Die Nachfrage nach Ethernet als Echtzeit-Steuerungsnetzwerk steigt, da Unternehmen wie Hersteller die Vorteile einer einzigen Netzwerktechnologie im gesamten Unternehmen (von der Büroetage bis zur Fabrikhalle) erkennen. Geringere Produktkosten in Verbindung mit der Möglichkeit der Überschneidung von Schulungs- und Wartungskosten für Informations-, Feld-, Steuerungs- und möglicherweise Gerätenetzwerke sollen die Kosten erheblich reduzieren.

Ethernet bietet auf der Echtzeit-Steuerungsebene viele Vorteile gegenüber bestehenden Ansätzen. Als Steuerungsnetzwerk bietet es mit 10 GBit/s (und höher) eine Bandbreite, die fast 1000-mal schneller ist als die vergleichbaren Feldbusnetzwerke. Verteilte Anwendungen in Steuerungsumgebungen erfordern jedoch eine enge Synchronisation, damit die Zustellung von Nachrichten innerhalb definierter Zykluszeiten garantiert werden kann. Herkömmliche Ethernet- und Feldbussysteme sind nicht in der Lage, Zeitanforderungen von weniger als ein paar Millisekunden zu erfüllen, aber Echtzeit-Industrial-Ethernet ermöglicht Zykluszeiten von nur wenigen Mikrosekunden.

Ethernet bietet zudem eine geringere Komplexität mit allen Eigenschaften, die für ein Feld-, Steuerungs- oder Geräte-netzwerk erforderlich sind. Darüber hinaus können Ethernet-Geräte auch TCP/IP-Stacks unterstützen, sodass sich Ethernet problemlos mit dem Internet verbinden lässt. Diese Funktion ist für IT-Verantwortliche attraktiv, da sie die Ferndiagnose, -steuerung und -überwachung ihres Industrienetzes von jedem mit dem Internet verbundenen Gerät ermöglicht.

Die DIN ISO/IEC 2382 erklärt Echtzeit wie folgt: "Echtzeit beschreibt den Betrieb eines Rechensystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Die Daten können je nach Anwendungsfall nach einer zeitlich zufälligen Verteilung oder zu vorherbestimmten Zeitpunkten anfallen." Durch entsprechende Hard- und Software muss sichergestellt werden, dass keine Verzögerungen auftreten, die die Einhaltung dieser Bedingung verhindern könnten.

Echtzeitsysteme sind Systeme, deren korrekte Ausführung nicht nur von der logischen Gültigkeit der Daten, sondern auch von ihrer Aktualität abhängt. Dabei sind "Harte Echtzeitsysteme" (Hard Real-Time; HRT) solche, bei denen ein fehlerhafter Betrieb zu katastrophalen Ereignissen führen kann. Fehler können zu Unfällen oder sogar zum Tod führen. Solche Rechner sind typischerweise in der Flug- oder Zugsteuerung zu finden. Hingegen sind "Weiche Echtzeitsysteme" (Soft Real-Time; SRT) nicht so anfällig. Fehler sind zwar nicht erwünscht, führen aber nicht zum Verlust von Eigentum oder Menschenleben.

Die Bausteine, auf denen Echtzeitsysteme basieren, werden als "Jobs" bezeichnet. Jedem Echtzeitauftrag sind bestimmte zeitliche Größen zugeordnet: Freigabezeit, Bereitschaftszeit, Ausführungszeit, Antwortzeit und Deadline. Die Freigabezeit eines Auftrags ist der Zeitpunkt, zu dem der Auftrag dem System zur Verfügung steht. Die Ausführungszeit ist die Zeit, die ein Auftrag benötigt, um vollständig verarbeitet zu werden. Die Antwortzeit ist der Zeitraum zwischen der FreigabeDie Bereitschaftszeit ist der Zeitpunkt, zu dem der Auftrag frühestens ausgeführt werden kann (immer größer oder gleich der Freigabezeit). Die Deadline ist der Zeitpunkt, bis zu dem die Ausführung abgeschlossen sein muss.

Alle Echtzeitsysteme weisen ein gewisses Maß an Jitter auf, also eine Abweichung vom tatsächlichen Zeitpunkt der zuvor genannten Zeiten. In einem Echtzeitsystem sollte der Jitter innerhalb eines definierten Intervalls messbar sein, damit die Systemleistung noch gewährleistet werden kann.

