EP2622798A2 - Verfahren und system zur aufzeichnung, synchronisation und analyse von daten mittels in einem kommunikationsnetzwerk räumlich verteilter analyse-geräte - Google Patents

Verfahren und system zur aufzeichnung, synchronisation und analyse von daten mittels in einem kommunikationsnetzwerk räumlich verteilter analyse-geräte

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EP2622798A2
EP2622798A2 EP11766970.5A EP11766970A EP2622798A2 EP 2622798 A2 EP2622798 A2 EP 2622798A2 EP 11766970 A EP11766970 A EP 11766970A EP 2622798 A2 EP2622798 A2 EP 2622798A2
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EP
European Patent Office
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data
analysis
analysis devices
received
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11766970.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Kaemmerer
Michael Hortig
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Schneider Electric Automation GmbH
Original Assignee
Schneider Electric Automation GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2622798A2 publication Critical patent/EP2622798A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04L7/0079—Receiver details
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
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    • H04L12/417—Bus networks with decentralised control with deterministic access, e.g. token passing
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    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
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    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0644—External master-clock

Definitions

  • the invention relates to a method for recording, synchronization and analysis of data by means of a communication network such as real-time Ethernet network spatially distributed analysis devices according to the preamble of claim 1 and to a system for performing the method according to the preamble of Claim 5.
  • the article describes a NetFTGA-based network interface card that provides transparent GPS time synchronization.
  • the card allows accurate timestamping of received packets and the transmission of bursts of packets at a precise distance.
  • the known method is characterized in that received data frames are stored in a memory. Once a data frame is to be stored in the memory, this is first marked by means of a timing module with a time stamp of the absolute time of the received GPS signal and then stored.
  • TCP Transmission Control Protocol
  • DE-A-10 2008 010 536 relates to a circuit arrangement and a method for the synchronization of clocks in a network having a plurality of at least two nodes, wherein at least two of these nodes can communicate with each other and each have a local clock.
  • At least one transmitting other such node receives a global time of the transmitting node originating from this transmitting node. Depending on both the receiving global node's receiving time and the receiving node's own local time, a global time of this receiving node is determined or estimated.
  • DE-T-602 11 157 relates to a synchronous playback of media packets. This includes sending time-tagged media data packets to one or more receiving media sinks, wherein the time tagging indicates the time for generating the corresponding media data packet, determining a playtime offset once for all media data packets of a period, and broadcasting the playtime offset to the one or more media data sinks (M). once for all media data packages of a period.
  • a data capture mode the data is written to the hard disk of an analysis PC.
  • Data recording can take place in the "Ethernet mode” operating mode in which standard Ethernet telegrams are recorded or in the "Transparent mode” operating mode in which Ethernet telegrams including the preamble and the SFD (Start of Frame Delimiter) are recorded become.
  • the data recording can take place in a "timing analysis mode” (time analysis) in which no frame data are stored, but only time stamps of individual frames are analyzed, with data recording not taking place.
  • a prior art system 10 is shown purely schematically in FIG.
  • the system includes a communication network 12 such as a real-time Ethernet network.
  • a transmitter device 14 is connected via a data line 16 to a port 18 of a first channel 20 of an analysis device 22.
  • a second connection 24 of the first channel 20 is connected via a data line 26 to an Ethernet switch 28, which is connected on the output side via a data line 30 to a connection 32 of a second channel 34 of the analysis device 22.
  • An output 36 of the second channel 34 is connected via a data line 38 with a target device 40, at the output 42, an actuator 44 is connected.
  • the output 42 is fed back via a signal line 46 to a signal input 48 of the analysis device 22.
  • the analysis device 22 comprises an analysis PC 52 with an analysis card 50.
  • the analyzer For analyzers with two recording channels, the analyzer records the Ethernet frames and adds this timestamp.
  • the analysis device or the analysis card is connected via two patch cables from one of the test connection points to an Ethernet connection of the field devices.
  • the data recording is configured or started via software.
  • the analysis device and the analysis software capture the data packets of the communication link, transmit the data packets and store them preferably by DMA (Direct Memory Access) on the hard disk.
  • the stored files such as binary files by software in z. B. converts the open Win Pcap, which with z. B. Wireshark can be analyzed.
  • the analysis device or the analysis card offers the possibility of additionally recording events at up to four digital inputs.
  • the input signals generate a special Ethernet frame in the analyzer or analysis card, which is generated by the analysis card and stored on the hard disk.
  • the time resolution is in the nsec range.
  • Such analysis devices are used, for example, to measure the latency of multiport devices with high accuracy (delay between network input and a network output of a different port) or to measure a time between a process electrical input and an Ethernet Frame, which transmits information or vice versa.
