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Sono sorti anche consorzi di aziende che promuovono la diffusione come CiA, CAN in
Automation (http://www.can-cia.org): è un esempio di organizzazione che adatta
l'hardware CAN in ambienti dalle caratteristiche variabili.
La diffusione ha subito una notevole accelerazione grazie a due situazioni favorevoli:
• la crescente domanda di elettronica nel settore automotive, che ha indotto i
fabbricanti di semiconduttori ad integrare il protocollo su un numero sempre
crescente di chip. L’ampia gamma di trasmettitori, ricevitori, microcontrollori e tool di
sviluppo che utilizzano la tecnologia CAN ha messo quindi i progettisti di altri settori
di fronte ad una tecnologia ormai matura e standardizzata, a differenza di altre reti
per l’automazione (bus di campo) dove l’accordo fra le case produttrici è ancora
lontano dall’essere raggiunto;
• le specifiche comuni che un bus di comunicazione deve soddisfare nelle applicazioni
automotive e in quelle di automazione civile ed industriale: temporizzazione rigida,
elevata affidabilità anche in ambienti particolarmente ostili, semplicità di cablaggio e
costi contenuti.
Sono in molti a vedere nel bus CAN lo standard dominante nelle reti industriali del
prossimo futuro, grazie ai notevoli vantaggi tecnologici che offre:
• tempi di risposta rigidi, specifica fondamentale nel controllo di processo: la tecnologia
CAN prevede molti strumenti hardware e software e sistemi di sviluppo per protocolli
ad alto livello (il bus CAN implementa solo i primi due livelli della pila ISO/OSI) che
consentono di connettere un elevato numero di dispositivi mantenendo stringenti
vincoli temporali;
• semplicità e flessibilità del cablaggio: CAN è un bus seriale tipicamente implementato
su un doppino intrecciato (schermato o no secondo le esigenze). I nodi non hanno un
indirizzo che li identifichi e possono quindi essere aggiunti o rimossi senza dover
riorganizzare il sistema o una sua parte;
• alta immunità ai disturbi: lo standard ISO 11898 raccomanda che i chip di interfaccia
possano continuare a comunicare anche in condizioni estreme, come l’interruzione di
uno dei due fili o il cortocircuito di uno di essi con massa o con l’alimentazione;
• elevata affidabilità: la rilevazione degli errori e la richiesta di ritrasmissione è gestita
direttamente dall’hardware con cinque diversi metodi (due a livello di bit e tre a livello
di messaggio). Complessivamente questi controlli portano la probabilità di errore non
rilevato sotto 10-13;
• confinamento degli errori: ciascun nodo è in grado di rilevare il proprio
malfunzionamento e di autoescludersi dal bus se questo errore è permanente.
Questo è uno dei meccanismi che consentono alla tecnologia CAN di mantenere la
rigidità delle temporizzazioni, impedendo che un solo nodo metta in crisi l’intero
- 9 -
sistema;
• maturità dello standard: la larga diffusione del protocollo CAN in questi venti anni ha
determinato un’ampia disponibilità di chip ricetrasmettitori, di microcontrollori che
integrano porte CAN, di tool di sviluppo, oltre che una consistente diminuzione del
costo di questi sistemi.
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CAPITOLO 1
Il modello a strati ISO/OSI
1.1 Origine del modello e standardizzazione
La comunicazione tra dispositivi è in sé un problema articolato e complesso ed in passato
le differenze nella struttura fisica del collegamento e nel protocollo di comunicazione
hanno creato difficoltà di dialogo tra dispositivi e servizi.
Agli inizi degli anni ’80 l’evoluzione dell’informatica e la necessità di comunicazione tra i
dispositivi si è scontrata con i problemi di interconnessione dei dispositivi e delle reti tanto
da costringere multinazionali dell’IT1 ad abbandonare i sistemi proprietari e ad orientarsi
verso sistemi di integrazioni basati su uno standard.
Il riferimento della struttura di una rete è il modello OSI (Open System Inteconnection).
E’ diventato parte dello standard ISO 1984 e scompone la gestione di una qualsiasi rete
in blocchi funzionali.
Il suo obiettivo non è tanto di dare un riferimento tecnologico quanto un modello per
assicurare compatibilità e interoperabilità tra diversi tipi di tecnologie, considerando in
questo modo quelle già esistenti ma anche quelle che potrebbero essere sviluppate in
futuro.