Ethernet gehört zu den nicht-deterministischen Netzprotokollen und ist daher für harte Echtzeitanwendungen ungeeignet. Das im IEEE-802.3-Standard festgeschriebene Kontrollprotokoll für den Medienzugriff "CSMA/CD" (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) mit seinem binären, exponentiellen Backoff-Algorithmus ermöglicht es dem Netz nicht, eine Kommunikation in harter Echtzeit zu unterstützen, da es zufällige Verzögerungen einschließt und die Möglichkeit von Übertragungsfehlern zulässt.

Über den CSMA/CD-Mechanismus erkennt jeder Knoten, ob ein anderer Knoten auf dem Medium sendet (Carrier Sense). Ist auf einem Knoten die Carrier-Sense-Funktion aktiv, schiebt dieser die Übertragung auf, bis er feststellt, dass das Medium frei ist. Immer wenn zwei Knoten gleichzeitig senden (Mehrfachzugriff), kommt es im Netz zu einer Kollision und alle Pakete werden ungültig. Die Knoten können Kollisionen erkennen (Collision Detection), indem diese das von der Bit-Übertragungsschicht bereitgestellte Kollisionssignal überwachen. Wenn eine Kollision auftritt, sendet der Knoten eine entsprechende Benachrichtigung.

Wenn ein Knoten mit der Übertragung auf dem Medium beginnt, gibt es ein bestimmtes Zeitintervall, das sogenannte Kollisionsfenster, in dem eine Kollision auftreten kann. Dieses Fenster ist groß genug, damit sich das Signal im gesamten Netzsegment ausbreiten kann. Wenn dieses Zeitfenster abgelaufen ist, sollten alle (funktionierenden) Knoten ihre Trägererkennung eingeschaltet haben und daher nicht versuchen, mit der Übertragung zu beginnen.

Wenn eine Kollision auftritt, kommt der Backoff-Algorithmus bei jedem "kollidierenden" Knoten zur Anwendung. Ein Vorteil dieses Algorithmus besteht darin, dass er die Auslastung des Mediums kontrolliert. Ist es stark belastet, steigt die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen und der Algorithmus vergrößert das Intervall, aus dem die zufällige Verzögerungszeit ausgewählt wird. Dies sollte die Belastung verringern und weitere Kollisionen reduzieren. Der CSMA/CD-Algorithmus von Ethernet kann jedoch dazu führen, dass ein vollständiger Übertragungsausfall sowie die Möglichkeit einer zufälligen Übertragungszeit eintreten kann – daher ist das Protokoll nicht-deterministisch, insbesondere in stark belasteten Netzen.

Ethernet ist jedoch nur dann nicht-deterministisch, wenn Kollisionen auftreten können. Um ein vollständig deterministisches Ethernet zu implementieren, ist es notwendig, alle Kollisionen vollständig zu vermeiden. Eine Kollisionsdomäne ist ein CSMA/CD-Segment, in dem gleichzeitige Übertragungen zu einer Kollision führen können. Die Kollisionswahrscheinlichkeit steigt mit der Anzahl der Knoten, die in einer einzigen Kollisionsdomäne übertragen.

Als das Ethernet standardisiert wurde, basierte die gesamte Kommunikation auf einem Halbduplex-Übertragungsmechaeinem Halbduplex-Übertragungsmechanismus. Dabei kann ein Knoten entweder senden oder empfangen, aber nicht beides gleichzeitig. Knoten, die sich eine Halbduplex-Verbindung teilen, arbeiten in der gleichen Kollisionsdomäne. Das bedeutet, dass diese Knoten um den Buszugriff konkurrieren und dass ihre Pakete mit anderen Paketen im Netz kollidieren können. Bei Vollduplex kann ein Knoten gleichzeitig senden und empfangen und maximal zwei Knoten können darüber angeschlossen werden. In der Regel handelt es sich dabei um eine Knoten-zu-Switch- oder Switch-zu-Switch-Konfiguration und jeder Netzknoten verfügt über einen eigenen Kollisionsbereich. Dieses Verfahren vermeidet Kollisionen vollständig. Da Vollduplex-Verbindungen maximal zwei Knoten pro Verbindung bedienen können, ist diese Technologie ohne den Einsatz schneller Switches nicht praktikabel.

