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Verfahren |
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Begriffsdefinition: Echtzeitfähigkeit, Rechtzeitigkeit, Gleichzeitigkeit, Jitter, Determinismus |
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Echtzeitfähigkeit ist eine wesentliche Anforderung, die viele industrielle Anwendungen stellen. Kann ein System unter allen Betriebsbedingungen richtig und rechtzeitig auf alle auftretenden Ereignisse reagieren, so ist es echtzeitfähig. Erfüllt also ein Kommunikationssystem die qualitativen und zeitlichen Forderungen an den Datenaustausch der Komponenten einer konkreten Anwendung, so ist es – bezogen auf diese Anwendung – echtzeitfähig. Dies kann bedeuten, dass für die Zeit zwischen zwei Ereignissen eine bestimmte Maximalzeit, die Deadline, nicht überschritten werden darf, dies ist die Forderung nach der rechtzeitigen Ausführung einer Aktion. Oftmals bedeutet es jedoch auch, dass insbesondere koordinierte Aktionen zu genau einem bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkt bzw. Zeitraster durchzuführen sind, diese Forderung wird Gleichzeitigkeit (Synchronität) genannt. Formell und damit allgemeingültiger lassen sich diese Zeitzwänge mit Hilfe der Zeit/Nutzen Funktionen darstellen. Zeit/Nutzen Funktionen beschreiben den Nutzen der vollständigen Ausführung (und damit Beendigung) einer Aktion als Funktion davon, wann die Aktion vollständig ausgeführt ist. Der Funktionswert des Nutzens beschreibt die relative Bedeutung der Aktion. Entsprechend dem Zeit/Nutzen - Funktionsmodell für Echtzeit von Douglas Jensen bedeutet die Forderung nach Rechtzeitigkeit, dass der Nutzen der Ausführung einer Aktion vom Zeitpunkt Null bis zur Deadline voll gegeben ist und damit den Wert Eins beträgt und mit Erreichen der Deadline auf springt. Die Forderung nach Synchronität bedeutet, dass der Nutzen der Ausführung der Aktion nur innerhalb eines schmalen Zeitfensters um einen vorgegebenen Ausführungszeitpunkt gegeben ist. Das Zeitfenster wird durch den zulässigen Jitter (Schwankungsbereich) um die Deadline herum festgelegt.  In Feldbussystemen wurde Echtzeitfähigkeit klassisch durch ein deterministisches Verhalten der Buskommunikation realisiert (z.B. Zeitschlitzverfahren). Determinismus stammt von dem lateinischen Wort determinare und bedeutet abgrenzen, bestimmen. Ein deterministisches System ist ein System, dessen Zustand zu jedem Zeitpunkt eindeutig festgelegt ist. In einem deterministischen Kommunikationssystem sind damit alle Zustände der Datenübertragung zeitlich exakt berechenbar. Ethernet TCP/IP ist vom Prinzip her nicht deterministisch, da es dazu geschaffen wurde, sehr vielen Rechnern mit unterschiedlichen, voneinander unabhängigen Aufgaben die Nutzung eines gemeinsamen Kommunikationssystems gleichberechtigt zu ermöglichen, weshalb sich die Kommunikationsbeziehungen im Netz laufend ändern und in keiner Weise einem zyklischen Verhalten unterliegen. Folglich ist die Kommunikation derart flexibel organisiert, dass der genaue Zeitpunkt und die Dauer eines Datenaustausches relativ starken Schwankungen unterliegen. Eine maximale Übertragungsdauer kann jedoch, unter Einhaltung bestimmter Bedingungen, relativ genau bestimmt werden. Für die Erfüllung, der Forderung nach Rechtzeitigkeit, ist Ethernet daher bis in weiten Grenzen von Haus aus geeignet. Die Erfüllung der Forderung nach Synchronität, kann mit Standard Ethernet im Allgemein nicht garantiert werden, da es prinzipbedingt aufgrund von nicht exakt vorhersehbaren Wartezeiten in Paketwarteschlangen einen meist unakzeptablen großen Jitter in der Übertragungsdauer geben kann. | |||||||||
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