Il concetto di strutturazione per livelli diventa necessario per una corretta gestione delle
comunicazioni nella complessità che coinvolge ogni sistema.
Un esempio concreto per comprendere la solidità di questa struttura può essere lo
scambio di informazioni attraverso un sistema postale tradizionale. Il mittente imbuca la
lettera nella cassetta postale, un fattorino raccoglie la corrispondenza e la consegna
all’ufficio postale di zona, il quale fa riferimento ad un centro di smistamento della
corrispondenza regionale. Da qui, una volta interpretato l’indirizzo del destinatario, il
messaggio percorre il cammino a ritroso passando nelle mani dell’ufficio postale di zona,
del postino ed infine del destinatario.
Ciascuno dei soggetti coinvolti non conosce altri se non chi è al livello immediatamente
superiore o inferiore.
Un protocollo è un set di regole e convenzioni con cui le parti coinvolte nella
comunicazione si accordano, così da individuare un linguaggio comune che consenta
loro lo scambio di informazioni.
1
IT = Information Technology.
- 11 -
Questo è scomposto in livelli e a ciascuno di essi è affidata una particolare competenza.
Una struttura gerarchica garantisce nei passaggi una maggiore coerenza nello scambio
delle informazioni ed una maggiore semplicità nell’articolarsi e nello svilupparsi di un
sistema.
Il modello ISO/OSI è strutturato in 7 livelli: questo è originato da una coerenza ed una
compatibilità con SNA (System Network Architecture) di IBM, sistema più in voga in quel
periodo.
Il processo della comunicazione è scomposto in blocchi funzionali, ciascuno dei quali è
dedito ad un compito ben preciso. Ogni blocco riceve informazioni dallo strato
immediatamente adiacente e comunica la propria elaborazione allo strato successivo.
Figura 1.1 – Scomposizione in strati di due sistemi interconnessi.
I blocchi, denominati tecnicamente chiamati layer o livelli, formano una struttura a pila
poiché la comunicazione fluisce dal livello più alto verso gli strati più bassi del sistema
trasmittente (dal mittente al centro di smistamento postale) e percorre invece la strada
opposta sul sistema ricevente (dal centro di smistamento al destinatario).
Il livello più basso della pila è quello connesso con il mezzo fisico di trasmissione, mentre
quello più alto si interfaccia direttamente con le applicazioni.
I protocolli dei quattro livelli inferiori del modello OSI sono legati al tipo di tecnologia
trasmissiva utilizzata ed hanno lo scopo di ottenere da essa il servizio desiderato, quelli
dei tre livelli superiori sono orientati esclusivamente ad aspetti elaborativi e non sono
legati a problematiche di telecomunicazione.
- 12 -
1.2 Le funzioni dei livelli nel modello ISO/OSI
1.2.1 Livello 1: Phisical Layer
Il Phisical Layer si occupa della trasmissione dei dati sul mezzo fisico e a lui è specificata
la rappresentazione elettrica degli stati binari 0 e 1, le velocità di comunicazione, la
distanza massima di trasmissione, gli elementi fisici di interconnessione (definizione
meccanica dei connettori, tipologia dei cavi, ...).
Il Phisical Layer è l’unico livello che riguarda direttamente l’hardware; tutti gli altri blocchi
funzionali superiori operano su flussi di bit anziché sui segnali elettrici.
Questo livello è suddiviso nei seguenti sublayer:
• Phisical Signaling: codifica, temporizzazione e sincronizzazione;
• Phisical Medium Attachment sublayer: caratteristiche dei driver e ricevitori
(transceiver);
• Medium Dependent Interface: connettori.
1.2.2 Livello 2: Data Link Layer
Attraverso il Data Link Layer si stabilisce un collegamento tra la gestione della
connessione e la trasmissione dei dati e tra questi compiti rientra anche la definizione
delle procedure per la rilevazione degli errori e le successive correzioni. Ad esempio
l’algoritmo Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection2 (CSMA/CD) presente
anche nel protocollo CAN è implementato a questo livello.
1.2.3 Livello 3: Network Layer
Questo livello implementa la definizione del concetto di rete. La rete è pensata come
insieme di sistemi autonomi, detti nodi, che si interfacciano su un mezzo fisico per la
comunicazione.
Questo layer prevede un sistema di indirizzamento logico e di invio dei dati tra i nodi.
1.2.4 Livello 4: Transport Layer
Il livello si occupa della funzione di invio e ricezione dei dati.
