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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Leitungslänge von LWL-CAN-Netz


Autor: genius (Gast)
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müsste die mögliche Leitungslänge eines CAN-Netzes mit LWL nicht 
theoretisch unendlich sein? Gibt es da trotzdem einschränkungen?

Autor: Andi ... (xaos)
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c ...

Autor: genius (Gast)
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soll c jetzt für die Lichtgeschwindigkeit stehen?

Kann also ein CAN-Netzwert mit 20 Teilnehmern und Cu-Leitern aufgebaut 
werden, wenn z.B. zwischen dem 4. und 5. TN ein CAN-LWL-Koppler steht 
und die 20km weit entfernt sind?

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Ist ne Frage der Baudrate. Bei 1MBit könnte es schon knapp werden. Mal 
nachrechnen....

Autor: genius (Gast)
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wieso nachrechnen? Wenn man lwl-Kabel benutzt müsste doch die Länge egal 
sein, oder nicht? Wo gibt es denn genau die einschränkungen?

Autor: Nils (Gast)
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> wieso nachrechnen? Wenn man lwl-Kabel benutzt müsste doch die Länge egal
> sein, oder nicht? Wo gibt es denn genau die einschränkungen?
Signal-Laufzeit vs. sichere CAN-Kommunikation.
Wenn Du mit 500 kBit/s mit mehreren Teilnehmern an einem Bus 
kommunizierst, musst Du doch sicherstellen, dass die Antworten in einem 
bestimmten Zeitfenster eintreffen. Das meint H.joachim Seifert mit 
'nachrechnen'.

Gruß,
Nils

Autor: Andi ... (xaos)
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genius schrieb:
> soll c jetzt für die Lichtgeschwindigkeit stehen?
>
> Kann also ein CAN-Netzwert mit 20 Teilnehmern und Cu-Leitern aufgebaut
> werden, wenn z.B. zwischen dem 4. und 5. TN ein CAN-LWL-Koppler steht
> und die 20km weit entfernt sind?

kann...bei relativ niedriger baud, je nachdem wie gut die lwl interfaces 
sind (verzögerung..)

und ja c ist die lichtgeschwindigkeit, was sonst. in PMMA oder glas viel 
weniger als im vakuum ;)

Autor: Becker (Gast)
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Unendliche Länge durch LWL ist nicht möglich!
Im Lichtwellenleiter ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit auch nicht 
schneller als c. Bei Kupferkabel, für das Leitungslängentabellen in 
einschägigen Quellen vorhanden sind (z.B. Konrad Etschberger; Controler 
Area Network; Carl Hanser Verlag oder auch in der Wikipedia), rechnet 
man i.A. mit 70% c. Berücksichtigt man auch die Verzögerung der 
CAN-LWL-Koppler ist da in Bezug auf die Leitungslänge kaum ein Vorteil 
feststelbar. Seine Existenzberechtigung bezieht der CAN-LWL-Koppler vor 
allem aus dem Ex-Schutz und elektrischen Störeinkopplungen.

Autor: Mike J. (Gast)
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Wenn du jetzt LWL aus Glas nutzt ist die Dämpfung geringer als wenn du 
Plast-LWL nutzen würdest. Sie haben aber eine Dämpfung und somit 
brauchst du nach meinetwegen nach 5 km wieder einen Verstärker.

Autor: oszi40 (Gast)
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Optisch gesehen sind auch >30km LWL mit teurem Monomode problemlos 
möglich.

Zeitlich gesehen muß die Antwort im richtigen ZEITFENSTER kommen. Das 
ist oft der Pferdefuß bei Bussystemen. Da uns das Zeitverhalten Deiner 
Wandler nicht bekannt ist, reicht es nicht, die optische Ausbreitung zu 
berechnen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Controller_Area_Network
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet

Autor: Steffen (Gast)
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Für die Ausbreitungsgeschwingigkeit einer elektromagnetischen Welle, wie 
z.B. Licht in einem Medium gilt:


Einschränkungen der Übertragungsstrecke eines Lichtwellenleiters:

Betrachtung der Amplitudendämpfung:

+ Ausgangsleistung des LASERS
- Koppelverluste (Lichteinkopplung in Faser, Übergänge in Stecker üblich 
1-2dB)
- Biegeradius (abhängig von Biegeradius)
- Dämpfung über Leitung ( Materialabhängig, Wellenlängenabhänig, für 
Glas üblich 0,1dB/km bei Dämpfungsminima vgl. Koaxialkabel Minima 
3dB/100m bei 100 MHz)
= mimimale Leistung welche die Phototdiode noch als "High" dedektieren 
kann


Einschränkung der Baudrate:
Problem: Verbreiterung bzw. Verzerrung der Lichtimpulse

Ursache: Dispersion

Arten:

Modendispersion( in Multimodefaser)
-Unterschiedliche Wegstrecken der einzelnen Lichtstrahlen in einem LWL

chromatische Dispersion, dazu zählt Materialdispersion und 
Wellenleiterdispersion)
-Materialdispersion
Unterschiedliche spektrale Anteile(Frequenzen/Wellenlängen) mit 
unterschiedlicher Ausbreitungsgeschwingigkeit in einem Medium siehe 
Prisma)
-Wellenleiterdispersion
Spektrale Anteile dringen unterschiedlich Tief in Mantel des LWL ein.
Einheit:
 ps/(km·nm), Angabe vom Hersteller auf LWL

ps...Pulsbreite in pikosekunden
km...Länge des LWL
nm...Wellenlänge des Lichtes

Polarisationsdispersion
-unterschiedliche Ausbreitungsgeschwidigkeit durch Polarisation.

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Trotz allem Hardwareaufwand... das Bit muss (viel früher als) nach der 
halben Bitzeit beim Empfänger sein.

Steffen schrieb:
> Für die Ausbreitungsgeschwingigkeit einer elektromagnetischen Welle, wie
> z.B. Licht in einem Medium gilt:

Die Lichtgeschwindigkeit ist trotz schön gesetzter Formel immer noch 
300000 k m/s... Bleibt also in einem Leiter (Kuper oder LWL macht kaum 
einen Unterschied) 200000km/s übrig.
Bei einem Kilometer Übertragungslänge dauert es sowohl in Cu als auch 
LWL rund 5µs. Doppelte Laufzeit ist 10µs, mit 100kBit/s wird das nix 
mehr.

Autor: Bjoern B. (per)
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Hallo,
auch LWL Leitung hat ne Dämpfung, die zur ner begrenzten Reichweite 
führt.

gruß,
Björn

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Nils (Gast)

>Wenn Du mit 500 kBit/s mit mehreren Teilnehmern an einem Bus
>kommunizierst, musst Du doch sicherstellen, dass die Antworten in einem
>bestimmten Zeitfenster eintreffen. Das meint H.joachim Seifert mit
>'nachrechnen'.

Kommt drauf an. Eine reine serielle Verbindung hat auf unterer Bit- und 
Paketebene keine Längenbeschränkung, da kann man auch 1000km LWL machen, 
so man denn zwischendrin Verstärker einbaut.

Auf höherer Protokollebene KANN es je nach Bussystem zu Problemen 
kommen, wel de Laufzeiten dann zu groß werden und sich die Nachrichten 
verschiedener Sender zeitlch überlappen. Wie das bei CAN über LWL im 
Detail aussieht, weis ich nicht.

Wenn man aber eine Art zentralen Switch aufbaut, so wie bei Ethernet, 
KÖNNTEN diese Einschränkungen wieder entfallen.

http://www.ems-wuensche.de/ueber-can/can-extend-op...

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Falk Brunner schrieb:
> Auf höherer Protokollebene KANN es je nach Bussystem zu Problemen
> kommen, wel de Laufzeiten dann zu groß werden und sich die Nachrichten
> verschiedener Sender zeitlch überlappen. Wie das bei CAN über LWL im
> Detail aussieht, weis ich nicht.
Das Buszugriffsverfahren CSMA-CA begrenzt hier.
Bei CAN, ob über Kabel oder LWL ist hier egal, muss die Reaktion des 
Empfängers (bzw. konkurrierenden Senders) innerhalb einer Bitzeit 
(typischerweise schon um die 70%) beim Sender ankommen. Dies beschränkt 
die Länge des Busses unabhängig vom Übertragungsmedium. Selbst wenn man 
funken würde um näher an die Lichtgeschwindigkeit zu kommen, kämen 
zusätzliche Latenzen dazu. Bringt in Summe also kaum was.

