Latency and jitter analysis of 10BASE‑T1L in elevator motor control

Abstract

Elevator drives require fast, deterministic communication to regulate motor torque and speed. This thesis assesses whether 10BASE‑T1L evaluation kit with Single‑Pair Ethernet can meet such real‑time demands. An experimental setup with a 50 m link used evaluation hardware to measure round‑trip time and jitter. Key events, including transmission start, interrupt signaling, reply queueing and response arrival, were monitored, allowing delays to be decomposed into physical‑layer and host‑processing components.

Baseline tests of 100 frame exchanges produced round‑trip times between 0.381 ms and 0.568 ms, with an average of 0.472 ms. Over 99 % of values fell below 0.57 ms, and jitter remained in the tens of microseconds. After a week of cyclic load testing the timing profile remained stable: mean round‑trip time increased only to 0.476 ms. Delay decomposition indicated that roughly 60 % of latency originated from internal processing, while the physical link contributed sub‑microsecond variation.

Although these sub‑millisecond results are adequate for non‑critical or slow tasks, they fall well outside the cycle demanded by the elevator’s torque control loop. Even the fastest observed round‑trip time is several times too long, and jitter on the order of tens of microseconds further compromises determinism. Consequently, 10BASE‑T1L Evaluation kit setup is unsuitable for elevator current control in its default configuration; it might, however, be used for slower supervisory functions.

Hissikäytöt vaativat nopeaa ja determinististä viestintää moottorin vääntömomentin ja nopeuden säätelemiseksi. Tässä diplomityössä arvioidaan, pystyykö 10BASE‑T1L vastaamaan tällaisiin reaaliaikaisiin vaatimuksiin. Kokeellisessa tarkastelussa käytettiin testauslaitteistoa mittaamaan lähetetyn ethernet paketin kokonaisviive ja vaihtelu. Mittauksien avulla tarkasteltiin keskeisiä tapahtumia, kuten paketin lähetyksen aloittaminen, sen saapuminen mikroprosessorille, käsittelyaika ja paketin saapuminen, näin viiveet voitiin jakaa fyysisen kerroksen ja mikroprosessorin prosessointikomponentteihin.

Työssä lähetettiin 64 tavun ICMP Ethernet paketti 100 kertaa isännältä EVAL-ADIN2111 evaluointipiirille. Perustestit tuottivat edestakaisen viiveen, joka oli välillä 0,381 ms ja 0,568 ms, keskimäärin 0,472 ms; yli 99 % arvoista oli alle 0,57 ms, ja vaihtelu pysyi kymmenissä mikrosekunneissa. Viikon syklisen kuormitustestauksen jälkeen profiili pysyi stabiilina: keskimääräinen edestakainen viive kasvoi vain 0,476 ms:iin, ja viiveanalyysi osoitti, että noin 60 % viiveestä johtui mikroprosessorin sisäisestä prosessoinnista, kun taas fyysisessä linkissä vaihtelu oli alle mikrosekunnin.

Vaikka nämä alle millisekunnin tulokset ovat riittävät ei-kriittisille tai hitaille tehtäville, ne ovat selvästi hissin vääntömomentin säätöpiirin vaatiman syklin ulkopuolella. Jopa nopein havaittu edestakainen viiveaika on useita kertoja liian pitkä, ja kymmenien mikrosekuntien suuruinen vaihtelu heikentää entisestään determinismiä. Näin ollen työssä käytetty 10BASE-T1L evaluointikortti oletuskonfiguraatiossaan ei sovellu hissin virranohjaukseen, mutta sitä voidaan kuitenkin käyttää esimerkiksi hitaampiin valvontatoimintoihin.