Die Netzwerkdiagnose

Die Netzwerkdiagnose

Nicht erfassbar sind auf diese Weise die Gründe für Kommunikationsprobleme, also zum Beispiel nicht vergebene IP-Adressen, nicht aufgebaute Verbindungen, sporadische Verbindungsabbrüche oder ein Geräteausfall. Da diese Information in den Geräten nicht verfügbar ist, sind diese Gegebenheiten nur über eine Aufzeichnung des entsprechenden Kommunikationsverkehrs identifizierbar.

Für den Fall, dass ein Mirror-Port an einem oder mehreren Switches genutzt werden kann beziehungsweise sich Taps einbringen lassen, sind weitere Punkte zu berücksichtigen: In der Hochlaufphase des Systems werden die IP-Adressen vergeben, die Verbindungen aufgebaut und – sofern notwendig – Parameter in die Geräte übertragen. Ethernet-Frames sind jetzt nur durch die MAC-Adresse gekennzeichnet. Somit ist es nahezu ausgeschlossen, aus der Aufzeichnung dieses Datenverkehrs Rückschlüsse auf die Systemstruktur zu treffen und somit eine verständliche Darstellung der Zusammenhänge vorzunehmen. Heutige Busmonitore liefern immer eine „Lifelist“ der angeschlossenen Geräte mit detaillierter Information. Allein aus Kenntnis der MAC-Adresse ist diese Lifelist nicht entsprechend generierbar. Somit ist es auch in diesem Szenario wichtig, eine aktive Komponente als Bestandteil des Monitors zu nutzen.

Die Herausforderungen in diesem Szenario vergrößern sich, wenn mehrere Steuerungen auf die Daten in den Devices zugreifen. In diesem Fall reicht es nicht aus, die ausgetauschten Telegramme nur an einem Mirror-Port oder nur über ein Tap aufzuzeichnen. Vielmehr sind jetzt Aufzeichnungen an mehreren Punkten vonnöten und in der Folge eine Synchronisation dieser Aufzeichnungen hinsichtlich ihrer logischen und zeitlichen Abfolge durch die Monitoranwendung. Dies betrifft zum Beispiel die bereits erwähnte Lifelist: Jeder Controller baut eine Verbindung zu einem Gerät auf, mit dem er Daten austauschen will. Werden beide Kommunikationswege zwischen zwei Controllern und demselben Device überwacht, wird der Verbindungsaufbau zweimal aufgezeichnet – es existiert aber nur ein Device! Weiterhin sind Lösungen für die Übertragung der Datenströme vom Mirror-Port oder Tap zur Monitoranwendung zu finden.

Erfolgt der Anschluss einer Monitorstation an einen Mirror-Port oder Tap über Ethernet, so werden die erfassten Daten dabei unverändert als Nachrichtenstrom weitergeleitet. Um die Telegramme zu akzeptieren, muss die entsprechende Ethernet-Schnittstelle des PC im „Promiscious Mode“ arbeiten. Ein Vergleich der Zieladresse des Telegramms mit der eigenen Adresse der Ethernet-Schnittstelle findet in diesem Modus nicht statt – alle ankommenden Telegramme werden akzeptiert. Es gibt durchaus Szenarien, bei denen mehrere Taps oder Mirror-Ports an der Datenerfassung beteiligt sind. In diesem Fall muss eine Lösung für das Zusammenfassen der Datenströme beim Übertragen zur Monitoranwendung gefunden werden. Da sich die Übertragung der Daten vom Tap über das vorhandene Prozessdatennetz aus Gründen der Rückwirkungsfreiheit und Bandbreitenbelastung verbietet, ist für diese Zwecke die Implementierung eines eigenständigen Mess-Netzes mit entsprechendem Protokoll anzudenken.

Einsatzszenario C – Busmonitor für die stationäre Diagnose

Was die stationäre Diagnose betrifft, lassen sich zwei Einsatzfälle unterscheiden:

• Finden sporadischer oder wiederkehrender Fehler beziehungsweise Fehlverhalten,
• Überwachen des Prozess-Zustandes und der Automatisierungsgeräte durch Auswerten der ausgetauschten Prozessgrößen und Telegramme.

Bei beiden „Use Cases“ ist der gesamte Datenverkehr immer über einen längeren Zeitraum aufzuzeichnen. Hier helfen eigentlich nur Taps, da sie im Vergleich zu Switches mit Mirror-Ports flexiblere Einsatzmöglichkeiten bieten. In verschiedenen Projekten (zum Beispiel DFAMProjekt „Industrial Ethernet Monitor“, durchgeführt am ITM der TU München) werden gegenwärtig Taps mehrerer Hersteller auf ihre Eignung im Umfeld von Real-Time-Ethernet untersucht.

Eine der an einen Tap gestellten Anforderungen ist die Rückwirkungsfreiheit der Datenerfassung; ein Punkt, der bei allen marktüblichen Taps als erfüllt angesehen werden kann. Eine weitere Forderung ist die Parametrierbarkeit der Datenaufzeichnung. Bei der stationären Diagnose interessieren nur bestimmte Telegramme oder deren Ausbleiben – zum Beispiel Telegramme, die Kommunikationsfehler anzeigen oder Telegramme mit Prozessdaten. Deshalb ist eine Möglichkeit der Parametrierung des aufzuzeichnenden Datenverkehrs notwendig, um den PC zu entlasten. Die entsprechende Funktionalität muss zukünftige Taps für die Diagnose im RTE-Umfeld implementieren.

Letztendlich sind auch für die stationäre Diagnose entsprechende Konzepte zu erarbeiten, die Anschlüsse zur Datenerfassung bereits im Entwurf der Anlage berücksichtigen. gh

Frank Iwanitz ist Produktmanager Real-Time-Ethernet bei der Softing, Haar.

1. Die Netzwerkdiagnose
2. Die Netzwerkdiagnose
3. Die Netzwerkdiagnose