Analyse de performances de protocoles temps-réel basés sur Ethernet

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1 Analyse de performances de proocoles emps-réel basés sur Eherne Jérémy Rober, Jean-Philippe Georges, Eric Rondeau, Thierry Divoux To cie his version: Jérémy Rober, Jean-Philippe Georges, Eric Rondeau, Thierry Divoux. Analyse de performances de proocoles emps-réel basés sur Eherne. Sixième onférence Inernaionale Francophone d Auomaique, IFA 2010, Jun 2010, Nancy, France. pp.drom, <hal > HAL Id: hal hps://hal.archives-ouveres.fr/hal Submied on 7 Jun 2010 HAL is a muli-disciplinary open access archive for he deposi and disseminaion of scienific research documens, wheher hey are published or no. The documens may come from eaching and research insiuions in France or abroad, or from public or privae research ceners. L archive ouvere pluridisciplinaire HAL, es desinée au dépô e à la diffusion de documens scienifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanan des éablissemens d enseignemen e de recherche français ou érangers, des laboraoires publics ou privés.

2 Analyse de performances de proocoles emps-réel basés sur Eherne Jérémy Rober 1, Jean-Philippe Georges 1, Eric Rondeau 1, Thierry Divoux 1 1 enre de Recherche en Auomaique de Nancy, UMR 7039 Nancy-Universié, NRS Faculé des Sciences BP 239, Vandœuvre lès Nancy, France. Prenom.Nom@cran.uhp-nancy.fr Résumé Aujourd hui, Eherne se posiionne comme la soluion sandard pour les communicaions indusrielles en dépi de ses inconvéniens inrinséques (pariculièremen sa méhode d accès au médium non déerminise). omme pour les réseaux de errains, chaque fournisseur réseaux fai la promoion de sa soluion. En conséquence, de nombreuses soluions héérogènes on éé proposées sur le marché afin de rendre Eherne déerminise. Le défi es alors pour les indusriels de sélecionner la echnologie la plus appropriée ou en conservan un regard sur leur pérennié. L objecif de ce papier es donc de comparer différens proocoles relaivemen à des conraines de emps de cycle. e emps de cycle es calculé pour chaque soluion. Mos-clés Sysèmes emps-réel, analyse de performances, conrôleur d axes, sysèmes embarqués. I. Inroducion Hisoriquemen, les bus de errain éaien principalemen conçus par les fournisseurs d API (Auomaes Programmable Indusriel). Les spécificiés des conraines de communicaions indusrielles fon que les bus de errain requièren un hau degré d experise. Ils doiven êre robuses à l environnemen indusriel (couche physique), déerminises afin de garanir le rafraîchissemen des données dans le emps de cycle API (couche liaison de données) e inéropérables pour pouvoir échanger des informaions enre ous les ypes d équipemens indusriels (couche applicaion). Les fournisseurs proposen donc différenes soluions à ces conraines sans prendre en compe le dernier poin, plus sensible en erme de business. Finalemen, il exise une large gamme de bus de errain ([6]). La nouvelle endance alors défendue par le consorium IAONA (Indusrial Auomaion Open Neworking Alliance) enre aures, es de promouvoir Eherne comme le sandard indusriel. Les bénéfices son la réducion des coûs d insallaion du réseau (composans sur éagère) e la réducion des problèmes d inéropérabilié. D aures inérês peuven êre ciés : Eherne es un proocole connu, largemen implémené e ses performances augmenen coninuellemen avec l évoluion des echnologies (pariculièremen sa bande passane). ependan, la méhode d accès au médium s appuie sur un algorihme non déerminise (SMA/D), qui uilise une méhode sochasique pour résoudre les collisions e qui ne garani pas la ransmission du message. Par conséquen, Eherne ne peu pas êre a priori implémené dans un milieu indusriel à fore conraine emporelle. Afin de faire face à ce problème, différenes soluions on éé proposées, comme menionnées dans [2], [4] e [5]. haque fournisseur fai la promoion de son produi avec pour bu la sandardisaion de celui-ci. Même s il exise différenes soluions basées sur Eherne sur le marché, aucune d enre elles n es capable