Wir wollen ein PROFINET System möglichst passive ausmessen um eine Analyse oder Überwachung durch zu führen.

 

Die Aufzeichnung und Darstellung der Telegramme des PROFINET kann sehr effizient und kostengünstig mit der Open-Source Software Wireshark durchgeführt werden. Dazu bedarf es auf den ersten Blick lediglich eines PCs mit Windows oder LINUX der mit einer Ethernet Schnittstelle ausgerüstet ist. In der Praxis gibt es dazu aber ein paar Probleme, je nach dem was man genauer untersuchen will:

 

1. Telegramme sind immer lokal

Bei PROFINET wir ein geswitchtes Ethernet verwendet. Das Ziel ist die Last zu verteilen und nicht auf allen Leitungen alle Telegramme durch zu leiten. Genau dies macht nun bei Messungen Probleme: Es gibt keinen Punkt in einem PROFINET System wo ich mit Sicherheit alle PROFINET Telegramme sehen kann. Oftmals sind die Telegramme nur lokal in einem Link (LLDP, PTCP) oder werden beim durchlaufen der Switches verändert. Eine Messung hat nur eine lokale Gültigkeit für den gerade gemessenen Link. Für eine vollständige Analyse oder Überwachung muss theoretisch jeder Link gleichzeitig gemessen werden.

 

2. Auskoppelung des Signals

Um an einem Link einen Monitor wie zum Beispiel Wireschark anzuschliessen muss das Ethernet Signal ausgekoppelt werden. Dies geht nicht ohne Schaltungsaufwand. Bei der Beobachtung einem vollduplex Ethernet Link mit die Messschnittstelle mindestens die doppelte Gewindigkeit der normalen Schnittstelle aufweisen, wenn keine Daten verloren gehen sollen. Dazu gibt es eine Liste von möglichen, kostengünstigen Messtopologien um dieses Problem zu umgehen.

 

3. Kontrolle von Übertragungsfehlern

Um das Betriebssystem zu entlasten ignoriert das Netzwerinterface (NI) für Ethernet in einem PC alle fehlerhaften Ethernet Telegramme. Der Einsatz von einem PC mit Wireshark zur Kontrolle von Übertragungsfehlern zur Netzwerküberwachung ist darum nicht möglich, es werden keine fehlerhaften Telegramme angezeigt werden.

 

4. Genauigkeit der Zeitstempel

Die Zeitstempel auf den Telegrammaufzeichnungen bei Wireshark werden im Betriebssystem erstellt. Messungen zeigen, dass je nach Betriebsystem und Leistung des PCs mit zeitlichen Abweichungen der Zeitstempel im Bereich von Millisekunden gerechnet werden muss. Eine solche Aufzeichnung kann für Messungen der Echtzeiteigenschaften des PROFINET nicht sinnvoll genutzt werden.

 

Auf dem Markt sind Messsysteme verfügbar, die alle die hier aufgeführten Probleme zumindest teilweise Lösen und gute Resultate aufweisen können. Diese Messsysteme sind aber mit Investitionskosten in der Grössenordung von mehreren zehntausend Franken verbunden. Solche Messsysteme sind für die Entwicklung von Echtzeitkomponenten sicher von grossem Nutzen, sind aber für den flächendeckenden Einsatz nicht unbedingt rentabel einsetzbar. Wir versuchen darum hier auf zu zeigen, wie man mit geeigneten Massnahmen und Kompromissen mit Wireshark trotzdem zu brauchbaren Messresultaten kommen kann.