  • analysis cards 50 may be received by a plurality of analysis PCs 52 distributed over the network 12 to be analyzed, in each individual analysis PC 52 the analysis card 50 would assume the absolute time of the analysis PC 52 at program start , Also, the data files must be provided with a time stamp by the analysis card 50 and by its internal clock with high resolution and transmitted to the analysis PC for evaluation.
  • the object of the present invention is to refine a method and a system of the type mentioned at the outset in such a way that recording, synchronization and analysis of data by means of spatially distributed analysis devices is simplified.
  • a method with the features of claim 1 and a system with the features of claim 5 is proposed.
  • the invention is based on the idea to ignore the different absolute times of the analysis devices and to transfer the synchronization to the resulting data files. To accomplish this, all analysis devices receive simultaneously a synchronization signal for triggering time synchronization events which the analysis devices respectively insert during the recording of data frames of a data file as a "pseudo-frame" between the data frames.
  • the time synchronization event is preferably a "pseudo-frame" which is inserted between the received data frames simultaneously, ie independently of the local time of the analyzer, upon receipt of data frames by the individual analysis devices "can be used in the analysis of the recorded data files by means of z.
  • the invention preferably uses as an analysis device an analysis PC such as personal computer with plug-in analysis card, which has at least one digital input to which the synchronization signal is fed, by means of the additional events in the form of "pseudo-frames" in the data -File, ie between data frames of the data file.
  • the time resolution is in the nsec range.
  • a radio receiver is connected to the digital signal input of each analysis card.
  • the radio receiver receives the synchronization signal which is transmitted either by a specific radio transmitter of its own or by a publicly available signal transmitter such as a time signal transmitter (DCF) or a position signal transmitter such as GPS (Global Position System) transmitter.
  • DCF time signal transmitter
  • GPS Global Position System
  • the choice of transmitter affects the achievable accuracy.
  • the DCF signal is used because this is the simplest implementation.
  • a synchronization signal is sent every second which triggers a time synchronization event to insert a "pseudo-frame" into the data file, ie between the data frames, since the DCF signal fades out the second 59 of every minute, this can be used for coarse synchronization, which means that the requirement for a common time synchronization needs to be better than 1 minute in all involved analysis PCs.
  • the method described allows the detection of Ethernet frames in a spatially distributed network, which is more widely distributed than a circuit-based measuring system would allow.
  • a publicly available time base high accuracy can be achieved with little effort.
  • Fig. 1 shows a system for recording and analyzing data traffic between
  • Fig. 3 data files of individual analysis PCs with event synchronization.
  • Fig. 2 shows a system 54 for recording, synchronization and analysis of data traffic between devices 56, 58 spatially distributed networks 60, 62 which are coupled to each other over a runtime of the data to be transmitted communication link 64.
  • the communication path 64 is formed as a radio link.
  • the communication path 64 may also be a wired communication network or a communication, which has a length in the range »100 m, which causes propagation delays.
  • the subnetwork 60 comprises the device 56, for example as a transmitting device, which is connected via a data line 66 to an input 68 of a channel 70 of an analysis device 72.
  • An output 74 of the channel 70 is connected to a wireless communication unit 78 via a data line 76.
  • This is coupled via the wireless communication link 64 to a wireless communication unit 80, which is connected via a data line 82 to an input 84 of a channel 86 of an analyzer 88 of the sub-network 62.
  • An output 90 of the channel 86 is connected via a data line 92 to the device 58 as a target device.
  • the subnetworks 60, 62 are spatially distributed, for example, with a range R »100 m.
  • the analysis device 72, 88 preferably comprises an analysis PC 94, 96 and in each case an analysis card 98, 100 which is designed as a PC plug-in card and is inserted into the analysis PC 94, 96. Furthermore, the analysis cards 98, 100 each comprise a signal input 102, 104, which is connected to a radio receiver 106, 108 for detecting a publicly available synchronization signal in the form of a DCF time signal.
  • a delay time of the wireless transmission between the wireless communication units 78, 80 can be determined as the delay time T 2 -Ti.
  • the different absolute times of the analyzers 72, 88 are ignored and the synchronization is transferred to the resulting data files 128, 130, 132.
  • the analysis cards 98, 100 distributed in the system 54 simultaneously receive the synchronization signal via their radio receivers 106, 108 and respectively generate time synchronization events 110, 112, 114, which in the case of data recording are each referred to as "pseudo frame" 110, 112, 114 are inserted between received data frames 116, 118, 120, 122, 124, 126 of a data file 128, 130, 132, as shown in Fig. 3 (event synchronization).
