In der industriellen Kommunikation steigen die zu übertragenden Datenvolumina ständig. Und das nicht nur bei großen Netzwerken, auch Anwendungen mit geringer räumlicher Ausdehnung sind betroffen. Die Folge: In vielen Fällen stoßen die heute eingesetzten Übertragungssysteme an ihre Leistungsgrenzen. Speziell für solche Anwendungen hat Hirschmann die 10Base-I-Schnittstelle für Ethernet entwickelt.

Passive Bussysteme – bewährte Technik

Viele Feldbusse nutzen verdrillte 2-Drahtleitungen als Übertragungsmedium. Diese Art der Verkabelung hat sich seit vielen Jahren in der Automatisierung bewährt.
Vergleichbare passive Bussysteme existieren auch für Ethernet, 10Base-2 und 10Base-5. Die hier als Übertragungsmedium üblichen Koaxialkabel gelten jedoch als veraltet. Inzwischen haben Netzwerke mit aktiven Verteilern wie Hubs und Switches solche passiven Bussysteme abgelöst.

Es gibt jedoch Anwendungen, für die aktive Verteiler weniger geeignet sind – sei es aus Kostengründen oder aus Gründen der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Hierzu zählen beispielsweise die Verbindung von Komponenten innerhalb von Schaltanlagen oder von Maschinen oder Anlagenteilen bei räumlich geringer Ausdehnung.

Mit der von Hirschmann entwickelten 10Base-I Schnittstelle steht jetzt ein industriegerechter Physical Layer für Ethernet zur Verfügung, der die für Feldbusse entwickelte Übertragungstechnik auch für Ethernet nutzbar macht. Er kommt gänzlich ohne aktive Verteiler aus und erlaubt eine einfache, busförmige Verkabelung. Komponenten wie Kabel, Steckverbinder, T-Stücke und elektronische Bausteine aus der Welt der Feldbusse lassen sich ebenso übernehmen, wie Standard-Ethernet-Controller.

Web-basierende Tools verwendbar

Da eine 10Base-I-Schnittstelle die Protokolle oberhalb des Layer 2 unverändert überträgt, sind sämtliche Vorteile einer Ethernet-Kommunikation jetzt auch für Anwendungen verfügbar, die bislang den Feldbussen vorbehalten waren.
Die Schnittstelle erlaubt eine Netzausdehnung bis maximal 100 m bei 32 Teilnehmern oder maximal 40 m bei 64 Teilnehmern. Als Übertragungsmedium eignen sich Kabel gemäß der Profibus-12 Mbit/s-Spezifikation.

Aber wie können Feldbus-Übertragungsmedien Ethernetdaten sicher überragen? Das kann eine Betrachtung der beteiligten Funktionsblöcke verdeutlichen, die zum Anschluss eines Gerätes an ein Ethernet-Netzwerk notwendig sind (siehe auch Blockschaltbild). Eine maßgebliche Rolle spielen hier der Media Access Controller (MAC), das Media Independent Interface (MII), der Pysical Layer (PHY), der Transceiver sowie das Kabel und der Busabschluss (BA). Die Funktionsblöcke MAC und MII entstammen der Ethernet-Welt. Tranceiver, TP-Kabel und BA lassen sich der Welt der Feldbusse zuordnen. Der zentrale Funktionsblock, der beide Welten verbindet, ist der PHY. Zu den wesentlichen Aufgaben des PHY zählen die Anpassung der Ethernetsignale an die Feldbusleitung und die Erkennung von Kollisionen auf der 2-Drahtleitung.

´Kunstgriff´ bei der Präambel

Ein wesentliches Element des bei Ethernet angewendeten CSMA/CD-Zugriffsverfahrens (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detection) bildet die Kollisionserkennung. Eine Kollision liegt dann vor, wenn zwei Geräte gleichzeitig auf das Netzwerk zugreifen und senden. Solche Kollision müssen die beteiligten Geräte erkennen, um den Sendevorgang definiert abzubrechen und später zu wiederholen.

Ein Ethernet-Datenpaket nach IEEE 802.3 ist so aufgebaut, dass sich die Daten zweier Stationen frühestens in der Quelladresse sicher unterscheiden. Damit können bis zur Erkennung einer Kollision bereits 20 Byte übertragen werden. Die dabei verstrichene Zeit liegt über den bei IEEE 802.3 definierten Zeitgrenzen zur Erkennung von Kollisionen auf dem Übertragungsmedium. Liegt damit ein K.O.-Kriterium für diesen Lösungsansatz vor?
Keineswegs: Bei 10Base-I ersetzt der PHY zu Beginn des Sendevorgangs die ersten Bytes der Präambel, die standardmäßig aus einer 10-Folge bestehen, durch ein variables Bitmuster. Dieses Bitmuster wählt der PHY so, dass es bei allen an den Datenübertragung beteiligten Geräten unterschiedlich ist. Aus Gründen der Kompatibilität stellt der PHY beim Empfang von Datenpaketen die 10-Folge der Präambel wieder her. Dadurch entspricht die Präambel aus Sicht des MAC dem IEEE 802.3 Standard.

Dipl.-Ing. (FH) Harald Wessels ist Manager Strategisches Marketing