Kurzbeschreibung
Zusammenfassung: Mit zunehmender Verbreitung von Wireless Local Area Networks (WLANs) im betrieblichen und industriellen Umfeld wird immer öfter der Wunsch laut, auch herkömmliche, leitungsgebundene Netze und Protokolle über ein wireless LAN zu betreiben. Einen solchen, weit verbreiteten, Standard für die Vernetzung von Maschinen und Anlagen in industrieller Umgebung stellen die sogenannten Feldbussysteme dar. Bei Feldbussystemen handelt es sich um eine spezielle Klasse lokaler Netzwerke (LANs), die insbesondere industrielle Anwendungen im Blick hat. Diese Anwendungen zeichnen sich durch harte Echtzeit–Bedingungen aus: es müssen sicherheitskritische Nachrichten, z.B. Alarme, innerhalb einer maximalen Zeit sicher übertragen werden können. Hinzu kommt, dass Feldbussysteme vielfach in rauen Umgebungen mit starken Störungen eingesetzt werden. Viele industrielle Anwendungen haben mobile Subsysteme und können somit von aktuellen drahtlosen Netzwerktechnologien profitieren, welche Mobilität in natürlicher Weise unterstützen (im Gegensatz zu den bisherigen kabelgebundenen Technologien). Der IEEE 802.11x wireless LAN Standard ist derzeit die führende WLAN–Technologie. Der Standard ist ausgereift und fertige Systeme bzw. Komponenten sind kommerziell in großer Vielfalt kostengünstig erhältlich. Es ist daher naheliegend zu untersuchen, ob und wie diese Technologie für drahtlose Feldbussysteme genutzt werden könnte. Eine zentrale Frage dabei ist, wie über das drahtlose Medium trotz hoher potentieller Fehlerraten und zeitvarianten Fehlerverhaltens eine möglichst gute „Echtzeit–Leistung“ (Realtime–Performance) erzielt werden kann. Der Begriff der Echtzeit–Leistung fasst dabei gleichzeitig Zeit– und Zuverlässigkeitsaspekte der Übertragung sicherheitskritischer Daten ins Auge. Ein weiterer großer Bereich umfasst die Problematik der Kollisionsdetektion eines normalerweise leitungsgebundenen Übertragungsprotokolls in einer wireless-Umgebung, in der nicht sichergestellt ist, dass jeder Busteilnehmer jeden anderen auch „sieht“, was zu Problemen bei der Kollisionsdetektion führt. Damit ist eine Anpassung des MAC–Layers eines Feldbusprotokolls sehr wahrscheinlich notwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zum Einen mit der möglichst detailgenauen Modellierung des 802.11b PHY–Layers zur Analyse des zu erwartenden Fehlerverhaltens und zum Anderen mit der Analyse der beiden schon bestehenden MAC–Layer (802.11 vs. PROFIBUS) mit dem Ziel, konkrete Aussagen über die Auswirkungen des Funkkanals auf das Echtzeitverhalten treffen zu können. Ein abschließender dritter Punkt betrifft die eventuell notwendigen Anpassungen oder Neugestaltungen des MAC–Protokolls, um diese Einflüsse zu minimieren. Der erste Teil dieser Arbeit beschreibt die grundsätzliche Natur eines Indoor–Funkkanals bezüglich der Fehlerhäufigkeit und –charakteristik und der Möglichkeiten seiner Modellierung. Damit ist wird die Grundlage für eine Bewertung der unterschiedlichen MAC–Layer geschaffen. Im zweiten Teil werden die Eigenschaften des PROFIBUS betrachtet, allerdings beschränkt auf den MAC–Layer. Speziell wird das Verhalten des MAC bei Nutzung eines fehlerbehafteten Übertragungskanals untersucht. Der dritte Teil beschreibt den PHY–Layer eines 802.11b Systems inklusive Sender, Empfänger und Antennen sowie die Eigenschaften der Verstärker. Dieser PHY–Layer wurde modelliert und dient als Grundlage für die aufbauenden MAC–Layer. Zusätzlich wird der noch in der Entwicklung befindliche Standard 802.11e, der sich speziell mit zeitkritischen Anwendungen wie z.B. Voice over IP widmet, näher beleuchtet und seine Eignung als MAC–Protokoll für PROFIBUS bewertet. Nachdem festgestellt wird, dass keiner der beiden schon vorhanden MAC–Layer geeignet ist, die geforderten Bedingungen zu erfüllen, wird im vierten Teil der Arbeit ein neuer MAC–Layer vorgeschlagen und beschrieben. Dieser MAC wurde modelliert und auf seine Funktionsfähigkeit mittels Simulation überprüft. Die Beschreibung des Simulink Modells befindet sich im fünften Abschnitt, indem auch eine Übersicht über Probleme bei der Modellierung und prinzipielle Einschränkungen von Simulink erläutert werden.
Der Verlag über das Buch
Bei dieser Studie handelt es sich um eine MA-Thesis / Master die am 28.11.2003 erfolgreich an einer Fachhochschule in DEUTSCHLAND im Fachbereich Elektrotechnik eingereicht wurde.
