1.- Fuentes de Errores A. 5.- Modelos de comunicacion. 6.- Concepto de bus de campo C A

Transcripción

1 Introduccion a los protocolos Errores en la transmisión de la señal 1.- Fuentes de Errores. 2.- Detección de errores. Paridad ChekSum CRC 3.- Control del flujo de la información. ARQ 4.- Metodos de acceso al medio. 5.- Modelos de comunicacion. 6.- Concepto de bus de campo EMISOR/RECEPTOR A Mensaje EMISOR/RECEPTOR A Errores en la transmisión de la señal 1.- Fuentes de Errores en la transmisión: Atenuación de la señal debida a la carga Distorsión de la señal debida a la atenuación Ruido (sucesos transitorios de tipo impulsivo) EMISOR/RECEPTOR A Mensaje EMISOR/RECEPTOR C Ruido impulsivo: Perturbaciones electromagnéticas atmosféricas interferencias eléctricas en las líneas de comunicación Ruido térmico: Ruido Blanco Ruido de fluctuación: Ruido Rosa

2 1.- Fuentes de Errores en la transmisión: Señal transmitida Atenuación de la señal debida a la carga Distorsión de la señal debida a la atenuación Ruido Ruido (sucesos transitorios de tipo impulsivo) Señal y ruido combinados Señal recibida Qué podemos hacer con los errores? La atenuación se corrige con: REPETIDORES para señales digitales AMPLIFICADORES para señales analógicas Reducir las interferencias: Minimizar la longitud de los cables y bucles Utilización de pares trenzados Apantallamiento electroestático Tierra simple Filtros Amplificador diferencial DETECTAR LOS ERRORES Qué podemos hacer con los errores? DETECTAR LOS ERRORES: La aceptabilidad de los errores depende del contenido de los datos Texto puro 20% de errores Aplicación critica 0% de errores La respuesta al error, su CORRECCION, depende del contenido, importancia, etc. Método mas directo retransmisión del dato Los principales esquemas de detención se basan en la REDUNDANCIA Bit adicionales que se envían con el mensaje y que representan en algún modo el contenido de este. Redundancia: de Caracteres: - Paridad carácter A de Trama: Paridad - CHECKSUM - - CRC C f y U

3 Redundancia de caracteres: Paridad Se añade un bit al final de la palabra de datos. Este bit es una función del resto de la palabra Convenciones Paridad Par -> el nº de 1 es par Paridad Impar -> el nº de 1 es impar Paridad de marca (Mark) el bit de paridad es siempre 1 Paridad de espacio (Space) el bit de paridad es siempre cero NO Paridad (None) el bit de paridad no se utiliza y su valor se deja sin especificar A Redundancia de caracteres: Paridad Transmitido Recibido Correcto Er. detectado Er. NO detectado Err. detectado Capacidad de detección muy baja (solo detecta errores que afectan a un numero impar de bits) SOBRETASA: Un 10% del tiempo se malgasta transmitiendo bit de comprobación que no cumplen su cometido en un 40% de los casos (1 Start, 7 Datos, 1 paridad, 1 stop 10 bits) Redundancia de Bloques: Paridad Redundancia de Bloques: Paridad Transmitido Recibido Transmitido Recibido C f Y U BCC Error de dos bits en una fila C f Y U BCC Error de dos bits en dos filas CHECK VALUE La unidad básica de comprobación pasa a ser la trama BCC carácter de comprobación de bloques. CRL Comprobación de redundancia longitudinal (LRC). Error detectado CHECK VALUE La mayor virtud es su sencillez pero tiene un alto porcentaje de fallos Error NO detectado CRV Comprobación de redundancia vertical (VRC).