Die gängigste Methode zur Kollisionsvermeidung besteht in der Einführung einzelner Kollisionsdomänen für jeden Knoten, da dies dem Knoten die alleinige Nutzung des Mediums garantiert und somit Zugriffskonflikte beseitigt. Dies wird durch die Implementierung von Vollduplex-Verbindungen sowie von Hardware wie etwa Switches erreicht. Diese Geräte sind in der Lage, Kollisionsdomänen durch die Segmentierung des Netzes zu isolieren, da jeder Geräteanschluss als einzelne Kollisionsdomäne konfiguriert ist. So können Vollduplex-Switches zusammen mit vollduplexfähigen Knoten Kollisionen in allen Segmenten ausschließen.

Der IEEE-802-Standard 802.1Q sorgt für den notwendigen Quality of Service (QoS) auf der MAC-Ebene und definiert auch, wie diese Switches mit der Priorisierung umgehen. Für eine Echtzeit-Industrial-Ethernet-Anwendung hat eine 802.1Q-Implementierung gewisse Vorteile: Sie führt eine standardisierte Priorisierung im Ethernet ein und ermöglicht es den Steuerungstechnikern, bis zu acht verschiedene benutzerdefinierte Prioritätsstufen für ihren Datenverkehr zu implementieren.

Für die Klassifizierung der Echtzeitfähigkeit wird das OSI-Modell in 3 Klassen eingeteilt. Dabei beschreibt Klasse 1 die Echtzeitfähigkeit oberhalb der Transportschicht, Klasse 2 oberhalb der Ethernet-Schicht und Klasse 3 die Echtzeitfähigkeit durch Modifikation der Ethernet-Schicht. In der ersten Klasse bleibt der gesamte Protokollstapel erhalten, was die volle Kompatibilität zum herkömmlichen Ethernet bis auf Anwendungsebene bewahrt. Bekannte Realisierungen davon sind Modbus/TCP, P-NET, JetSync, EtherNet/IP mit CIPsync und der Foundation Fieldbus HSE. Die betrachten wir im Folgenden detailliert.

EtherNet/IP (EIP, wobei IP für Industrial Protocol steht) ist ein offenes Protokoll der Anwendungsschicht. Es baut auf den bestehenden IEEE 802.3 Physical/Data Layers und TCP/UDP/IP auf, was die Interoperabilität mit den meisten Netzwerken der Informationsebene gewährleistet. EIP bietet Echtzeit, wenn strenge Richtlinien eingehalten werden, ist aber nicht deterministisch. Es verwendet das offene, objektorientierte CIP (Control and Information Protocol) als Anwendungsschicht – dieselben Schichten 5 bis 7 wie DeviceNet und ControlNet – und bietet damit volle Interoperabilität mit diesen Netzen.

CIP ist ein flexibles und skalierbares Automatisierungsprotokoll, das sich gut für verteilte Systeme eignet und Eigenschaften wie Objektorientierung, elektronische Datenblätter und Geräteprofile aufweist. EIP mit CIP ist kein Real-Time-Protokoll. Um RT für EIP zu erreichen, kommt CIPSync (eine Hochgeschwindigkeits-CIP-

Synchronisierungslösung) zum Einsatz. Bei 100 MBit/s-Switched-Ethernet erreicht es eine Synchronisationsgenauigkeit von mehr als 500 Nanosekunden zwischen den Geräten, obwohl durch den Protokollstapel verursachter Jitter immer noch ein Problem darstellt.

EIP verwendet sowohl TCP als auch UDP mit IP für die Kommunikation. Wenn ein verbindungsorientierter Austausch bevorzugt wird, zum Beispiel bei der Initialisierung, nutzt es TCP (Explicit Messaging). Explicit Messaging enthält Protokoll- und Dienstinformationen, hat aber keine strengen zeitlichen Anforderungen – daher reicht es aus, das langsamere, aber garantierte TCP-Protokoll zu verwenden. Für den RT-Verkehr nutzt EIP die Unicast- und Multicast-Fähigkeiten von UDP, um das Producer/Consumer-Modell der Kommunikation zu implementieren, das bei Steuerungsanwendungen beliebt ist. Implizite Nachrichten enthalten keine Befehle, sondern nur Daten. Die Bedeutung dieser Daten wird bei der Initialisierung konfiguriert, was die Laufzeitverarbeitung in den Knoten reduziert. Netzwerkkollisionen werden durch Switches vermieden, und EIP arbeitet im Allgemeinen in einer Sterntopologie. Eine Variante nutzt die VLANs und platziert alle Geräte, die zeitkritische Daten austauschen, im selben VLAN.

