專利名稱：通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、特別是以太網(wǎng)并行傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，特別是以太網(wǎng)，并行傳輸實(shí)時(shí)臨界(echtzeitkritische)的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界(nicht echtzeitkritische)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)使得通過聯(lián)網(wǎng)，即將各個(gè)用戶相互連接，可以在多個(gè)用戶之間進(jìn)行通信。這里通信的含義是在用戶之間傳輸數(shù)據(jù)。其中，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)電報(bào)發(fā)送，即數(shù)據(jù)被按多個(gè)分組一同打包并以這種形式通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)送至相應(yīng)的接收者。因此也稱為數(shù)據(jù)分組。這里，在本文中使用的數(shù)據(jù)傳輸概念完全和上述數(shù)據(jù)電報(bào)或數(shù)據(jù)分組傳輸同義。聯(lián)網(wǎng)本身例如由交換式高性能數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，特別是以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，在每?jī)蓚€(gè)用戶之間各接通至少一個(gè)與兩個(gè)用戶連接的耦合單元。每個(gè)耦合單元可以與兩個(gè)以上用戶連接。如果用戶與一個(gè)耦合單元相集成，則該耦合單元也僅能與另一個(gè)耦合單元或者另一個(gè)用戶連接，即構(gòu)成一個(gè)終端設(shè)備。每個(gè)用戶至少與一個(gè)耦合單元相連接，但不直接與另一個(gè)用戶連接。用戶例如是計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)程序控制裝置(SPS)或者是與其它機(jī)器交換電子數(shù)據(jù)、特別是處理電子數(shù)據(jù)的機(jī)器。與其中每個(gè)用戶可以直接通過數(shù)據(jù)總線抵達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)其它用戶的總線系統(tǒng)相反，在交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中僅僅涉及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，也就是說，一個(gè)用戶僅僅能夠間接地、借助于一個(gè)或多個(gè)耦合單元將待傳輸數(shù)據(jù)相應(yīng)地轉(zhuǎn)發(fā)至交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有其他用戶。
在分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中，例如在驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Antriebstechnik)領(lǐng)域，必須使確定的數(shù)據(jù)在確定的時(shí)間到達(dá)確定的用戶并由接收者處理。這里人們稱之為實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)或者實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，因?yàn)閿?shù)據(jù)不及時(shí)到達(dá)確定的地點(diǎn)將造成在用戶處不希望的結(jié)果。根據(jù)IEC61491，EN61491 SERCOS接口技術(shù)簡(jiǎn)述(http//www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm)可以保證在分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中所述類型的實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)交換的實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，特別是以太網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法使得可以在同一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中混合運(yùn)行實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)通信，特別是基于因特網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。
上述技術(shù)問題是通過一種通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，特別是工業(yè)裝置領(lǐng)域的以太網(wǎng)傳輸實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的方法來解決的，其中，交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立在至少兩個(gè)用戶，特別是一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接收者之間，其中，數(shù)據(jù)在至少一個(gè)具有可以設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)度的傳輸周期內(nèi)被傳輸，每個(gè)傳輸周期分成至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的第二區(qū)域。
上述技術(shù)問題還通過一種用于通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、在工業(yè)裝置中特別是通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)來解決，該系統(tǒng)具有至少一個(gè)可與傳輸實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相耦合的數(shù)據(jù)處理裝置，其中，所述交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立在至少兩個(gè)用戶、特別是在一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接收者之間，其中，所述系統(tǒng)至少包括一個(gè)在至少一個(gè)具有可設(shè)定的時(shí)間長(zhǎng)度的傳輸周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的裝置，每個(gè)傳輸周期被劃分為至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第二區(qū)域。
本發(fā)明基于這樣的常識(shí)，即開放的基于因特網(wǎng)的通信是即時(shí)通信，也就是說，這種通信的時(shí)刻和所涉及的要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都是不能事前確定的。因此，在總線系統(tǒng)的傳輸線上或者交換式高速網(wǎng)絡(luò)、特別是快速以太網(wǎng)或交換式以太網(wǎng)的耦合單元中就不能避免沖突。為了將因特網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)也能夠應(yīng)用到自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域、尤其是驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信中，希望有一種實(shí)時(shí)通信與隨機(jī)的、非實(shí)時(shí)臨界的通信、特別是因特網(wǎng)通信相混合的運(yùn)行方式。這種混合方式是這樣實(shí)現(xiàn)的，即將這里所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域中的、優(yōu)選為周期性出現(xiàn)的、因此是可以提前計(jì)劃的實(shí)時(shí)通信與與此相反不能計(jì)劃的、非時(shí)間臨界的通信，特別是開放的、基于因特網(wǎng)的通信嚴(yán)格分開。
這里，用戶之間的通信在傳輸周期中進(jìn)行，其中，每個(gè)傳輸周期分成至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制(例如設(shè)定的工業(yè)裝置)的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)(例如在開放的、因特網(wǎng)通信中)的第二區(qū)域。這里，本發(fā)明一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，為每個(gè)用戶配置一個(gè)耦合單元，該耦合單元用來發(fā)送和/或接收和/或轉(zhuǎn)發(fā)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
