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Die Erfindung betrifft ein Testverfahren und eine Testvorrichtung für die Durchführung des Testverfahrens von Ethernetverbindungen, bei denen wenigstens zwei miteinander kommunikationsfähige, über einen Link verbundene Ethernetgeräte vorgesehen sind.
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Die Qualität einer Datenübertragung in insbesondere Echtzeit-Ethernetsystemen wird nicht allein durch die Geschwindigkeit der Datenübertragung sondern auch durch die Übertragungsfunktion einer Übertragungsstrecke zwischen zwei miteinander kommunikationsfähigen Ethernetgeräten bestimmt. Bei einer idealen Leitung würde ein zu übertragener Datenstrom durch die Übertragungsfunktion unverändert belassen, mithin entsprächen die von einem Ethernetgerät gesendeten Daten den von dem anderen Ethernetgerät empfangenen Daten.
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Eine Vielzahl von physikalischen Faktoren beeinflussen jedoch in der Praxis die Übertragungsstrecken in Netzwerken, beispielsweise in Form nicht abgeschlossener Leitungen oder schlecht ausgeführter Steckverbindungen. Insbesondere ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bei Ethernetgeräten und Übertragungsstrecken häufig nicht ausreichend, beispielsweise in der Nähe von Schweißrobotern, in deren Nähe regelmäßig eine hohe elektromagnetische Aktivität auftritt.
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Um die Stabilität von Geräten oder ganzen Systemen gegenüber elektromagnetischen Störungen auszutesten, werden die Geräte bzw. Systeme in unter Laborbedingungen erzeugten elektromagnetischen Feldern ausgetestet. Diese Tests sind jedoch häufig fehlerbelastet. Physikalische Umgebungsänderungen beeinflussen derartige Tests erheblich, so dass diese zumeist nur schlecht reproduzierbar Ergebnisse liefern. Darüber hinaus sind solche Versuche unter Laborbedingungen vergleichsweise teuer.
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Darüber hinaus ist es in derartigen Versuchen nicht möglich, bei miteinander kommunizierenden Ethernetgeräten Bitfehlerraten und Burstfehlerraten direkt und präzise einzustellen, auch wenn diese der Übertragungsstrecke durch elektromagnetische Felder aufgeprägt werden können. Ferner besteht die Gefahr, dass die elektromagnetischen Felder auch die miteinander kommunizierenden Ethernetgeräte unmittelbar beeinflussen.
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Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch die Protokolltests von miteinander kommunizierenden Ethernetgeräten unter Laborbedingungen und in einer einfachen Weise ermöglicht sind.
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Bei einem aus der US 2007 / 0100478 A1 bekannten Testverfahren von Ethernetverbindungen erfolgt durch eine in eine Übertragungsstrecke zwischen zwei miteinander kommunizierenden Ethernetgeräten geschaltete Testvorrichtung eine eine Änderung der Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke simulierende Manipulation der zwischen den Ethernetgeräten ausgetauschten Datensätze.
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Dieses Testverfahren wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 weiter entwickelt. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
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Das Testverfahren nach der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Maßnahme, dass eine Änderung der zwischen den Ethernetgeräten ausgetauschten Datensätze erfolgt, ist die Manipulation ohne Probleme reproduzierbar, sofern die Datensätze unverändert verbleiben. Alternativ kann die Manipulation ein Zufallsereignis sein, beispielsweise von einem Zufallsgenerator der selbst Testvorrichtung gesteuert.
