專利名稱：在通信網(wǎng)絡中尋址冗余用戶的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在通信網(wǎng)絡中尋址至少兩個相互冗余的用戶的系統(tǒng)和方法，其中這些用戶始終對應于該通信系統(tǒng)中的一個唯一物理地址。
背景技術：
由US 6392990 B1公開了一種用于處理在網(wǎng)絡的接口部件中出現(xiàn)的故障的方法。為了在計算機上運行，該方法設置在具有多個計算機的網(wǎng)絡中，其中這些計算機具有用冗余導線連接的、相互冗余的接口單元。該方法通過產(chǎn)生網(wǎng)絡中計算機的地址列表，來確保在出現(xiàn)網(wǎng)絡故障之后能透明地進行恢復。該計算機周期地檢測至一個或多個其它計算機的通信連接，直到該計算機從至少一個計算機那里獲得按照后者的網(wǎng)絡地址形式的回復。接著，該計算機利用該另一計算機的網(wǎng)絡地址來監(jiān)控至該另一計算機的通信連接，直到必要時該另一計算機不再回復為止。對于計算機沒有獲得任何回復的情況，該計算機將另一計算機的網(wǎng)絡地址分配給冗余接口單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提高通信網(wǎng)絡內(nèi)的通信連接的可用性。
該技術問題是通過本發(fā)明的系統(tǒng)來解決的。該系統(tǒng)用于在通信網(wǎng)絡中尋址至少兩個相互冗余的用戶，其中所述用戶分別始終對應于該通信系統(tǒng)中的第一唯一物理地址，并且一個由相互冗余用戶構成的組分別對應該通信系統(tǒng)中的第二唯一物理地址，其中，對于該用戶組的冗余用戶，對應該組的所述第二地址可以分別作為通信網(wǎng)絡中的有效地址而被激活和抑制，其中，設置至少一個上級單元，分別用于在某個時刻對該冗余用戶組中的恰好一個用戶激活該第二地址，而對該冗余用戶組中的其他用戶抑制該第二地址。
所述技術問題還通過本發(fā)明的方法來解決的。在用于在通信網(wǎng)絡中尋址至少兩個相互冗余用戶的方法中，用戶分別始終對應于該通信系統(tǒng)中的第一唯一物理地址，并且一個由相互冗余用戶構成的組分別對應于該通信系統(tǒng)中的第二唯一物理地址，其中，對于該用戶組的冗余用戶，對應于該組的所述第二地址可以分別作為通信網(wǎng)絡中的有效地址而被激活和抑制，其中，至少一個上級單元對該冗余用戶組中的恰好一個用戶激活該第二地址，而對該冗余用戶組中的其他用戶則抑制該第二地址。
為了提高通信可用性，鋪設通?？筛叨壤玫耐ㄐ趴偩€。這例如通過建立通信環(huán)或通過加倍通信導線來達到。為了不僅能控制通信段的故障還能控制通信單元的故障，在很多情況下還冗余地實現(xiàn)通信單元，因為通信單元在可高度利用的通信總線的情況下是下一個薄弱環(huán)節(jié)。諸如冗余控制單元或具有冗余通信單元的外設單元等與通信總線(直線或環(huán))或冗余通信總線連接的功能單元必須是可以尋址的。在此存在兩個對立的要求對于所有應當將冗余掩蓋起來的功能，功能單元應當只有一個地址。這種功能例如是連接用單信道連接的過程外設。該地址應當是可以轉換的。對于所有應當將冗余公開的功能，功能單元或其通信單元應當有與冗余單元中具有的冗余部件相同數(shù)量的多個地址。這樣可以進行針對用戶的診斷，因為例如在出現(xiàn)故障時有關部件的相應地址可以唯一給定。在維護時以及對于查詢功能該要求同樣有效。在此，感興趣的不是冗余部件的共性，而是各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)。冗余通信單元通?？梢詷嬙鞛閚個信道(n＞1)的。本發(fā)明滿足所描述的兩個表面上矛盾的要求。在此，通信網(wǎng)絡中的用戶或通信用戶是指通信單元，必要時是指通信單元的部分單元。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，設置用于識別至用戶的通信段的故障以及識別該用戶的故障的上級單元。也就是說，通過上級通信單元(或伙伴單元)監(jiān)控通信功能。