本發(fā)明一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元，通過相互間的時(shí)間同步始終具有一個(gè)共同的時(shí)基。這是分離可以計(jì)劃的實(shí)時(shí)通信與不能計(jì)劃的非實(shí)時(shí)通信的前提。將可計(jì)劃的實(shí)時(shí)通信與不能計(jì)劃的非實(shí)時(shí)通信進(jìn)行分離，通過使用按照尚未公開的專利申請(qǐng)DE 10004425.5的時(shí)間同步方法得到保證。通過持續(xù)使用該方法，在分布式自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行期間，也能使交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元始終以共同的時(shí)基同步，這意味著，對(duì)所有用戶和耦合單元的每個(gè)傳輸周期有相同的開始點(diǎn)和相同的長(zhǎng)度。由于所有實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)傳輸因?yàn)橹芷谛赃\(yùn)行在實(shí)際傳輸之前已經(jīng)是已知的，并因此可以被預(yù)先計(jì)劃，所以，可以保證對(duì)所有用戶和耦合單元這樣來控制實(shí)時(shí)通信，即在實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)傳輸?shù)谋旧淼牟粫?huì)出現(xiàn)干擾，例如沖突，而所有計(jì)劃的關(guān)鍵的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻都被準(zhǔn)確地保持。
本發(fā)明另一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，將所有應(yīng)該在傳輸周期的為實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域內(nèi)傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在該傳輸周期或一個(gè)后續(xù)傳輸周期的為非實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行傳輸。也就是說，可能在傳輸周期的為實(shí)時(shí)通信保留的第一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的、未計(jì)劃的因特網(wǎng)通信，將被推遲到傳輸周期的為隨機(jī)的非實(shí)時(shí)通信保留的第二區(qū)域中進(jìn)行，這樣就完全避免了對(duì)實(shí)時(shí)通信的干擾。這里，由各個(gè)所涉及的耦合單元臨時(shí)存儲(chǔ)這些隨機(jī)的、非實(shí)時(shí)通信的相應(yīng)數(shù)據(jù)，并在用于實(shí)時(shí)通信的第一區(qū)域結(jié)束之后，才在傳輸周期中為隨機(jī)的、非實(shí)時(shí)通信保留的第二區(qū)域中發(fā)送該數(shù)據(jù)。該第二區(qū)域，即直到傳輸周期結(jié)束總時(shí)間長(zhǎng)度，可供所有用戶用于不可計(jì)劃的非實(shí)時(shí)臨界的通信，特別是因特網(wǎng)通信，同樣，因?yàn)樵跁r(shí)間上分開，所以也不會(huì)影響實(shí)時(shí)通信。
可以這樣來避免在耦合單元中與實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的沖突，即將所有在傳輸周期的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域內(nèi)不能傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在此后的一個(gè)傳輸周期的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明另一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，在一個(gè)傳輸周期內(nèi)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)度，自動(dòng)地通過用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)度來確定。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是，每次僅將必要的傳輸時(shí)間用于實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，而將剩余時(shí)間自動(dòng)地提供給非實(shí)時(shí)臨界的通信，例如用于不可計(jì)劃的因特網(wǎng)通信或者其它非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用。特別優(yōu)選的是，在一個(gè)傳輸周期內(nèi)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)度，通過面向連接的、待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來確定，即對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)連接分別通過所需的待傳輸?shù)膶?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量確定兩個(gè)區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)度，由此，使兩個(gè)區(qū)域的劃分以及因此而可供非實(shí)時(shí)臨界的通信使用的時(shí)間，對(duì)于在兩個(gè)耦合單元之間的每個(gè)數(shù)據(jù)連接和對(duì)每個(gè)傳輸周期是優(yōu)化的。
本發(fā)明的另一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，傳輸周期的時(shí)間長(zhǎng)度至少在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前被確定一次。其優(yōu)點(diǎn)是，由此可在每次開始一個(gè)新的、事先計(jì)劃的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，分別根據(jù)實(shí)時(shí)通信或者開放的、因特網(wǎng)通信的要求來確定傳輸周期的時(shí)間長(zhǎng)度。當(dāng)然還可以使傳輸周期的時(shí)間長(zhǎng)度和/或傳輸周期中用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)要求而被改變，例如對(duì)事先計(jì)劃的固定時(shí)刻和/或在計(jì)劃的數(shù)目個(gè)傳輸周期之后，優(yōu)選地是在轉(zhuǎn)換到其它計(jì)劃的實(shí)時(shí)臨界的傳輸周期的傳輸周期的開始之前。按優(yōu)選的方式，傳輸周期的時(shí)間長(zhǎng)度按照不同的應(yīng)用目的在1微秒至10秒之間。
本發(fā)明另一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，能夠在自動(dòng)化系統(tǒng)中正在進(jìn)行的運(yùn)行過程中的任何時(shí)間，進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的重新計(jì)劃，這樣，保證了實(shí)時(shí)控制對(duì)短時(shí)間變化的邊界條件的靈活的適應(yīng)性。由此，也可以改變傳輸周期的時(shí)間長(zhǎng)度。
本發(fā)明另一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，將傳輸周期規(guī)定用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的一部分，用于傳輸組織數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這里表現(xiàn)出的特別的優(yōu)點(diǎn)是，在傳輸周期用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的開始，傳輸用于組織數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電報(bào)。這里，用于組織數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)例如是，用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶和耦合單元時(shí)間同步的數(shù)據(jù)、用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)等等。
本發(fā)明另一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，對(duì)于所有待傳輸?shù)?、?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，分別在每個(gè)相關(guān)的耦合單元中對(duì)所有轉(zhuǎn)發(fā)該實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)的時(shí)刻、以及每個(gè)所屬的、通過其轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的連接線路加以標(biāo)記，也就是說，在一個(gè)耦合單元中標(biāo)記了，何時(shí)和在哪個(gè)輸出口應(yīng)該在時(shí)刻X將一個(gè)到來的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)出去。