4 Redundancia de Bloques: CHECKSUM Redundancia de Bloques: CHECKSUM Transmitido Recibido Transmitido Recibido C f C f Y U BCC Error detectado Error de dos bits en dos filas Y U BCC Error NO detectado Error de un bits en dos columnas Incrementa la presición Incrementa la presición Incrementa la sobretasa (depende de la longitud del mensaje) Incrementa la sobretasa (depende de la longitud del mensaje) Redundancia de Bloques: CRC (COMPROBACION DE REDUNDANCIAS CICLICAS) Redundancia de Bloques: CRC (COMPROBACION DE REDUNDANCIAS CICLICAS) Sobretasa idéntica a la suma de comprobación Método extremadamente potente (99,997% de los errores detectados) Punto de arranque: Nº de bit deseado en el valor de comprobación (12, 32) DIVISION LARGA EN MODULO C f y U CRC CRC C f y U DIVISION LARGA EN MODULO 2 CRC-CCITT X-Modem CRC-16 Modbus-RTU CRC / = con de resto Divisor de 17 bits resto menor de 17 bits = EBC9 16 = c f y U

5 3.- Control del flujo de información: Control de caracteres: ECO XON/XOFF Control de Línea completa (PAQUETE): SOH SOH Número de secuencia de paquete Número de secuencia de paquete ETX/ACK STX LEN DATA DATA Campo de servicios datos ETX Valor de comprobación Valor de comprobación Solicitud de Repuesta Automática: ARQ Parada y Espera Receptor 1 2 Envia un mensaje y espera respuesta El receptor contesta si le ha llegado correctamente o no El transmisor repite si no hay respuesta o si es negativa ACK Emisor 1 2 Time-out: Tiempo de espera para dar por fallida la comunicación Retries: Cantidad de intentos que realiza el maestro ACK NAQ SOH: Start of Header, STX: Start of Text, ETX: End of text Solicitud de Repuesta Automática: ARQ Parada y Espera Envia un mensaje y espera respuesta El receptor contesta si le ha llegado correctamente o no El transmisor repite si no hay respuesta o si es negativa Continuo Envía tramas numeradas y si falla pide ha partir de la errónea 4.- Métodos de acceso al medio Maestro/esclavo Peer to-peer (Punto a punto) Paso de testigo (Token) CSMA: CD e BA

6 METODO DE ACCESO AL MEDIO: MAESTRO- ESCLAVO TRAMA DE PREGUNTA PROTOCOLO MOD-BUS METODO DE ACCESO AL MEDIO: MAESTRO- ESCLAVO MAESTRO CRC AREA DE DATOS CODIGO FUNCION DIRECCION DIRECCION CODIGO FUNCION AREA DE DATOS CRC TRAMA DE RESPUESTA ESCLAVO n Mod-bus RTU: TRAMA DE PREGUNTA/ RESPUESTA DIRRECION CODIGO FUNCION AREA DE DATOS CRC 1 byte 1 byte N bytes 2 bytes PLC N.1 PLC N. 2 PLC N.3 PLC N.1 PLC N. 2 PLC N.3 WinCC AUTOMATA WinCC AUTOMATA Puerto de Comunicaciones ESCLAVO n Puerto de Comunicaciones ESCLAVO n MAESTRO MAESTRO Peer_to_Peer Metodo de acceso al medio: PASO DE TESTIGO MODEN MODEN Maestros PLC PC MODEN MODEN PROFIBUS Dispositivos de campo (Esclavos) MODEN

7 Metodo de acceso al medio: CSMA Carrier sense multiple access CD: Collision detection se transmite cuando el bus está desocupado si hay colisión, se repite la tentativa después de un tiempo aleatorio. ejemplo: Ethernet Metodo de acceso al medio: CSMA Carrier sense multiple access BA: Bitwise Arbitration se transmite cuando el bus esta desocupado si existe colisión : bit 0 es dominante bit 1 es recesivo el dominante continua transmitiendo es más eficiente que CSMA/CD I/O 4 I/O 1 I/O 2 I/O 3 Metodo de acceso al medio: CSMA/CA Carrier sense multiple access CA: Collision Avoidance) Identificador único que determina la prioridad del mensaje. Mensaje con alta prioridad gana el acceso al bus. Mensajes de baja prioridad son retransmitidos en el siguiente ciclo de bus 5.- Modelos de comunicación