如果上級單元發(fā)現(xiàn)優(yōu)選信道故障，則該上級單元可以驅使該當前設置為備用的、冗余通信單元的部分單元轉換或接管所連接的地址。由此優(yōu)選的，設置用于從至對應于一個組的用戶的通信段中選擇一個優(yōu)選通信段的上級單元。下面將一個相互冗余的用戶的組稱為冗余組。冗余部分單元的每一個部分單元都具有兩個地址。第一地址分別固定分配給該部分單元。另一個地址是第二地址，也就是所謂的可轉換地址。該可轉換地址在優(yōu)選信道中被激活，并在所有屬于該冗余組的冗余信道中被抑制。在優(yōu)選信道出現(xiàn)故障時，將可轉換地址激活地連接到備用信道上。通過該可轉換地址可以獲得該組的全部功能。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，用于在通信網(wǎng)絡中尋址至少兩個相互冗余用戶的所述系統(tǒng)是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。對于所有其中分布到冗余信道或冗余通信單元的沒有相關性的功能，部件就如同一個信道的部件那樣工作。這些功能例如是過程數(shù)據(jù)讀取/寫入和過程警告。對于這些功能，冗余網(wǎng)絡部件在通信環(huán)和冗余通信總線上都如同一個唯一的部件那樣工作。其優(yōu)點是保持冗余被掩蓋的狀態(tài)。在自動化技術中的目標是，只處理冗余外設單元的過程數(shù)據(jù)或過程警告的伙伴部件不必操心冗余。如果優(yōu)選信道單元發(fā)生故障，則底層通信系統(tǒng)(如以太網(wǎng))自動重復通信請求，并且另一方面由于可轉換地址響應，因此通信通過此前的備用信道進行，而該單信道的通信單元本身不必參與。只有那些必須尋址單個部分單元的功能單元(例如為了診斷和維護)，才必須通過了解該部分單元的地址而具有關于冗余的知識。其優(yōu)點是，采用與單信道部件的情況相同的裝置來讀取和寫入修理和維護所需的所有信息(如部分單元的位置正確的數(shù)據(jù))。由此，從一個信道部件的觀點來看也具有保持冗余被掩蓋的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)簡單的自動尋址，尤其是在系統(tǒng)加速時，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，冗余用戶組中的一個用戶激活與其對應的通信網(wǎng)絡中的第三唯一物理地址，作為在通信網(wǎng)絡中有效的、對應于該組的第二地址，而該組中的其余冗余用戶則抑制第二地址。


下面，借助附圖中所示的實施例詳細描述和解釋本發(fā)明。其中示出了圖1是用于在通信網(wǎng)絡中尋址兩個相互冗余用戶的系統(tǒng)，圖2是在具有冗余實施的通信總線的通信網(wǎng)絡中的具有相互冗余用戶的系統(tǒng)，圖3是具有兩個冗余部分單元的通信單元，圖4是用于在通信網(wǎng)絡中尋址相互冗余用戶的系統(tǒng)，以說明該系統(tǒng)內(nèi)部的通信關系。
具體實施例方式
圖1示出用于在通信網(wǎng)絡5中尋址兩個相互冗余用戶3、4的系統(tǒng)。在根據(jù)圖1的實施例中，用戶3、4是一個功能單元11的相互冗余的通信單元。相互冗余的用戶3、4構成一個組6。冗余用戶3、4可以通過通信網(wǎng)絡5中的通信總線10相互通信。通信總線10連接上級單元7，后者具有通信單元12和功能單元13。為了進行通信而具有不同的通信段8。第一冗余用戶3始終對應于通信網(wǎng)絡5中的唯一物理地址1。第二冗余用戶4始終對應于通信網(wǎng)絡5中的另一個唯一物理地址9。相互冗余的用戶3、4的組6對應于通信網(wǎng)絡5中的另一個唯一物理地址2，對于組6的兩個冗余用戶3、4的每一個用戶，都可以將該地址作為通信網(wǎng)絡5中的有效地址而激活和抑制。在根據(jù)圖1的實施例中，在初始化上級單元7之后進行該激活和抑制。在此，上級單元7向兩個冗余用戶3、4的一個用戶分配地址2，也就是說，對相應的用戶3或4激活該地址2。相反，而對另一個用戶4或3通過上級功能單元7抑制該地址2。采用這種物理地址1、2、9的對應關系使得既可以通過相互冗余用戶3、4的各第一地址1、9分別唯一尋址或應答冗余用戶3、4，也可以通過物理地址2尋址組6。在此，物理地址2對應于兩個通過冗余用戶3、4和相應的總線段構成的通信信道中作為優(yōu)選信道的那個通信信道。相應的另一個通信信道作為備用信道保留。通信功能由上級單元7進行監(jiān)控。如果上級單元7揭示利用優(yōu)選通道的通信出現(xiàn)故障或干擾，則該上級單元驅使該當前被設置為備用的該組用戶3或4轉換或接管所謂的連接地址2。