本發(fā)明另一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，這樣來計(jì)劃轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)刻，使得每個(gè)實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)最晚在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)刻或者之前被送至相應(yīng)的耦合單元，但無論如何直到轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)刻才被轉(zhuǎn)發(fā)出。由此，去除了尤其在長(zhǎng)傳輸線路下顯著的時(shí)間模糊(Zeitunschaefen)的問題。這樣，能夠?qū)?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)沒有時(shí)間間隔地直接地發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，即避免了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組中的帶寬的不良使用。當(dāng)然也可能在需要時(shí)在傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)分組之間設(shè)立一個(gè)發(fā)送暫停。
這種基于時(shí)間的轉(zhuǎn)發(fā)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在耦合單元中尋找目標(biāo)不再是基于地址的，因?yàn)槭虑耙亚宄?yīng)該向哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)。由此，有可能在交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)化地利用所有現(xiàn)存連接線路。對(duì)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的冗余連接線路可以考慮事前對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)線路進(jìn)行計(jì)劃，以將其應(yīng)用到實(shí)時(shí)通信中，而這種冗余的連接線路在基于地址的連接中是不允許非實(shí)時(shí)臨界的通信使用的，因?yàn)榉駝t會(huì)帶來數(shù)據(jù)分組的循環(huán)。由此，可以實(shí)現(xiàn)冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，例如用于容錯(cuò)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)環(huán)。數(shù)據(jù)分組可以被冗余地通過不相交的路徑進(jìn)行發(fā)送，而不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的循環(huán)。事前計(jì)劃的轉(zhuǎn)發(fā)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由此無需認(rèn)可(quittungslos)地監(jiān)測(cè)每段線路，并由此可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行故障診斷。
本發(fā)明另一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，可以將至少一個(gè)任意的、具有或者不具有所屬耦合單元的用戶、特別是一個(gè)具有開放的、因特網(wǎng)通信能力的用戶接入到交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，并保證，在希望的時(shí)刻成功地進(jìn)行關(guān)鍵的數(shù)據(jù)傳輸，即使這個(gè)任意的用戶進(jìn)行著一個(gè)非實(shí)時(shí)臨界的通信，特別是一個(gè)與實(shí)時(shí)臨界的通信并行的因特網(wǎng)通信。
本發(fā)明另一種特別具有優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的特征是，將耦合單元集成在用戶中。由此，相對(duì)迄今的一直是作為獨(dú)立的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的耦合單元(也稱為轉(zhuǎn)接器(Switch))具有特別的造價(jià)上的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明另一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式的特征是，一個(gè)耦合單元包括兩個(gè)分離的、分別用于各用戶的通道，其中，一個(gè)通道用于實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，而另一個(gè)通道用于非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換。這具有分離處理實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。用于非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的通道相應(yīng)于常規(guī)的商用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)控制器的接口，由此可以不加限制地使用迄今存在的軟件，特別是驅(qū)動(dòng)程序。因此，迄今存在的軟件也適用于不具有實(shí)時(shí)功能的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。


下面對(duì)照附圖所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述和說明。圖中，圖1表示一用于分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意圖，圖2表示一個(gè)傳輸周期的原理結(jié)構(gòu)，圖3表示在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中的原理性工作方式，和圖4表示在一個(gè)本地用戶和一個(gè)耦合單元之間接口的原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一用于分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施方式的原理圖，其中，出于清楚表示的原因，已將作為本發(fā)明一部分的耦合單元與所涉及的用戶集成在一起。相反，在迄今的現(xiàn)有技術(shù)中則將每個(gè)在此集成到相關(guān)本地用戶中的耦合單元作為單獨(dú)的、連接在兩個(gè)用戶之間的設(shè)備。將耦合單元集成到各用戶中可降低成本并有利于維護(hù)。
所示自動(dòng)化系統(tǒng)由多個(gè)可同時(shí)作為發(fā)送者和接收者的用戶組成，例如控制計(jì)算機(jī)1、多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(為清楚起見只示出了驅(qū)動(dòng)裝置2)、以及其它計(jì)算機(jī)3、4、5，借助于連接電纜(為清楚起見只示出了連接6a、7a、8a、9a)、特別是以太網(wǎng)電纜，相互連接到一個(gè)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、特別是以太網(wǎng)。在此，典型的用于以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的耦合單元已集成到各用戶中，為清楚起見只示出了耦合單元6、7、8、9、10。耦合單元的作用是發(fā)送和/或接收和/或轉(zhuǎn)發(fā)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