8 Qué modelos de PROTOCOLO existen en el mercado? Cuáles son sus diferencias? Qué modelos de PROTOCOLOS existen en el mercado? Cuáles son sus diferencias? 1.- MODELO ORIGEN/DESTINO ORIGEN DESTINO DATOS CRC Jerarquías: Maestro/esclavo Entre iguales: Peer-to-peer (punto a punto) Paso de testigo 2.- MODELO PRODUCTOR/CONSUMIDOR IDENTIFICADOR DATOS CRC - Los mensajes son identificados por su contenido - Múltiples nodos pueden consumir la misma información al mismo tiempo (MULTIDIFUSION) - Permiten jerarquías maestro/esclavo, peer-to-peer - Producción de datos por: Cambios de estado de los datos (por eventos). Cíclica por tiempo. QUÉ ES UN PROTOCOLO? 5.- Concepto de Bus de Campo Protocolo. Bus de comunicación. Bus de campo. Cuando el receptor y el emisor acuerdan de antemano observar unas reglas comunes que gobiernan el intercambio de datos reciproco se ha establecido un protocolo Conjunto de reglas PROTOCOLO Control del flujo Control de errores Método de acceso al medio En un protocolo hay: HANDSHAKING - Cooperación Metafísicamente apretón de manos - Acuerdo previo

9 QUÉ ES UN BUS DE COMUNICACION? DEFINICIÓN DE BUS: Línea de comunicación entre dos o más elementos que procesan información. Son seis los niveles que lo forman: Nivel mecánico. (Conectadores y placas) Nivel eléctrico. (alimentación, impedancia) Nivel lógico. (señales) Nivel de temporización básica. (diagramas de tiempos) Nivel de transferencia elemental. (maestro/esclavo, protocolo) Nivel de transferencia de bloque. (Protocolo) QUÉ ES UN BUS DE CAMPO? Protocolos y líneas de comunicación usadas en las aplicaciones industriales Existen dos tipos bien diferenciados: Buses de campo propietarios: La propiedad intelectual pertenece a una compañía y se necesita licencia para usarlo. Buses de campo no propietarios o abiertos: Especificaciones publicas y disponibles Componentes criticas disponibles Proceso de validación definido. Cual es la mejor elección actual y para el futuro? QUÉ CONTITUYE UN BUS DE CAMPO? El conjunto de todos los componentes físicos necesarios para establecer una vía de transmisión de datos así como los procedimientos comunes asociados para intercambiar datos. Sensorbuses ASI CANbus LonWorks Seriplex Sensoplex fieldbuses CANbus IEC DeviceNet PROFIBUS SDS WorldFIP InterBus-S ModBus LonWorks