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Es kann daran gedacht sein, bei einem Testverfahren ganze Datensätze zu manipulieren, beispielsweise zu löschen, zu invertieren oder dergleichen mehr. Bevorzugt wird jedoch, dass einzelne Informationsträger von zwischen den Ethernetgeräten ausgetauschten Datensätzen unmittelbar manipuliert werden. Insbesondere können aufgrund dieser Maßnahme Bit- und/oder Burstfehler auf der physikalischen Ebene simuliert werden, womit einer Manipulation kaum Grenzen gesetzt sind. So kann die Anzahl defekter Bits je Zeiteinheit, die bit error rate, eingestellt werden oder eine zufallsbasierte Anzahl defekter Bits. Auch können Daten eingeprägt werden, beispielsweise nur 0 oder nur 1, weiter Invertierungen oder dergleichen, was darüber hinaus regelmäßig oder zufallsbasiert erfolgen kann.
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Da die meisten Ethernetgeräte untereinander kommunikationsfähig sind, wird weiter ein Testverfahren bevorzugt, bei dem ein Datenaustausch von Datensätzen und deren Manipulation in einem Voll-Duplexverfahren erfolgt.
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Mit Ausnahme der einem Datensatz aufgeprägten Fehler soll sich bei dem Datenaustausch die Testvorrichtung transparent verhalten, weshalb es eine sehr kleine, symmetrische und vorzugsweise parametrierbare Latenzzeit aufweisen sollte. Damit wirkt die Testvorrichtung, ohne Manipulation der Datensätze, zwischen den Ethernetgeräten wie eine Leitungsverlängerung.
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Infolgedessen ist das Testverfahren nach der Erfindung auch in synchronisierten Echtzeit-Ethernetnetzwerken einsetzbar, in denen Laufzeiten und Weiterleitungszeiten von Netzwerkkomponenten eine Rolle spielen.
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Die Testvorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens kann an beliebiger Stelle in den zwei miteinander kommunizierenden Ethernetgeräten verbindende Übertragungsstrecke geschaltet werden. Dabei spielt auch die Ausbildung der Übertragungsstrecke, kabelgebunden oder drahtlos, keine Rolle. Zweckmäßigerweise wird man hierfür vorhandene und bekannte Anschlussmöglichkeiten nutzen. So kann die Testvorrichtung beispielsweise in einfacher Weise zwischen der Steckdose eines Netzwerkes und einer Computeranschlussleitung zwischengeschaltet werden.
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Um jedoch den auszugebenden bzw. einzulesenden Datenstrom codieren bzw. decodieren zu können, sind zwei Ethernet-PHYs für den Anschluss in der Übertragungsstrecke vorgesehen. Diese Halbleiterbausteine oder funktionelle Gruppen eines Schaltkreises dienen dabei als physikalische Schnittstelle.
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Bei der Erfindung ist bei der Testvorrichtung weiter zwischen den zwei jeweils eine Schnittstelle ausbildenden Ethernet-PHYs eine einen Datensatz manipulierende, elektronische Schaltung vorgesehen, die über MII- und/oder GMII-Schnittstellen für den Empfang und/oder das Senden der Datensätze verfügt.
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Bei Fast-Ethernet-Chipsätzen finden zumeist zwei Komponenten Verwendung, das Media Dependent Interface (MDI) und das Media Independent Interface (MII). Neben einer vergleichsweise preiswerten Architektur können die genannten Schnittstellen den entgegengenommenen Datenstrom mittels einer Cut-Through-Technik sofort an den nachfolgenden PHYs weiterleiten. Dabei erfolgt die Weiterleitung in beide Richtungen gleichzeitig, in einem Voll-Duplexverfahren.
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Die elektronische Schaltung kann in einfacher Weise als Field Programmable Gate Array, FPGA, einem programmierbaren, integrierten Schaltkreis ausgeführt werden, der für eine schnelle Signalverarbeitung bestens geeignet ist.
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Eine alternative Ausbildung erfolgt durch Application Specific Integrated Circuits, ASICs, anwendungsspezifisch programmierbare integrierte Schaltungen.
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Bei entsprechender Auslegung sind sowohl FPGAs als auch ASICs als Decoder für höhere Protokollschichten einsetzbar, so dass neben den Bitfehlern auf der physikalischen Ebene auch Fehler auf höheren Protokollebenen erzeugt werden können.