此外，控制計(jì)算機(jī)1例如還與一個(gè)公司的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，例如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)11和/或全球通信網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)11連接。由控制計(jì)算機(jī)1通過連接6a、7a、8a、9a發(fā)送例如控制驅(qū)動(dòng)裝置2的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)。這種實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確地在時(shí)刻X由驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行處理，因?yàn)榉駝t就會(huì)出現(xiàn)不希望的影響，例如驅(qū)動(dòng)裝置2的啟動(dòng)被延遲等等，這將干擾自動(dòng)化系統(tǒng)的工作。這種實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)是通過耦合單元6、7、8、9至耦合單元10進(jìn)行的，耦合單元10將數(shù)據(jù)傳至接收器驅(qū)動(dòng)裝置2，驅(qū)動(dòng)裝置2在時(shí)刻X處理該數(shù)據(jù)。在迄今的現(xiàn)有技術(shù)中，如果此外在該時(shí)刻沒有其它任何通信，例如通過計(jì)算機(jī)5的因特網(wǎng)通信，則能夠保證上述類型的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的交換成功地實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，在相同時(shí)刻通過計(jì)算機(jī)5進(jìn)行的因特網(wǎng)通信中，計(jì)算機(jī)5請(qǐng)求例如一因特網(wǎng)網(wǎng)頁。這種非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)通過連接8a、7a、6a借助于耦合單元9、8和7被轉(zhuǎn)發(fā)至耦合單元6，該耦合單元6將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給計(jì)算機(jī)1，該計(jì)算機(jī)1最后將相應(yīng)的詢問送至因特網(wǎng)11，并通過相同的連接或者耦合單元，以相反的順序?qū)⒒卮鹚突亟o計(jì)算機(jī)5。因此該回答使用了與實(shí)時(shí)臨界的通信相同的路徑。由此，可能造成在參與的耦合單元中出現(xiàn)等待的情況，而使實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)不能及時(shí)地到達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置2。因此，用迄今的現(xiàn)有技術(shù)不能保證不出錯(cuò)地實(shí)時(shí)運(yùn)行。與此相反，本公開發(fā)明的應(yīng)用則可使在相同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中與實(shí)時(shí)通信并行地進(jìn)行任意的、非實(shí)時(shí)臨界的通信，且不對(duì)實(shí)時(shí)通信產(chǎn)生干擾。這通過連接計(jì)算機(jī)3和4表示，其中沒有集成耦合單元，而是借助于直接的以太網(wǎng)連接集成到所示的自動(dòng)化系統(tǒng)中。計(jì)算機(jī)3和4不參加實(shí)時(shí)通信，而是僅僅參加隨機(jī)的、具有因特網(wǎng)功能的通信，并不干擾實(shí)時(shí)通信。
本發(fā)明基于這樣的思想，即將實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界通信在交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中相互分離，使得非實(shí)時(shí)臨界通信不對(duì)實(shí)時(shí)臨界通信產(chǎn)生干擾影響。這種分離的前提的一方面是，交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元通過相互間的時(shí)間同步始終具有一個(gè)共同的同步時(shí)基。這通過持久使用按照未公開的專利申請(qǐng)DE 10004425.5的時(shí)間同步方法，在運(yùn)行中的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中同樣得到保證。這種分離的第二個(gè)前提是，實(shí)時(shí)臨界通信的可計(jì)劃性，由此使在這里所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域中，特別是在驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的實(shí)時(shí)通信周期性地出現(xiàn)，即在一個(gè)或多個(gè)傳輸周期中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
圖2舉例示出了一個(gè)劃分為兩個(gè)區(qū)域的傳輸周期的原理性結(jié)構(gòu)。一個(gè)傳輸周期12被分成一個(gè)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域13和一個(gè)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的第二區(qū)域14。所示傳輸周期12的長(zhǎng)度由其時(shí)間長(zhǎng)度17表示，按照不同的應(yīng)用目的，它優(yōu)選地為1微秒到10秒之間。傳輸周期12的時(shí)間長(zhǎng)度17是可變的，但是，在數(shù)據(jù)傳輸之前的時(shí)刻至少例如通過控制計(jì)算機(jī)1一次性地確定，并對(duì)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元都是等長(zhǎng)的。傳輸周期12的時(shí)間長(zhǎng)度17和/或用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域13的時(shí)間長(zhǎng)度，可以隨時(shí)(例如按事前計(jì)劃的)、在固定的時(shí)刻和/或在所計(jì)劃數(shù)目個(gè)傳輸周期之后，優(yōu)選地在傳輸周期12開始之前被改變，其中，控制計(jì)算機(jī)1例如轉(zhuǎn)換到另一個(gè)計(jì)劃的、實(shí)時(shí)臨界的傳輸周期。此外，控制計(jì)算機(jī)1能夠隨時(shí)在自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行中根據(jù)要求重新計(jì)劃實(shí)時(shí)通信，由此同樣可以改變傳輸周期12的時(shí)間長(zhǎng)度17。傳輸周期12的絕對(duì)時(shí)間長(zhǎng)度17是對(duì)時(shí)間成分或傳輸周期12中非實(shí)時(shí)臨界通信帶寬(即用于該非實(shí)時(shí)臨界通信的時(shí)間)的量度。因此，例如，在傳輸周期12的時(shí)間長(zhǎng)度17為500us時(shí)，非實(shí)時(shí)臨界的通信的帶寬為30％，而在時(shí)間長(zhǎng)度17為10ms時(shí)帶寬為97％。在用于傳輸實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域13中，在發(fā)送實(shí)際的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)(其中為清楚起見只示出了數(shù)據(jù)電報(bào)16)之前，保留了一定的時(shí)間長(zhǎng)度來發(fā)送用于組織數(shù)據(jù)傳輸15的數(shù)據(jù)電報(bào)。該用于組織數(shù)據(jù)傳輸15的數(shù)據(jù)電報(bào)包括，例如用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶和耦合單元時(shí)間同步的數(shù)據(jù)和/或用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)電報(bào)被發(fā)出之后，發(fā)送實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)、即數(shù)據(jù)電報(bào)16。由于實(shí)時(shí)通信可以通過周期性運(yùn)行在事前加以計(jì)劃，因此對(duì)于傳輸周期12中的所有待傳輸?shù)膶?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)、即數(shù)據(jù)電報(bào)16來說，發(fā)送時(shí)刻或者用于轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的時(shí)刻，在數(shù)據(jù)傳輸開始之前是已知的，也就是說，用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域14的時(shí)間長(zhǎng)度可自動(dòng)地通過用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域13的時(shí)間長(zhǎng)度來確定。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是，每次僅將所必須的傳輸時(shí)間用于實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，而在其結(jié)束后將剩余的時(shí)間自動(dòng)地提供給非實(shí)時(shí)臨界的通信，例如用于不可計(jì)劃的因特網(wǎng)通信或者其它非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用。特別優(yōu)選的是，用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域13的時(shí)間長(zhǎng)度分別通過面向連接的待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來確定，即對(duì)每個(gè)具體的數(shù)據(jù)連接按照待傳輸?shù)膶?