologie

Ethernet per se kann keine Übertragungszeiten, und damit kein Echtzeitverhalten garantieren. Selbst zusätzliche Mittel, wie Switches und Priorisierung von Nachrichten sind nicht zielführend. Erstens wird die Forderung der Industrie nach flexiblen Netzwerktopologien nicht befriedigt, zweitens ist das Zeitverhalten noch immer von der Gesamtauslastung des Netzwerks abhängig, und drittens erfordert dieses Verfahren einen erheblichen Aufwand bei der Konfiguration und Parametrierung der Netzwerke.

Einige Industriegruppen haben deshalb neue Verfahren eingeführt um Echtzeitfähigkeit mit Ethernet zu erreichen. Diese reichen von nicht normkonformen Zugriffsmechanismen auf das physikalische Medium, über Ethernet Frames, die mittels speziellen Bausteinen im Durchlauf dekodiert werden müssen, bis zur ebenso nicht standardgemäßen Verkürzung der Ethernet Frames um auch noch die letzte Mikrosekunde aus dem System zu pressen.

POWERLINK wurde von Anfang an mit Bedacht auf Standard Konformität entwickelt. Ethernet als offener Industriestandard verlangt auch im Echtzeitbereich offene, nichtproprietäre Erweiterungen. POWERLINK erweitert Ethernet nach IEEE 802.3 durch einen gemischten Polling- und Zeitscheibenmechanismus. Damit erreicht man:

  • Die garantierte Übertragung von zeitkritischen Daten in sehr kurzen isochronen Zyklen mit konfigurierbarem Zeitverhalten.
  • Die zeitliche Synchronisation aller Netzwerkknoten mit sehr hoher Präzision im Sub-Mikrosekundenbereich.
  • Die Übertragung des weniger zeitkritischen Datenaufkommens im reservierten asynchronen Kanal.

Aktuelle Implementierungen von POWERLINK erreichen Zykluszeiten von unter 200 μs und eine zeitliche Präzision (Jitter) von besser als 1 μs.

Auf Grund der Standard Konformität von POWERLINK ist es möglich, Standard Ethernet Chips, Infrastrukturkomponenten oder Test- und Messsysteme weiter zu verwenden. Alle IP-basierten Protokolle auf höheren Schichten, wie TCP, UDP und darüber, können ohne Änderung eingesetzt werden. Im Einzelnen erfüllt POWERLINK folgende Standards:

  • IEEE 802.3 Fast Ethernet
  • IEC 61748-2
  • IEC 61158
  • IP-basierende Protokolle (UDP, TCP, etc.)
  • Standard Geräteprofile: CANopen EN 50325-4 für die Automatisierung
  • Standard Ethernet Chips, keine ASICs notwendig
  • IEEE 1588 Echtzeit Domänen Synchronisation (zukünftige Versionen)
POWERLINK
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