de communiquer avec les aures comme l on éé les hisoriques bus de errain. En accord avec [9], ces différens proocoles peuven êre classés dans rois caégories. La classificaion se base à la fois sur les performances e sur les foncionnaliés ajouées à Eherne sandard. La plupar des proocoles fon face au problème de la couche MA en ajouan une sous-couche de priorié/ordonnancemen dans laquelle des mécanismes de ype TDMA ou maîre/esclaves son uilisés. Avec ces méhodes, le réseau ransme seulemen un message à la fois e supprime ainsi ou problème de collisions. Le emps de ransmission es simple à esimer, ce qui consiue le principal inérê de ces proocoles comme le monren [9] e [13]. Les résulas de ces aricles sur la comparaison enre EherAT e Profine IRT son alors repris dans la secion II e éendu aux soluions Modbus/TP e Eher- Ne/IP. es proocoles corresponden aux soluions les plus répandues d Eherne indusriel e l évaluaion pore sur les performances emporelles. II. Esimaion du emps de cycle minimal A. Inroducion ee parie présene une évaluaion de performances de quare soluions basées sur Eherne e uilisées dans des milieux indusriels, à savoir EherAT, Profine IRT, Modbus/TP e EherNe/IP. Un scénario commun es défini : un unique calculaeur agissan comme un maîre collece les différenes mesures e me à jour périodiquemen les données. Les capeurs e acionneurs son quan à eux considérés comme des esclaves. Le emps de cycle peu êre divisé en rois parie : collece des données (c es à dire les données produies par les capeurs), calcul des acions e ransmission de celles-ci. Par conséquen, le réseau doi êre capable de supporer pendan un cycle auomae les échanges relaifs aux enrées envoyées par les capeurs au conrôleur e les sories envoyées par le conrôleur aux acionneurs. De ce poin de vue, le emps de cycle doi êre plus long que le emps nécessaire à ous ces échanges. Un emps de cycle minimum es alors défini de la façon suivane : Definiion 1(Temps de cycle minimum) : Le emps de cycle minimum correspond au emps de communicaion nécessaire pour collecer e mere à jour les mémoires de données de ous les capeurs e acionneurs.

3 La définiion précédene, similaire à celle proposée dans [9], sera uilisé dans ce aricle comme la mérique permean de comparer la capacié des différenes soluions basées sur Eherne à saisfaire les conraines indusrielles. Le emps de cycle minimal es calculé pour chaque proocole e exprimé en foncion de différens paramères els que le emps de ransmission d une rame, la laence d un équipemen réseau, la congesion ou même du emps de propagaion d un lien. Le ableau 1 décri les noaions uilisées. De plus, il sera supposé des communicaions sans erreurs de ransmissions e un réseau dédié, c es à dire non paragé avec d aures applicaions. B. EherAT TABLE I Noaions Termes Noaion Uniés Temps de ransmission τ s Laence de l équipemen l s Temps de propagaion δ s Débi bis/s harge uile x oces Nombre d équipemens (esclaves) n EherAT es développé par Beckhoff (ype 12 dans le sandard IE 61158, [7], [8]). En héorie, EherAT uilise des cares Eherne sandard. ependan en praique, un maériel spécifique (FPGA : Field-Programmable Gae Array ou ASI : Applicaion-Specific Inegraed ircui) es uilisé pour minimiser le emps de raversée de la rame. EherAT ajoue un proocole Maîre/esclaves au dessus d Eherne. La rame es envoyée par le maîre e les esclaves peuven lire e écrire à la volée (mécanisme on he fly). Le emps de lecure e d écriure es indépendan de la aille de la rame e es idenique pour ous les esclaves : ce emps correspond à la laence l inroduie par l équipemen. Un anneau logique es défini enre les esclaves el que lorsque la rame aein le dernier esclave (de l anneau), elle es renvoyée au maîre. Le diagramme spaio-emporel de la Figure 1 illusre le comporemen des communicaions EherAT. conrôleur équipemen 1 équipemen 2 équipemen 3 δ l emps de cycle de communicaion Fig. 1. Diagramme spaio-emporel d EherAT Le proocole EherAT suppore des opologies linéaires e en anneau. omme la opologie linéaire (Figure 2) es