Es gibt sicher diverse Faustformeln für die Datenrate in Abhängigkeit 
von der Buslänge, aber mit den obigen Annahmen (V = 2/3 c) kann man auch 
mal schnell überschlagen:

Bitzeit > 2 * Länge / (0,7 * 0,66 * Lichtgeschwindigkeit)
Bitzeit > Länge in Metern / 6,93*10^7m/s
oder Datenrate in Bit/s < 6,39*10^7m/s / Länge in Metern
oder Datenrate in MBit/s < 64/Länge in Metern

Autor: LWL (Gast)
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LWL ist schnell genug um die Teilnehmer in einem festen Raster senden 
lassen.

Warum ein Protokoll adaptieren was für langsames Cu gedacht ist.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bernhard Spitzer (b_spitzer)

>Das Buszugriffsverfahren CSMA-CA begrenzt hier.

Jain. Bei Ethernet ist es ja ähnlich, aber auch dort geht es über 80km 
und mehr per Ultra Long Haul LWL. Wie das im Detail läuft weiß ich 
nicht, aber die Abitrierung auf Bit/Paketebene gibt es dabei nicht mehr, 
weil es logisch und elektrisch/optisch alles Punkt zu Punkt Verbindungen 
sind, per Switch.

>Bei CAN, ob über Kabel oder LWL ist hier egal, muss die Reaktion des
>Empfängers (bzw. konkurrierenden Senders) innerhalb einer Bitzeit
>(typischerweise schon um die 70%) beim Sender ankommen.

Nö, siehe oben. Und mein Link.

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Falk Brunner schrieb:
>>Das Buszugriffsverfahren CSMA-CA begrenzt hier.
>
> Jain. Bei Ethernet ist es ja ähnlich,
stimmt, ungefähr so ähnlich wie Kompakt-Cassette und MP3-Player...

> aber auch dort geht es über 80km und mehr per Ultra Long Haul LWL.
> Wie das im Detail läuft weiß ich nicht,
Schön, daher geht es bei CAN ja auch völlig anders. CAN ist, im 
Gegensatz zu Ethernet, vom Design her ja auch Echtzeitfähig.

> aber die Abitrierung auf Bit/Paketebene gibt es dabei nicht mehr,
> weil es logisch und elektrisch/optisch alles Punkt zu Punkt Verbindungen
> sind, per Switch.

Kleiner Exkurs gefällig?? Bei Ethernet wird das Buszugriffsverfahten 
CSMA-CD genutzt. Da reicht es, wenn bei einem Datenpaket eine Kollision 
erkannt wird. Das Datenpaket ist damit futsch und wird wiederholt (oder 
bei UDP auch nicht). Für diese Kollisionserkennung stehen über 1500Bytes 
(und nicht nur 1 Bit) an Zeit zur Verfügung. Bei Big-Packets auch mehr.
Bei CAN geht dagegen keine einzige Nachricht verloren, weil innerhalb 
einer einzigen Bitzeit eine Kollision erkannt wird. Das kommt aber nur 
bei der Arbitrierierung im ID-Feld vor, dann zieht sich der "Verlierer" 
aber zurück und das Datenpaket ist nicht zerstört. (ok, beim RTR-Bit 
könnte auch nochmal eine Burarbitrierung stattfinden, aber da sieht der 
anfordernde Teilnehmer danach ja gleich die gewünschte Nachricht, also 
kein Problem). Arbitrierung innerhalb des Datenfeldes ist bei CAN nicht 
zulässig, daher gibt es für jede Nachrichten-ID auch nur einen Sender.

