Datenverlust vermeiden
Ethernet Flow Control für GigE-Vision-Multikamerasysteme
Der Ethernet-basierte GigE-Vision-Standard ist die am häufigsten verwendete Vision-Schnittstelle. Durch eine breite Skalierbarkeit des Gesamtsystems eignet sie sich besonders gut für Multikamerasysteme. Allerdings treten bei hohem Durchsatz Paketverluste auf. Abhilfe kann hier die Ethernet Flow Control-Funktion schaffen.
Bild 1 I Multikamerasystem mit Flow Control: Empfänger (Switch + Host) haben eine Pause der Datenübertragung angefordert. Die Daten werden im Speicher des Hosts und der Kamera zwischengespeichert.
Bild 1 I Multikamerasystem mit Flow Control: Empfänger (Switch + Host) haben eine Pause der Datenübertragung angefordert. Die Daten werden im Speicher des Hosts und der Kamera zwischengespeichert.Bild: Allied Vision Technologies GmbH

GigE Vision greift auf eine weit verbreitete Netzwerktechnologie zurück: das GigE Vision Control Protocol (GVCP) und das GigE Vision Streaming Protocol (GVSP). Beide basieren hauptsächlich auf dem User Datagram Protocol (UDP). Das in der industriellen Bildverarbeitung am häufigsten verwendete Protokoll ermöglicht eine effiziente Datenübertragung mit geringer Latenzzeit. Es gibt jedoch einige Einschränkungen bei UDP-basierten GigE Vision-Systemen:

  • Daten, die bei der Übertragung verlorengegangen sind, können nicht erkannt oder korrigiert werden.
  • Die richtige Reihenfolge der Datagramme kann nicht zuverlässig gewährleistet werden.
  • UDP-basierte GigE Vision-Systeme sind anfällig für Netzwerk- oder Systemüberlastungen.

Das GigE Vision Interface an sich hat gegenüber anderen Schnittstellen wie USB3 den Vorteil, dass durch das zugrunde liegende Protokoll die korrekte Reihenfolge und Vollständigkeit der Daten gewährleistet ist. Beim Streaming werden zu jedem Datenpaket zusätzliche Informationen (Metadaten), wie z.B. die Bildnummer, zur Verfügung gestellt. Damit kann der Host überprüfen, ob Datenpakete oder komplette Frames fehlen. Ist dies der Fall, kann er bei der Kamera die erneute Übertragung der fehlenden Pakete anfordern (Packet Resend Request). Diese Funktion ist zwar nützlich, kann aber die Systemlast vorübergehend erhöhen und damit die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigen und zu unvollständigen oder gar fehlenden Bilder führen. Dieses Problem lässt sich vermeiden, wenn beim Systemdesign eine ausreichende Bandbreite für den Datendurchsatz vorgesehen ist. Doch wie viel Bandbreite ist erforderlich? Dies hängt von den jeweiligen Anforderungen, Systemleistung, Durchsatz und Netzwerktopologie ab. In der Regel ist ein erheblicher Testaufwand und viel Erfahrung nötig, um ein perfekt abgestimmtes und kostenoptimiertes System zu entwickeln.

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