SIEĆ W PRZEDSIĘBIORSTWIE

STRATEGIC COMPUTER HOST COMPUTER HOST COMPUTER WZRASTAJĄCA WAGA WZRASTAJĄCE WYMAGANIA „CZASU RZECZYWISTEGO” WZRASTAJĄCA WAGA INFORMACJI STRATEGIC COMPUTER KORPORACJA Przedsiębiorstwo HOST COMPUTER HOST COMPUTER Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer

KOMPUTER KORPORACYJNY WAN HOST PRZEDSIĘBIORSTWA HOST PRZEDSIĘBIORSTWA LAN KOMPUTER SEKCJI KOMPUTER SEKCJI KOMPUTER SEKCJI Fieldbus Fieldbus Fieldbus PLC CNC CNC PLC PLC PLC

LAN (Local Area Networks) Duże prędkości transmisji (0.1 do 100 Mbps) Małe odległości (0.1 do 25 km) Niski współczynnik błędów (10-8 do 10-11) CSMA/CD Token Bus LAN Fibre optic Token Ring

System wieloprocesorowy 109 MAN 108 H-S LAN 107 LAN 106 PRĘDKOŚCI WAN 105 104 103 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 ODLEGŁOŚCI

STANDARDY IEEE Wyższe warstwy Network layer Internetwoking IEEE 802.1 Data-link layer Logical Link Control (LLC) IEEE 802.2 Medium Access Control (MAC) IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 IEEE 802.7 Physical Layer Physical Protocol Layer Physical Media Dependent Layer

802.3 CSMA/CD 802.4 TOKEN BUS 802.5 TOKEN RING baseband broadband carrierband baseband 10Mbps 10Mbps 1Mbps (nie używane) 5Mbps 4Mbps 10Mbps Twisted Pair (10BaseT) 5 lub10Mbps 16Mbps 10Mbps Ethernet 10Mbps Cheapernet 1Mbps StarLAN

1 2 3 Typy LLC UNACKNOWLEDGED CONNECTIONLESS SERVICE bez potwierdzeń, bez obsługi detekcji i korekcji błędów (typowo stosowany w sieciach ethernetopodobnych) 2 CONNECTION-ORIENTED SERVICE wirtualny obwód, preferowany w sieciach typu IBM Token Ring 3 ACKNOWLEDGED CONNECTIONLESS SERVICE preferowany w aplikacjach sterujących procesami w przemyśle, następne ramki są wysyłane dopiero po potwierdzeniu poprzednich, po przekroczeniu czasu oczekiwania następuje retransmisja

CSMA/CD 1976 Metcalfe, Boggs (Xerox) - ETHERNET 1981 CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS COLLISION DETECTION 1976 Metcalfe, Boggs (Xerox) - ETHERNET 1981 Ethernet standard opublikowany przy udziale Xerox, DEC, Intel 1985 IEEE 802.3 Ethernet standard dla CSMA/CD LAN Ethernet 10 Mbit/s Fast ethernet 100 Mbit/s Gigabit ethernet 1Gbit/s

A B A B A B A B A zaczyna transmitować ramkę B zaczyna transmitować B rozpoznaje kolizję A B A rozpoznaje kolizję A B

Średnie opóźnienie [ms] 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 2 4 6 8 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 2 4 6 8 10 CSMA/CD CSMA/CD Średnie opóźnienie [ms] Token Bus Token Ring Token Bus Token Ring obciążenie obciążenie 10 Mbit/s ramka 512 bit 2.5 km 100 stacji 10 Mbit/s ramka 12000 bit 2.5 km 100 stacji

TRANSCEIVER ETHERNET CONTROLLER BOARD CHEAPERNET CONTROLLER BOARD

Token Bus LAN CSMA/CD jest szeroko używana w biurach Jednakże ze względu na probabilistyczny charakter stacja może bardzo długo oczekiwać na możliwość wysłania ramki. (teoretycznie może czekać nawet nieskończenie długo) Ramki Ethernet’owe nie posiadają priorytetów, co stawia pod znakiem zapytania zastosowanie tego typu sieci do systemów czasu rzeczywistego gdzie ważne ramki nie powinny być przetrzymywane w oczekiwaniu na mniej ważne.