principalemen uilisée en indusrie, elle sera éudiée ici. Les daagrammes EherAT son direcemen encapsulés dans la rame Eherne. Une rame EherAT es composée d une enêe spécifian la longueur de la rame e τ conrôleur équipemen 1 équipemen 2 équipemen n Fig. 2. Topologie linéaire d EherAT de l ensemble des daagrammes. Un daagramme es défini pour chaque esclave e conien le ype de la commande ainsi que les données associées. D ores e déjà, il es possible de dire que le nombre d esclaves aura un impac imporan sur la aille de la rame. L analyse des performances d EherAT considère ici les hypohèses suivanes : opologie linéaire, l éape d iniialisaion es ignorée e seules les communicaions cycliques son prises en considéraion, le maîre envoie une seule rame par cycle, la charge uile x es idenique pour chaque esclave. Sous ces hypohèses, il es à présen possible d évaluer la durée minimale du emps de cycle (Figure 1). Le emps de ransmission es le rappor enre la aille de la rame e la capacié du lien. La aille oale de la rame peu êre divisée en deux paries : une parie consane égale à la somme du proocole Eherne (26 oces), du rou iner-rame (équivalen à 12 oces) e l enêe EherAT (2 oces), une parie variable dépendan du nombre d esclaves n, de la quanié de données à ransporer x e de l enêe des daagrammes (12 oces). Le emps de ransmission es alors : τ = 8 (40 + max(44, n (12 + x))) Le erme 44 dans l équaion précédene es ajoué dans le bu de prendre en compe la aille minimale des données définie par le proocole Eherne : si la longueur d un élégramme EherAT es inférieure à 46 oces, une quanié de données de remplissage sera insérée dans la rame Eherne. omme un élégramme EherAT inclu une enêe de 2 oces, il n y aura donc pas de remplissage si la aille de la séquence de daagrammes es supérieure à 44 oces. D après la Figure 1, le emps de cycle de communicaion es la somme de : la laence pour raverser ous les esclaves (idenique pour ous les esclaves) le emps de propagaion. Le emps de propagaion es supposé idenique sur ous les liens. le emps de ransmission (calculé précédemmen). L esimaion du emps de cycle peu alors êre obenue par : Γ = (2n 1)l + 2nδ + τ = (2n 1)l + 2nδ + 8 (40 + max(44, n (12 + x))) Noons que (1) prend en compe seulemen une rame. omme la charge uile dépend direcemen du nombre d esclaves e comme la rame Eherne ne peu excéder 1526 oces (e donc un champ de données de 1500 oces), l équaion ne peu êre uilisée que si le nombre (1)

4 d équipemens inerconnecés au réseau es inférieur à : 1500 EH n n max = 12 + x où EH es la aille de l enêe EherAT (2 oces) e n max le nombre de daagrammes de longueur x qui peuven êre inclu dans une seule rame (il es donc supposé ici que x 1486 oces). Si le nombre d équipemens sur le réseau n es pas limié à la valeur donnée précédemmen, il es nécessaire de considérer l envoi de plusieurs rames par le conrôleur. En fai, le nombre de rames Eherne nécessaires pour ransporer les données (de charge uile x) des n équipemens es donné par l expression suivane : n k = n max Par conséquen, l équaion (1) doi mainenan inégrer les différens emps de raversée de chaque rame (le remplissage n éan considéré si besoin que pour la dernière rame). L expression du emps de cycle minimal devien : Γ = (2n 1)l + 2nδ + 8 ( ) 40k + (k 1)n max (12 + x) + 8 ) (44, max (n (k 1)n max )(12 + x) (2) omparé aux résulas de [9], le emps de cycle minimal défini en (2) prend en compe le mécanisme on he fly proposé par EherAT. L avanage principal de ce mécanisme es qu un équipemen peu commencer à ransmere une rame avan la récepion complèe de celle-ci (conrairemen à un mode sore and forward), ce qui perme de réduire considérablemen le délai de bou-en-bou global (Figure 1). De plus, comparé à [9], [13], l équaion (2) prend en compe la possibilié de remplissage définie par Eherne e le emps pour ransmere l informaion envoyée par les équipemens au conrôleur (Figure 1). Finalemen, il es imporan de noer que les rames Eherne ne seron complèes (1526 oces) que pour une configuraion pariculière de la