E’ il primo livello che lavora in modo completamente indipendente dall’hardware della rete
e costituisce la base su cui tutto il software applicativo si appoggia per trasmettere le
informazioni. Il programmatore è sollevato dai dettagli della comunicazione e può limitarsi
2
Questo prevede la rilevazione del mezzo prima dell’immissione dell’informazione; il messaggio vero e proprio
può essere caricato sul bus solo quando non esistono altre comunicazioni in corso. In caso d'accesso
simultaneo (collisione), o sono bloccate le comunicazioni ed assegnati i tempi di retry casuali ai nodi
responsabili dell’evento o attraverso regole di priorità si assegna il “possesso” del bus ad uno dei nodi.
- 13 -
alla conoscenza delle interfacce standard e di poche altre convenzioni.
1.2.5 Livello 5: Session Layer
Detto anche Interhost Communication Layer. Provvede a monitorare e controllare il
dialogo tra processi presenti su macchine differenti. Il livello implementa i meccanismi di
sincronizzazione e mantenimento della comunicazione.
1.2.6 Livello 6: Presentation Layer
Questo strato è chiamato anche Data Rappresentation Layer.
Il livello provvede alla trasformazione e/o conversione del formato dei dati; in pratica
prende le informazioni dall'applicazione e le converte in un formato standard
comprensibile agli altri layer e viceversa.
Per comprendere l’utilità di questo livello è sufficiente pensare che esistono macchine
che utilizzano standard differenti per la rappresentazione dei caratteri o che hanno modi
diversi di considerare l’ordine dei bit nelle rappresentazioni numeriche.
In questo livello si tendono a concentrare anche le esigenze di compressione e
decompressione oppure le operazioni di cifratura e decodifica dei dati.
In pratica il livello 6 si fa carico di tutti i problemi di presentazione dei dati e fornisce i
meccanismi per una conversione trasparente.
1.2.7 Livello 7: Application Layer
E’ il livello più prossimo all’utente ed è detto anche Network Processes to Application.
Offre supporto alle applicazioni permettendo a queste di scambiarsi informazioni
attraverso la rete.
Si deve prestare attenzione a non confondere il termine applicativo di questo strato con
l’accezione comune di “programma”. Il “programma” sfrutta gli strumenti della pila OSI a
livello “applicativo” per svolgere funzionalità di rete.
1.3 Livelli della pila utilizzati in relazione ai protocolli
Consideriamo due sistemi collegati tramite un mezzo fisico per la comunicazione come
rappresentato in figura 1.1.
Le funzioni che i due sistemi devono svolgere per comunicare sono divise tra i vari layer
ottenendo le suddivisioni mostrate. I layer di uguale livello sono comuni fra tutti i sistemi
connessi alla rete e costituiscono uno strato; i sistemi interagiscono tra loro unicamente
attraverso questo strato tramite strutture denominate entity secondo certe regole che
costituiscono il protocollo di quel livello. Ogni strato attraverso le sue entity fornisce
- 14 -
servizio a quello di livello superiore attraverso un’interfaccia3 tra cui gli strati comunicano.
In ogni strato è quindi attivo un protocollo definito dall’ente di standardizzazione che ne
definisce le caratteristiche ed attraverso cui i sistemi della rete interagiscono
scambiandosi messaggi.4
Le specifiche del protocollo di uno strato sono indipendenti da quelle degli altri: è quindi
possibile sostituire il protocollo di uno strato senza dover modificare quello degli altri
adiacenti; ovviamente il servizio fornito al livello superiore deve rimanere lo stesso.
In conclusione internamente ad ogni sistema i vari layer interagiscono fornendo e
sfruttando servizi; sistemi differenti interagiscono facendo richiesta e fornendo servizi
tramite un protocollo di comunicazione. I protocolli attuali sono generalmente modulari
ma questo non significa che aderiscono completamente alle specifiche di ISO.
Figura 1.2 – Schematizzazione degli strati operativi di alcuni protocolli.
Il modello OSI è “solo” una raccomandazione ed il risultato di ciò è che i protocolli sono
scritti a blocchi ma non si conformano in maniera completamente federe ai sette livelli e
ad esempio i livelli 5 e 6 non sono sempre implementati5. Spesso si cerca di concentrare
le funzionalità dove possibile anche perché la visione a blocchi introdotta dallo standard
comporta un certo overhead dovuto alle interfacce tra i diversi livelli.