  • the time synchronization event is inserted into the data files 128, 130, 132 every second. Since the DCF signal fades out the 59th second of each minute, this can be used for coarse synchronization. Thus, it follows that the requirement for a common time synchronization of all involved analyzers 72, 88 need only be better than 1 min. 3 shows the principle of event synchronization, whereby a time synchronization event 110, 112, 114 is inserted synchronously in the data file in the form of the "pseudo frame.” A synchronization of the data files takes place in the analysis of the Dates.
  • the data files acquired by the analysis cards 98, 100 are stored on a storage medium of the analysis PC 94, 96, for example in a PC AP format.
  • the time stamps of the data frames within the data files generated by the respective analysis cards are compared with respect to the inserted time synchronization events.
  • the information of the respective analysis card is encoded as additional information in each data frame. This is necessary to identify the source of the data frame when merging the individual data files. This summary is the final step in program execution.
  • the resulting data file now contains all data frames from all the analysis cards 98, 100 in the correct order.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von zwischen räumlich verteilten Geräten (56, 78, 80, 58) eines Kommunikationsnetzwerkes (60, 62) wie Real-Time-Ethernet-Netzwerk übertragenen Daten mittels räumlich verteilter Analyse-Geräte (72, 88), wobei die Daten von zumindest zwei in das Kommunikationsnetzwerk (60, 62) eingeschleiften Analyse-Geräten (72, 88) empfangen werden und wobei die empfangenen Daten mittels eines von den Analyse-Geräten (72, 88) simultan empfangenen Synchronisationssignals markiert werden. Um die Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten mittels räumlich verteilter Analyse-Geräte zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die Analyse-Geräte (72,88) Daten-Frames der empfangenen Daten in Daten-Files speichern, wobei jeder empfangene Daten-Frame mit einem Zeitstempel einer lokalen Zeit des empfangenden Analyse-Gerätes (72, 88) markiert wird und wobei mittels des empfangenen Synchronisationssignals in jedem der Analyse-Geräte (72, 88) Zeitsynchronisations-Ereignisse erzeugt werden, welche während der Aufzeichnung der Daten-Files in jedem der Analyse-Geräte (72, 88) simultan als Pseudo-Frames (110, 112, 114) zwischen die empfangenen Daten-Frames zur späteren Synchronisation eingefügt werden, dass ein Abgleich des in den Daten-Frames enthaltenen lokalen Zeitstempels in Bezug zu den eingefügten Zeitsynchronisations-Ereignissen erfolgt, dass eine spezifische Information des jeweiligen Analyse-Gerätes als Zusatzinformation in jedes Daten-Frame codiert wird, dass die bei der Messung von den einzelnen Analyse-Geräten empfangenen individuellen Daten-Files in Bezug zu den simultanen Zeitsynchronisations-Ereignissen derart zusammengefasst werden und dass die von dem Analyse-Geräten erfassten Daten-Frames in zeitlich richtiger Reihenfolge liegen.

Description

Verfahren und System zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten mittels in einem Kommunikationsnetzwerk räumlich verteilter Analyse-Geräte
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten mittels in einem Kommunikationsnetzwerk wie Real-Time- Ethernet-Netzwerks räumlich verteilter Analyse-Geräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein System zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Ein Verfahren und ein System zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten ist in dem Aufsatz Jaime J. Garnica u.a.:„ARGOS: A GPS-Time-Synchronized Network Interface Card based on NetFTGA"; High Performance Computing and Networking Group Universidat Autonoma de Madrid; November 2009 beschrieben.
Der Aufsatz ist auch verfügbar unter Garnica, Jaime, J. u.a.: „ARGOS: A GPS-Time-Synchronized Network Interface Card based on NetFTGA"; High Performance Computing and Networking Group Universidat Autonoma de Madrid; NetFPGA Developers Workshop August 12-13, 2010 in Verbindung mit Agende NetFPGA Developers Workshop August 12-13, 2010 (http://netfpga.ord/foswiki/bin/view/NetFPGA/OneGig/DevWorkshopl0).
In dem Aufsatz wird eine NetFTGA -basierte Netzwerk- Interface-Karte beschrieben, die eine transparente GPS-Zeit-Synchronisation zur Verfügung stellt. Die Karte ermöglicht eine genaue Zeitstempelung empfangener Pakete und das Aussenden von Pakethäufungen (Burst of Packets) mit präzisem Abstand. Das bekannte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass empfangene Daten-Frames in einen Speicher abgelegt werden. Sobald ein Daten-Frame in dem Speicher gespeichert werden soll, wird dieser zunächst mittels eines Timing-Moduls mit einem Zeitstempel der absoluten Zeit des empfangenen GPS-Signals markiert und sodann abgespeichert.
Die Einfügung eines Zeitstempels mit absoluter Zeit des empfangenen GPS-Signals ist allerdings mit erheblichem Aufwand verbunden.