在目前的公知系統(tǒng)中，對于相互冗余的單元或者只能為兩個單元設置唯一一個相同的地址，或者為優(yōu)選通道設置一個地址，為備用信道設置一個地址。這樣，在優(yōu)選信道出現(xiàn)故障時，由迄今為止是備用信道的部分通信單元盡快地接管該優(yōu)選信道以及該優(yōu)選信道的地址。但從使用者的觀點來看整個通信單元變換了地址。但在兩個目前公知的方法中，不能合理地解決每個冗余單元都應當可以在網(wǎng)絡中被唯一尋址的要求。由此在根據(jù)現(xiàn)有技術而公知的方法中，診斷和維護工具不知道在與兩個相互冗余通信單元中的哪一個通信單元通信。
圖2示出用于在具有冗余總線系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中尋址兩個相互冗余用戶的系統(tǒng)的另一實施例。通信單元22、31、33通過冗余通信段20、21(例如通信總線)相互耦合。通信單元22、31、33滿足功能單元23、32、34的通信任務。用于功能單元34的通信單元33是冗余通信單元，其包含兩個相互冗余的部分單元35、36。同樣，上級功能單元23的通信單元22構造為冗余的上級通信單元。通信的另一個用戶是一個信道的功能單元32，后者通過一個信道的通信單元31通信。
通信單元22、31和部分單元35、36分別對應于通信網(wǎng)絡中的一個固定的唯一物理地址。在根據(jù)圖2的實施例中，該物理地址實施為所謂的MAC地址24、25、26、27(MAC＝介質(zhì)存取控制)。作為MAC地址，通常由48位大的十六進制數(shù)表示，并且一般表示通信網(wǎng)絡中一個用戶的不可更改的標識號。MAC地址是硬件地址，用于唯一識別網(wǎng)絡中的結點。根據(jù)表示為7層模型的OSI參考模型(OSI＝開放式系統(tǒng)互聯(lián))，第二層，即所謂的數(shù)據(jù)安全層，分為兩個子層，其中MAC層是底層。MAC層用于將比特傳輸層規(guī)劃組織為信息邏輯組，即所謂的幀，MAC還用于確定錯誤、控制數(shù)據(jù)流和識別網(wǎng)絡中的計算機?，F(xiàn)在為冗余部分單元35、36引入另一個地址28。也就是說，每個部分單元35、36都包含兩個地址。相應的第一地址26、27固定地對應于相應的部分單元35或36，而另一地址28則是所謂的可轉換地址。對優(yōu)選信道激活可轉換地址28，而對備用信道則抑制該地址。在優(yōu)選信道或通信段20、21出現(xiàn)故障時，將該第二地址28激活地連接到備用信道。通過該第二地址28可以獲得功能單元34的全部功能。
MAC地址層的一種可能實現(xiàn)方式如下兩個部分單元35、36中的每一個都包含兩個全局唯一的MAC地址26、27或28。在系統(tǒng)第一次接通后首先準備好運行的部分單元35或36自主地激活它的兩個地址26、27或28，一個地址作為固定對應的地址26或27，另一個地址作為所謂的連接地址28。隨后啟動的那個部分單元36或35只激活其固定對應的地址26或27。對該部分單元36或35抑制所謂的連接地址28。但是，該部分單元36或35準備在另一個部分單元35或36出現(xiàn)故障時，接管該另一個部分單元35或36的已連接的MAC地址28。
在圖2的實施例中冗余地實現(xiàn)上級通信單元22，也就是說，上級通信單元22通過通信段20借助地址24或通過通信段21借助地址25來應答。上級通信單元22的任務是監(jiān)控與冗余通信單元33的通信。該監(jiān)控既針對優(yōu)選信道(主要)又針對備用信道。在備用信道出現(xiàn)故障時(或者由于總線連接出現(xiàn)故障或者由于相應備用部分單元35或36出現(xiàn)故障)，向上級管理系統(tǒng)告知該故障。在優(yōu)選信道出現(xiàn)故障時，通過上級功能單元23向相應備用單元35或36發(fā)送消息，備用信道成為優(yōu)選信道。該部分單元35、36保留其固定地址26或27，并激活優(yōu)選信道的連接地址28。而對以前的優(yōu)選信道通過內(nèi)部連接和由上級通信單元22施加抑制其優(yōu)選信道地址28的任務(如果該地址沒有失效并因此在通信技術上不再起作用)。
