Powerlink

ETHERNET POWERLINK 개요

POWERLINK는 이더넷 기반의 실시간성 네트워크 프로토콜입니다. POWERLINK는 IEEE 802.3 표준에서 정의 된 물리계층 및 MAC(Media Access Control) 계층에서 구축되며 마이크로 /초 범위의 유효 데이터의 전송 능력을 가지고 있습니다. POWERLINK는 표준 이더넷에 위배되지 않도록 구현되어 있기 때문에 기존에 존재하는 하드웨어/소프트웨어 플랫폼 환경 또는 새로운 환경에서 구현될 수 있습니다. POWERLINK는 주로 자동화 시스템에서 처리 데이터를 전송하는데 사용됩니다.
전송에 대한 결정적인 문제를 해결하게 위해, POWERLINK는 “Polling” 접근방식과 request/response 방식을 사용합니다. POWERLINK에는 크게 두가지 노드가 있는데 Master 노드인 managing node(MN)는 네트워크에 접근을 제어합니다. Slave 노드인 controlled nodes(CNs)는 managing node (MN)의 요청에 따라 데이터를 전송하며 managing node (MN)명령에 따릅니다 . 이로써 충돌을 방지하고 실시간성 기능을 제공합니다.
 

그림1. POWERLINK Master/Slave system

Standardization 
POWERLINK는 자유롭게 이용할 수 있는 “protocol stack” 의 구현과 특징을 의미하는 실시간성 이더넷 프로토콜입니다. Licensing 요금은 청구되지 않습니다. Stack에 대한 Licensing 모델은 BSD license이며, 제공 범위는 자유롭습니다. POWERLINK 사양은 Ethernet POWERLINK 표준 그룹(EPSG)에 의해 유지되고 개발됩니다. 더 자세한 내용은 www.thernet-powerlink.org를 참조하십시오.

POWERLINK is both an IEC standard and a Chinese national standard for communication technology: 
  • IEC 6178402: Industrial communication networks - Profiles - Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time  networks based on ISO/IEC 8802-3.
  • IEC 61158: Industrial communication networks - Fieldbus specifications.
  • GB/T 27960-2011: Ethernet POWERLINK communication profile specification.
Features of a POWERLINK network 
  • POWERLINK is based on Fast Ethernet (100 Mbit/s)
  • Up to 239 slave nodes
  • 200 µs minimum cycle time
  • Recommended cable types:
   ■ Copper cable: CAT 5, S/UTP, AWG26
   ■ Fiber optic cable: Multimode fiber with 62.5/125 μm or 50/125 μm core diameter
  • Process data per node: up to 1490 bytes
  • Asynchronous data transfer: up to 1500 bytes per cycle and station
  • Topology: Line, star, tree or any combination thereof

POWERLINK in the OSI model

OSI 모델은 정보 처리 시스템의 표준 개념 모델입니다. 현재 일반적으로 가장 중요하게 사용되는 제조자 독립적인 전송 프로토콜은 OSI모델을 기반으로 합니다. OSI 모델은 통신 시스템의 기능을 7개의 계층 그룹으로 나누었습니다. 각 계층은 그 아래 계층 위에서 구축되고 특정 규칙에 따라 작업을 수행하는 예를 나타냅니다. 이러한 규칙들은 여러 계층에 걸쳐 있는 프로토콜에 의해 정의됩니다.

 

그림2: POWERLINK CANopen application interface

계층 1, 물리 계층은 물리적인 전송매체에 대한 전기적, 기계적, 기능적인 인터페이스를 설명합니다. 그 위에 있는 계층은 데이터 링크 계층으로, 물리 계층에서 발생할 수 있는 에러를 검출함으로써 직접 연결 된 두 노드 간의 안정적인 연결을 제공합니다. 이 두 개의 계층은 때로 “물리 계층” 한가지로 언급되기도 합니다.
계층 3 과 바로 위 계층4는 “전송 계층”으로 통칭 됩니다. 계층 3인, 네트워크 계층은 데이터 전송의 타이밍과 로직을 제어합니다. 계층4인, 전송계층은 데이터를 나누거나 애플리케이션에 할당합니다.
계층 5(세션 계층), 6(응용 계층), 7(애플리케이션 계층)은 “애플리케이션 계층”으로 총칭 되며 애플리케이션은 언급한 위 계층에 직접 접근할 수 있습니다. 위에 설명한 바와 같이, 이더넷은 단지 물리 계층과 데이터 링크 계층만을 정의합니다. 같은 계층을 동시에 사용하지 않는 프로토콜은 혼재된 상황에서 사용될 수 있습니다. - 예) POWERLINK 과 CANopen


Data link cycle

POWERLINK 데이터 링크 계층(DLL)은 네트워크 접근을 위한 메커니즘을 정의합니다. POWERLINK노드로 알려진 네트워크 스테이션은 정의된 시간에 데이터를 전송할 수 있습니다. 네트워크 접근이 특정 노드에 의해 관리될 때, managing node(MN)라고 합니다. POWERLINK 네트워크는 항상 한 개의 활성 managing node(MN)를 가지고 있습니다. MN은 239개의 controlled nodes(CNs)를 관리할 수 있습니다.


POWERLINK cycle

POWERLINK 주기는 동기 및 비 동기 위상으로 구별할 수 있습니다. 동기 단계에서는 데이터를 네트워크 노드에서 주기적으로 전송됩니다. 비 동기 단계에서는 두 개 이상의 노드에서 비 주기 데이터의 교환을 따릅니다. 이 단계는 네트워크 관리, 구성, 진단 및 non-time-critical data queries 을 위해 사용됩니다. 또한 nonPowerLINK 프레임의 전송을 허용합니다.(예: 웹 사이트와 같은 IP 기반의 데이터) 


 그림 3: POWERLINK cycle


표 1: Types of POWERLINK frames


  • Isochronous phase
동기 단계에서 네트워크 스테이션은 주기적으로 데이터를 교환합니다. 네트워크 스테이션은 실시간으로 데이터 트래픽을 발생시키는 곳입니다.

  • Asynchronous phase
비 동기 단계는 동기 단계 바로 다음에 따릅니다. Managing Node(MN)은 비동기 시작(SoA) 프레임을 전송함으로써 비 동기 단계를 시작합니다. SoC와 마찬가지로 SoA 또한 멀티캐스트 프레임입니다. 이 프레임에서, Managing Node(MN)은 네트워크 내 스테이션 13으로의 전송을 허락합니다. 선택 된 노드는 비 동기 POWERLINK 데이터(ASnd frame) 및 이더넷 프레임( 예. IP 데이터)을 전송할 수 있습니다. 그것이 유니 캐스트, 멀티 캐스트, 브로드 캐스트 프레임으로  전송되는지는 선택된 노드의 구현사항에 따라 좌우됩니다. 


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