In der Veröffentlichung „RFC: 793; TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL, DARPA INTERNET PROGRAM PROTOCOL SPECIFIC ATION", September 1981, Information Sciences Institute University Southern of California, wird ein DoD Standard Transmissions-Steuerungsprotokoll (TCP) beschrieben. Die Internetprotokolle TCP/IP werden in Ihren Grundzügen beschrieben, woraus der Fachmann entnimmt, dass die Datenpakte bei einer TCP-Übertragung beim Empfänger wieder in die richtige zeitliche Reihenfolge gebracht werden. Dazu enthält der TCP-Protokoll-Kopf ein Datenfeld mit einer sogenannten„Sequenz-Number", deren Wert für jedes weitere Datenpaket erhöht wird.
In der Veröffentlichung „RFC: 3550; Network Working Group H. Schulzrinne, Columbia University bzw. RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications", July 2003, wird die Funktion der Wiederherstellung einer Reihenfolge mittels einer „Sequenz-Number" beschrieben.
Die DE-A-10 2008 010 536 bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Synchronisation von Uhren in einem Netz mit einer Vielzahl von zumindest zwei Knoten, wobei zumindest zwei dieser Knoten miteinander kommunizieren können und jeweils eine lokale Uhr aufweisen.
In einem empfangenden dieser Knoten wird von zumindest einem sendenden anderen solcher Knoten eine von diesem sendenden Knoten ausgehende globale Uhrzeit des sendenden Knoten empfangen. Abhängig von sowohl der empfangenden globalen Uhrzeit des sendenden Knotens als auch einer lokalen Uhrzeit der eigenen lokalen Uhr des empfangenden Knotens wird eine globale Uhrzeit dieses empfangenden Knotens bestimmt oder geschätzt.
Die DE-T-602 11 157 bezieht sich auf ein synchrones Abspielen von Medien-Paketen. Dies umfasst das Aussenden von zeitlich gekennzeichneten Mediendatenpakten an eine oder mehrere empfangende Mediensenken, wobei die Zeitkennzeichnung auf den Zeitpunkt zum Erzeugen des entsprechenden Mediendatenpaktes hinweist, Bestimmen eines Abspielzeitversatzes einmal für alle Mediendatenpakte einer Periode und Aussenden des Abspielzeitversatzes an die eine oder mehreren Mediendatensenke (M) einmal für alle Mediendatenpakte einer Periode.
Ferner sind in dem Benutzerhandbuch„Net Analyzer NANL-C500-RE und NANL- 500RE" der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH, Doc091110UM07DE, 2007-003, www.liilscher.com" Analyse-Geräte sowie Analyse-Karten beschrieben, die als passive Komponenten in Real-Time-Ethernet-Systemen arbeiten, um den Datenverkehr aufzuzeichnen und zu analysieren.
Um einen Datentransfer einer Kommunikations strecke zwischen zwei Feldgeräten zu analysieren, müssen diese mit demselben Analyse-Gerät verbunden sein.
Zur Aufzeichnung der Daten können verschiedene Modi verwendet werden.
In einem Datenaufzeichnungs-Modus (Capture Data) werden die Daten auf die Festplatte eines Analyse-PCs geschrieben. Die Datenaufzeichnung kann in der Betriebsart „Ethernet-Modus" erfolgen, in dem Standard-Ethernet-Telegramme erfasst werden oder in der Betriebsart„Transparent-Modus", in dem Ethernet- Telegramme einschließlich der Präambel und des SFD (Start of Frame Delimiter) erfasst werden. Ferner kann die Datenaufzeichnung in einem„Timing-Analyse-Modus" (Time Analy- sis) erfolgen, in dem keine Frame-Daten gespeichert, sondern ausschließlich Zeitstempel einzelner Frames analysiert werden, wobei eine Datenaufzeichnung nicht stattfindet.
Ein System 10 nach dem Stand der Technik ist rein schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das System umfasst ein Kommunikationsnetzwerk 12 wie Real-Time-Ethernet- Netzwerk. Ein Sender-Gerät 14 ist über eine Datenleitung 16 mit einem Anschluss 18 eines ersten Kanals 20 eines Analyse-Gerätes 22 verbunden. Ein zweiter Anschluss 24 des ersten Kanals 20 ist über eine Datenleitung 26 mit einem Ethernet-Switch 28 verbunden, der ausgangsseitig über eine Datenleitung 30 mit einem Anschluss 32 eines zweiten Kanals 34 des Analysegerätes 22 verbunden ist. Ein Ausgang 36 des zweiten Kanals 34 ist über eine Datenleitung 38 mit einem Zielgerät 40 verbunden, an dessen Ausgang 42 ein Aktuator 44 angeschlossen ist. Der Ausgang 42 ist über eine Signalleitung 46 an einen Signaleingang 48 des Analyse-Gerätes 22 zurückgekoppelt. In bevorzugter Ausführungsform umfasst das Analyse-Gerät 22 einen Analyse-PC 52 mit einer Analyse-Karte 50.