Daher ist CAN prinzipiell für schnelle Verbindungen über weite Strecken 
untauglich (war ja auch nie dafür gemacht). Wenn es jetzt trotzdem 
jemand versucht, dann handelt er sich Krücken oder Inkompatibilitäten 
mit den übrigen Busteilnehmern ein.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Bernhard Spitzer schrieb:
> ne Kollision
> erkannt wird. Das Datenpaket ist damit futsch und wird widerholt (oder
> bei UDP auch nicht). Für diese Kollisionserkennung stehen über

Bernhard Spitzer schrieb:
>> aber die Abitrierung auf Bit/Paketebene gibt es dabei nicht mehr,
>> weil es logisch und elektrisch/optisch alles Punkt zu Punkt Verbindungen
>> sind, per Switch.
>
> Kleiner Exkurs gefällig?? Bei Ethernet wird das Buszugriffsverfahten
> CSMA-CD genutzt. Da reicht es, wenn bei einem Datenpaket eine Kollision
> erkannt wird. Das Datenpaket ist damit futsch und wird widerholt (oder
> bei UDP auch nicht). Für diese Kollisionserkennung stehen über 1500Bytes
> (und nicht nur 1 Bit) an Zeit zur Verfügung. Bei Big-Packets auch mehr.
> Bei CAN geht dagegen keine einzige Nachricht verloren, weil innerhalb
> einer einzigen Bitzeit eine Kollision erkannt wird.

Häh? Ich glaube du brauchst einen Exkurs. Nachdem bei Ethernet mit 
CSMA-CD eine Kollision erkannt wird, hören BEIDE Teilnehmer auf zu 
senden. Beide versuchen das Paket nach einer bestimmten Zeit erneut zu 
senden. Das geschieht alles auf der physischen Ebene und hat NICHTS (!) 
mit UDP o.Ä. zu tun.
http://de.wikipedia.org/wiki/Binary_Exponential_Backoff
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet#CSMA.2FCD-Algorithmus

Bei CAN ist das übrigens auch nicht so viel anders. Nachdem eine 
Kollision erkannt wurde, hört jedoch NUR dieser Sender auf zu senden und 
muss es ebenfalls erneut versuchen, nachdem der Sender mit der höheren 
Priorität das Paket auf den Bus gesetzt hat.

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Simon K. schrieb:
> Ich glaube du brauchst einen Exkurs. Nachdem bei Ethernet mit
> CSMA-CD eine Kollision erkannt wird, hören BEIDE Teilnehmer auf zu
> senden. Beide versuchen das Paket nach einer bestimmten Zeit erneut zu
> senden.
Die Zeit ist aber für den Teilnehmer "zufällig" und damit wird sich bei 
der Wiederholung einer der beiden hoffentlich durchsetzen.

> mit UDP o.Ä. zu tun.
Mea Culpa.

> Bei CAN ist das übrigens auch nicht so viel anders. Nachdem eine
> Kollision erkannt wurde, hört jedoch NUR dieser Sender auf zu senden und
> muss es ebenfalls erneut versuchen, nachdem der Sender mit der höheren
> Priorität das Paket auf den Bus gesetzt hat.

Doch genau da liegt der entscheidende Unterschied. Bei CAN muss die 
Nachricht nicht wiederholt werden, weil es keine Kollision gibt (CA = 
Collision Avoidance). Und das geht halt nur, wenn die Kollision 
innerhalb einer Bitzeit erkannt und für flogende Bitzeiten vermieden 
wird. Bei Ethernet wird nur eine zerstörende Kollision erkannt, dafür 
steht aber ein vollständiger Ethernet-Frame zur Verfügung. Daher können 
die Netzsegmente auch viel größer sein.

Trotzdem bringt in allen Fälle eine Nutzung von Glasfaser keine 
Vergrößerung der maximalen Segmentlänge (und darum ging es ja eigentlich 
hier...), weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium recht ähnlich 
ist. Nur durch eine Segmentierung der Netze werden größere Ausdehnungen 
möglich.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Bernhard Spitzer schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Bei CAN ist das übrigens auch nicht so viel anders. Nachdem eine
>> Kollision erkannt wurde, hört jedoch NUR dieser Sender auf zu senden und
>> muss es ebenfalls erneut versuchen, nachdem der Sender mit der höheren
>> Priorität das Paket auf den Bus gesetzt hat.
>
> Doch genau da liegt der entscheidende Unterschied. Bei CAN muss die
> Nachricht nicht wiederholt werden, weil es keine Kollision gibt (CA =
> Collision Avoidance).