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)所必須的數(shù)據(jù)量來確定這兩個(gè)區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)度，由此可使對(duì)每個(gè)傳輸周期12、對(duì)每個(gè)具體的數(shù)據(jù)連接對(duì)區(qū)域13和區(qū)域14的時(shí)間長(zhǎng)度的劃分是不同的。每次僅將必要的傳輸時(shí)間用于實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，而將傳輸周期12的剩余時(shí)間自動(dòng)地提供給交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶的非實(shí)時(shí)臨界通信，例如用于不可計(jì)劃的因特網(wǎng)通信或者其它非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用。由于實(shí)時(shí)通信在事前這樣相應(yīng)地計(jì)劃，即這樣來計(jì)劃實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)到達(dá)相應(yīng)的耦合單元，使得所涉及的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，例如數(shù)據(jù)電報(bào)16最晚在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)刻或者之前被送至相應(yīng)的耦合單元，以使實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)、即數(shù)據(jù)電報(bào)16的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)沒有時(shí)間空隙，從而通過這種密集的分組發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)使可供使用的時(shí)間長(zhǎng)度得到了最好的利用。當(dāng)然，也可以在需要時(shí)在傳輸各個(gè)數(shù)據(jù)電報(bào)之間設(shè)置發(fā)送間隔。
圖3示出了交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的原理性工作方式。其中，在示意性示出的網(wǎng)絡(luò)中示出了一個(gè)例如為驅(qū)動(dòng)器的用戶18和一個(gè)例如為控制計(jì)算機(jī)的用戶19，它們分別具有集成的耦合單元20和21，以及另一個(gè)不帶耦合單元的用戶36，它們通過數(shù)據(jù)連接32、33相互聯(lián)系。其中，耦合單元20通過外部端口30、數(shù)據(jù)連接32和外部端口31與耦合單元21連接。耦合單元20、21的其它所示的外部端口為清楚起見沒有在圖中標(biāo)示。對(duì)于其它具有或者沒有集成的耦合單元的用戶為清楚起見同樣沒有示出。對(duì)從所示耦合單元20，21出發(fā)至其它用戶的數(shù)據(jù)連接34、35只是作出了標(biāo)示。耦合單元20、21分別具有本地存儲(chǔ)器24、25，它們通過內(nèi)部接口22、23與用戶18、19連接。用戶18、19通過接口22、23與相應(yīng)的耦合單元20、21交換數(shù)據(jù)。本地存儲(chǔ)器24、25在耦合單元20、21內(nèi)通過數(shù)據(jù)連接28、29與控制器26、27相連?？刂破?6、27通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接28、29從本地存儲(chǔ)器24、25接收數(shù)據(jù)或者向本地存儲(chǔ)器24、25轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，或者通過一個(gè)或多個(gè)外部端口，例如端口30或端口31接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。通過應(yīng)用時(shí)間同步的方法，耦合單元20，21始終有一個(gè)共同的同步時(shí)基。如果用戶21有實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)通過接口23、本地存儲(chǔ)器25和連接29，由控制器27在為實(shí)時(shí)臨界通信的區(qū)域期間按預(yù)先計(jì)劃的時(shí)刻讀取，并在那通過規(guī)定的外部端口，例如端口31向耦合單元20發(fā)送。與此同時(shí)，即在實(shí)時(shí)臨界通信期間，用戶36通過數(shù)據(jù)連接33發(fā)送非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過外部端口37由控制器27接收，并通過內(nèi)部連接29傳遞至本地存儲(chǔ)器25和在那被臨時(shí)存儲(chǔ)。直到用于非實(shí)時(shí)臨界通信的區(qū)域期間，該數(shù)據(jù)才被從那再次讀取并向接收者傳遞，即該數(shù)據(jù)被推遲到傳輸周期的為隨機(jī)的、非實(shí)時(shí)通信保留的第二區(qū)域中發(fā)送，由此排除了對(duì)實(shí)時(shí)通信的干擾。對(duì)于不是所有暫存的、非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)能夠在傳輸周期的用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域中被傳輸?shù)那闆r，該數(shù)據(jù)將一直在耦合單元21的本地存儲(chǔ)器25中臨時(shí)存儲(chǔ)，直到其在能夠在隨后的傳輸周期用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域中被傳輸為止，由此在任何情況下排除了對(duì)實(shí)時(shí)通信的干擾。
通過數(shù)據(jù)連接32和外部端口30出現(xiàn)在耦合單元20的控制器26的實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)，被直接通過對(duì)應(yīng)的外部端口轉(zhuǎn)發(fā)。這是可能的，因?yàn)閷?shí)時(shí)通信可以預(yù)先計(jì)劃，而因此對(duì)于所有待傳輸?shù)膶?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)來說，發(fā)送和接收時(shí)刻、所有參與的耦合單元以及所有轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)刻和所有該實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)的接收者都是已知的，也就是說，例如在耦合單元20的控制器26標(biāo)記了，應(yīng)該將在時(shí)刻X到來的實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)，通過外部端口38轉(zhuǎn)發(fā)至下一個(gè)耦合單元。通過事前完成的實(shí)時(shí)通信的計(jì)劃還保證了，例如從端口38出發(fā)的數(shù)據(jù)連接34上不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。同樣地適用于所有在實(shí)時(shí)通信期間的其它數(shù)據(jù)連接或者端口。來自各參與的耦合單元的所有實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間同樣是事前計(jì)劃的，因此是明確確定的。例如，在耦合單元20的控制器26中實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)的到來因此是這樣計(jì)劃的，即該涉及到的實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)最晚在轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)刻或者更早到達(dá)耦合單元20的控制器26。由此，去除了尤其在長(zhǎng)傳輸線路下顯著的時(shí)間模糊的問題。例如為用戶18確定的并在耦合單元20的本地存儲(chǔ)器24暫存的數(shù)據(jù)，將由該用戶在給定的時(shí)間讀取實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)事前確定的時(shí)刻，而非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)在為其規(guī)定的區(qū)域期間讀取。
如上面所述，可以在不對(duì)實(shí)時(shí)通信本身干擾的情況下，在同一個(gè)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界通信，以及可以由附加用戶建立與該交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的任意連接。
