Sevcik, B. (2007). Netzwerkzeitsynchronisation in sicheren Feldbussystemen [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/184196
Zeit LON SafetyLON Feldbus Produzent Konsument Synchronisation Safety Simulation OMNET++
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Time LON SafetyLON Fieldbus Producer Consumer Synchronisation Safety Simulation OMNET++
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Abstract:
Die immer größer werdende Automatisierung von Prozessen hat Feldbussystemen einen starken Schub in der Verbreitung und Entwicklung gebracht. Zukünftige Anwendungen und Einsatzgebiete zeigen ein starkes Zusammenwachsen von sicheren und unsicheren Teilsystemen. Diese Tendenz führte zur Entwicklung einer Reihe von sicheren Feldbussystemen, darunter auch SafetyLON als Erweiterung des LON (Local Operating Network). Ein Aspekt sicherer Feldbussysteme ist die Erkennung systematischer Fehler in Form von Wiederholung, Reihenfolge und Verzögerung bei der Nachrichtenübertragung. Zeitstempel in den Nachrichten sind im Gegensatz zu einem Verfahren, das auf Bestätigungen basiert, eine sehr effiziente Art diesen Schutz zu implementieren.<br />Wesentliche Voraussetzung dafür ist die Bereitstellung einer globalen Zeit für die Knoten im Netzwerk. Um dies umzusetzen wird eine Zeitsynchronisation unbedingt benötigt, die auch bei SafetyLON einen fundamentalen Bestandteil des Protokolls darstellt und Basis für viele implementierte Schutzvorkehrungen gegen systematische Fehler ist.<br />Aufbauend auf bestehenden Synchronisationsverfahren und den Rahmenbedingungen des Systems werden zwei verschiedene Synchronisationsmechanismen vorgestellt und spezifiziert. Hier wird sowohl ein Algorithmus, der auf einer zentralen als auch dezentralen Struktur basiert, vorgestellt und umgesetzt. Safety stellt dabei Anforderungen sowohl an die Funktion (was zu tun ist), als auch die Implementierung (wie es zu tun ist). Im praktischen Umfeld als auch in Form einer ereignisgesteuerten Simulation (OMNET++) werden die Algorithmen untersucht. Die Ergebnisse lassen Schlussfolgerungen auf viele Aspekte der Synchronisation, wie Genauigkeit, Verhalten in größeren Umgebungen, Konfigurationsparameter und Skalierbarkeit zu.<br />
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The growing significance of automation processes has attributed greatly to the distribution and development of fieldbus systems. Future applications and operational areas show that safe and unsafe subsystems have grown together. This trend led to several safety fieldbus system developments. One of them is SafetyLON initiated by the European Union, an enhancement of LON (Local Operating Network). An aspect of safety fieldbus systems is the recognition of systematic errors appearing as repetition, order of sending and delay during message transmission.<br />Putting timestamps in the messages is a very efficient technique of protection unlike procedures based on sending acknowledgements. The supply of a global time to the nodes in the network is a precondition.<br />The time synchronization procedure needed is a fundamental part of the protocol and is the base for many protection mechanisms implemented to avoid systematic errors.<br />Based on existing synchronization principles and basic conditions defined by the system, two different time synchronization mechanisms are introduced and specified. In this work the first is based on a central algorithm and the second one is based on a distributed concept. Thereby safety makes demands on both function (what has to be done) and implementation (how it should be done). The algorithms are further investigated practically in the laboratory and simulated by an event-controlled simulation tool (OMNET++). The results permit conclusions about many aspects of the synchronization like accuracy, behaviour in larger environments, configuration parameters and scalability.