Ausgangspunkt für Foundation Fieldbus HSE (High-Speed Ethernet) ist der 1995 vorgestellte Foundation Fieldbus H1 mit einer Übertragungsrate von 31.25 KBit/s und identischer Busphysik wie der ProfiBus PA (Prozess-Automation) gemäß IEC 61158-2. Da die Übertragungsrate sehr gering ist, wurde für die Kommunikation auf der Leitebene zunächst ein schnellerer Bus "H2" in Erwägung gezogen. Aufgrund der hohen Verbreitung von Ethernet in diesem Bereich wurde die Entwicklung jedoch frühzeitig eingestellt und die Entwicklung des Foundation Fieldbus HSE eingeleitet.

Beim H1-Feldbus kann eine Mischung aus Baum- und Bustopologie zum Einsatz kommen. Die Kommunikation erfolgt mittels eines Master-/Slave-Zugriffs oder durch ein deterministisches Token-Passing-Verfahren. In der Spezifikation 1.2 können sich maximal 32 Geräte in einem H1-Subnetz befinden, in dem keine nicht-deterministische Kommunikation erlaubt ist. Über eine Bridge bindet ein Linking-Device mehrere H1-Subnetze zu einem HSE-Netzwerk zusammen, in dem herkömmliche 100MBit/s-Switches arbeiten. Da HSE weiterhin auf Standard-Ethernet mit einem überlagerten TCP/UDP/IP-Protokollstapel basiert, ist es selbst nicht echtzeitfähig. Die Entwicklung eines weiteren echtzeitfähigen Netzwerks war jedoch auch nicht im Fokus der Fieldbus Foundation.

Auf der Anwendungsebene des H1-Feldbusses existierte bereits, ähnlich wie bei EtherNet/IP, ein Funktionsblock-Modell zur Verwaltung von wiederverwendbaren Hard- und Softwarekomponenten der automatisierten Anlage. Der Funktionsblock ist nach IEC 61131 genormt und interagiert mit anderen Funktionsblöcken über Ein-/Ausgangsvariablen. Auch hier existieren Gateways zu anderen Feldbussen (Foreign-I/O-Gateways). Das Ziel der Fieldbus Foundation war es, dieses Funktionsblock-Modell auf die Ebene des HSE zu übertragen und das gleiche Objektmodell zu verwenden. Auf diese Weise erscheint die Bridge zwischen den beiden Bussen transparent. Der Anwender auf der Ethernet-Seite erhält also den Eindruck, direkt und gleichermaßen auf alle H1-Geräte zugreifen zu können. Mehrere H1-Busse können über die HSE-Bridges zeitunkritische Management-, Diagnose- und Konfigurationsdaten untereinander austauschen.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein Motion-Control-Echtzeit-Konzept und im IEC-Standard 61158 festgelegt. Es kann 1000 IOs in 30 Mikrosekunden verarbeiten, erfordert jedoch einen Vollduplex-Übertragungsmechanismus auf Basis von Kupfer- oder Glasfaserkabeln. EtherCAT basiert auf dem Master-Slave-Prinzip und kann mit normalen TCP/IP- und anderen Ethernet-basierten Netzwerken wie EIP oder PROFInet interagieren. Außerdem unterstützt es jede Ethernet-Topologie, einschließlich des Busses.

Der EtherCAT-Master verarbeitet die RT-Daten über eine dedizierte Hard- und Software. Der Master priorisiert EtherCAT-Frames gegenüber dem normalen Ethernet-Verkehr und steuert diesen, indem er alle Übertragungen initiiert. Die Telegramme (Datenpakete zwischen Master und Slaves) sind Standard-Ethernet-Pakete, und das Datenfeld kapselt den EtherCAT-Frame (einen EtherCAT-Header und ein oder mehrere EtherCAT-Kommandos). Jedes Kommando enthält einen Header, Daten und ein Working-Counter-Feld. Jedes Ethernet-Telegramm kann viele EtherCAT-Befehle enthalten, was zu einer höheren Bandbreite und einer effizienteren Nutzung der großen Ethernet-Datenfeldgröße und des Headers führt. Der Standard-Ethernet-CRC dient dazu, die Korrektheit der Nachricht zu überprüfen.

Der EtherCAT-Master kontrolliert seine Slaves vollständig. Seine Kommandos lösen nur Antworten aus; die Slaves initiieren keine Übertragungen. Die beiden verwendeten EtherCAT-Kommunikationsmethoden sind EtherType oder UDP/IP-Kapselung. Die EtherType-Implementierung verwendet kein IP, was den EtherCAT-Verkehr auf das ursprüngliche Subnetz beschränkt. Die Verkapselung von Befehlen mit UDP/IP ermöglicht es EtherCAT-Frames, Subnetze zu durchqueren, hat aber Nachteile. Der UDP/IP-Header fügt dem Ethernet-Frame 28 Bytes hinzu und untergräbt die RT-Performance durch seinen nicht-deterministischen Stack.

