PROFINET工業乙太網監聽與性能分析方案

現有主流的工業乙太網有德國西門子開發的PROFINET / 羅克韋爾定義的 Ethernet /IP/ 施耐德電氣主推的ModbusTCP/ 德國倍福研發的EtherCAT乙太網控制技術,客戶在實際使用過程中現場的應用環境有著影響工業乙太網實時性的各種因素,客戶需要實時的了解數據幀的延遲與抖動,就需要搭建工業乙太網性能的測試平台。

目前絕大部分採用了wireshark網絡封包分析軟體,用戶可以根據連接網絡的方式的不同,選擇相應的解決方案,這邊提供三種解決方案用於工業乙太網的延遲與抖動,以及周期循環等性能指標的測試。

工具/原料

wireshark網絡封包分析軟體
profishark100M/1G/1G+
kunbus TAP 2100
netANALYZER 分析套裝

方法/步驟

方案一:運用ProfiShark 100M/1G/1G+ 可攜式乙太網分析儀,該系列可用於日常網絡故障診斷,並且特別適用於分析常規 IP 網絡和工業網絡協議,包括 ProfiNET、Real Time、IRT、或其它標準通訊、或自動化網絡

profishark100/ 1G/1G+可攜式乙太網分析儀,是一款深度分析10/100M/1G網絡穩定可靠的設備專用於常規乙太網和實時工業乙太網,觀察和監測所有 7 OSI 層,同時捕獲和聚合全雙工數據流,該儀器簡單方便,額外的設備只需要一個帶USB 接口的PC 即可,連接PC 就能完成配置。

測試框架:1、  測試網絡周期以及監控網絡狀態,

直接將profitap系列分析儀接在主站後即可,主站發出的數據幀經過tap口之後,打上時間戳,之後在發送出去,profitap本身的硬體延遲僅有5ns-8ns的延遲,使得數據經由profitap tap口出去不影響測量結果。利用USB 的連接方式,連接到PC 結合wireshark 進行數據分析,

測試框架:2、延遲與抖動性能測試:

在實時乙太網主站發出的同一個數據幀經由每一個從站的時間理論上來說應該是一樣的,但是因為網絡內部因素,外部環境因素,以及線纜長度等因素也會導致延遲,如果超出允許的延遲時間,那麼這個網絡則可以說是不穩定的,存在隱患的,所以在實時乙太網中對於延遲與抖動的測試網絡性能指標測試之一。

延遲需要測試同一個數據幀經過起碼兩個從站的時間,做差求得延遲,因為profishark100M / 1G 均只有一對TAP 接口,所以藉助了乙太網分接頭,或者直接採用profishark1G+進行測量

方案二:KUNBUS-TAP 2100是一款當前所有工業乙太網都適用的網絡分析儀。該設備有4個埠,能夠同時記錄最多2個獨立的實時乙太網連接。

測試框架:在過程中,一個內部直通延遲0μs(零延遲)使該網絡監測器能夠完全透明地檢測數據通道。KUNBUS-TAP 2100通過標準千兆位乙太網接口連接到電腦。所捕獲的數據包可使用網絡協議分析儀例如「Wireshark」讀取和分析,利用該設備可以直接測得網絡的IO Cycle time 以及延遲與抖動性能數據。

方案三: 實時乙太網分析儀,netANALYZER 可應用與profinet EtherCAT.EtherNet/IP 等實時乙太網協議的分析,可以通過PCI 插槽連接PC 也可以通過網口連接PC 支持2組乙太網全雙工模式連接,netANALYZER 最大可抓獲1GB的報文數據測試數據實時保存至PC 機。報文轉換成winPCAP文件格式,

測試框架一:延遲測試

netANALZYER 的話,使用兩個TAP 口來按照如下的連接 來進行測試的, 控制器每發送一個數據幀,就需要先進入 netANANLYZER 的TAP A 埠打上 時間戳,然後經過從站1出去的數據進入tapB 埠打上時間戳,所以同一個數據幀來說,tapB 和TAP A 的時間戳差就是延遲時間了,延遲時間的最大值最小值之差即為抖動了,

測試框架二:對於周期時間測量,一組TAP 口即可,控制器每一幀數據幀一進 Tap 打上時間戳,兩個連續的數據幀之間的時間戳做差就是周期了。

測試框架三:NetNALYZER 上有單獨的4個數字I/O信號的分析,可以直接對單個IO 模塊進行測試

原作者:support@hkaco.com

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