charge uile x des équipemens EherAT.. Profine IRT Le proocole Profine es développé par Siemens (ype 10 dans le sandard IE 61158, [7], [8]). Différenes versions du proocole exisen elles que RT (Real-Time) e IRT (Isochronous Real-Time). Profine IRT es capable de supporer les communicaions emps-réel. Des cares Eherne sandard ne peuven pas êre uilisées e donc Profine requièren un maériel spécifique sur les esclaves (ASI de ype commuaeurs 2 ou 4 pors inégrés). Le proocole es basé sur la division emporelle du cycle de communicaion en deux modes : les modes asynchrones e isochrones son uilisés respecivemen pour des rafics non conrains e emps-réel. Le leceur peu consuler [10] pour une simulaion de ces deux modes. Ici, il es considéré que Profine uilise le slipsreaming effec (Figure 3) qui consise en l envoi par le conrôleur des rames dans un ordre pariculier : de l esclave le plus éloigné au plus proche sur la opologie linéaire (Figure 4). Un comporemen similaire es uilisé pour le rafic généré par les esclaves au conrôleur puisqu il es considéré des échanges simulanés e en mode full-duplex. conrôleur équipemen 1 équipemen 2 équipemen 3 l δ emps de cycle de communicaion Fig. 3. Diagramme spaio-emporel de Profine IRT avec slipsreaming effec conrôleur τ équipemen 1 équipemen 2 équipemen n Fig. 4. Topologie linéaire de Profine Les équipemens son supposés synchronisés, e capables d envoyer périodiquemen leurs messages au conrôleur. De plus, le slipsreaming effec sera considéré seulemen lorsqu il es posiif, e donc il es nécessaire que τ δ + l comme menionné dans [9]. Dans ce cas, le emps de cycle, donné par [9], [13] s exprime ainsi : Γ = δ + l + nτ (3) omparé au emps de cycle minimal pour EherAT (équaion (2)), il es à noer que le emps de ransmission es plus imporan dans Profine puisqu il es muliplié ici par le nombre d esclave. L équaion (3) peu êre développée en analysan ce emps de ransmission τ. Les élégrammes Profine son encapsulées direcemen dans la rame Eherne. Trois champs son ajoués à la rame Eherne : un idenifian (2 oces), les données (sous l hypohèse suivane x 1494 oces) e un sau d informaion (4 oces). Avec le respec de la aille minimale des données Eherne, le emps de ransmission d une rame es donné par l expression suivane : 38 + max(46, 6 + x) τ = 8 e l équaion (3) peu alors êre compléée comme sui : Γ = δ + l + n 8 ( ) 38 + max(46, 6 + x) L équaion (4) sera uilisée pour le calcul du emps de cycle minimal d un réseau Profine donné. D. Modbus/TP Modbus es un proocole de communicaion série proposé par Modicon en Modbus/TP (ype 15 dans le sandard IE 61158, [7], [8]) es une variane du proocole Modbus qui es adapé à l uilisaion d Eherne (couche physique e liaison de données [15], [11]). Modbus/TP encapsule une rame Modbus dans une rame (4)

5 TP. Le daagramme Modbus es composé d une en-êe applicaive du proocole Modbus (MBAP), de la foncion (lecure/écriure) e des données. Avan d aller plus loin dans l analyse, il es imporan de noer que les performances de Modbus/TP dépenden de différens paramères comme la opologie, les échanges applicaifs e les performances des processeurs. En effe, Modbus/TP es une approche pragmaique dans laquelle oues les configuraions son possibles. Bien que le proocole soi basé sur des ransacions orienées connexion, Modbus/TP peu uiliser un schéma de communicaion maîre/esclave, produceur/consommaeur ou bien clien/serveur. Le mode maîre/esclave es choisi dans cee éude afin d inroduire un aure principe d accès au médium comparé à EherAT e Profine. Une aure raison es que ce mode simplifie l analyse car les équipemens son synchronisés par les événemens réseau. La communicaion peu se décrire de la façon suivane : le maîre envoie une rame par esclave, e à la récepion de la rame, l esclave envoie au maîre une réponse applicaive (couche 7). Le maîre inerroge un aure esclave dès la récepion de la rame enière. e mécanisme de requêe/réponse es monré sur la Figure 5. conrôleur hub équipemen 1 équipemen 2 lδ req. #1 τ rep. #1 emps de cycle de communicaion Fig. 