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Gigabit Ethernet

Die Entwicklung von Gigabit Ethernet wurde massiv durch den Bedarf der Industrie nach schnellerer Netzwerkkommunikation beeinflusst. Der Begriff Ethernet bezieht sich auf die Schicht (2) des Netzwerkschichtmodells.

Schicht Beschreibung Protokollbeispiel
7 Applikation DHCP
6 Präsentation SNMP
5 Sitzung RPC
4 Transport TCP
3 Netzwerk IP
2 Datenverbindung Ethernet
1 Physikalisch CAT5 oder CAT6

In der Ethernet-Technologie funktionieren die einzelnen Schichten unabhängig von den Protokollen und Verbindungen der darunter oder darüberliegenden Schichten. Der Begriff Ethernet wird seit Jahren in der Netzwerktechnik für 10BaseT (10 Megabit/s), 100BaseT (100 Megabit/s) und nun auch für Gigabit Ethernet (1.000 Megabit/s) verwendet. Er bezieht sich auf eine definierte Kombination aus Layer 1 (Physikalische Schnittstelle) und Layer 2 (Adressmechanismus) auf einem Netzwerk. Gigabit Ethernet verwendet CAT5e- oder CAT6-Kabel, um Entfernungen bis zu 100 m mit Kupferkabeln und über mehrere Kilometer mit Glasfaser zu überwinden.

Obwohl Ethernet schon seit längerem verfügbar ist, war es bisher nur dann möglich, Videodaten zu übertragen, wenn sie vorher komprimiert wurden, wie dies üblicherweise bei Multimedia-Webseiten oder Sicherheitskameras der Fall ist. Da Gigabit Ethernet jedoch Datenraten von bis zu 1.000 MB/s erlaubt, profitiert die Bildverarbeitung nun von den langen Übertragungswegen und den kostengünstigen Kabeln dieser Technologie, die es ermöglicht, den für eine unkomprimierte Videoübertragung erforderlichen Datenfluss zu erzielen.

Da der Ethernet Stack jede Schicht trennt, ist die Technologie zukunftssicher. So steht bereits 10Gigabit Ethernet über Glasfaser- und Kupferverbindungen zur Verfügung, und es ist wohl nur eine Frage der Zeit, wann die ersten Produkte auf den Markt kommen, die es via Ethernet theoretisch ermöglichen, bis zu 1 Gigabyte/s zu übertragen. Damit wird die Kapazität einer Konfiguration mit CameraLink Full übertroffen. Im Moment beschränkt jedoch der Stromverbrauch der 10GigE-Chipsets noch die Einführung.

Ein weiterer Vorteil bei Nutzung der Standard-Ethernet-Technologie ist die Verfügbarkeit von industriellen Ethernet Switches und Routern von der Stange. Die Komponenten sind bereits länger verfügbar und viel robuster als die Versionen aus dem Massenmarkt. Zusätzlich kann Ethernet andere Übertragungstechniken wie Wireless oder UMTS kapseln.

Topologische Gigabit-Ethernet-Modelle

Gigabit Ethernet erweitert die Möglichkeiten für verschiedene Implementierungen und komplexe Topologien, die bisher nicht möglich waren. In einer Fabrik ist es damit beispielsweise möglich, ein Inspektionsnetzwerk aufzubauen, das in verschiedene Zonen aufgeteilt ist. Jede davon kann eine spezielle Funktion erfüllen, jedoch werden alle von einer einzelnen Workstation angesteuert, wie in der Grafik dargestellt.

Netzwerkaufbau

Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung existenter Netzwerkinfrastrukturen, um Daten von entfernten Standorten auf eine beliebige Zahl unterschiedlicher Workstations zu übertragen. Da jede Kamera in einem Netzwerk über ihre eigene IP-Adresse unabhängig lokalisiert wird, kann jede Kamera von jedem PC im Netzwerk eingesehen, gesteuert und überwacht werden.

Netzwerkaufbau

In einer anspruchsvollen Bahnwareninspektion, wie im nächsten Bild gezeigt, erfordert die Verwendung mehrerer Kameras oft eine sehr komplizierte Verkabelung. Beim Einsatz von Gigabit Ethernet kann die Übertragung, Verarbeitung und Datenanalyse einfacher und eleganter gestaltet werden, außerdem muss sich der Kontrollrechner nicht in der Nähe der eigentlichen Inspektion befinden.

Die Steuerung des Inspektionsprozesses ist auch nicht auf einen Standort beschränkt: Es ist möglich, eine Vielzahl von PCs einzusetzen, von denen jeder diese Funktion ausführen kann. Über das Internet könnte der Prozess sogar von einem vollständig anderen geografischen Ort aus gesteuert werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine Ferndiagnose und dezentralen Hardwaresupport.

Die Multicast-Fähigkeiten von Ethernet eröffnen völlig neue Möglichkeiten für Anwendungen, bei denen Daten an eine Vielzahl von PCs übertragen werden müssen. Skalierbare Lösungen mit mehreren Verarbeitungsknoten (PCs), die auf dem gleichen Datenstrom arbeiten, sind damit realisierbar. Ethernet-Strukturen bieten außerdem eine hohe Ausfallsicherheit, da Daten beim Ausfall eines Rechners schnell auf einen anderen Rechner verlagert werden können.

Netzwerk im Produktionsaufbau

Durch die Fähigkeit von Ethernet, Daten unter Verwendung der gleichen Technologie sowohl zu senden als auch zu empfangen, ist es möglich, »Verarbeitungs-Pipelines« mit mehreren PCs aufzubauen, bei denen jeder PC eine separate Verarbeitungsaufgabe übernimmt. So kann z.B. ein PC die Bildaufnahme übernehmen, während ein zweiter Rechner Segmentierungen durchführt oder die Bilddaten komprimiert.

Für Ethernet-Bildverarbeitungsanwendungen stehen umfangreiche Kabeloptionen zur Verfügung, die auch Verriegelungsmechanismen, Winkelkopfstecker oder robotertaugliche Versionen beinhalten.