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The trend towards the use of Ethernet in automation networks is ongoing. Due to its high flexibility, speed, and bandwidth, Ethernet nowadays is not only widely used in homes and offices worldwide but finding its way into industrial applications. Especially in automation processes, where many field devices send data in relative short time spans, the requirements for a safe and fast data transfer are high. This makes the use of industrial Ethernet essential. A new hardware-layer, specifically tailored for industrial applications, has been introduced in the form of Ethernet-APL (‘Advanced Physical Layer’). Ethernet-APL is based on the Ethernet standard and implements a two-wire Ethernet-based communication for field devices and provides data and power over a two-wire cable. The operation in areas with potentially explosive atmosphere is also possible. This enables a modular, fast, and transparent Ethernet network structure throughout the entire plant. However, by integrating Ethernet-APL into the field, industrial networks in the future will face the challenge of operating at varying datarates at different locations in the network, resulting in a ‘mixed link speed’ network. This can lead to limitations in packet-throughput and consequently to potential packet loss of system relevant data, which must be avoided. Therefore, the purpose of this thesis is to investigate the potential of packet loss in ‘mixed link speed’ networks.
Eine einheitliche und durchgängige Kommunikation auf Basis von Ethernet bietet zahlreiche Vorteile für Anlagenbetreiber, besonders in der Prozessindustrie. Ethernet-APL überbrückt die letzte Meile zum Feldgerät und ermöglicht so ein konvergentes Netzwerk bis in die MES-Ebene. Die Anforderungen an ein solches Kommunikationssystem wurden schon früh von der NAMUR in der NAMUR Empfehlung NE 168 definiert. Verschiedene Echtzeitprotokolle wie PROFINET, EtherNet/IP sowie das Middleware-Protokoll OPC UA können so auch bis zum Sensor/Aktor durchgängig kommunizieren. Beim Einsatz von Ethernet-APL werden auf dem Weg vom Controller zum Sensor die Informationen mit verschiedenen Datenraten kommuniziert. Herbei treten verschiedene Fragestellungen auf, die der folgende Beitrag beantworten soll:
- Welche Performance-Probleme entstehen beim Übergang von 100 Mbit/s oder 1 Gbit/s auf dem Industrial Ethernet zu den 10 Mbit/s bei Ethernet-APL?
- Wie verhalten sich große Ethernet-APL Netzwerke bei hoher Last?
- Welche Empfehlungen können für die Planung von Ethernet-APL-Netzwerken abgeleitet werden?