Was ist denn "DIE" Nachricht? Es werden zwei Nachrichten gleichzeitig 
gesendet. Die mit der höheren Priorität setzt sich durch, die andere 
muss noch mal gesendet werden.

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Das nennt sich dann Nachrichtenpriorität. Der "Stärkere" gewinnt halt. 
Im Fall von CAN halt die vielen Nullen links... In der Politik ist es ja 
ähnlich.

Nur kommt halt die wichtigere Nachricht auch sicher an. Bei CSMA-CD 
kommt dagegen keine Nachricht an.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Bernhard Spitzer schrieb:
> Das nennt sich dann Nachrichtenpriorität. Der "Stärkere" gewinnt halt.
> Im Fall von CAN halt die vielen Nullen links... In der Politik ist es ja
> ähnlich.
Haha! Der ist gut ;-)

> Nur kommt halt die wichtigere Nachricht auch sicher an. Bei CSMA-CD
> kommt dagegen keine Nachricht an.
Ok, dann haben wir uns nur missverstanden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bernhard Spitzer (b_spitzer)

>> Jain. Bei Ethernet ist es ja ähnlich,
>stimmt, ungefähr so ähnlich wie Kompakt-Cassette und MP3-Player...

Beides sind Tonträger.

>> aber auch dort geht es über 80km und mehr per Ultra Long Haul LWL.
>> Wie das im Detail läuft weiß ich nicht,

>Schön, daher geht es bei CAN ja auch völlig anders. CAN ist, im
>Gegensatz zu Ethernet, vom Design her ja auch Echtzeitfähig.

Jaja, aber das st gar nicht der Punkt.

> aber die Abitrierung auf Bit/Paketebene gibt es dabei nicht mehr,
> weil es logisch und elektrisch/optisch alles Punkt zu Punkt Verbindungen
> sind, per Switch.

>Kleiner Exkurs gefällig?? Bei Ethernet wird das Buszugriffsverfahten
>CSMA-CD genutzt. Da reicht es, wenn bei einem Datenpaket eine Kollision
>erkannt wird. Das Datenpaket ist damit futsch und wird wiederholt (oder
>bei UDP auch nicht). Für diese Kollisionserkennung stehen über 1500Bytes
>(und nicht nur 1 Bit) an Zeit zur Verfügung.

Mag sein, geht aber am Problem, vielmehr dessen Lösung meilenwet vorbei.

1.) Bei Ethernet über LWL liest keiner der Teilnehmer das "Bussignal" 
zurück, es sind zwei unidirektionale Verbindungen.

2.) Bei einem vollsändig geswitchten (scheiss Denglsch) Ethernet, gibt 
es deutlich weniger Kollisionen (Gar keine?).

>Daher ist CAN prinzipiell für schnelle Verbindungen über weite Strecken
>untauglich (war ja auch nie dafür gemacht). Wenn es jetzt trotzdem
>jemand versucht, dann handelt er sich Krücken oder Inkompatibilitäten
>mit den übrigen Busteilnehmern ein.

Sicher, die Frage am Anfang ist auch eher theoretischer Natur.

>Trotzdem bringt in allen Fälle eine Nutzung von Glasfaser keine
>Vergrößerung der maximalen Segmentlänge (und darum ging es ja eigentlich

Das glaube ich nicht.

Autor: Peter R. (pnu)
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Schon mal etwas von Impulsdispersion gehört?

In multimode-Lichtleitern kommt es durch die verschiedenen 
Ausbreitungsmodes zu verschiedenen Laufzeiten, sodass sich Impulse mit 
wachsender Entfernung verbreitern.

Eine technische Maßzahl ist das Entfernungs-Bandbreite-Produkt, das 
dadurch entsteht.

Einfache Multimode-Lichleiter haben schon mal 100MHzkm als Kennwert, das 
wären dann nach 10 km nur noch 10MHz als mögliche Bandbreite.

Dazu kommt dann natürlich noch die Dämpfung, die bei multimode Leitern 
auch so 3dB/km betragen kann.

Bei monomode-Fasern liegen die Werte bei etwa 1GHzkm und 0,3 dB/km

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