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Das Verfahren und die Vorrichtung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige 1 schematisch einen Versuchsaufbau wiedergibt.
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Die in 1 schematisch als Blockschaltbild dargestellte Testvorrichtung 1 verfügt über zwei Anschlüsse 2,3, die ein Einbinden der Testvorrichtung 1 in eine zwei miteinander kommunizierende Ethernetgeräte 4,5 verbindende Übertragungsstrecke 6 in Form einer einfachen Leitung ermöglicht.
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Der Datenaustausch zwischen den beiden Ethernetgeräten 4,5 erfolgt in einem Voll-Duplexverfahren, angedeutet durch die Doppelpfeile in der Übertragungsstrecke 6.
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Die Übertragungsstrecke 6 kann auch eine drahtlose Verbindung sein, bspw. innerhalb eines Wireless-LAN-Networks, wenn die Testvorrichtung 1 über die Anschlüsse 2,3 mit entsprechenden Sende- und Empfangsgeräten ausgestattet wird.
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Die Codierung bzw. Decodierung der auf physikalischer Ebene übertragenen Daten erfolgt in speziellen Halbleiterbausteinen oder entsprechenden Gruppen eines Schaltkreises, sogenannten PHYs 7,8.
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Über zwei MII- und/oder GMII-Schnittstellen 9,10 erfolgt die Kommunikation mit einer elektronischen Schaltung 11, die der Manipulation eines zwischen den Ethernetgeräten 4,5 ausgetauschten Datensatzes vorzugsweise auf der physikalischen Ebene dient, um so eine Änderung der Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke 6 simulieren zu können.
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Um eine Voll-Duplexkommunikation aufrechtzuerhalten, weisen dazu die Schnittstellen Receiver 12,13, RX, für die empfangenen Datenströme, und Transmitter 14,15, TX, auf.
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Sofern keine Manipulation von Daten erfolgt, verhält sich die Testvorrichtung 1 weitestgehend neutral und wirkt sich aufgrund einer vorzugsweise sehr kleinen, symmetrischen und parametrierbaren Latenzzeit wie eine Verlängerung der Übertragungsstrecke 6 aus.
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Die Manipulation eines Datensatzes kann auf der physikalischen Ebene erfolgen und wird anhand der nachstehenden Tabelle weiter erläutert.
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In der Tabelle zeigt die erste Zeile einen korrekten Datensatz. Der Datensatz der zweiten Zeile weist einen Burst-Fehler „0“ auf, der Einfachheit halber unterstrichen.
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Der dritte Datensatz weist Bit-Fehler in Form von Invertierungen auf, die gleichfalls unterstrichen sind.
| Nr. | Datensatz |
| 1 | 001101001010010101011111110000101010100001011 |
| 2 | 001101001010010100000001110000101010100001011 |
| 3 | 001101011010010101011110110000101010100001011 |
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Diese Manipulationen der Datensätze können vielfältig generiert werden, beispielsweise kann die Anzahl defekter Bits (Bursts) je Zeiteinheit, die bit error rate, eingestellt werden. Ebenso sind eingeprägte Daten in Form lauter Nullen, Einsen, insgesamt invertiert oder ganze zufallbasierte Bitmuster möglich.
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Gleiche Datensätze vorausgesetzt, können derartige, aufgeprägte Fehler problemlos reproduziert werden. Dabei kann die Testvorrichtung 1 vergleichweise einfach gehalten sein, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung 11 in Form eines FPGAs oder ASICs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Testvorrichtung
- 2
- Anschluß
- 3
- Anschluß
- 4
- Ethernetgerät
- 5
- Ethernetgerät
- 6
- Übertragungsstrecke
- 7
- PHY
- 8
- PHY
- 9
- Schnittstelle
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Schaltung
- 12
- Receiver
- 13
- Receiver
- 14
- Transmitter
- 15
- Transmitter