Bei Analyse-Geräten mit zwei Aufzeichnungs-Kanälen zeichnet das Analyse-Gerät die Ethernet-Frames auf und fügt diesen Zeitstempel hinzu. Dazu wird das Analyse-Gerät bzw. die Analyse-Karte über zwei Patch-Kabel von einem der Testanschlusspunkte aus mit einem Ethernet-Anschluss der Feldgeräte verbunden. Die Datenaufzeichnung wird über eine Software konfiguriert bzw. gestartet. So erfassen das Analyse-Gerät und die Analyse-Software die Datenpakete der Kommunikationsstrecke, übertragen die Datenpakete und speichern diese vorzugsweise per DMA (Direct Memory Access) auf der Festplatte ab. Die abgelegten Dateien wie Binär-Dateien werden mittels Software in z. B. das offene Win Pcap konvertiert, welches mit z. B. Wireshark analysiert werden kann. Zusätzlich bietet das Analyse-Geräte bzw. die Analyse-Karte die Möglichkeit, an bis zu vier digitalen Eingängen zusätzlich Ereignisse zu erfassen. An den digitalen Eingängen erzeugen die Eingangssignale einen speziellen Ethernet-Frame in dem Analyse- Gerät bzw. der Analysekarte, welcher von der Analyse-Karte erzeugt und auf der Festplatte gespeichert wird. Die Zeitauflösung liegt im nsec-Bereich. Derartige Analyse-Geräte werden beispielsweise zur Messung der Latenz-Zeit von Multiport-Geräten mit einer hohen Genauigkeit eingesetzt (Verzögerung zwischen Netzwerk-Eingang und einem Netzwerk-Ausgang eines unterschiedlichen Ports) oder zur Messung einer Zeit zwischen einem elektrischen Eingangssignal eines Prozesses und einem Ethernet-Frame, welcher Informationen überträgt oder umgekehrt.
Die Analyse-Karten 50 können zwar von einer Vielzahl über das zu analysierende Netzwerk 12 verteilter Analyse-PCs 52 aufgenommen werden, wobei in jedem individuellen Analyse-PC 52 die Analyse-Karte 50 die absolute Zeit des Analyse-PC s 52 bei Programmstart annehmen würde. Auch müssen die Daten-Files durch die Analyse-Karte 50 und durch deren internen Takt mit hoher Auflösung mit einem Zeitstempel versehen und zur Auswertung an den Analyse-PC übertragen werden.
Bei der Analyse des Datenverkehrs räumlich verteilter Geräte oder Netzwerke, zum Beispiel WLAN, ist es nicht möglich, den Datenverkehr zwischen Geräten in räumlich verteilten Netzwerken mittels eines einzelnen Analyse-Gerätes zu erfassen. Wenn die Datenerfassung durch Verwendung individueller Analyse-Geräte, normalerweise PCs, ausgeführt wird, müssen die resultierenden Mehrfach-Daten-Files in ein globales Daten- File zusammengefasst werden.
Die Anforderungen für die Zeitauflösung liegen im μ&&ο-Β&ΐ&ϊοΙι. PCs, die Standard- Betriebssysteme verwenden, können nur im Bereich von etwa 10 msec synchronisiert werden.
Wie zuvor beschrieben, kann die Synchronisation der individuellen Analyse-Geräte, welche die absolute Zeit bereitstellen, jedoch nicht mit der gewünschten Genauigkeit erreicht werden.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein System der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten mittels räumlich verteilter Analyse- Geräte vereinfacht wird. Zur Lösung der Aufgabe wird u. a. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die unterschiedlichen absoluten Zeiten der Analyse-Geräte zu ignorieren und die Synchronisation auf die resultierenden Daten- Files zu übertragen. Um dies zu erreichen empfangen alle Analyse-Geräte simultan ein Sychronisationssignal zur Auslösung von Zeitsychronisations-Ereignissen, welche die Analyse-Geräte jeweils während der Aufzeichnung von Datenframes eines Daten-Files als„Pseudo-Frame" zwischen die Datenframes einfügen.
