Diplomarbeit - Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

Diplomarbeit: Modulares System Vergleich von Bussystemen für die Kommunikation
5.4. Auswahl des verwendeten Busses
Für ein verteiltes Netzwerk von Sensoren und Aktoren spielen folgende Faktoren eine wichtige Rolle:
- einfache Anschlussmöglichkeit
- ausreichende Kabellänge
- robuste Verbindung
- Fehlertoleranz
- einfaches Einfügen/Auskoppeln von Teilnehmern
Aus der Tabelle 4.4 ist ersichtlich, dass es in Hinblick auf Geschwindigkeit kaum Vorteile durch
parallele Bussysteme gibt. Da serielle Verbindungen durch die geringe Leitungsanzahl wesentlich
einfacher aufzubauen und zu warten sind, überwiegt dieser Vorteil bei weitem. Ein Nachteil ist
generell die begrenzte Anzahl von anschließbaren Geräten.
Der CAN-Bus sticht hierbei heraus, da er die Anzahl der Teilnehmer nicht vom Protokoll her begrenzt,
sondern diese nur von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Treiberbausteine abhängt. Des
Weiteren verfügt er über mehrere, einander ergänzende Fehlererkennungsmechanismen. Da der
CAN-Bus symmetrisch betrieben wird und somit eine sehr geringe Fehlerquote aufweist, ist er die
beste Wahl für ein verteiltes Netzwerk. Die im Vergleich zum Ethernet geringere
Datenübertragungsrate wirkt sich im Projekt nicht negativ aus. Außerdem finden sich preisgünstige
Umsetzungen des CAN in vielen Mikrocontrollern. Ethernet ist dagegen vergleichsweise teuer. Daher
wurde für die Realisierung des Netzwerkes der CAN-Bus gewählt.
Wegen der begrenzten Ausbreitungsgeschwindigkeit (17-20cm/s) der Signale auf den Leitungen und
der Tatsache, dass in einigen Protokoll-Abschnitten eine Reaktion anderer Bus-Teilnehmer verlangt
wird, sind Bitrate und Buslänge beim CAN-Bus direkt miteinander gekoppelt. Das heißt, je länger die
Leitungen sind, umso geringer kann die Übertragungsrate sein.
Formel: Buslänge * Bitrate < 40m * 1MBit/s.
Daraus ergeben sich zum Beispiel folgende Beziehungen:
40 m Buslänge bei 1 MBit/s
400 m Buslänge bei 100 kBit/s
1000 m Buslänge bei 40 kBit/s
Diese sollten für einen normalen Betrieb eines Netzwerkes ausreichen. Für höhere Datenströme, wie
sie unter Umständen bei Videoanwendungen auftreten können, muss dann partiell auf ein anderes
System umgestiegen werden. Die Datenüberragungsrate muss dem CAN-Controller bekannt sein.
Der CAN-Bus ist im OSI-Modell in den Schichten 1 (physikalische Schicht) und 2 (Sicherungsschicht)
angesiedelt. Er übernimmt also die physikalische Übertragung und die Sicherstellung der
Fehlererkennung und Korrektur der ankommenden Daten. Dazu verfügt jede CAN-Botschaft über eine
15-Bit-CRC-Prüfsumme, es wird ein Frame-Check durchgeführt und der Sender erwartet eine
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