Die zyklische Redundanzprüfung (CRC) ist ein Algorithmus, der zur Sicherstellung der Datenintegrität bei der Übertragung oder Speicherung von Daten eingesetzt wird. Sie wird häufig in Kommunikationsprotokollen, Netzwerken, Datenspeichersystemen und industriellen Automatisierungssystemen verwendet. CRC dient dazu, Übertragungsfehler zu erkennen, die während der Datenübertragung oder -speicherung auftreten können, und ist daher ein wesentlicher Bestandteil moderner Steuerungs- und Automatisierungslösungen.
Wie funktioniert die CRC?
Die CRC basiert auf mathematischen Operationen im binären Zahlensystem und nutzt Polynomdivision, um einen sogenannten Prüfsummenwert (CRC-Wert) zu erzeugen. Dieser Wert wird zusammen mit den Daten übertragen oder gespeichert. Beim Empfänger wird der CRC-Wert erneut berechnet und mit dem übertragenen Wert verglichen, um Fehler zu erkennen.
- Berechnung der CRC-Prüfsumme
- Der Datenblock wird als binäre Zahl behandelt.
- Ein vorgegebenes Generatorpolynom teilt diesen Datenblock.
- Der Rest der Division (Modulo) bildet die CRC-Prüfsumme.
- Übertragung der Daten
- Die ursprünglichen Daten und die CRC-Prüfsumme werden zusammen übertragen.
- Prüfung beim Empfänger
- Der Empfänger führt dieselbe Division mit den empfangenen Daten durch.
- Wenn der berechnete Rest (CRC-Wert) mit der übertragenen Prüfsumme übereinstimmt, gilt die Übertragung als fehlerfrei. Andernfalls wird ein Fehler erkannt.
Eigenschaften der CRC
- Effizienz
CRC ist ein schneller Algorithmus, der mit minimalem Rechenaufwand implementiert werden kann. - Fehlererkennung
CRC erkennt Übertragungsfehler zuverlässig, einschließlich einzelner Bitfehler, vertauschter Bits und Burstfehler (mehrere fehlerhafte Bits in Folge). - Flexibilität
Der CRC-Algorithmus kann durch die Wahl unterschiedlicher Generatorpolynome an spezifische Anforderungen angepasst werden. Häufig verwendete Polynome sind CRC-8, CRC-16 oder CRC-32.
Einsatzbereiche der CRC
Die zyklische Redundanzprüfung wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter:
- Kommunikationsprotokolle
CRC ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Netzwerkprotokolle, wie Ethernet, USB und CAN-Bus, um Datenintegrität sicherzustellen. - Datenübertragung in Automatisierungssystemen
In der Automatisierung, z. B. bei der Kommunikation zwischen speicherprogrammierbaren Steuerungen (PLCs) und Sensoren, wird CRC verwendet, um Übertragungsfehler zu erkennen. - Datenspeicherung
CRC schützt Daten auf Festplatten, SSDs und in Speichermedien vor Integritätsverlust durch physische Schäden oder Alterung. - Industrie 4.0 und IoT
In vernetzten Systemen, die in der Automatisierung thermischer Prozesse und anderen Bereichen verwendet werden, gewährleistet CRC zuverlässige Kommunikation in komplexen Netzwerken.
Vorteile der CRC
- Hohe Fehlererkennungsrate
CRC kann eine Vielzahl von Fehlern erkennen, insbesondere wenn sie über ein geeignetes Generatorpolynom implementiert wird. - Effizient und schnell
Der Algorithmus ist rechnerisch einfach und für Echtzeitanwendungen geeignet. - Breite Anwendungsmöglichkeiten
CRC ist universell einsetzbar und unterstützt verschiedene Protokollstandards. - Kompakte Prüfsumme
CRC benötigt nur eine kleine zusätzliche Datenmenge für die Prüfsumme, wodurch sie speichereffizient ist.
CRC in der Automatisierung thermischer Prozesse
In der Automatisierung thermischer Prozesse spielt CRC eine wichtige Rolle, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Datenübertragungen zu gewährleisten. Demig nutzt CRC in seinen Systemlösungen, z. B. zur sicheren Kommunikation zwischen Steuerungen, Sensoren und Aktoren. Dies minimiert das Risiko von Fehlfunktionen durch Datenfehler und erhöht die Betriebssicherheit der Anlagen.
Grenzen der CRC
Obwohl CRC ein leistungsfähiges Werkzeug ist, gibt es Einschränkungen:
- CRC kann bestimmte Fehlerkombinationen übersehen, insbesondere bei sehr langen Datenblöcken.
- Sie erkennt Fehler, kann sie jedoch nicht korrigieren. Zur Fehlerkorrektur müssen zusätzliche Algorithmen wie Reed-Solomon-Codes eingesetzt werden.