圖4表示在一個(gè)本地用戶和一個(gè)耦合單元之間接口的原理圖。按照本發(fā)明公開的耦合單元40集成在例如一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)1的用戶39中。用戶39既參與實(shí)時(shí)臨界通信又參與非實(shí)時(shí)臨界通信，因此用戶39安裝有實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用48，例如用于自動(dòng)化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，和非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用49，例如用于隨機(jī)因特網(wǎng)通信的瀏覽器或文字處理程序。為了清楚起見，僅表示了邏輯的而不是物理的連接，尤其是數(shù)據(jù)連接。用戶39和集成的耦合單元40之間的通信通過本地存儲(chǔ)器41進(jìn)行，在其中由用戶39發(fā)送的相應(yīng)數(shù)據(jù)以及為用戶39確定的數(shù)據(jù)被臨時(shí)存儲(chǔ)。本地存儲(chǔ)器41必須能夠既由用戶39又由耦合單元40讀寫，其中，本地存儲(chǔ)器41的例如在所示實(shí)施方式中作為耦合單元40一部分的物理位置并不重要。為了保證實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界通信的分離和由此不受干擾的實(shí)時(shí)臨界通信，需要兩個(gè)分離的與用戶39的通道，其中，一個(gè)通道用于實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換，而另一個(gè)通道用于非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)交換。其結(jié)果，物理通信通過在為了清楚起見沒有表示的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和耦合單元40之間的兩個(gè)分離的邏輯接口42和43，以及在存儲(chǔ)器41(即耦合單元40)和用戶39之間的邏輯上分離的通信信道46和47進(jìn)行。其中，接口42和通信信道46規(guī)定了為實(shí)時(shí)臨界通信的通信信道，而接口43和通信信道47規(guī)定了為非實(shí)時(shí)臨界通信的通信信道。但是從物理上來看，這兩個(gè)分別表示的邏輯上分離的接口42或43以及通信信道46或47，分別是相同的用于雙向傳輸數(shù)據(jù)的通信信道。特別是按照能夠被送來和讀取數(shù)據(jù)的類型，通過另外的邏輯上相互分離的通信信道46和47進(jìn)行信號(hào)化，其中，通過通信信道46將實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備就緒用信號(hào)通知實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用48，并通過通信信道47將非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備就緒用信號(hào)通知非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用49。因此，驅(qū)動(dòng)器44和實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用48可以具有一個(gè)比驅(qū)動(dòng)器45和非實(shí)時(shí)臨界的應(yīng)用49更高的優(yōu)先權(quán)工作。因此也能夠保證在用戶39中實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的具有實(shí)時(shí)性的處理。為了保證實(shí)時(shí)通信所必需的實(shí)時(shí)臨界和非實(shí)時(shí)臨界通信的分離還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以不受限制的使用現(xiàn)有為非實(shí)時(shí)臨界通信的程序，特別是現(xiàn)存驅(qū)動(dòng)程序，由此，一方面不需要昂貴的新的開發(fā)，另一方面非實(shí)時(shí)臨界通信的進(jìn)展對(duì)實(shí)時(shí)通信本身沒有影響，因此，不會(huì)對(duì)本公開的發(fā)明產(chǎn)生局限。
總之，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和一種方法，該系統(tǒng)和方法使得可以在一個(gè)由用戶和耦合單元(例如，分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中)組成的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，通過周期性的運(yùn)行使得可以既進(jìn)行實(shí)時(shí)臨界的、又進(jìn)行非實(shí)時(shí)臨界的通信。在一個(gè)所謂傳輸周期12中對(duì)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元都存在至少一個(gè)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域13和至少一個(gè)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域14，由此，將實(shí)時(shí)臨界的通信和非實(shí)時(shí)臨界的通信分離開。因?yàn)樗杏脩艉婉詈蠁卧冀K是按一個(gè)共同的時(shí)基同步的，所以對(duì)于所有用戶和耦合單元用于傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)區(qū)域都出現(xiàn)在同一時(shí)刻，也就是說，實(shí)時(shí)臨界通信的進(jìn)行在時(shí)間上獨(dú)立于非實(shí)時(shí)臨界通信并因此不受后者影響。實(shí)時(shí)臨界通信事前被計(jì)劃。原始發(fā)送者提供數(shù)據(jù)電報(bào)以及數(shù)據(jù)電報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)借助于有關(guān)耦合單元以時(shí)間為基礎(chǔ)地進(jìn)行。通過在各個(gè)耦合單元中的暫存實(shí)現(xiàn)了，將在任意時(shí)間出現(xiàn)的、隨機(jī)的、非實(shí)時(shí)臨界通信推遲到為非實(shí)時(shí)通信保留的傳輸周期12的傳輸區(qū)域14，并僅僅在那被傳輸。
權(quán)利要求
1.一種用于通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、在工業(yè)裝置中特別是通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的方法，在該網(wǎng)絡(luò)中傳輸實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)，其中，所述交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立在至少兩個(gè)用戶、特別是在一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接收者之間，其中，在至少一個(gè)具有可設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)度(17)的傳輸周期(12)中傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)傳輸周期(12)被劃分為至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域(13)和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第二區(qū)域(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為每個(gè)用戶配備一個(gè)耦合單元，該耦合單元用于發(fā)送和/或接收和/或轉(zhuǎn)發(fā)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元都通過相互間的時(shí)間同步始終具有一個(gè)共同的同步時(shí)基。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所有應(yīng)該在傳輸周期(12)的為實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域(13)內(nèi)傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在該傳輸周期或一個(gè)后續(xù)傳輸周期的為非實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域(14)內(nèi)進(jìn)行傳輸。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所有在傳輸周期(12)的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)內(nèi)不能傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在此后的一個(gè)傳輸周期的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)內(nèi)進(jìn)行傳輸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在一個(gè)傳輸周期(12)內(nèi)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)的時(shí)間長(zhǎng)度，自動(dòng)地通過用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度來確定。