Ethernet Powerlink

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Ethernet Powerlink
Ethernet Powerlink 

• Protocole temps réel
• Déterministe
• Pour Ethernet standard
• Protocole ouvert
• Exempt de licence

• Régi par l'Ethernet Powerlink Standardization
  Group (EPSG)
• Introduit pour la première fois sur le marché
  par la société BR en 2001
• http//www.br-automation.com

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Standardisation
Powerlink est un standard géré par l'EPSG
(Ethernet Powerlink Standardization Group), une
association indépendante regroupant aussi bien
des utilisateurs que des fabricants. L'EPSG
compte aujourd'hui plus de 400 membres
dont Alstom Power, BR, Lenze... L'association
comprend différents groupes de travail 
sécurité, technologie, marketing, certification,
utilisateurs finaux. L'EPSG collabore avec
d'autres organismes et associations de
standardisation comme le CAN in Automation (CiA)
et l'IEC. http//www.ethernet-powerlink.org/
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Principe de fonctionnement
Extension dEthernet
Mécanisme

• Scrutation (pooling)
• Découpage temporel

• Données critiques
• cycles isochrones très courts
• Temps de réponse configurable
• Données moins critiques
• Phase asynchrone réservée

Tous les nœuds du réseau sont synchronisés avec
une très grande précision
Entièrement conforme à la norme 802.3 de lIEEE
Simplémente sur les composants Ethernet standard
du commerce Aucun composant propriétaire
Institute of Electrical and Electronics Engineers
http//standards.ieee.org
http//www.ieee.org
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Couche physique
100Base-X Fast Ethernet (IEEE 802.3) Gigabit
Ethernet
Basé sur le modèle ISO

• Application complète du concept Ethernet
• Sexécute avec des modules standard
• Connecteur RJ45 et M1 acceptés
• Aucun changement majeur systèmes, composants,
  câblages
• Temps réel Hubs répéteurs à la place de
  Switchs

Couche liaison de données

• Mécanisme dordonnancement
• Accès au réseau de manière cyclique

• Mécanisme additionnel
• Un seul nœud accède au réseau à la fois

Pas de collisions
CSMA/CD

• Phase isochrone
• Phase asynchrone

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Couche liaison de données

• Données temporelles critiques phase isochrone
• Données non critiques phase asynchrone
• Le CSMA/CD nest plus activé
• Pas de collisions

Basé sur le modèle ISO
Un Nœud gestionnaire Managing Node - MN

• Emet des messages de scrutation (pool request)
• Un seul nœud à la fois a accès au réseau
• Evite les collisions propres à lEthernet
  standard

Le nœud qui a accès au réseau à un moment donné
est le CN Controlled Node
Pas de collisions
Le mécanisme dordonnancement empêche
lapparition de collision
CSMA/CD
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Cycle de base
Nœud MN
Phase de Start
Ordonne la communication au cours du cycle de base
Phase isochrone
Phase asynchrone
La durée totale du cycle dépend de la quantité de
données isochrones et asynchrones ainsi que du
nombre de nœuds à scruter au cours de chaque
cycle
Fonctionnement en conditions Temps Réel
Phase de Start

• Le nœud MN émet un message de synchronisation à
  tous les nœuds du réseau
• La trame correspondante est appelée SoC Start
  of Cycle

Phase Isochrone

• Le nœud MN appelle chaque nœud à transmettre
  ses données critiques
• Pour cela il émet une trame dite Preq Pool
  Request
• Le nœud appelé répond avec une trame dite Pres
  Pool Response
• Tous les nœuds restent à lécoute des données
  véhiculées sur le réseau
• La communication est du type Producteur/Consomma
  teur
• Lintervalle de temps Preq-n Pres-n est
  appelé Tranche de Temps pour le nœud

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Cycle de base
Phase Asynchrone

• Le nœud MN donne droit à un nœud en particulier
  démettre ses données
• Pour cela il émet une trame dite SoA Start of
  Asynchronous
• Le nœud destinataire répond avec un trame Asnd
• Les protocoles et adressages basés sur IP
  peuvent être utilisés au cours de cette phase

Les trames au-dessus de l'axe des temps sont
émises par le MN, celles au-dessous par les
différents CNs.
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Cycle de base

• La qualité du comportement temps réel
• Dépend de la précision du temps de cycle.
• La longueur des différentes phases peut varier
  tant que la durée totale des phases réunies ne
  dépasse pas la limite de temps du cycle de base.
• Le nœud MN surveille si cette limite n'est pas
  dépassée.
• La durée des phases isochrone et asynchrone est
  configurable.

 Tranches de temps pour les nœuds et tranche de
temps asynchrone
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Cycle de base
Optimisation de la bande passante par
multiplexage La phase isochrone peut comporter
deux types de tranches de temps  Celles
attribuées aux mêmes nœuds d'un cycle à l'autre
permet à ces derniers d'émettre leurs données à
chaque cycle de base. Celles partagées par
plusieurs nœuds émettant leur données à tour de
rôle en l'espace de plusieurs cycles. Peut être
utilisé pour des données moins importantes mais
néanmoins toujours critiques. L'attribution des
tranches au cours de chaque cycle revient au nœud
MN.
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Les implémentations récentes de Powerlink
atteignent des temps de cycle inférieurs à 200 µs
et une précision (jitter) de 40 ns.
Le Slot Communication Network Management (SCNM)
organise léchange temporel des données. Le
standard Ethernet nest pas touché par
limplémentation de la pile Powerlink. Les
fabricants peuvent ainsi garantir que Powerlink
tourne sur des matériels Ethernet classiques.
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Powerlink Safety est un protocole temps réel basé
sur Ethernet et destiné à la remontée des
informations de sécurité. CANOpen est une
couche applicative (couche 7 du modèle OSI),
originellement pour les bus de terrain du type
CAN (Controller area network) fonctionnant en
temps réel. D'autres bus intègrent depuis peu
CANopen, tel EtherCat, Powerlink démontrant par
là l'intérêt de l'industrie pour ce mode de
communication. Il est utilisé dans de nombreux
domaines  automobile, agricole, industriel
(ascenseurs, escaliers roulants, motion control)
et médical (rayons X, salles d'opérations). Ce
bus de terrain est connu pour être une solution
de communication économique et efficace.
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