CAN-Repeater Beispiel

Mit Repeatern erreicht man bessere CAN-Netzwerke

→ Erhöhte Performance und Kosteneinsparungen

Die konventionelle Installation von CAN-Netzwerken erlaubt als einzigen Verkabelungstyp die Busstruktur. Von der Hauptader abgeführte Busse sind in ihrer Länge sehr beschränkt und Baum- oder Sterntopologien sind in vielen Fällen unmöglich. Diese Tatsache resultiert in unnötigem Verkabelungsaufwand, der wiederum Zeit- und Geldverschwendung zur Folge hat. Außerdem können spätere Veränderungen nur schwer realisiert werden und verursachen oft Nachteile bezüglich der möglichen Höchstgeschwindigkeit auf dem Bus. Da die Installation einer Busstruktur weitaus einfacher ist als die Realisierung einer Ringtopologie, werden Baum- oder Sterntopologien den meisten Anwendungsfällen besser gerecht.

Von Topologie-Einschränkungen befreien

Aus den aufgeführten Gründen ist es unbedingt nötig, CAN-Netzwerke von der Beschränkung auf die Busstruktur zu befreien. Eine elegante Variante, um dies zu erreichen, ist der Einsatz von protokollunabhängigen CAN-Repeatern, die die Vorteile des CAN-Protokolls voll unterstützen, aber die Einschränkungen des Hochfrequenzbusses aufheben.

Beispiele für den Aufbau von CAN-Netzwerken

✗ohne Repeater

Ein Beispiel: Auf einer Produktionsstraße sind verschiedene Stationen mit CAN vernetzt. Der Hauptstrang des Netzwerks ist in einem Kabeltunnel parallel zur Produktionsstraße verlegt, wobei die Länge eines Kabels vom Hauptstrang zum CAN-Knoten mit 15 Metern angenommen wird. Eine Länge, die leicht erreicht werden kann, wenn verteilte Knoten angebunden werden sollen. Aufgrund der strukturellen Gegebenheiten in einem konventionellen CAN-Netzwerk muss jedes Kabel wieder in den Kabelkanal zurückgeführt werden, was die Kabellänge pro angebundenem Knoten auf 30 Meter erhöht.

Nehmen wir an, dass sieben dieser Stationen mit einem Abstand von 20 Metern mit dem Hauptstrang verbunden werden sollen. Die resultierende Kabellänge berechnen wir dann wie folgt: 2 x 15 Meter (äußere Stationen) plus 6 x 20 Meter (Länge zwischen den Stationen) und 5 x 30 Meter (Schleife für die inneren Stationen). Dies ergibt eine Länge von 300 Metern mit einer Latenzzeit von 1650 ns.

✓mit Repeater

Nun betrachten wir das selbe Szenario mit eingesetzten CAN-Repeatern an jeder Abzweigung vom Hauptstrang. Der Hauptstrang bildet eine direkte Verbindung von der ersten Station in der Reihe zur letzten Station. Das Kabel besteht aus 2 x 15 Metern (äußere Stationen) und 6 x 20 Metern (Länge zwischen den Stationen), was eine Gesamtlänge von 150 Metern ergibt. Zusätzlich werden noch 5 Abzweigungen vom Hauptstrang mit jeweils einem Repeater und 15 Metern Kabel ergänzt, was eine Gesamtlänge von 225 Metern ergibt. Um Aussagen über das Timing treffen zu können, muss die Latenzzeit zwischen jeweils zwei Knoten ermittelt werden. Wenn schnelle Repeater mit heutzutage verwendeten Standardtransceivern eingesetzt werden, kann die interne Verzögerung mit der bei 25 Metern Kabel vorliegenden Verzögerung angesetzt werden. In diesem Fall ist die längste Verzögerung zwischen den äußeren Knoten und den entgegengesetzt äußeren Abzweigungen über einen Repeater zu erwarten ( Kritischer Pfad ). Die zu betrachtenden Längen sind also 2 x 15 Meter (äußere Stationen) plus 2 x 40 Meter (Repeatersperrzeit) und 4 x 20 Metern (Hauptstrang). Dies resultiert in einer Gesamtlänge von 190 Metern mit einer Latenzzeit von 1045 ns.

Kosteneinsparung

Die verbaute Kabellänge von 300 Metern mit Standardverkabelung kann also zu der Länge von 225 Metern incl. der Repeater im Repeaterbeispiel gegengerechnet werden. Nehmen wir einen Preis von 10 Euro/Meter für die Installationskabel an (Setzen Sie hier gerne Ihren eigenen Preis ein, den Sie in ihrem Projekt für Material- und Installationskosten veranschlagen), woraus sich eine Ersparnis von 750 Euro errechnet. Hiervon ziehen wir noch die Kosten für 5 CAN-Repeater ab ( ca. 80 Euro incl. Stromversorgung ), was eine Gesamtersparnis von 350 Euro ergibt.

Die Latenzzeit der Standardverkabelung beträgt 1650 ns, während diese in der Variante mit Repeatereinsatz auf 1045 ns reduziert wird. Dies resultiert in einer erheblichen Erhöhung der maximalen Datenrate.

Fazit

Vergessen sie aber auch nicht die Einschränkungen. Repeater, die in einfachen Busstrukturen verwendet werden reduzieren die Bitrate aufgrund ihrer internen Sperrzeit. Daher können finanzielle Vorteile und Geschwindigkeitsoptimierungen nur mit einer angepassten Verkabelung erreicht werden. Allgemein kann gesagt werden, dass die Benutzung von Repeatern nur in großen Netzwerken mit geometrischem Layout, aber keiner Busstruktur, Vorteile bringt. Neben großen Produktions- oder Transportsystemen kann diese Struktur auch in Ablagesteuerungen oder Automationsprozessen Anwendung finden. Aus diesem Grund könnten sie daran interessiert sein unter welchen Rahmenbedingungen ein CAN/CAN-Gateway verglichen mit einem CAN-Repeater zu einem besseren CAN-Netzwerk führt.