ZALETY WADY CSMA/CD CSMA/CD Token Bus Token Bus PROSTY ALGORYTM POWSZECHNIE UŻYWANY RÓWNOUPRAWNIONY DOSTĘP DOBRE OSIĄGI PRZY MAŁYM OBCIĄŻENIU POTRZEBA WYKRYWANIA KOLIZJI PROBLEMY DIAGNOSTYCZNE OGR. MINIMALNY ROZMIAR PAKIETU SŁABE OSIĄGI PRZY DUŻYM OBCIĄŻENIU CSMA/CD CSMA/CD BARDZO DOBRA PRZEPUSTOWOŚĆ DOSTĘP Z PRIORYTETAMI MAŁA WRAŻLIWOŚĆ NA OBCIĄŻENIE Token Bus SKOMPLIKOWANY ALGORYTM TECHNOLOGIA NIEZBYT SZEROKO STOSOWANA Token Bus

TOKEN BUS CLASSES OF SERVICE SYNCHRONOUS (6) ASYNCHRONOUS URGENT (4) ASYNCHRONOUS NORMAL (2) ASYNCHRONOUS TIME - AVAILABLE (0) CLASSES OF SERVICE TOKEN BUS

Token Ring LAN Dostęp: Połączenie stacji: Prędkość transmisji: Przekazywanie tokena Połączenie stacji: Gwiazda przy wykorzystaniu MAU (Multistation Access Unit) Prędkość transmisji: 1 - 16 Mbps (typowo - 4 Mbps) Max. odległość pomiędzy stacjami: Do 100 m (max 200 m - światłowód) Częstość błędów: Mniej niż 1 na 100 mln Ilość stacji: Max 260

TOPOLOGIA WIRE CENTER POPRAWA NIEZAWODNOŚCI UPROSZCZONE ADMINISTROWANIE

Kiedy nikt nie transmituje 3-bajtowy TOKEN ciągle krąży w sieci. Stacja, która chce wysłać ramkę czeka na free token, zmienia go na busy token i dołącza dane. Wysyłający usuwa ramkę którą nadał. Wysyłający generuje free token.

free token Nadawca oczekuje na token. Zmienia free token na busy token oraz dołącza dane.

busy token dane Odbiorca ustawia bity odbioru i Nadawca transmituje dalej odebraną wiadomość. Nadawca transmituje wiadomość. dane Pozostałe stacje przekazują wiadomość.

dane free token Nadawca generuje free token po zakończeniu transmisji i otrzymaniu własnej wiadomości z busy token’em. free token

GATEWAY ROUTER INTERNETWORKING BRIDGE REPEATER

Klasyfikacja połączeń Physical station interconnectivity: Definiuje w jaki sposób stacje będą połączone poprzez przewody i karty sieciowe. (poziomy napięć, interfejsy analogowo / cyfrowe, kontrola przepływu danych, itp.) Network interconnectivity: Definiuje w jaki sposób stacja S1 podłączona do sieci NET1 może się komunikować ze stacją S2 podłączoną do sieci NET2 (internetworking) Application interconnectivity: Definiuje w jaki sposób dane z aplikacji A1 na stacji S1 mogą być przesłane do aplikacji A2 na stacji S2.

REPEATER Uzywamy do połączenia segmentów rozległej sieci z identycznymi protokołami i prędkościami w warstwie fizycznej. Repeater’y regenerują sygnały cyfrowe i operują na warstwie 1 (physical layer) i są „przezroczyste” dla innych warstw. Użycie repeaterów jest ograniczone gdyż nie filtrują „ruchu sieciowego” oraz nie zmieniają atrybutów „czasowych” sieci (np. dla standardu 802.3 wartość time slot ogranicza dlugość przewodu do 2,5km. Max 2,5km R R

BRIDGE Typowe zastosowania: Mostki (bridges) łączą dwie takie same lub inne sieci LAN z których tworzą większą sieć. Operują na warstwie Data-link layer i nie potrafią kierować pakietów (routing) i kontrolować sesji. Wymagają aby sieci które łączą miały takie same schematy adresowania i rozmiary pakietów. Typowe zastosowania: Łączenie sieci o różnych technologiach warstwy 1 (np. broadband LAN z baseband LAN, 10Mbps z 5Mbps, itp.) Podział dużej sieci na segmenty ze względu na kontrolę ruchu w sieci. (podział na podsieci stacji często komunikujących się)

heterogeneous bridging Ethernet Ethernet homogeneous bridging heterogeneous bridging Token Ring