5. Diagramme spaio-emporel de Modbus/TP req. #2 rep. #2 Des échanges addiionnels dûs au proocole TP ne son pas considérés dans la Figure 5. omme Modbus/TP repose sur le proocole TP, son comporemen doi êre pris en compe. Premièremen, les sessions d ouverure e de fermeure ne son pas considérées, l éude pore sur la phase périodique. Deuxièmemen, TP es responsable de l acquiemen des ransmissions par segmen. A la récepion d un segmen, TP peu décider d envoyer immédiaemen un acquiemen, d aendre la récepion de plusieurs segmens dans le bu d acquier l ensemble en une seule fois ou bien d uiliser le piggybacking ce qui signifie ajouer un acquiemen dans la prochaine ransmission de données. En fai, le comporemen de TP différe en praique selon différens paramères comme le sysème d exploiaion, les configuraions TP, ou l acivaion de l algorihme Nagle. Dans cee éude, il es considéré un emps d envoi d un acquiemen de 0, 5 s en mode piggybacking (Figure 5). De plus, l éude es faie dans le cas le plus favorable : les peres ainsi que les reransmissions inhérenes ne son pas considérées. Modbus/TP repose sur différenes opologies (linéaire, éoile ou boucle). Des archiecures complexes basées sur des commuaeurs peuven êre uilisées spécifiquemen quand le réseau es paragé avec d aures applicaions. ependan, comme le schéma de communicaion de ype maîre/esclaves es considéré e que le l uilisaion de commuaeurs implique des coûs addiionnels, une infrasrucure de ype bus sera uilisée dans nore éude (Figure 6). conrôleur équipemen 1 équipemen 2 équipemen n Fig. 6. Topologie linéaire de Modbus/TP haque équipemen es supposé inerconnecé à un concenraeur commun. Le délai d un équipemen à un concenraeur es égal à δ. Dans ces condiions, la Figure 5 monre que le emps de cycle es égal au nombre d équipemens n muliplié par le emps nécessaire pour inerroger un équipemen. e emps d inerrogaion dépend : du emps de ransmission de la requêe e de la réponse, e de leur emps de propagaion de la requêe e de la réponse. A parir des précédenes hypohèses, le emps de cycle minimal peu s écrire : Γ = n (τ req + τ rep + 2 (2δ + l)) (5) Dans le pire cas, où les acquiemens TP son envoyés pour chaque segmen, le emps de cycle minimal sera égal à Γ = n (τ req + τ rep + 3 (2δ + l) + 2τ ack ) avec τ ack = 672/ avec 672 la aille minimale en bis d une rame Eherne (rou iner-rame inclus). Noons que l équaion (5) diffère quand plusieurs concenraeurs son uilisés car les emps de propagaion doiven êre augmenés. Le emps de ransmission des rames es composé de : une parie consane relaive à la somme du proocole Eherne (38 oces avec le rou iner-rame), l en-êe IP (20 oces sans opions), l en-êe TP (20 oces sans opions) e l en-êe Modbus/TP (7 oces) une parie variable relaive au ype de message Modbus. En fai, le forma du élégramme Modbus encapsulé dans la rame Modbus/TP varie en foncion du ype de données (code fonion) e du ype de ransacion (requêe ou réponse). Ici, les requêes en écriure seron considérées. haque message Modbus/TP encapsule un élégramme Modbus. e une parie variable proporionnelle à la charge uile (comme le champ compeur d oce es sur un oce, le champ de donnée es limié à x 255 oces). omme la somme des ailles des en-êes IP, TP e Modbus es largemen supérieure à la aille minimale des rames Eherne, il n y a pas besoin d ajouer du remplissage. Le délai es direcemen donné par : τ req + τ rep = x e l équaion (5) s écri : ( Γ = n x ) + 2 (2δ + l) E. Eherne/IP Eherne/IP (IP signifie Indusrial Proocol) es un réseau développé par Rockwell Auomaion en 2001 e supporé par l ODVA (Open DeviceNe Vendor Associaion) [3], [14]. Eherne/IP (ype 2 dans le sandard IE (6)