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在一個(gè)傳輸周期(12)內(nèi)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度，分別通過面向連接的、待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來確定。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)至少在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前被確定一次。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)和/或傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度是可變的。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)在1微秒至10秒之間。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可以在運(yùn)行中的自動(dòng)化系統(tǒng)中隨時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)通信進(jìn)行新的計(jì)劃。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)可以通過對(duì)實(shí)時(shí)通信的新的計(jì)劃而被改變。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的一部分，用來傳輸用于組織數(shù)據(jù)傳輸(15)的數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述用于組織數(shù)據(jù)傳輸(15)的數(shù)據(jù)在傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的開始被傳輸。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述用于組織數(shù)據(jù)傳輸(15)的數(shù)據(jù)包含用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶和耦合單元時(shí)間同步的數(shù)據(jù)和/或用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于所有待傳輸?shù)?、?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，對(duì)發(fā)送者和/或接收者的發(fā)送和接收的時(shí)刻加以標(biāo)記。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于所有待傳輸?shù)?、?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，分別在每個(gè)相關(guān)的耦合單元中對(duì)所有轉(zhuǎn)發(fā)該實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)電報(bào)的時(shí)刻、以及每個(gè)所屬的、通過其轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的連接線路加以標(biāo)記。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每個(gè)實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)最晚在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)刻或者之前被送至相應(yīng)的耦合單元。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)直接地、沒有時(shí)間間隔地發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可以將不允許用于非實(shí)時(shí)臨界通信的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接線路用于實(shí)時(shí)臨界的通信。
21.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶可以在同一交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中并行地進(jìn)行實(shí)時(shí)臨界的通信和/或非實(shí)時(shí)臨界的通信、特別是因特網(wǎng)通信，其中，所進(jìn)行的非實(shí)時(shí)臨界的通信不影響并行進(jìn)行的實(shí)時(shí)臨界的通信。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可以將至少一個(gè)任意的、具有或者不具有所屬耦合單元的用戶、特別是一個(gè)具有開放的、因特網(wǎng)通信能力的用戶接入到交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中。
23.一種用于通過交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、在工業(yè)裝置中特別是通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個(gè)可與傳輸實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相耦合的數(shù)據(jù)處理裝置，其中，所述交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立在至少兩個(gè)用戶、特別是在一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接收者之間，其中，所述系統(tǒng)至少包括一個(gè)在至少一個(gè)具有可設(shè)定的時(shí)間長(zhǎng)度(17)的傳輸周期(12)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的裝置，每個(gè)傳輸周期(12)被劃分為至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域(13)和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第二區(qū)域(14)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置為每個(gè)用戶配置一個(gè)用于發(fā)送和/或接收和/或轉(zhuǎn)發(fā)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的耦合單元。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，其為交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元提供通過相互間的時(shí)間同步而始終具有的一個(gè)共同的同步時(shí)基。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置保證，將所有應(yīng)該在傳輸周期(12)的為實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域(13)內(nèi)傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在該傳輸周期或一個(gè)后續(xù)傳輸周期的為非實(shí)時(shí)臨界的通信規(guī)定的區(qū)域(14)內(nèi)進(jìn)行傳輸。
27.根據(jù)權(quán)利要求23至26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置保證，將所有在傳輸周期(12)的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)內(nèi)不能傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)，暫存在各自的耦合單元內(nèi)，并在此后的一個(gè)傳輸周期的規(guī)定用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)內(nèi)進(jìn)行傳輸。
28.根據(jù)權(quán)利要求23至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置通過用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度自動(dòng)地確定在一個(gè)傳輸周期(12)內(nèi)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)的時(shí)間長(zhǎng)度。
29.根據(jù)權(quán)利要求23至28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置分別通過面向連接的、待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來確定在一個(gè)傳輸周期(12)內(nèi)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度。