1.4 CAN, HLP e profiles
Come detto, il modello ISO/OSI è largamente utilizzato per descrivere la funzionalità di
sistemi di comunicazione in base ad un approccio a livelli gerarchici. L’implementazione
del protocollo CAN nell’attuale versione (2.0) copre solo parzialmente i due livelli più
bassi mentre varie soluzioni software coprono i restanti layer della pila.
I protocolli che lavorano a livello utente, denominati in gergo Higher Layer Protocol
3
Ogni sistema ha una sola entity per layer e le stesse interfacce tra i livelli sono implementate attraverso
particolari entity chiamate Service Access Point (SAP).
4
I dati sono trasferiti organizzati in blocchi che il modello OSI chiama messaggi . I messaggi di livello 2 sono
usualmente chiamati frame.
5
Le finalità dei livelli 5 e 6 sono descritte dallo standard in maniera vaga e sono, in ogni caso, tali da poterne
- 15 -
(HLP), sono sviluppati per differenti campi di applicazione e sulla base delle differenti
esigenze degli operatori.
Per meglio comprendere cosa sono questi protocolli di alto livello possiamo usare la
seguente analogia6; la funzione del CAN nei sistemi è la stessa delle lettere dell’alfabeto
per la comunicazione tra le persone, è la base per scrivere un linguaggio ma non è
sufficiente per consentire una comunicazione efficiente. Per costruire un linguaggio
abbiamo bisogno anche di alcune regole, di una grammatica per scrivere delle frasi
comprensibili. Il progettista che implementa una rete sfruttando il protocollo CAN può
definire un proprio linguaggio (definire un HLP proprietario) oppure può decidere di
utilizzare un protocollo di alto livello standardizzato ed altamente specialistico come
DeviceNet, CANKingdom o ancora sfruttare un protocollo application independent come il
CAN Application Layer detto CAL. Tornando alla nostra analogia, l’uso di un dizionario
(CAN) e di una grammatica (HLP) non è però sufficiente a rendere la comunicazione
efficiente quando vogliamo ordinare da bere in una paese straniero dove grammatica e
regole sono differenti. Per questo semplice scopo basterebbe avere a disposizione delle
semplici frasi già fatte da usare all’occorrenza per situazioni specifiche.
Queste frasi fatte sono chiamate profile; alcuni di essi mettono a disposizione di sistemi
generici alcuni servizi di base standard, altri sono realizzati allo scopo di interfacciarsi
solo con una determinata classe di dispositivi ai quali forniscono funzioni altamente
specializzate.
I profile si distinguono in Device Profile che definiscono le funzionalità dei singoli
dispositivi ed in Communication Profile per mezzo dei quali sono specificati i meccanismi
di comunicazione e la loro descrizione. CANopen implementa sia funzioni di HLP sia di
profile.
Figura 1.3 – Profili di comunicazione e di dispositivi.
Impiegando profili standard, dispositivi di I/O con funzionalità equivalenti possono essere
tra loro facilmente rimpiazzabili anche se realizzati da differenti costruttori proprio perché
la definizione delle funzionalità dei singoli dispositivi è specificata in forma standard.
integrare le relative funzionalità direttamente a livello applicativo.
6
CAN in Automation Users Group (CiA). http://www.can-cia.org .
- 16 -
Per CANopen sono oggi disponibili7 Device Profile per:
• moduli generici di I/O;
• controller per motori;
• dispositivi di misura e controller a circuito chiuso;
• encoder;
• valvole idrauliche a controllo proporzionale;
In definitiva un sistema di comunicazione basato sul CAN può essere diviso in quattro
livelli.
Il livello fisico è implementato attraverso un CAN controller ed eventualmente con altri
componenti come i transceiver chip (se non integrati nello stesso controller).
Il livello applicativo e i suoi profile sono implementati via software8.
7
Sono attualmente in fase di definizione altri profile per unità di controllo porte e sistemi frenanti in ambito
ferroviario.
8
Application Layer e profile spesso non sono chiaramente distinguibili.
- 17 -
CAPITOLO 2
I bus di campo
2.1 Cos'è un Bus di Campo 9
I sistemi di controllo tradizionali impiegati in vari ambiti sono realizzati collegando i
dispositivi che controllano piccole parti di un processo produttivo direttamente ad una
workstation o ad un PLC; la comunicazione è realizzata mediante collegamenti di tipo
punto-punto.
