Anwendungen

• Können mit Com-Servern zwei Ethernet-LANs über Telefonkabel miteinander verbunden werden?
• Wie kann ein serielles Endgerät mit Com-Servern über das Internet zugänglich gemacht werden?
• Wie kann ein nicht modifizierbares serielles Programm ein serielles Gerät im Netzwerk ansprechen?
• Wie hoch wird das Netzwerk durch eine über Com-Server realisierte serielle Verbindung zusätzlich belastet?
• Welche Verzögerungen müssen im Zusammenhang mit seriellen Protokollen berücksichtigt werden?
• Wie kann die Verbindung zwischen zwei seriellen durch das Netzwerk getunnelt werden?
• Wie können Com-Server in Standard-Visualisierungen z.B. der Gebäudeleittechnik oder Automatisierung eingebunden werden?

Können mit Com-Servern zwei Ethernet-LANs über Telefonkabel miteinander verbunden werden?

Ja! Der paarweise Einsatz von Com-Servern, die als SLIP-Router arbeiten, ermöglicht diese Anwendung. Weitere Infos sowie technische Einzelheiten können dem Applikationsblatt entnommen werden.

Weitere Infos:
Handbuch zum Com-Server Highspeed
Applikationsbeispiel: Slip-Router

Wie kann ein serielles Endgerät mit Com-Servern über das Internet zugänglich gemacht werden?

Von Seiten der Hardware stellt der Com-Server das angeschlossene serielle Endgerät zunächst im lokalen Ethernet LAN zur Verfügung. Durch die Verwendung von TCP/IP, das als Protokoll auch die Grundlage des gesamten Internets bildet, kann von hier aus natürlich jegliche vorhandene Netzwerkinfrastruktur - bis hin zum Internet selbst - mitgenutzt werden. Eine einfache Möglichkeit, Com-Server auch ohne offiziell zugewiesene IP-Adresse weltweit erreichbar zu machen, bietet das in vielen WAN-Routern integrierte NAT (Network Address Translation).

Weitere Infos:
Applikationsbeispiel: NAT

Wie kann ein nicht modifizierbares serielles Programm ein serielles Gerät im Netzwerk ansprechen?

Die für alle gängigen Windows-Systeme verfübare COM-Umlenkung erlaubt die Einrichtung virtueller COM-Schnittstellen auf einem Rechner. Diese Schnittstellen verhalten sich gegenüber einer Anwendung genau wie ein lokaler Standard-COM-Port, obwohl die Verbindung über das Ethernet auf einen Com-Server umgelenkt wird, an dem das gewünschte Endgerät angeschlossen ist. Einschränkungen hinsichtlich der Datentransparenz entstehen nicht. Bei der Verwendung serieller Protokolle - wie sie z.B. auf RS485-Bussen eingesetzt werden - müssen allerdings die überwachten Zeichen- und Quittungsverzugzeiten auf ihre Eignung für eine Netzwerkübertragung überprüft werden.

Weitere Infos:
Datenblatt COM-Umlenkung
Applikationsbeispiel: COM-Umlenkung

Wie hoch wird das Netzwerk durch eine über Com-Server realisierte serielle Verbindung zusätzlich belastet?

Um das Netzwerk nicht durch eine zu hohe Paketrate zu belasten, verfügt der Com-Server mit der Systemoption "Network Delay" über eine entsprechende Schutzfunktion. Hiermit kann festgelegt werden, daß der Com-Server auf dem Ethernet z.B. mit einem Mindestpaketabstand von 30ms arbeitet. Bei einer Baudrate von 9600 auf der seriellen Seite können in dieser Zeit max. ca. 30 Zeichen eingehen. Bei einem bündigen seriellen Datenstrom wird folglich ca. alle 30 ms ein Netzwerkpaket mit folgender Länge erzeugt:

18 Byte Ethernet-Rahmen + 20 Byte IP-Header + 20 Byte TCP-Header + 30 Byte Nutzdaten = 88 Byte (~700 Bits)

Im ungünstigsten Fall wird für jedes dieser Pakete eine TCP-Quittung des Empfängers mit einer Länge von jeweils ca. 500 Bits erzeugt. In der Praxis fällt die Anzahl dieser Pakete jedoch meist wesentlich geringer aus, da TCP-Treiber mehrere eingegangene Pakete zusammengefaßt quittieren.
Hochgerechnet kommt man im konkreten Beispiel also auf eine Last von ca. 40.000 Bits/s, was bei einem 10MBit-Ethernet eine Datenlast von unter 0,5% bedeutet. Der Wert 30ms für "Network Delay" ist konstant und unabhängig von der eingestellten Baudrate. Wird diese z.B. auf 19200 Baud verdoppelt, bedeutet das auch gleichzeitig eine Verdopplung der pro Netzwerkpaket übertragenen Nutzdaten. Allerdings steigt die Netzwerkbelastung nur auf 0,7%, da die Paketköpfe gleich groß bleiben.