Nadawca5 Nadawca1 Nadawca2 Nadawca NET1 NET2 Adresat Nadawca Dane

NET1 NET2 NET1 NET2 Nadawca5 Nadawca1 Nadawca2 Nadawca Dane Nadawca Adresat1 Nadawca5 Nadawca1 Nadawca2 Nadawca NET1 NET2 Dane Nadawca Adresat3

ROUTER Router operuje na warstwach 1,2 i 3 - tak więc posługuje się adresami sieciowymi a nie adresami kart sieciowych. Router można postrzegać jako bridge który zna alternatywne scieżki w sieci i używa ich jeżeli „podstawowa” ścieżka nie jest dostępna. Router musi więc znać topologię sieci. Multiple protocols router - pozwala na podłączenie sieci o różnych protokołach do tego samego „przewodu” (np. backbone net) takich jak np. TCP/IP, OSI, SNA, DECnet, Appletalk, Novell, Token Ring

GATEWAY Gateway łączy dwie „niekompatybilne” sieci. Gateway może konwertować protokoły na dowolnej warstwie. W praktyce gatewaye operują na Application layer. Np. konwesja poczty elektronicznej z różnych formatów

WARSTWY REPEATER BRIDGE ROUTER GATEWAY 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 REPEATER BRIDGE ROUTER GATEWAY

HUB HUB STANDARDOWY HUB ETHERNETOWY pakiety wchodzą jednym portem i wychodzą wszystkimi innymi każda stacja wysyła pakiet który widzą wszystkie inne stacje ale odbiera tylko jedna (tworzą się kolizje) ETHERNETOWY SWITCHING HUB (SWITCH) kiedy pakiet wchodzi do portu jest rozpoznawany jego MAC adres (w ethenecie - adres fizyczny karty) następuje wybór portu przeznaczenia i połączenie następuje tylko pomiędzy dwoma „zainteresowanymi” stacjami SWITCH

Medium - access control Physical - medium - dependent FDDI Fiber Distributed Data Interface FDDI oferuje dużą prędkość przesyłu 100Mb/s używając do tego celu światłowodów jako medium komunikacyjnego w topologii RING FDDI zapewnia połączenie dla 1000 stacji dla całkowitej długości światłowodu do 200 km IEEE 802.2 LLC Medium - access control MAC Station management SMT Physical PHY Physical - medium - dependent PMD

Medium - access control Physical PHY * Optyczne przekazywanie * Kodowanie / dekodowanie * Obsługa wymagań czasowych Medium - access control MAC * Generowanie i weryfikacja ramek * Rozpoznawanie adresów * Wstawianie i usuwanie stacji z logicznego ringu * Inicjalizacja stacji * Rozpoznawanie błędów Station management SMT

Pojedynczy i podwójny RING

Fieldbus

NAJWAŻNIEJSZE WYMAGANIA: JEDEN TYP SIECI - RÓŻNORODNOŚĆ MEDIÓW KOMUNIKACYJNYCH Dane i zasilanie w jednej wiązce / przewodzie. Proste i tanie rozwiązania warstwy fizycznej. MOŻLIWOŚĆ UŻYCIA ISTNIEJĄCEJ SIECI 4 - 20 mA Użycie istniejącej sieci obniża koszty implementacji. Dostosowanie szybkiej transmisji do niezbyt wyrafinowanego osieciowania. REDUNDANCJA ZREDUKOWANA ARCHITEKTURA WARSTWOWA Zwykle usuwa się warstwy 3-6. DIAGNOSTYKA I LOKALIZOWANIE USZKODZEŃ Np. self-testy sieci

TYPOWE STANDARDY TRANSMISJI RS 485 IEC 118-58 Fiber Optic

RS 485 Ekranowana miedziana skrętka Rozwiązanie tanie o wysokiej prędkości transmisji Okablowanie nie wymaga specjalnych umiejętności / wiedzy Struktura magistralowa umożliwia proste dodawanie / usuwanie stacji Prędkość transmisji może być dobrana z przedziału 9.6kbit/s - 12Mbit/s Dla wszystkich urządzeń - ta sama prędkość transmisji