例如利用下面描述的兩種方法中的一種來分配可轉換地址在第一種提議的方法中，上級通信單元22管理可轉換地址，并在每次首次激活冗余組時分配該可轉換地址。從運行開始就在每個部分單元35、36上設置地址26、27，而另一個地址28為0或不起作用。只有當冗余組中的該部分單元35、36投入運行時才使用該第二地址28。在第二種提議的方法中，屬于冗余組的通信單元33的每個部分單元35、36從運行開始就設置了兩個全局唯一的地址。例如部分單元35獲得地址“a+x”，而部分單元36獲得地址“b+y”。在接通相互冗余的部分單元35、36時，首先接通的部分單元35激活其可轉換地址“x”。隨后接通的部分單元36放棄其可轉換地址“y”，并將地址“x”作為可轉換地址。
診斷和維護工具大多象一個信道的功能單元32那樣用一個信道的通信單元31實現(xiàn)。一個信道的通信單元31又對應于一個固定的物理地址29。通信單元31通過交換機30與冗余通信段20或21通信。診斷和維護工具知道冗余通信單元33的兩個地址26、27，因為診斷和維護的目標就是診斷各個可更換的部分單元35、36。對于通信請求需要相應硬件單元的單獨應答，這用本發(fā)明所提議的尋址機制就可以做到。
圖3示出具有冗余通信單元的功能單元40的實施例，該冗余通信單元40由兩個部分單元41、42組成。部分單元41和42通過通信連接43、44與這里未示出的通信網(wǎng)絡中的其它用戶通信?？梢酝ㄟ^物理地址46、47、48尋址部分單元41、42。此外，內(nèi)部通信連接45存在于兩個部分單元41和42之間。由于所述地址轉換不是通過內(nèi)部通信連接45、而是通過外部通信連接43、44進行的，因此一方面可以控制內(nèi)部通信連接45的故障，另一方面還可以識別和控制外部通信連接43、44的故障。
圖4示出用于在通信網(wǎng)絡中尋址相互冗余用戶的系統(tǒng)內(nèi)的通信關系。示出具有由兩個部分單元56、57組成的通信單元的功能單元55、具有一個信道的通信單元54的一個信道的通信單元53、以及具有上級通信單元52的上級功能單元51。上級通信單元52可以通過地址60被尋址，并通過交換機58利用冗余通信總線50通信。一個信道的通信單元54可以通過地址61被尋址，并通過交換機59與冗余通信總線50通信。冗余通信單元的部分單元56、57同樣通過冗余通信總線50相互通信，并可以通過地址62、63被尋址。
用附圖標記67表示的箭頭示出在所示系統(tǒng)內(nèi)的多個通信關系。通過該通信關系交換例如過程數(shù)據(jù)和過程警告。這些通信關系就冗余通信單元而言用連接地址63工作，就這點來說和與一個信道設備的通信關系是等同的。用附圖標記66表示的箭頭示出用于維護和診斷的、與通信單元的部分單元56、57的通信關系。此外，該圖中還具有未示出的與功能單元55的通信關系。用附圖標記65表示的通信關系示出在識別了優(yōu)選信道出現(xiàn)故障時需要哪些功能用于通信監(jiān)控，哪些功能用于轉換要求。通過這些通信關系還可以識別和通知備用信道上的通信干擾。在所示情況下，部分單元57是備用單元，并因此沒有激活其可連接地址63。
總而言之，本發(fā)明涉及用于在通信網(wǎng)絡5中尋址至少兩個相互冗余用戶3、4的一種系統(tǒng)以及一種方法，其中用戶3、4分別始終對應于通信網(wǎng)絡中的第一唯一物理地址1、9。為了提高該通信網(wǎng)絡內(nèi)的通信連接的可利用性，提議將相互冗余用戶3、4的組6分別對應于通信網(wǎng)絡中第二唯一物理地址2，其中對于該組的冗余用戶3、4，可以將與組6對應的第二地址2分別作為通信網(wǎng)絡5中的有效地址而激活或抑制，其中設置至少一個上級單元7，分別用于在某個時刻對該組6的冗余用戶3、4中的恰好一個用戶激活該第二地址2，而對該組6的其它冗余用戶3、4則抑制該第二地址2。
權利要求
