Allgemein lässt sich ein System dann als echtzeitfähig bezeichnen, wenn die durch die Anwendung bestimmten Werte für die Rechtzeitigkeit und Gleichzeitigkeit erfüllt sind. Die höchsten Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit werden bei synchronisierten Bewegungsabläufen oder anspruchsvollen messtechnischen Anwendungen gestellt. Hier sind Latenzzeiten im Sub-Millisekundenbereich sowie ein Jitter IEEE802.1Q Gebrauch gemacht. Zusätzlich werden die signifikanten Laufzeitanteile der Endgeräte an der gesamten Ende-zu-Ende-Laufzeit durch Umgehung des TCP/IP-Stacks für die Echtzeitdaten um bis zu einer Größenordnung optimiert. In diese Klasse gehören Profinet RT und Ethernet/IP. Die Klasse 3 greift direkt in das Scheduling von Switched Ethernet ein und stellt damit die größte Veränderung des Standard-Ethernet dar. Hierbei werden Zeitschlitzverfahren (TDMA) benutzt, die wie bei dem hub-basierten Ethernet Powerlink zentral durch ein Master/Slave-Verfahren oder wie bei Profinet IRT verteilt durch die Verwendung spezieller Switches realisiert werden. Beim Ethercat-System, das ebenfalls dieser Klasse zuzuordnen ist, wird das u.a. von Interbus bekannte Summenrahmenverfahren auf Basis eines Master-Slave-Prinzips sowie spezieller Slave-Protokollchips genutzt. Mit den Ansätzen dieser Klasse wird das Problem gelöst, dass ein wichtiges Echtzeittelegramm auf seiner Reise durch das Netzwerk durch niederpriore Telegramme verzögert werden kann. Daher sind nur hier Latenzzeiten im Sub-Millisekundenbereich sowie ein Jitter im Sub-Mikrosekundenbereich erreichbar.
Wie steht es um die Vergleichbarkeit?
Vergleichbarkeit setzt gleiche Bedingungen voraus. Im Falle der Echtzeit-Ethernetsysteme bedeutet das relevante und vor allen Dingen allgemein akzeptierte Anwendungsszenarien, aus denen sich die Anzahl der Teilnehmer, die Topologie und die Kommunikationsflüsse eindeutig ergeben. Die Systeme der Klasse 3 haben ein deterministisches Verhalten und lassen daher auf Basis dieser Vorgaben eine genaue rechnerische Bestimmung des Zeitverhaltens in einer idealen Umgebung zu. Bei Systemen der Klassen 1 und 2 ist das nicht so einfach, da keine Vorkehrungen für die Isolation zwischen den echtzeitkritischen Daten und den sonstigen Daten vorhanden sind. Ein Ausweg stellt die Anwendung von Simulationen im Sinne eines Network-Calculator dar (vgl. Divan-Projekt – AiF-Forschungs-Vorhaben Nr. 15842 BG: www.hs-owl.de. Eine weitere Möglichkeit ist der messtechnische Nachweis. Aufgrund fehlender standardisierter Messpunkte ist hier die \’Klemme-Klemme-Reaktionszeit\‘ eine mögliche Messgröße. Hierunter wird die Zeitspanne für den Durchlauf durch durch das komplette System verstanden, gemessen und stimuliert an digitalen Ein- und Ausgängen. Nachteilig ist, dass in diese Meßgröße neben der Reaktionszeit des Echtzeit-Ethernetsystems auch die Verarbeitungszeiten in den IO-Komponenten und der Steuerung eingehen.
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