EtherCAT-Slaves reichen von intelligenten Knoten bis zu 2-Bit-E/A-Modulen und werden über 100Base-TX, Glasfaserkabel oder E-Bus vernetzt. E-Bus ist eine physikalische Schicht von EtherCAT für Ethernet, die ein LVDS-Schema (Low Voltage Differential Signal) bietet. Slaves sind in jeder Topologie von Zweigen oder Stichleitungen hot pluggable. Mehrere Slave-Ringe können in einem einzigen Netzwerk existieren, wenn sie über einen Switch verbunden sind. Die Slaves haben einen integrierten Speicher von 2 Bit bis 64 KByte. Sie erscheinen gegenüber dem Ethernet als ein einziges Gerät, obwohl sie in Wirklichkeit bis zu 65.535 Devices umfassen. Sie sind in einer offenen Ringtopologie konfiguriert, wobei die Ethernet-Schnittstelle am offenen Ende liegt. Der Master sendet Befehle an die MAC-Adresse des ersten Geräts. Wenn das Signal die Ethernet/Slave-Schnittstelle erreicht, wird es in E-Bus-Spezifikationen umgewandelt (falls E-Bus zum Einsatz kommt) und weitergeleitet.

Die Field Memory Management Unit (FMMU) jedes konfigurierbaren Slaves wandelt eine logische in eine physikalische Adresse um und diese Information steht dem Master bei der Initialisierung zur Verfügung. Daher benötigt jeder Slave einen speziellen ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). Beim Empfang eines Telegramms stellt ein Slave fest, ob er adressiert ist, und leitet anschließend die Daten zum beziehungsweise vom Telegramm weiter, wobei eine Verzögerung von einigen Nanosekunden eintritt. Somit stellt EtherCAT ein schnelles Echtzeit-Ethernet dar und ist deterministisch, wenn es nicht mit UDP/IP oder zwischen Switches oder Routern geschalteten Master und Slaves zum Einsatz kommt.

Ethernet Powerlink (EPL) ist ein hartes RT-Protokoll, das auf Fast Ethernet basiert. EPL-Geräte verwenden Standard-Ethernet-Hardware ohne spezielle ASICs. EPL kann eine Zykluszeit von 200 Mikrosekunden mit Jitter unter einer Mikrosekunde liefern. EPL verwendet zyklische Kommunikation mit Zeitschlitzaufteilung und das Master/Slave-Modell. Pro Netz ist ein Master (Manager) zugelassen. Dieser plant alle Übertragungen und ist die einzige aktive Station – die Slaves senden auf Anfrage.

Des EPL-Zyklus umfasst vier Abschnitte. Während der Startperiode sendet der EPL-Master den Start-of-Cyclic-Rahmen (SoC), der die Slaves synchronisiert. Das Timing dieses Frames stellt die einzige Zeitbasis für die Netzsynchronisation dar, alle anderen Frames sind rein ereignisgesteuert. Danach tritt die zyklische Periode ein, wenn der Manager jede Station mit einem Poll-Request-Frame abfragt. Erst dann antwortet der Slave mit einem Poll-Response-Frame, der Daten enthält, sodass Kollisionen vermieden werden. Der Slave sendet seine Antwort an alle Geräte, was eine Kommunikation zwischen den Slaves ermöglicht. Nach erfolgreicher Abfrage aller Slaves sendet der Master den End-of-Cyclic-Rahmen (EoC), der jedem Slave mitteilt, dass der zyklische Verkehr korrekt verlaufen ist.

Der Asynchronous-Abschnitt erlaubt nicht-zyklische Datenübertragungen unter der Kontrolle des Masters. Um während dieser Periode zu senden, muss ein Slave den Master in seiner Poll-Response während der Cyclic-Period informiert haben. Der Master erstellt eine Liste der wartenden Slaves und setzt einen Scheduler ein, um zu gewährleisten, dass keine Sendeanforderung auf unbestimmte Zeit verzögert wird. Während der Asynchronous-Period sind Standard-IP-Datagramme in der Übertragung möglich.