6 61158,, [7], [8]) uilise IP (ommon Indusrial Proocol) ce qui perme l emploi de produis sur éagère compaibles avec la pile TP-UDP/IP. Eherne/IP es un réseau basé sur les connexions IP qui définissen le paque qui sera produi sur le réseau. Deux caégories de connexions son définies : la messagerie explicie (ou Explici Messaging) e la messagerie implicie (ou I/O messaging ou Implici messaging). Tandis que la messagerie explicie es uilisée pour des communicaions génériques e muliples enre deux nœuds, la messagerie d enrées/sories es spécifique aux applicaions d enrées/sories. Quand une applicaion es conraine emporellemen, la messagerie d enrées/sories es le mode préféré car il uilise UDP pluô que TP. De plus, IP uilise le modèle de communicaions produceur/consommaeur qui requier des échanges en diffusion (ou broadcas) supporés par UDP. L analyse suivane sera réalisée dans le cas pariculier de connexions de ype enrées/sories. omme Eherne/IP s appuie sur des composans sur éagère (OTS : omponens On The Shelves), aucune opologie pariculère n es requise : des archiecures basées sur des commuaeurs ou des concenraeurs son possibles. Les commuaeurs son principalemen inéressans dans le sens où ils réduisen les domaines de collisions. Ils son égalemen uiles pour la redondance e peuven supporer des mécanismes de réseau viruel (ou VLAN ) e de classificaion de service [12]. Des archiecures commuées son recommandées pour des messages emps-criique (ou implici). ependan, différens ypes d archiecures Eherne commuées son possibles. Dans cee éude, une opologie linéaire commuée es choisie (Figure 7). Nous pouvons voir celle-ci comme une exension de la configuraion expérimenale considérée dans [1] où le nombre de commuaeurs varie ici en foncion du nombre de pors par commuaeurs. conrôleur équipemen 1 équipemen 2 équipemen n Fig. 7. Topologie linéaire commuée d EherNe/IP Dans le bu de garanir la comparaison avec les proocoles précédemmen éudiés, il es considéré que le conrôleur envoie une rame à chaque équipemen e que respecivemen chaque équipemen produi une informaion pour le conrôleur. La Figure 8 représene ce comporemen pariculier. Iniialemen, EherNe/IP ne suppore pas de synchronisaion d accès au médium comme dans une approche de ype maîre/esclaves uilisée dans Modbus/TP. ela signifie que ou équipemen peu accéder au réseau en ou emps. ependan, un mécanisme de synchronisaion peu êre uilisé : EherNe/IP suppore le proocole IEEE 1588 implémené dans le profil IPSync. Par conséquen, il es ou à fai possible par exemple de demander aux esclaves d envoyer leur message en même emps. Il es alors proposé ici d uiliser comme pour Profine le slipsreaming effec pour le conrôleur en plus du dépar commum pour les équipemens comme représené sur la Figure 8. Bien enconrôleur swich A équipemen 1 équipemen 2 swich B équipemen 3 emps de cycle de communicaion Fig. 8. Diagramme spaio-emporel d EherNe/IP avec des swiches 4 pors endu, ce profil correspond à un cas idéal relaif au emps de cycle minimum pour cee archiecure. Premièremen, les erreurs de synchronisaion mèneron à un aure profil e à un emps de cycle plus long. Deuxièmemen, l uilisaion du slipsreaming effec requier ici comme pour Profine que τ δ + l. onsidérons mainenan le profil donné par la Figure 8. Le emps de cycle minimum correspond à la somme : des laences l pour raverser seulemen un commuaeur plus deux fois le délai de propagaion δ enre le conrôleur/équipemen e un commuaeur, e le emps de ransmission τ de chaque rame envoyée par le conrôleur. Le emps de cycle minimum peu alors êre écri de la façon suivane : Γ = 2δ + l + nτ (7) Noons ici que le erme donné dans l équaion 8 es seulemen valide si τ δ + l, ce qui signifie déjà que le swich ne ravaille pas en mode sore and forward. Le emps de ransmission es alors calculé en considéran le forma d encapsulaion des messages I/O d EherNe/IP. 18 oces son ajoués par le proocole IP, 8 oces par UDP, 20 oces par IP e finalemen 38 oces par Eherne (pas de remplissage ici). Sous l hypohèse x 1454 oces, le emps de ransmission es donné par : (8) peu êre modifié ainsi : x τ = 8 Γ = 2δ + l + 8n 84 + x omme le proocole IP perme d encapsuler plusieurs iems dans une rame, il es à noer ici que le profil donné dans la Figure 8 peu différer avec l applicaion d un scénario pariculier. Dans la secion suivane, les résulas obenus pour EherAT, Profine IRT, Modbus/TP e EherNe/IP seron comparés relaivemen au scénario commun e à la bande passane. F. omparaisons L objecif de cee parie es de comparer le comporemen des différenes soluions basées sur Eherne. Figure 9 exprime le emps de cycle en foncion du nombre d esclaves connecés au réseau. De plus, la comparaison es (8)