Das Zeitsynchronisations-Ereignis ist vorzugsweise ein„Pseudo-Frame", welches beim Empfang von Daten-Frames durch die einzelnen Analyse-Geräte simultan, d. h. unabhängig von der lokalen Zeit des Analysegeräts zwischen die empfangenen Daten- Frames eingefügt wird. Das„Pseudo-Frame" kann bei der Analyse der erfassten Daten- Files mittels z. B. Wireshark erkannt und zur Synchronisation der Vielzahl von Daten- Files der verteilten Analyse- Geräte verwendet werden.
Die Erfindung verwendet als Analyse-Gerät vorzugsweise einen Analyse-PC wie Personal Computer mit einsteckbarer Analyse-Karte, welche zumindest einen digitalen Eingang aufweist, an dem das Synchronisationssignal eingespeist wird, mittels dem zusätzliche Ereignisse in Form von „Pseudo-Frames" in das Daten-File, d.h. zwischen Daten-Frames des Daten-Files einfügt werden. Die Zeitauflösung liegt im nsec-Bereich.
Vorzugsweise ist ein Funkempfänger an den digitalen Signaleingang jeder Analyse- Karte angeschlossen. Der Funkempfänger empfängt das Synchronisationssignal, welches entweder durch einen spezifischen, eigenen Funk-Transmitter oder durch einen öffentlich verfügbaren Signalsender, wie beispielsweise einen Zeitsignalsender (DCF) oder einen Positionssignalsender wie GPS-Sender (Global Position System) gesendet wird. Die Wahl der Transmitter beeinflusst die erreichbare Genauigkeit. Vorzugsweise wird das DCF-Signal verwendet, da dies die einfachste Implementation darstellt.
Bei Verwendung von DCF wird jede Sekunde ein Synchronisationssignal gesendet, welches ein Zeitsynchronisations-Ereignis auslöst um einen„Pseudo-Frame" in das Daten-File, d.h. zwischen die Daten-Frames einzufügen. Da das DCF-Signal die Sekunde 59 jeder Minute ausblendet, kann dies für eine grobe Synchronisation verwendet werden. Daraus ergibt sich, dass die Anforderung für eine gemeinsame Zeitsynchronisation in allen beteiligten Analyse-PCs lediglich besser als 1 Minute sein muss.
Aus Obigem ergibt sich, dass diese Zeitsynchronisations-Ereignisse synchron bzw. simulant in die verschiedenen Daten-Files eingefügt werden und dass die Synchronisation der verschiedenen Daten-Files bei der Analyse dieser erfolgt.
Das beschriebene Verfahren erlaubt die Erfassung von Ethernet- Frames in einem räumlich verteilten Netzwerk, welches weiter verteilt ist, als es ein leitungsbasiertes Messsystem erlauben würde. Durch Verwendung einer öffentlich verfügbaren Zeitbasis kann eine hohe Genauigkeit mit geringem Aufwand erreicht werden.
Die Notwendigkeit, einen absoluten Zeitstempel zu erhalten, welche einen großen Aufwand erfordert, wird durch eine viel einfachere Ausführung zur Erzeugung und Verarbeitung zeitgleicher Signale ersetzt.
Hauptfehlerquellen können durch eine symmetrische Implementierung sämtlicher Messpunkte (gemeinsames Synchronisations-Signal, identische Empfänger, identische Analyse-Karten) eliminiert werden. Verbleibende Fehlerquellen können im Voraus gewichtet werden und somit durch Berechnungen eliminiert werden (z. B. Signal- Ausbreitung aufgrund von unterschiedlichen Entfernungen von dem Transmitter 300 m = 1 μΆθο, Pulsverzögerungen innerhalb des Empfängers). Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein System zur Aufzeichnung und Analyse von Datenverkehr zwischen
Geräten eines drahtgebundenen Kommunikationsnetzwerkes,
Fig. 2 ein System zur Aufzeichnung und Analyse von Datenverkehr zwischen drahtlos miteinander gekoppelten Teilnetzwerken, und
Fig. 3 Datenfiles einzelner Analyse-PCs mit Event-Synchronisation.
Fig. 2 zeigt ein System 54 zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Datenverkehr zwischen Geräten 56, 58 räumlich verteilter Netzwerke 60, 62, die über eine die Laufzeit der zu übertragenden Daten beeinflussende Kommunikations strecke 64 miteinander gekoppelt sind. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsstrecke 64 als Funkstrecke ausgebildet. Die Kommunikationsstrecke 64 kann jedoch auch ein drahtgebundenes Kommunikationsnetz bzw. eine Kommunikations strecke sein, die eine Länge im Bereich » 100 m aufweist, die Laufzeitverzögerungen verursacht.
