Praktische overwegingen - Digitale communicatie

Een belangrijke overweging voor industriële besturingsnetwerken, waar de bewaking en besturing van real-life processen vaak snel en op gezette tijden moet gebeuren, is de gegarandeerde maximale communicatietijd van het ene knooppunt naar het andere.

Als je de positie van een koelvloeistofklep van een kernreactor bestuurt met een digitaal netwerk, moet je kunnen garanderen dat het netwerkknooppunt van de klep op het juiste moment de juiste positioneringssignalen van de regelcomputer ontvangt. Zo niet, dan kunnen er heel erge dingen gebeuren!

Het vermogen van een netwerk om gegevens "doorvoer" te garanderen, wordt determinisme genoemd. Een deterministisch netwerk heeft een gegarandeerde maximale tijdsvertraging voor gegevensoverdracht van knooppunt naar knooppunt, terwijl een niet-deterministisch netwerk dat niet heeft. Het meest vooraanstaande voorbeeld van een niet-deterministisch netwerk is Ethernet, waar de knooppunten afhankelijk zijn van willekeurige tijdvertragingscircuits om de transmissie te resetten en opnieuw te proberen na een botsing.

Omdat de overdracht van gegevens door een knooppunt voor onbepaalde tijd kan worden vertraagd door een lange reeks resets en nieuwe pogingen na herhaalde botsingen, is er geen garantie dat de gegevens ooit naar het netwerk worden verzonden. Realistisch gezien is de kans echter zo astronomisch groot dat zoiets zou gebeuren dat het in een licht belast netwerk van weinig belang is.

Een andere belangrijke overweging, vooral voor industriële besturingsnetwerken, is netwerkfouttolerantie:dat wil zeggen, hoe vatbaar is de signalering, topologie en/of protocol van een bepaald netwerk voor storingen? We hebben al kort enkele van de problemen rond topologie besproken, maar protocol heeft evenveel invloed op de betrouwbaarheid. Een Master/Slave-netwerk is bijvoorbeeld, hoewel extreem deterministisch (een goede zaak voor kritieke controles), volledig afhankelijk van het hoofdknooppunt om alles draaiende te houden (over het algemeen een slechte zaak voor kritieke controles). Als het hoofdknooppunt om welke reden dan ook faalt, kan geen van de andere knooppunten gegevens verzenden, omdat ze nooit hun toegewezen tijdvakmachtigingen zullen krijgen om dit te doen, en het hele systeem zal falen.

Een soortgelijk probleem heeft te maken met systemen voor het doorgeven van tokens:wat gebeurt er als het knooppunt met het token zou falen voordat het token wordt doorgegeven aan het volgende knooppunt? Sommige token-passing-systemen pakken deze mogelijkheid aan door een paar aangewezen knooppunten een nieuw token te laten genereren als het netwerk te lang stil is.

Dit werkt prima als een knooppunt met het token sterft, maar het veroorzaakt problemen als een deel van een netwerk stilvalt omdat een kabelverbinding ongedaan wordt gemaakt:het deel van het netwerk dat stil valt, genereert na een tijdje zijn eigen token, en je blijft in wezen achter met twee kleinere netwerken met één token dat rond elk van hen wordt doorgegeven om de communicatie te ondersteunen.

Er treden echter problemen op als die kabelverbinding weer wordt aangesloten:die twee gesegmenteerde netwerken worden weer samengevoegd en nu worden er twee tokens rond één netwerk doorgegeven, waardoor de transmissies van knooppunten met elkaar in botsing komen!

Er is geen "perfect netwerk" voor alle toepassingen. De taak van de ingenieur en technicus is om de toepassing te kennen en de werking van de beschikbare netwerken te kennen. Alleen dan kan efficiënt systeemontwerp en -onderhoud werkelijkheid worden.