7 réalisée pour deux bande-passanes (100 M b/s e 1 Gb/s) avec une des charges uiles inroduies dans [13] (16 oces correspondan à une valeur accepable dans les communicaions indusrielles). La laence des équipemens l comme définie dans [9], [13] es résumé dans la Table II sachan que pour Modbus/TP elle es de 1 µs (hub) quelque soi le débi. TABLE II Valeurs numériques Proocol FasEherne (100 Mb/s) GigaEherne (1 Gb/s) Ehera 1.35 µs 0.85 µs Profine IRT 3 µs 0.6 µs Modbus/TP 1 µs 1 µs EherNe/IP 3 µs 0.6 µs Il es supposé que les performances des commuaeurs uilisés dans EherNe/IP son les mêmes que celles de Profine IRT. Bien enendu, d aures valeurs donneraien des aures emps de cycle (à noer égalemen que ces résulas ne son valides que si τ δ+l). Le délai de propagaion es de 50ns (pour une disance de 10 m enre les équipemens). Minimum cycle ime (ms) x 10 3 EherAT 100 Mb/s EherAT 1 Gb/s Profine IRT 100 Mb/s Profine IRT 1 Gb/s Modbus TP 100 Mb/s Modbus TP 1 Gb/s EherNe IP 100 Mb/s EherNe IP 1 Gb/s Number of devices Fig. 9. Temps de cycle minimum en foncion du nombre d équipemens pour une charge uile de 16 oces par équipemen On consae que Modbus/TP fourni de mauvais résulas : cela es dû à son mécanisme d accès au médium. Le polling n apparaî pas ici inéressan quand le emps de cycle minimum es considéré. Deuxièmemen, la figure me en avan le fai que si Ehera fourni le meilleur résula quand FasEherne es uilisé, il ne bénéficie pas de l avanage de l augmenaion de la bande passane comme pour Profine IRT ou EherNe/IP. En effe, la bande passane a seulemen un impac sur le emps de ransmission τ. omme une seule rame es envoyée dans Ehera e comme Profine e EherNe/IP requièren la ransmission de n rames, le bénéfice de l augmenaion de la bande passane es plus sensible pour ces deux derniers proocoles. De plus, 2n laences seron considérées en Ehera alors que les emps de cycle en Profine e EherNe/IP son seulemen composés d une laence l grâce au slipsreaming effec. es pourquoi Profine e EherNe/IP permeen des emps de cycle moins longs, e comme la différence d un emps de propagaion exise enre les emps de cycle de Profine IRT e EherNe/IP, Profine fourni de meilleurs résulas à 1 Gb/s. Les performances son principalemen les mêmes quand la charge uile augmene. La seule différence es visible pour Ehera comme son emps de cycle minimum sera plus long que pour Profine quand le nombre d équipemens augmenen. ela es dû à la fragmenaion pour les élégrammes Ehera dans plusieurs rames Eherne qui diminue les performances du proocole. En conclusion, des soluions pleinemen respecueuses de la sandardisaion comme Eherne/IP peuven fournir des résulas se rouvan parmi les meilleurs. III. onclusion e papier me en avan les performances emporelles de proocoles indusriels basés sur Eherne. L approche présenée ici perme d obenir une expression du emps de cycle des différens réseaux. Pour des sysèmes à fores conraines emporelles, ous les proocoles présenés dans ce papier son adéquas pour un débi de 1 Gb/s. A 100 M b/s, une aenion pariculière es requise dans la sélecion du proocole. Une éude sur l offre commerciale (coupleur e composans applicaifs) es égalemen à prendre en compe pour le choix des composans. Dans ce sens, la soluion complèemen sandard semble êre la soluion la plus pérenne. Références [1] Alessandria E., Seno L. e ViuriS. Performance analysis of eherne/ip neworks. 7h IFA Inernaional onference on Fieldbuses and Neworks in Indusrial and Embedded Sysems, FET, Toulouse, France, Novembre [2] Alves M., Tovar E. e Vasques F. Eherne goes real-ime : a survey on research and echnological developmens. Groupe de recherche IPP-HURRAY, Polyechnic Insiue of Poro (ISEP- IPP), Janvier [3] Brooks P. 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