Das Teilnetzwerk 60 umfasst das Gerät 56, beispielsweise als Sendegerät, welches über eine Datenleitung 66 mit einem Eingang 68 eines Kanals 70 eines Analyse-Gerätes 72 verbunden ist. Ein Ausgang 74 des Kanals 70 ist über eine Datenleitung 76 mit einer drahtlosen Kommunikationseinheit 78 verbunden. Diese ist über die drahtlose Kommunikationsverbindung 64 mit einer drahtlosen Kommunikationseinheit 80 gekoppelt, welche über eine Datenleitung 82 mit einem Eingang 84 eines Kanals 86 eines Analysegerätes 88 des Teilnetzwerkes 62 verbunden ist. Ein Ausgang 90 des Kanals 86 ist über eine Datenleitung 92 mit dem Gerät 58 als Zielgerät verbunden. Die Teilnetzwerke 60, 62 sind räumlich verteilt, beispielsweise mit einer Reichweite R » 100 m.
Das Analyse-Gerät 72, 88 umfasst vorzugsweise einen Analyse-PC 94, 96 sowie jeweils eine Analyse-Karte 98, 100, die als PC-Steckkarte ausgebildet ist und in den Analyse- PC 94, 96 eingesteckt ist. Ferner umfassen die Analyse-Karten 98, 100 jeweils einen Signaleingang 102, 104, welcher mit einem Funk-Empfänger 106, 108 zum Erfassen eines öffentlich verfügbaren Synchronisationssignals in Form eines DCF-Zeitsignals verbunden ist.
Mittels der Analyse-Geräte 72, 88 kann eine Verzögerungszeit der drahtlosen Übertragung zwischen den drahtlosen Kommunikationseinheiten 78, 80 als Verzögerungszeit T2 - Ti bestimmt werden. Dazu ist es notwendig, die Daten-Files der Analyse-PC 94, 96 oder die Analyse-Geräte 72, 88 zu synchronisieren.
Gemäß der Erfindung werden die unterschiedlichen absoluten Zeiten der Analyse- Geräte 72, 88 ignoriert und die Synchronisation auf die resultierenden Daten-Files 128,130,132 übertragen.
Die in dem System 54 verteilten Analyse-Karten 98, 100 empfangen über Ihre Funk- Empfänger 106, 108 simultan das Synchronisationssignal und erzeugen jeweils Zeit- synchronisations-Ereignisse 110, 112, 114, welche bei Datenaufzeichnung jeweils als „Pseudo-Frame" 110, 112, 114 zwischen empfangene Daten-Frames 116, 118; 120, 122; 124,126 eines Daten-Files 128, 130, 132 eingefügt werden wie dies in Fig. 3 (Event-Synchronisation) dargestellt ist.
Bei Verwendung des DCF-Signals als Synchronisationssignal wird das Zeitsynchronisa- tions-Ereignis jede Sekunde in die Daten-Files 128, 130, 132 eingefügt. Da das DCF- Signal die 59. Sekunde jeder Minute ausblendet, kann dies für eine grobe Synchronisation verwendet werden. Somit ergibt sich, dass die Anforderung für eine gemeinsame Zeitsynchronisation von allen beteiligten Analyse-Geräten 72, 88 lediglich besser als 1 min sein muss. Die Fig. 3 zeigt das Prinzip der Event-Synchronisation, wobei ein Zeitsynchronisations- Ereignis 110, 112, 114 in Form des„Pseudo-Frames" synchron in das Daten-File eingefügt wird. Eine Synchronisation der Daten-Files erfolgt bei der Analyse der Daten.
Die von den Analyse-Karten 98, 100 erfassten Daten-Files werden auf einem Speichermedium des Analyse-PCs 94, 96 gespeichert, beispielsweise in einem PC AP-Format. Mittels einer Software werden die Zeitstempel der Daten-Frames innerhalb der Daten- Files, die von den jeweiligen Analyse-Karten erzeugt wurden, in Bezug auf die eingefügten Zeitsychronisations-Ereignisse abgeglichen. Zusätzlich wird die Information der jeweiligen Analyse-Karte als Zusatzinformation in jeden Daten-Frame codiert. Dies ist notwendig, um die Quelle des Daten-Frames zu identifizieren, wenn die individuellen Daten-Files zusammengefasst werden. Diese Zusammenfassung ist der letzte Schritt der Programmausführung. Das resultierende Daten-File enthält nun sämtliche Daten-Frames von allen Analyse-Karten 98, 100 in der zeitlich richtigen Reihenfolge.