1.一種用于在通信網(wǎng)絡(5)中尋址至少兩個相互冗余用戶(3，4)的系統(tǒng)，其中，所述用戶(3，4)分別始終對應該通信系統(tǒng)(5)中的第一唯一物理地址(1，9)，并且一個由該相互冗余用戶(3，4)構成的組(6)分別對應該通信系統(tǒng)(5)中的第二唯一物理地址(2)，其中，對于該組(6)的冗余用戶(3，4)，對應于該組(6)的所述第二地址(2)可以分別作為通信網(wǎng)絡(5)中的有效地址而被激活和抑制，其中，設置至少一個上級單元(7)，用于分別在某個時刻對該組(6)的冗余用戶(3，4)中的恰好一個用戶激活該第二地址(2)，而對該組(6)中的其他用戶(3，4)抑制該第二地址(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上級單元(7)用于識別至所述用戶(3，4)的通信段(8)的故障，以及所述用戶(3，4)的故障。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上級單元(7)用于從至對應于一個組(6)的用戶(3，4)的通信段(8)中選擇一個優(yōu)選通信段(8)。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)是工業(yè)自動化系統(tǒng)的一部分。
5.一種用于在通信網(wǎng)絡(5)中尋址至少兩個相互冗余用戶(3，4)的方法，其中，所述用戶(3，4)分別始終對應該通信系統(tǒng)(5)中的第一唯一物理地址(1，9)，并且一個由該相互冗余用戶(3，4)構成的組(6)分別對應該通信系統(tǒng)(5)中的第二唯一物理地址(2)，其中，對于該組(6)的冗余用戶(3，4)，對應于該組(6)的所述第二地址(2)可以分別作為通信網(wǎng)絡(5)中的有效地址而被激活和抑制，其中，設置至少一個上級單元(7)，用于分別在某個時刻對該組(6)的冗余用戶(3，4)中的恰好一個用戶激活該第二地址(2)，而對該組(6)中的其他用戶(3，4)抑制該第二地址(2)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述上級單元(7)識別至所述用戶(3，4)的通信段(8)的故障，以及所述用戶(3，4)的故障。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述上級單元(7)從至對應于一個組(6)的用戶(3，4)的通信段(8)中選擇一個優(yōu)選通信段(8)。
8.根據(jù)權利要求5至7中任一項所述的方法，其特征在于，冗余用戶組中的一個用戶激活與該用戶對應的通信網(wǎng)絡(5)中的第三唯一物理地址，作為在通信網(wǎng)絡(5)中有效的、對應于該組的第二地址(2)，而該組(6)中的其它冗余用戶(3，4)則抑制該第二地址(2)。
9.根據(jù)權利要求5至8中任一項所述的方法，其特征在于，該方法用于工業(yè)自動化系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在通信網(wǎng)絡(5)中尋址至少兩個相互冗余用戶(3，4)的系統(tǒng)和方法，其中用戶(3，4)分別始終對應該通信系統(tǒng)(5)中的第一唯一物理地址(1，9)。為了提高通信網(wǎng)絡內(nèi)通信連接的可用性，由該相互冗余用戶(3，4)構成的組(6)分別對應該通信系統(tǒng)(5)中的第二唯一物理地址(2)，其中，對于該組(6)的冗余用戶(3，4)，對應于該組(6)的第二地址(2)可以分別作為通信網(wǎng)絡(5)中的有效地址而被激活和抑制，其中，設置至少一個上級單元(7)，分別用于在某個時刻對該組(6)的冗余用戶(3，4)中的恰好一個用戶激活第二地址(2)，而對該組(6)中的其他用戶(3，4)抑制該第二地址(2)。
文檔編號H04L29/12GK1645868SQ20051000568
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權日2004年1月23日
發(fā)明者赫伯特·巴塞爾, 喬基姆·費爾德, 岡特爾·斯坦德爾, 卡爾·韋伯 申請人:西門子公司