10 Ethernet WorldFIP LONWORKS Typical Applications ControlNET Modbus Interbus Process, Factory Process, Factory Building Automation Data Rate bits/s 5M Typ1.2K K 500K Process, Factory Communication Technique Producer/Consumer Master/Slave Master/Slave Media Access Method CTDMA *3 Token Passing None Media Supported Co-ax, Fibre-Optic Twisted Pair Co-ax, Fibre-Optic Max. No. of Addressable Nodes 99 per link 247 per network 256 Stations Deterministic *1 Yes No Yes Intrinsically Safe No No No Bus Powered? No No No ASICs *2 Available Yes No Yes Physical Layer Standard Generally based on differential Not Specified RS485 Manchester encoding Applicable Standards BSI draft standard prov EN Modicon Protocol PI-MBUS-300 Rev.E DIN E prov EN Typical Applications Process, Data Process, Smart, Building, Factory Automation Data Rate bits/s 10M 31.5K, 1M and 2.5M 300 to 1.25M Communication Technique Master/Slave, Producer/Consumer Process, Building, Factory Automation Master/Slave, Media Access Method CSMA/CD Bus Arbiter Access Predictive Media Media Supported Co-ax Twisted Pair, Radio, Fibre-Optic Max. No. of Addressable Nodes Co-ax, Twisted Pair, Radio, Fibre-Optic 400 per segment 256 per network 32,768 per domain Deterministic *1 No Yes No Intrinsically Safe No Yes Yes Bus Powered? No Yes Yes ASICs *2 Available Yes Yes Yes Physical Layer Standard Unbalanced Voltage IEC/ISA/FF IEC Applicable Standards IEE802.3, ISO8802.3(10Bas e-5) EN 50170(Part 3) Numerous LonMark Interoperability Association Guidelines Typical Applications CAN HART AS-Interface Process, Building, Factory, Vehicle Automation Smart Instrumentation Data Rate bits/s To 1M K Communication Technique Media Access Method Media Supported Max. No. of Addressable Nodes Producer/Consumer, Master/Slave Process, Building, Factory Automation Master/Slave CSMA/CD/NDA None Cyclic polling Twisted Pair, Fibre-Optic 2^11, or 2^29 in extended address mode Twisted Pair Twisted Pair 15 per loop 31 per network Deterministic *1 No No Yes Intrinsically Safe No Yes No Bus Powered? No Yes Yes ASICs *2 Available Yes Yes, partial Yes Physical Layer Standard Applicable Standards Balanced Differential Voltage ISO mA pair (f.s.k current modulation) HART Protocol Specification Rev 5.1 Physical Layer Rev 8.0 Balanced Differential Voltage IEC /D EN60947 DIN VDE 0660/208 Profibus DP FMS PA Typical Applications Process, Factory Process, Factory Process, Smart Data Rate bits/s To 1.5M and 12M 500K 31.25K Communication Technique Master/Slave, Master/Slave, Master/Slave, Media Access Method Token Passing Token Passing Token Passing Media Supported Twisted Pair Twisted Pair Twisted Pair Max. No. of Addressable Nodes 127 per network 127 per network 127 per network Deterministic *1 No No No Intrinsically Safe No No Yes Bus Powered? No No Yes ASICs *2 Available Yes Yes Yes Physical Layer Standard RS485 RS485 IEC/ISA/FF IEC Applicable Standards EN 50170(Part 2) DIN EN EN 50170(Part 2) DIN DIN 19245

11 Cual es la mejor elección actual y para el futuro? ENFOQUE METÓDICO ANTE LA SITUACIÓN ACTUAL DE DIFERENTES FIELDBUSES: Sensorbuses ASI CANbus LonWorks Seriplex Sensoplex fieldbuses CANbus IEC DeviceNet PROFIBUS SDS WorldFIP InterBus-S ModBus LonWorks 1.- Realizar una evaluación de las aplicaciones y el tipo de control que se necesita. Tamaño de la red, Volumen de trafico, Rendimiento, Fallos de estaciones, Longitud del mensaje, Expansión. 2.- Comparar estas necesidades con las características de los fieldbuses disponibles. 3.- Clasificar las prioridades de control de las aplicaciones tomando en cuenta los siguientes factores: Rendimiento: Cuál es la característica más importante para la aplicación? Determinismo Repetitibidad Tiempo de respuesta Gateways: Requiere de mas de un fieldbus el diseño propuesto? Es necesaria la comunicación mutua entre diferentes fieldbuses? Costos: Cuáles de los siguientes costos son mas importantes: Componentes físicos. Costos por tiempo improductivo. Costos de la instalación. Es fácil la integración en el sistema? Tríos interesantes Topología de la red Interbus-s, CAN/DeviceNet y Hart. Ethernet Industrial, Profibus y Asi. ESTRUCTURA GEOMETRICA BASICA - Definida por: Distribución del cable que interconecta los diferentes interlocutores. - Las diferentes estaciones son los nodos de la red. - La estructura más simple es una red formada por dos estaciones, es decir, dos nodos (punto a punto) Factores a tener en cuenta: La distribución de los equipos a interconectar. La inversión que se quiere hacer. El tráfico que va a soportar la red local. La capacidad de expansión. No se debe confundir el término topología con el de arquitectura. Para adaptarse a los diferentes requisitos, se pueden combinar diversas redes de comunicación. La arquitectura de una red engloba : La topología. El método de acceso al cable. Protocolos de comunicaciones