PROFIBUS Handbuch

UART-Bausteine sind in der Lage, einen Teil der Fehler zu erkennen: Rahmenfehler (frame error): das Stoppbit eines Zeichens wurde nicht erkannt - Überlauffehler (overrun error): ein empfangenes Zeichen wurde vom Empfänger mit dem nächsten Zeichen überschrieben, bevor das "alte" abgespeichert wurde.

Jedes Byte wird bei einem UART Zeichen mit einer geraden Parität gesichert. Damit ein Fehler nicht erkannt werden kann, müssen in einem Byte eine gerade Anzahl von Bits, d.h. mindestens zwei Bits verändert werden. Dies entspricht einer Hamming Distanz von 2 und erlaubt die Erkennung von 50% aller Übertragungsfehlern.

Um eine sichere Fehlererkennung zu ermöglichen ist aber eine Hamming Distanz von mindestens 4 gefordert. Dies wird beim PROFIBUS durch eine zusätzliche Prüfsumme erreicht. Damit eine Kombination von Fehlern nicht erkannt werden kann, sind zwei Bitfehler in zwei Bytes notwendig, so dass die Prüfsumme gerade wieder stimmt. Damit müssen mindestens 4 Bits verändert werden, was der geforderten Hamming Distanz 4 entspricht.

Da die Start- und Endezeichen bei der Bildung der Prüfsumme nicht berücksichtigt werden, sind diese Zeichen gegeneinander mit Hamming Distanz 4 gesichert.

Die Norm IEC 870-5-1 definiert verschiedene Integritätsklassen für Fernwirksysteme:

•Integritätsklasse 1 (I1) wird als genügend für zyklische Daten betrachtet

•Integritätsklasse 2 (I2) ist geeignet für ereignisgesteuerte Daten und

•Integritätsklasse 3 (I3) für Fernkontrolle.

Mit der Hilfe der Fehlererkennung wird die Bitfehlerwahrscheinlichkeit (Bit error probability) auf die Restfehlerwahrscheinlichkeit (Residual error probability) reduziert.

PROFIBUS soll Integritätsklasse 2 erreichen. Das verwendete Prüfsummenverfahren wird in IEC 870-5-1 als FT2.1 bezeichnet. Die Restfehlerrate lässt sich somit berechnen mit

p = Bitfehlerwahrscheinlichkeit (bit error probability)

i = Anzahl der Bytes in einem Telegramm

RFT1.2 = Restfehlerwahrscheinlichkeit (residual error probability) für ein FT1.2 Telegramm

Die Kombination mit der geraden Parität ergibt eine weitere Reduktion zu

R = Restfehlerwahrscheinlichkeit für ein PROFIBUS Telegramm

In der nachstehenden Graphik sind das Verhältnis zwischen Bitfehlerwahrscheinlichkeit und Restfehlerwahrscheinlichkeit für die drei Integritätsklassen und PROFIBUS Telegramme mit 1, 30 und 240 Nutzdatenbytes aufgezeichnet.

Eine Bitfehlerwahrscheinlichkeit von 10-4 lässt sich somit auch mit einem langen Telegramm mit 240 Nutzdatenbytes auf eine Restfehlerwahrscheinlichkeit von 10-10 reduzieren, was den Anforderungen der Integritätsklasse 2 entspricht.