Claims

Verfahren und System zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von Daten mittels in einem Kommunikationsnetzwerk räumlich verteilter Analyse-Geräte
1. Verfahren zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von zwischen räumlich verteilten Geräten (56, 78, 80, 58) eines Kommunikationsnetzwerkes (60, 62) wie Real-Time-Ethernet-Netzwerk übertragenen Daten mittels räumlich verteilter Analyse-Geräte (72, 88), wobei die Daten von zumindest zwei in das Kommunikationsnetzwerk (60, 62) eingeschleiften Analyse-Geräten (72, 88) empfangen werden und wobei die empfangenen Daten mittels eines von den Analyse-Geräten (72, 88) simultan empfangenen Synchronisationssignals markiert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Analyse-Geräte (72,88) Daten-Frames der empfangenen Daten in Daten- Files speichern, wobei jeder empfangene Daten-Frame mit einem Zeitstempel einer lokalen Zeit des empfangenden Analyse-Gerätes (72, 88) markiert wird und wobei mittels des empfangenen Synchronisationssignals in jedem der Analyse- Geräte (72, 88) Zeitsynchronisations-Ereignisse erzeugt werden, welche während der Aufzeichnung der Daten-Files in jedem der Analyse-Geräte (72, 88) simultan als Pseudo-Frames (110, 112, 114) zwischen die empfangenen Daten-Frames zur späteren Synchronisation eingefügt werden, dass ein Abgleich des in den Daten- Frames enthaltenen lokalen Zeitstempels in Bezug zu den eingefügten Zeitsynch- ronisations-Ereignissen erfolgt, dass eine spezifische Information des jeweiligen Analyse-Gerätes als Zusatzinformation in jeden Daten-Frame codiert wird und dass die bei der Messung von den einzelnen Analyse-Geräten empfangenen individuellen Daten-Files in Bezug zu den simultanen Zeitsynchronisations- Ereignissen derart zusammengefasst werden und dass die von dem Analyse- Geräten erfassten Daten-Frames in zeitlich richtiger Reihenfolge liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Synchronisationssignal ein öffentlich verfügbares Zeitsignal wie DCF- oder GPS-Signal verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zeitsynchronisations-Ereignis jede Sekunde in das Daten-File (114, 116) eingefügt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zeitsynchronisations-Ereignisse (110, 112, 114) synchron bzw. simulant in die Daten-Files eingefügt werden.
5. System (54) zur Aufzeichnung, Synchronisation und Analyse von zwischen räumlich verteilten Geräten (78, 80) eines Kommunikationsnetzwerkes (60, 62) wie Real-Time-Ethernet-Netzwerk übertragenen Daten mittels räumlich verteilter Analyse-Geräte (72, 88), wobei die Analyse-Geräte (72, 88), in das die Geräte (56, 78, 80, 58) verbindende Kommunikationsnetzwerk (60, 62) zur Aufzeichnung der Daten eingeschleift sind und wobei jedes der Analyse-Geräte (72, 88) einen Empfänger (106, 108) zum simultanen Empfang eines Synchronisationssignals sowie Mittel zur Markierung der empfangenen Daten auf der Grundlage des Synchronisationssignals aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Analyse-Geräte (72, 80) des Weiteren umfassen: Mittel zum Markieren aufgezeichneter Daten-Frames mit einem lokalen Zeitstempel des empfangenden Analyse-Gerätes (72, 80), Mittel zum Speichern der Daten-Frames in einem Daten-File, Mittel zur Erzeugung von Zeitsynchronisations-Ereignissen auf der Grundlage des Synchronisationssignals sowie Mittel zur Einfügung der Zeitsynch- ronisations-Ereignisse als Pseudo-Frames zwischen die empfangenen Daten- Frames eines Daten-Files (128, 130.132), wobei ein Abgleich des in den Daten- Frames enthaltenen lokalen Zeitstempels in Bezug zu den eingefügten Zeitsynch- ronisations-Ereignissen erfolgt, dass eine spezifische Information des jeweiligen Analyse-Gerätes als Zusatzinformation in jeden Daten-Frame codiert wird und dass die bei der Messung von den einzelnen Analyse-Geräten empfangenen individuellen Daten-Files in Bezug zu den simultanen Zeitsynchronisations- Ereignissen derart zusammengefasst werden und dass die von dem Analyse- Geräten erfassten Daten-Frames in zeitlich richtiger Reihenfolge liegen.
System nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Analyse-Gerät (72, 88) als Analysator-PC (94, 96) mit Analysator- Steckkarte (98, 100) ausgebildet ist.
System nach zumindest einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Empfänger (106, 108) an einem Trigger-Signal-Eingang (102, 104) des Analyse-Gerätes (72, 88) oder der Analysator-Steckkarte (98, 100) angeschlossen ist.
System nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Empfänger (106, 108) als Funk-Empfänger ausgebildet ist, durch den ein lokal oder öffentlich verfügbares Zeitsignal wie DCF- oder GPS-Signal empfangen wird.
System nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kommunikationsnetzwerk (60, 62) ein drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk ist, vorzugsweise ein Real-Time-Ethernet-Netzwerk.
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