Magistrala (linear bus) z terminatorami Topologia 32 stacje bez repeaterów 127 z repeaterami Ilość stacji Zwykle 9 - pin D Rodzaj złącz Skrętka dwuprzewodowa ekranowana lub nie Medium

IEC 118 - 58 Stosowana w przemyśle chemicznym i petrochemicznym Zapewnia niezbędne bezpieczeństwo i możliwość zasilania poprzez sieć Każdy segment posiada tylko jedno zasilanie (zasilacz) Każdy element sieci pobiera stałą ilość prądu w stanie ustalonym Topologia: magistrale, drzewa lub gwiazdy Możliwość zastosowania segmentów redundancyjnych

Synchroniczna cyfrowa Transmisja 31,25kbit/s (tryb napięciowy) Prędkość 32 stacje w segmencie całkowicie max. 126 stacji Ilość stacji Tryb bezpieczny przeciwwybuchowy Zabezpieczenia

Fiber Optic Używane gdy: Istnieją silne zakłócenia elektromagnetyczne Istnieją duże odległości przy wymaganiach wysokiej prędkości transmisji (100 km)

PROFIBUS

PROFIBUS - DP PROFIBUS - PA PROFIBUS - FMS Tania, szybka transmisja Komunikacja pomiędzy systemami sterowania a rozproszonymi I/O 24 V lub 0-20 mA PROFIBUS - PA Do automatyzacji procesów Podłączenie dla czujników i elementów wykonawczych Połączenie dwuprzewodowa zgodne z IEC1158-2 PROFIBUS - FMS Do komunikacji na poziomie zespołów wykonawczych (cell level) Bardziej złożone zadania komunikacyjne

WARSTWY FIEDLBUS

WorldFIP Połączenia na poziomie: LEVEL 0 - czujniki / elementy wykonawcze LEVEL 1 - PLC, regulatory, itp. WorldFIP powstał w oparciu o następujące założenia: EKONOMICZNE zredukowane koszty okablowania oszczędności przy projektowaniu i instalacji TECHNICZNE prosta modyfikacja i administrowanie uproszczenie tradycyjnych instalacji (point-to-point) pomiędzy czujnikami i procesorami gwarantowany czas odpowiedzi bezpieczeństwo dostępność odczytu zmiennych

S1 S2 S3 STRUKTURA WARSTWOWA PRĘDKOŚCI FIBER OPTIC 31,25 kbps 1 Mbps

PORÓWNANIE

Bus Capacity and Maximum Scan Rate

Maximum Bus and Segment Length

Maximum Jitter

PORÓWNANIE FIELDBUS’ÓW

PRZYKŁAD: GROUPE SCHNEIDER

Application-to-application communication X-Way addressin system 7 Application Telegram Uni-TE Modbus Common words Application-to-application communication Uni-TE 6 Presentation 5 Session 4 Transport TCP 3 Network X-Way addressin system IP 2 Data link Uni-Telway WorldFip ISO 8802-3 Ethernet ISO 8802-3 Ethernet 1 Physical RS 485 19.2 Kbit/s WorldFip 1Mbit/s ISO 8802-3 10Mbit/s ISO 8802-3 10Mbit/s Uni - Telway Fipio/Fipway Ethway Ethernet TCP/IP

Uni-TE Client / Server

Modicon TSX Micro magistrala AS-i 31 stacji do 124we i 124wy magistrala do 100m czas cyklu 5ms komunikacja z sieciami Modbus i FIPIO TSX Micro kolumna świetlna inteligentny czujnik indukcyjny zbliżeniowy 2 przyciski kryte inteligentny czujnik fotolektryczny inteligentny czujnik fotoelektryczny Telefast SB2 inteligentny interfejs przyciski w obudowie moduł ASi bus master zasilacz

ze zintegrowanym łączem FIPIO Modicon TSX Premium rozbudowane funkcje komunikacyjne Ethernet TCP/IP Modbus Plus Magistrala ASi łączenie z InterBus S i Profibus DP dołączanie do sieci poprzez modem zitegrowane łącza FIPIO komunikacja Ethernet TCP-IP nowy CPU ze zintegrowanym łączem FIPIO Fipway / Modbus Plus TSX Premium TSX Micro Bus X sterowanie rozproszone ASi Momentum I/0 FipIO