30.根據(jù)權(quán)利要求23至29中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前至少確定一次所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)。
31.根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置可改變所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)和/或傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的時(shí)間長(zhǎng)度。
32.根據(jù)權(quán)利要求23至31中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置可在運(yùn)行中的自動(dòng)化系統(tǒng)中隨時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)通信進(jìn)行新的計(jì)劃。
33.根據(jù)權(quán)利要求23至32中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置通過對(duì)實(shí)時(shí)通信的新的計(jì)劃改變所述傳輸周期(12)的時(shí)間長(zhǎng)度(17)。
34.根據(jù)權(quán)利要求23至33中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置將傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的一部分，用來傳輸用于組織數(shù)據(jù)傳輸(15)的數(shù)據(jù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求23至34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置在所述傳輸周期(12)的用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)的開始傳輸所述用于組織數(shù)據(jù)傳輸(15)的數(shù)據(jù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求23至35中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置對(duì)于所有待傳輸?shù)?、?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，對(duì)發(fā)送者和/或接收者的發(fā)送和接收的時(shí)刻加以標(biāo)記。
37.根據(jù)權(quán)利要求23至36中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置對(duì)于所有待傳輸?shù)?、?shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)，在每次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，分別在每個(gè)相關(guān)的耦合單元中對(duì)所有轉(zhuǎn)發(fā)該實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的時(shí)刻、以及每個(gè)所屬的、通過其轉(zhuǎn)發(fā)該實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)的連接線路加以標(biāo)記。
38.根據(jù)權(quán)利要求23至37中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置保證，每個(gè)實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)最晚在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)刻或者之前被送至相應(yīng)的耦合單元。
39.根據(jù)權(quán)利要求23至38中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置將所述實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)電報(bào)直接地、沒有時(shí)間間隔地發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)。
40.根據(jù)權(quán)利要求23至39中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置將不允許用于非實(shí)時(shí)臨界通信的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接線路用于實(shí)時(shí)臨界的通信。
41.根據(jù)權(quán)利要求23至40中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，將耦合單元集成在用戶中。
42.根據(jù)權(quán)利要求23至41中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)耦合單元具有兩個(gè)分別至用戶的通道，其中，一個(gè)通道用于實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的交換，而另一個(gè)通道用于非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的交換。
43.根據(jù)權(quán)利要求23至42中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置使至少一個(gè)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶可以在同一交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中并行地進(jìn)行實(shí)時(shí)臨界的通信和/或非實(shí)時(shí)臨界的通信、特別是因特網(wǎng)通信，其中，所進(jìn)行的非實(shí)時(shí)臨界的通信不影響并行進(jìn)行的實(shí)時(shí)臨界的通信。
44.根據(jù)權(quán)利要求23至43中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)至少包括一裝置，該裝置可以將至少一個(gè)任意的、具有或者不具有所屬耦合單元的用戶、特別是一個(gè)具有開放的、因特網(wǎng)通信能力的用戶接入到交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中。
45.一種用戶，用于根據(jù)權(quán)利要求1至44中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)和/或方法。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用戶，其特征在于，所述用戶是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的用戶。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的用戶，其特征在于，所述用戶具有至少一個(gè)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的裝置，其中，在至少一個(gè)具有可設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)度(17)的傳輸周期(12)中傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)傳輸周期(12)被劃分為至少一個(gè)傳輸用于實(shí)時(shí)控制的實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第一區(qū)域(13)和至少一個(gè)傳輸非實(shí)時(shí)臨界的數(shù)據(jù)的第二區(qū)域(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和一種方法，該系統(tǒng)和方法使得可以在由用戶和耦合單元(例如，分布式自動(dòng)化系統(tǒng))組成的交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，通過周期性運(yùn)行既進(jìn)行實(shí)時(shí)臨界的、又進(jìn)行非實(shí)時(shí)臨界的通信。在一個(gè)所謂的傳輸周期(12)中對(duì)交換式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元都存在至少一個(gè)用于傳輸實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(13)和至少一個(gè)用于傳輸非實(shí)時(shí)臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域(14)，由此將實(shí)時(shí)臨界通信和非實(shí)時(shí)臨界通信分離開。
文檔編號(hào)H04L12/64GK1476702SQ01819496
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月24日
發(fā)明者卡爾-海因茨·克勞斯, 卡爾-海因茨 克勞斯 申請(qǐng)人:西門子公司