EPL greift nicht auf Switches zurück, um Kollisionen zu vermeiden oder die Netzwerksynchronisation zu gewährleisten – dies wird vom Master gesteuert. EPL-Netzwerke können auf Standard-Hubs basieren und es ist empfehlenswert, dass jedes Gerät einen Hub enthält, um die Busimplementierung zu erleichtern. Switches sind zwar nicht verboten, fügen jedoch Jitter hinzu und verringern den Determinismus. Da das EPL-Netz Kollisionen durch zeitgesteuerten Buszugriff vermeidet, lassen sich bis zu zehn Hubs kaskadieren.

Derzeit können EPL-Geräte, die RT-Kommunikation erfordern, nicht im selben Segment wie Nicht-RT-Ethernet-Geräte koexistieren. EPL-Devices können jedoch wie normale Ethernet-Hardware betrieben werden. Im geschützten Modus muss das Echtzeitsegment durch einen Switch oder einen Router vom normalen Verkehr getrennt sein. Im offenen Modus teilt sich der RT-Verkehr das Segment mit dem normalen Traffic, aber die Echtzeitkommunikation ist beeinträchtigt.

PROFINET ist ein Feldbus-Standard für verteilte Automatisierungssysteme. Er nutzt die Objektorientierung und vorhandene IT-Standards (TCP/IP, Ethernet, XML). PROFINET baut zudem auf IEEE 802.3 auf und ist interoperabel mit TCP/IP und somit mit Ethernet. Zudem ist es kompatibel mit PROFIBUS-DP. PROFINET V1 hat eine Reaktionszeit von 10 bis 100 Millisekunden.

Hingegen ist PROFINET-SRT (Soft Real-Time) mit einer Zykluszeit von 5 bis 10 Millisekunden darauf ausgelegt, in der Fabrikautomatisierung zu arbeiten und Echtzeit ausschließlich in Software zu realisieren. Es verwendet TCP/IP und einen eigenen Softwarekanal für die RT-Kommunikation. PROFINET-IRT bringt ein Hard-RT-Element in die PROFINET-Protokolle ein. Die drei PROFINET-Protokolle ermöglichen unterschiedliche Grade von Echtzeit. PROFINET-IRT (Isochronous RT) unterstützt Systeme, die eine Synchronisation im Sub-Mikrosekundenbereich erfordern, typischerweise hochleistungsfähige ewegungssteuerungssysteme. Die Benchmark für ein solches System ist eine Millisekunde Zykluszeit, eine Mikrosekunde Jitter-Genauigkeit und garantierter Determinismus – alle drei Kriterien erfüllt IRT. Da die Software allerdings einen Jitter von über einer Mikrosekunde verursacht, ist IRT (im Gegensatz zu SRT) in Hardware mit synchronisierten Ethernet-Knoten realisiert. Unter Verwendung von Vollduplex-Fast-Ethernet wird der Kommunikationszyklus in einen offenen Standard-TCP/IP-Kanal und einen deterministischen RT-Kanal aufgeteilt. Jedes PROFINET-IRT-Gerät verfügt über einen speziellen ASIC zur Handhabung der Knotensynchronisation und Zyklusunterteilung und beinhaltet einen intelligenten 2- oder 4-Port-Switch.

Der PROFINET-Switch in jedem Knoten enthält einen Zeitplan für den Buszugriff und kann RT- und Nicht-RT-Verkehr verarbeiten. Dieser Bus priorisiert den Echtzeitverkehr und bietet Vollduplex-Verbindungen für alle Ports. Klassische Switches fügen Jitter hinzu, der den Determinismus beeinträchtigt. PROFINET-Switches minimieren den Jitter, sodass er eine vernachlässigbare Wirkung hat. Das PROFINET-Kommunikationsmodell ermöglicht die Koexistenz von RT- und Nicht-RT-Verkehr in einem Netzwerk ohne zusätzliche Vorkehrungen.

In der Automatisierungstechnik gibt es bis auf weiteres keinen einheitlichen Standard für Industrial Ethernet mit Echtzeitfähigkeiten – das Standarddokument IEC 61 784-2 spezifiziert mindestens zehn verschiedene und zumeist inkompatible technische Lösungen. In der Praxis gibt es hingegen keinen technischen Grund, so viele verschiedene Echtzeit-Ethernet-Realisierungen beizubehalten. Daher wird der Druck der Anwender mittelfristig zu einer Verringerung der Zahl führen und der Markt wird entscheiden, welche die Anforderungen der jeweiligen Automatisierungsanwendungen erfüllt.