Una soluzione più efficiente è quella di connettere tutti i componenti del sistema tra loro
sfruttando un bus e gestire la comunicazione punto-punto tramite opportune
implementazioni, con il vantaggio che il sistema distribuito e realizzato è molto più
flessibile; lo scambio di informazioni può essere organizzato secondo esigenze
applicative specifiche, ad esempio in modalità broadcast piuttosto che punto-punto.
Un Fieldbus Network è una speciale rete locale dedicata alle applicazioni nel campo
dell’acquisizione dati e del controllo di sensori ed attuatori. Normalmente come mezzo di
collegamento si impiega un cavo a due coppie “twistato” e a differenza di altre reti come
Ethernet dove le prestazioni della rete sono valutate facendo riferimento quasi
esclusivamente alla velocità di trasferimento di grosse quantità di dati (throughput); le reti
Fieldbus sono ottimizzate per lo scambio di messaggi di comando e di stato cioè di frame
di dimensioni normalmente modeste.
Esempi di protocolli standard impiegati in reti di questo tipo oggi disponibili sono il Filbus,
LonWorks, WorldFIP, Profibus e poi tutti i protocolli SDS, CAL, e DeviceNet. Sul mercato
ne esistono molti altri; alcuni di essi sono protocolli proprietari10 e richiedono
un’opportuna licenza per poterli sfruttare, altri sono “open” e sviluppati da user group che
si occupano della definizione delle specifiche e della loro diffusione.
2.2 Benefici di un bus di campo
Reti di questo genere trovano sempre più ampia diffusione per i grandi vantaggi che
offrono e che brevemente descriviamo di seguito:
• cablaggio meno complesso e ingombrante. Scavalcata l’esigenza di una connessione
fisica punto-punto diminuisce il numero delle unità di controllo (PLC o Workstation)
utilizzate. E' inoltre minimizzata l’occupazione degli spazi;
9
Bus di Campo o Fieldbus Network sono espressioni usate in maniera equivalente.
10
Ad esempio lo Smart Distribuited System (SDS) è realizzato dalla Honeywell (divisione del gruppo Microsoft),
il DeviceNet è stato sviluppato originariamente dalla Allen Breley ed ora è diventato un protocollo aperto
- 18 -
• possibilità di effettuare una qualsiasi comunicazione tra i nodi interconnessi
ottenendo un traffico dati incrociato a piacere;
• riduzione dei tempi di installazione. Nuovi dispositivi possono essere rapidamente
connessi in rete e funzioni di diagnostica possono essere implementate per
identificare eventuali errori di interconnessione. Anche dal lato progettuale le cose si
fanno più semplici e più rapide;
• riduzione di tempi, costi e rischi di sviluppo scegliendo soluzioni standardizzate;
• upgrade del sistema. Modifiche e riutilizzo di dispositivi già disponibili per altri scopi
consentono di realizzare soluzioni con spese minime;
• migliorano ed aumentano i servizi che il sistema è in grado di fornire al suo utente.
Alcuni sistemi di comunicazione attualmente in uso sono:
• RS-232
• RS-485
• CAN
• ARCNET
• IEC 1158-2
• BITBUS
2.3 Tecnologie trasmissive e bus
Nella sintesi sopra riportata compaiono le tecnologie (protocolli di basso livello11)
impiegate in reti di questo genere e che sono oggi disponibili sul mercato.
Considerando che uno degli scopi dell'origine dei FieldBus è di ridurre la complessità del
cablaggio, si comprende perc hé questi protocolli implementano una comunicazione di
tipo seriale; teniamo poi presente che moltissimi dispositivi integrati, come
convertitori/digitali, LCD, sensori di temperatura e molti altri, supportano un qualche tipo
di interfaccia seriale. La scelta di impiegare bus di tipo parallelo rimane una scelta
chiaramente vincente nelle situazioni in cui sono richieste operazioni di fetching e quindi
di indirizzamento e trasferimento di blocchi di dati; la tendenza è di sfruttare accessi di
tipo parallelo internamente per lo scambio di informazioni tra periferiche che compongono
lo stesso dispositivo.
Per comprendere le caratteristiche e le differenze tra i vari tipi di interfaccia e tra i vari
protocolli è necessario introdurre un po’ di terminologia.
• In un bus asincrono12 i dati sono inviati e ricevuti senza una precisa temporizzazione
sostenuto da un'associazione internazionale di costruttori (Open DeviceNet Vendor Association – ODVA).
