Das erste sicherheitsgerichtete Busprotokoll mit Open-Source-Lizenz

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Fehler sind nie auszuschließen

Fehler in der Datenübertragung können grundsätzlich nicht völlig ausgeschlossen werden, müssen aber bei Anwendungen, wo sie Gefahrenpotential für Mensch und Maschine bergen, in jedem Fall rechtzeitig entdeckt werden. Die Matrix in Bild 2 listet Fehler und die entsprechenden Mechanismen auf, mit denen Powerlink Safety diese Fehler erkennt oder vermeidet.

Die folgenden Fehler können bei der Übertragung auftreten:

• Wenn Netzwerke über mehrere Gateways miteinander verbunden sind, können Wiederholungen oder Verdopplungen von Datenpaketen auftreten. Im Fehlerfall übertragen zwei Gateways dieselben Daten, was zu einer Verdopplung führt.
• Datenverlust tritt ein, wenn ein Gateway Daten entweder gar nicht oder in ein falsches Netzwerk weiterleitet.

Zu Einfügungen kann es kommen, wenn Datenpakete aufgrund ihrer Länge nur in mehreren Teilpaketen versendet werden können. Wenn Netzwerke über mehrere Gateways verbunden sind, kann es durch unterschiedliche Übermittlungswege zu Vertauschungen in der Reihenfolge der einzelnen Paketsegmente und zu Einfügungen von Segmenten in andere Pakete kommen.

• Gateways können bei hohem Datenaufkommen die Weiterleitung verzögern. Führt der Übertragungsweg auch hier über zwei Gateways, kann die chronologische Reihenfolge der Datenpakete durch die unterschiedlichen Verzögerungen durcheinandergeraten.
• Verfälschungen von Daten werden meist durch elektromagnetische Störeinflüsse verursacht, die ein „Kippen“ einzelner Bits oder die Zerstörungen ganzer Abschnitte zur Folge haben.
• Bei gleichzeitiger Nutzung des Netzes für Standard- und Safety-Daten ist es möglich, dass Standarddaten als sichere Daten wahrgenommen werden. Diese Maskerade kann zu schweren Fehlfunktionen der Applikation führen.

Zeitstempel und Zeitüberwachung

Zu den wichtigsten Mechanismen von Powerlink Safety zählt der Zeitstempel. Der Sender prägt jedem Datenpaket die Zeit seiner Absendung und somit ein einzigartiges Merkmal auf. Dadurch werden Wiederholungen, vertauschte Reihenfolgen und Verzögerungen erkannt.

Um Verzögerungen festzustellen, muss der Empfänger natürlich auch die zeitliche Abweichung zwischen der Uhr des Senders und der eigenen kennen. Das erfordert eine verlässliche Synchronisierung der Zeitgeber in den Microcontrollern von Sendern und Empfängern. Die Empfänger (Consumer) senden dafür in zyklischen Abständen eine Zeitanfrage TReq (Time Request) an die Producer, die darauf mit einer Zeitantwort TRes (Time Response) reagieren. Der Consumer verwertet nur Zeitantworten, die innerhalb eines realistisch definierten Antwort-Zeitraumes eintreffen. Mit der Zeitüberwachung wird auch dann, wenn der Producer gerade keine Prozessdaten zu senden hat, sichergestellt, dass die Datenverbindung nicht unterbrochen ist und der Producer ordnungsgemäß funktioniert. Dazu werden die Knoten ständig auf Lebensfunktion und ordnungsgemäßes Funktionieren überwacht. Sind Netzwerke unzureichend voneinander getrennt sind oder Frames nicht eindeutig gekennzeichnet, kann es dazu kommen, dass Consumer die falschen Frames auslesen. Deshalb besitzen Powerlink-Safety-Frames mit dem Identifier eine eindeutige Kennung des Frames, der Verwechslungen durch den des Empfänger ausschließt.

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