Hinweis: Die angeführte Berechnung basiert auf der Annahme eines unbelasteten Ethernets ohne die Berücksichtigung evt. auftretender Kollisionen oder anderer möglicher Störungen des Datenflusses. Solche Einflüsse können in der Praxis zu längeren Vermittlungszeiten und damit zu größeren Paketen führen. Damit geht natürlich auch die von den Com-Servern verursachte Netzlast etwas zurück, da nun pro Paket mehr Nutzdaten befördert werden.

Welche Verzögerungen müssen im Zusammenhang mit seriellen Protokollen berücksichtigt werden?

Viele serielle Protokolle (z.B. 3964R) arbeiten in der Art, daß gesendete Datenblöcke vom jeweiligen Empfänger z.B. mit den Zeichen ACK oder NACK quittiert werden. Die zeitliche Überwachung dieser Quittierung im Sender erfolgt über ein Timeout (QVZ = Quittungsverzugszeit). Für dessen Dimensionierung sind die auf der Übertragungsstrecke sowie im seriellen Empfänger auftretenden Verzögerungen von Interesse.

Nachdem der zu sendende Datenblock von der Software des Masters an den seriellen Treiber übergeben wurde, müssen bei einer seriellen Direktverbindung für die Dimensionierung von QVZ folgende Verzögerungen addiert werden:

QVZ = serielle Übertragungszeit Datenblock + serielle Übertragungszeit Datenblock + Verarbeitungszeit im Slave

Beispiel:
Länge Datenblock: 100 Byte
Länge Quittung: 1 Byte
Serielle Übertragung: 9600 Baud, keine Parität, 1 Start-, 8 Daten-, 1 Stopbit = ~ 1ms/Byte
Verarbeitungszeit serielles Endgerät: 2ms

Mindestwert für QVZ: (100 Byte + 1 Byte) + 2ms = ~103ms

Werden serieller Master und Slave über das Netzwerk und einen Com-Server miteinander gekoppelt, addiert sich zu diesen Werten die vom Com-Server benötigte Übertragungszeit von jeweils typischen 4-7ms für Hin- und Rückrichtung (Option "Network Delay" = 0). Darüber hinaus muß auch auf dem Netzwerk mit einer Verzögerung gerechnet werden. Unter Einhaltung der folgenden Rahmenbedingungen kann hier ein typischer Wert von ca. 1-2ms einkalkuliert werden:

• Netzlast < 30%
• keine ARP-Adressauflösung, d.h. bestehende TCP-Verbindung
• keine lasttrennenden Komponenten (Switches, Router, etc.)

Im Vergleich zu dem o.a. Beispiel einer seriellen Direktverbindung würde sich durch Netzwerk und Com-Server eine typische zusätzliche Verzögerung von ca. 10-18ms ergeben:

(2 x 4-7ms für Com-Server) + (2 x 1-2ms für Netzwerk)

Wie kann die Verbindung zwischen zwei seriellen Geräten durch das Netzwerk getunnelt werden?

Mit Hilfe von zwei Com-Servern im Box-to-Box-Modus. Einzige Voraussetzung für diese Betriebsart ist hierbei eine TCP/IP-Verbindung (z.B. auch über das Internet) zwischen den beiden lokalen Netzwerken. Die Einrichtung des Box-to-Box-Modus erfolgt komplett von nur einem Com-Server aus. Eine detaillierte Beschreibung der notwendigen Konfigurationsschritte enthält das entsprechende Kapitel des Handbuches.

Weitere Infos:
Handbuch zum Com-Server Highspeed
Applikationsbeispiel: Box-to-Box

Wie können Com-Server in Standard-Visualisierungen z.B. der Gebäudeleittechnik oder Automatisierung eingebunden werden?

Um unabhängig von der Fülle standardisierter und herstellerspezifischer Schnittstellen-Protokolle zu sein, bedienen sich moderne Visualisierungssysteme bei der Kommunikation mit externen E/A-Punkten des OPC-Standards (OLE for Processcontrol). Neben den seriellen Com-Servern unterstützt der W&T OPC-Server auch Web-IO und Web-Thermometer und kann daher als universelle Lösung in OPC-fähigen Anwendungsumgebungen eingesetzt werden.

Weitere Infos:
Download OPC-Server
Applikationsbeispiel: Com-Server in der Automatisierungstechnik