11
Fieldbus Specialists. Fieldbus Specific Technical Information. http://www.fieldbus.com.au/techinfo.htm .
12
Elevate velocità di trasmissione sono raggiungibili con comunicazioni sincrone, tuttavia i protocolli asincroni
- 19 -
(la trasmissione di un secondo messaggio può partire ad un istante arbitrario rispetto
la fine della trasmissione del precedente). In un bus sincrono è invece presente un
timing clock che scandisce i tempi I/O dei dati.
• Trattando della possibilità di comunicare in modo indipendente in entrambe le
direzioni si parla di comunicazione full-duplex quando i dati possono essere
simultaneamente trasmessi e ricevuti, di half-duplex quando il dispositivo può
trasmettere e ricevere ma non contemporaneamente e simplex in cui il dispositivo è
in grado di trasmettere o ricevere.
• Master/slave descrive un tipo di bus in cui uno dei nodi svolge funzioni di gestore
(controlla e gestisce l’accesso al bus) della rete, tutti gli altri sono detti slave e sono
semplici utilizzatori del canale di comunicazione. Un bus di questo tipo è
normalmente sincrono ed in tali ipotesi è il master a generare il timing clock.
• Un Multi-master bus è invece una rete di tipo master/slave in cui esistono più
dispositivi che svolgono la funzionalità di master. In questi bus esiste un sistema di
arbitraggio che risolve i conflitti che nascono quando più master richiedono
contemporaneamente il controllo del canale.
• Una Peer interface o connessione Point-to-point descrive una relazione diretta di
scambio dati tra due dispositivi. Tra gli elementi in comunicazione si stabilisce una
connessione di tipo client-server.
• Il termine Multi-drop descrive un sistema in cui esistono più ricevitori e un solo
trasmettitore.
• Con Multi-point si identifica un bus in cui esistono più di due transceiver.
• Una rete in cui non ci sono dispositivi che si dedicano al controllo degli accessi al bus
è detta rete di tipo Producer/Consumer. Qualunque nodo può acquisire
momentaneamente il controllo del bus ed iniziare una trasmissione (interfaccia
Producer), gli altri nodi in questa fase si attiveranno in ricezione (interfaccia
Consumer). In questo modello di comunicazione il nodo della rete non fornisce
l’indirizzo del destinatario ma specifica “da quale interfaccia i dati sono prodotti
(Producer)”. Il CAN è un protocollo di comunicazione di questo genere ed i suoi HLP
sfruttano questo modello adattandolo a comunicazioni di tipo broadcast o point-to-
point secondo le applicazioni.
• Il Token è il gettone, in reti di questo tipo il nodo che ha il token ha il controllo del bus.
Il modo ed i tempi con cui il token passa da un nodo all’altro dipendono
dall’implementazione del protocollo di gestione del network.
2.4 Confronto tra le tecnologie e scelta del protocollo
La scelta del protocollo da impiegare e la filosofia con la quale si decide di gestire il
sono più facili da implementare. La maggior parte dei protocolli “industriali” sono asincroni.
- 20 -
traffico sul bus dipende dalle caratteristiche e dai vincoli temporali di gestione delle
variabili che devono transitare sul bus. Queste applicazioni dette tempo critiche hanno
richieste di sincronizzazione tra le informazioni prodotte dai sensori e quelle richieste
dagli attuatori più o meno stringenti. Il bus è unico e quindi bisogna scegliere l’ordine con
cui i nodi trasmettono. Le alternative sono le seguenti:
• approccio distribuito: quando non si hanno esigenze temporali stringenti, si possono
usare dei Token o impiegare metodi alternativi come i sistemi a rilevazione di
collisione13 utilizzato nelle reti CAN;
• approccio centralizzato: quando viceversa i vincoli di timing sono “importanti”
conviene dotare la rete di uno o più nodi che funzionano da arbitri di controllo del
canale di comunicazione.
La scelta di adottare un FieldBus Network è una scelta quasi obbligata in molti campi
applicativi. Esistono diversi protocolli tra cui poter individuare quello adatto a gestire dati
che transitano sul bus. I parametri di comparazione tra queste alternative vanno dalle
velocità di trasmissione supportate alle dimensioni della rete alle tecniche di accesso al
bus.
