Katalog Ethernet Network Lösungen Automation IT

Ha-VIS FTS – Einführung und Merkmale
Einführung
­Fast Track Switching
FTS 3000
Automation IT ist die Kommunikationsplattform für alle Applikationen eines produzierenden Industrieunternehmens,
verbindet alle Applikationen durch ein einheitliches Netzwerk und schafft effiziente Unternehmensprozesse.
Automation IT steht für Standard Ethernet in allen Ebenen, vom Büro über die Leit- und Steuerungsebene
bis in die Feldebene.
Switching Technologie für IEEE 802.3 Ethernet, so wie sie heute verfügbar ist, bietet jedoch keinen Determinismus,
wie er in der Automatisierung gefordert und notwendig ist. Automatisierungslösungen, die „standard unchanged“
Ethernet einsetzen, müssen deshalb die Anforderungen an das Netzwerkdesign so restriktiv vorgeben, dass
die Automatisierungsperformance stimmt. Das führt zu einer eingeschränkten Freiheit in der Topologie der
Netzwerke oder zur Segmentierung in der Form, dass Kommunikation im Automatisierungsumfeld IT gänzlich
verboten wird.
Anforderungen der Automatisierung für Industrial Ethernet:
• Performance
• Sicherheit
• Topolgiefreiheit
• und vor allem Determinismus
Standard Ethernet Switching basiert auf Store And Forward Switching, das große Latenzzeiten für die Frames
bedeutet. Gravierender ist aber die große Abhängigkeit von der Höhe des Netzwerkverkehrs:
Befinden sich ausschließlich Automatisierungsframes in einem Netzwerk, können diese ungehindert
transportiert werden. Weiterer Datenverkehr kann diesen Transport aber stören, denn nun konkurrieren die
Automatisierungsframes mit anderen Daten darum, weitergeleitet zu werden.
Im Standard Switching gibt es eine Möglichkeit, dies zu beeinflussen:
QoS (Quality of Service): Befinden sich mehrere Frames im Switchspeicher, so werden die mit höchster Priorität
zuerst weitergeleitet. Allerdings gibt es keine Garantie dafür, dass nicht auch andere Datenframes denselben
oder eventuell sogar einen höheren Prioritätslevel haben wie die Automatisierungsframes. Und selbst wenn
das sichergestellt wäre: Befindet sich ein Datenframe gerade im Sendevorgang, muss ein nachfolgendes
Automatisierungsframe warten, bis die bis zu 1522 Byte vollständig gesendet wurden, bevor der Weg wieder
frei ist. Und im nächsten Switch im Netzwerk passiert womöglich dasselbe. So addieren sich diese Wartezeiten
schnell auf Werte, die vielleicht schon kritisch für die Automatisierungsanwendung sind. Dieses Verhalten kann
als stochastisch angesehen werden. Oft mag die Übertragungszeit noch ausreichen, jedoch bereits bei lediglich
einer Verspätung kann es zu Problemen kommen.
A·3
2
Ha-VIS FTS – Einführung und Merkmale
Einführung
Einige auf Ethernet basierende Verfahren haben das erkannt und systematisch dafür gesorgt, dass dieses
Problem nicht auftreten kann – allerdings benötigt dafür jeder Teilnehmer im Netzwerk eine spezielle Hardware,
um an diesem System teilhaben zu können.
Mit Fast Track Switching hat HARTING einen anderen Weg gefunden: Die FTS-Switches lösen die Performanceund Deteminismusfrage. Alle anderen Teilnehmer kommen mit Standard Ethernet Schnittstellen aus.
Fast Track Switching besitzt 3 wesentliche Merkmale, um das zu erreichen:
1. Automatisierungsframes oder auch andere, die besonders bevorzugt transportiert werden sollen,
werden erkannt. Dazu kann der Switch an jedem beliebigen Punkt im Ethernet-Header auf besondere
Merkmale achten. PROFINET-Frames beispielsweise besitzen den Ethertype 8892. Sollen diese
Frames beschleunigt werden, so wird diese Kennung ausgewertet.
2. Diese erkannten und wichtigen Frames werden beschleunigt weitergeleitet, nicht mehr Store And
Forward, sondern im Cut Through-Verfahren, um die Latenzzeit in jedem Switch zu minimieren.
3. Ist der zur Weiterleitung benötigte Port eines Switches gerade durch ein anderes Datenframe belegt,
welches sich im Sendevorgang befindet, so wird dieses zwischengespeichert, das Senden unterbrochen
und das Automatisierungsframe sofort durchgeleitet. Erst dann wird das Datenframe erneut gesendet.
Die überragende Performance von Fast Track Switching lässt sich an einem einfachen Beispiel eindrucksvoll
darstellen:
FTS 3000
Verzögerung (µs)
Ein Automatisierungsframe durchläuft eine Strecke von 16 Switches. Die Laufzeiten der Ethernetframes
sind beim Standard Switching stark abhängig von der Höhe der Netzwerklast. Somit ergibt sich eine breit
gefächerte Verteilung dieser Laufzeiten, je nach Situation manchmal recht kurz, meistens im mittleren Bereich,
und manchmal schon recht lang.
Als Anhaltspunkt ist schwarz ein vergleichbarer Zyklus eines in der Automatisierung weit verbreiteten Feldbusses
eingezeichnet, der im Bezug auf Determinismus und Übertragungsgeschwindigkeit heute Stand der Technik ist.
Manchmal sind die Daten auch mit Standard Switching ähnlich schnell am Ziel – aber eben nur manchmal.
Fast Track Switching hingegegen zeigt ein deterministisches und sehr performantes Ergebnis.
A·3
3
Ha-VIS FTS – Einführung und Merkmale
Einführung
Endlich ist es möglich, eine universelle Automation IT Kommunikationsplattform bis in die Feldebene
aufzubauen, und endlich erhalten die Automatisierungsprofile wie z.B. PROFINET RT oder EtherNet/IP , die
auf „standard unchanged“ Ethernet setzen, die notwendige Automatisierungsperformance.
Diese wegweisende Technologie hat HARTING auch in Seriengeräten für den Anwender verfügbar gemacht:
Mit dem konfigurierbaren Ha-VIS FTS 3100s erhält der Nutzer ein einfach zu handhabendes Gerät mit FTS
Technologie, für das man keine umfangreichen Kenntnisse im Netzwerkmanagement haben muss und trotzdem
viele Möglichkeiten zum individuellen Anpassen an die jeweilige Applikation hat.
FTS 3000
Und mit den full managed Switchen der Ha-VIS FTS 3000-Familie kombiniert HARTING die FTS-Technologie
mit den umfangreichen und bekannten Funktionen moderner managed Industrial Ethernet Switches.
A·3
4