2.5 Tecnologie trasmissive
Per tecnologia di trasmissione, si intende lo strumento attraverso il quale un segnale è
trasportato da un dispositivo all’altro di un sistema. In poche parole si tratta di individuare
il mezzo che mette in comunicazione i vari apparati. Attualmente esistono differenti tipi di
tecnologie di trasmissione.
2.5.1 Onde convogliate su linee di alimentazione
Le linee elettriche sono già da anni oggetto di sforzi di studio per far comunicare vari
dispositivi di un sistema tramite onde convogliate.
Questo tipo di tecnologia ci permette di sfruttare un preesistente impianto senza dover
installarne nuovi. Inconvenienti di un sistema di questo tipo è che possono verificarsi
problemi relativi a rumori elettrici, interferenze, attenuazione, variazioni di impedenza, e
quindi riflessioni per disadattamento di impedenza. Tali problemi possono essere risolti
attraverso un buon disegno e attraverso un’attenta opera di rilevazione e correzione degli
errori.
In particolare, dovrebbero essere note le caratteristiche del rumore. Tecniche che
prevedono la semplice ritrasmissione del segnale risultano in questo caso non idonee, ed
occorrono delle metodologie capaci di introdurre delle ridondanze nel pacchetto
trasmesso, in modo da poter correggere eventuali errori.
13
Un esempio è la tecnica CSMA /CD.
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Una limitazione è la bassa velocità di trasmissione, collegata alla banda passante del
cavo. Per questi motivi l’utilizzo di onde convogliate sui cavi di alimentazione è limitato ai
casi in cui si voglia controllare e monitorare apparecchiature, in particolare quando
queste sono collegate alla linea di alimentazione, anche se ultimamente si stanno
sviluppando delle tecnologie che cercano di superare questi limiti.
2.5.2 Radiofrequenza
La radiofrequenza è la tecnologia a maggior sviluppo attuale, per la trasmissione di dati e
voce; in molte situazioni, la radiofrequenza dà una soluzione conveniente ed economica
per la costruzione di una rete, in una casa o in piccoli uffici. Le infrastrutture attuali di
radiomobile (TACS/ETACS e AMPS, prima generazione; GSM/DCS/PCS, seconda
generazione) hanno un servizio dati a velocità molto basse, inutilizzabile in una rete
embedded. La trasmissione radio in bassa potenza è un mezzo al naturale per realizzare
semplici controlli dei monitoraggi nel caso in cui si voglia minimizzare l’installazione.
Questo mezzo copre facilmente una certa area senza bisogno di ripetitori, ma occorre
evitare di trasmettere segnali indesiderati ad aree adiacenti. Il problema è il medesimo
che si incontrava nell’utilizzo delle onde convogliate, anche se in questo caso la semplice
soluzione dell’adozione di un filtro per la rilevazione e correzione degli errori, non può
essere adottata. La tendenza è di alzare il più possibile la frequenza di trasmissione,
anche se in questo caso diviene problematico il posizionamento dei periferici. Un
problema nella standardizzazione risiede nel fatto che le bande consentite di frequenza
variano da paese a paese. Quindi sono allo studio specifici standard alternativi.
2.5.3 Sistemi BUS
Da tempo gli impianti elettrici sono in fase di profonda e continua trasformazione sotto la
spinta dell’esigenza di una maggiore automazione ed integrazione di diversi sistemi. I
primi segnali di questa evoluzione si sono avuti nel settore del terziario (produzione di
servizi), dove, già dai primi anni ’70, l’introduzione dell’informatica ha evidenziato la
necessità di realizzare punti di derivazione e di comando caratterizzati da un’elevata
flessibilità. Tutto questo implica la realizzazione, nelle apparecchiature in generale, di
impianti elettrici con caratteristiche di elevata flessibilità, facilmente configurabili ed
espandibili, in funzione delle diverse e molteplici esigenze dell’utente.
Un impianto tradizionale pensato per svolgere una serie di funzioni è inevitabilmente
caratterizzato da un’elevata complessità circuitale e strutturale se ogni funzione fa
riferimento ad un cablaggio. La conseguenza è un notevole dispendio del tempo di
realizzazione e genera una limitazione per modificare o aggiungere nuove funzioni
perché richiederebbe l’intervento sulla struttura dei sistemi esistenti.
Non va comunque sottovalutato il problema di posa di grandi quantità di cablaggio. La
soluzione ai problemi è rappresentata dalle tecnologie digitali, che permettono di
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
