用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備的制作方法
【專利摘要】用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，其具有第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元，所述第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可選地以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式傳輸數(shù)據(jù)包并且能夠選擇性地切換成有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的傳輸模式。評估單元與第一發(fā)送和接收單元或第二發(fā)送和接收單元連接，評估單元檢測以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在檢測到以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)，將用于所接收到的冗余數(shù)據(jù)包的冗余處理單元和過濾器單元禁用。第一發(fā)送和接收單元或第二發(fā)送和接收單元分配有存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元在有擾動(dòng)的傳輸模式中在預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間期間緩存至少一個(gè)以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
【專利說明】用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備以及一種用于操作通信設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在分布式工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，在記錄、評估和傳輸測量和控制數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該確保，完整的和未經(jīng)更改的數(shù)據(jù)特別是在對時(shí)間要求嚴(yán)格的工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)存在。要避免有意的、無意的或由技術(shù)錯(cuò)誤引起的改變，因?yàn)檫@在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)能夠?qū)е虏灰恢碌南到y(tǒng)狀態(tài)以及伴隨經(jīng)濟(jì)上嚴(yán)重后果的停工時(shí)間的系統(tǒng)故障。
[0003]工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常包括多個(gè)經(jīng)由工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化設(shè)備并且在生產(chǎn)或過程自動(dòng)化的范圍中用于控制或調(diào)節(jié)裝置、機(jī)器或設(shè)備。由于在借助于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)化的技術(shù)系統(tǒng)中的對時(shí)間要求嚴(yán)格的框架條件，在用于自動(dòng)化設(shè)備之間的通信的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中通常應(yīng)用實(shí)時(shí)通信協(xié)議，例如為Profinet、Profibus或?qū)崟r(shí)以太網(wǎng)(Real-Time-Ethernet)。
[0004]在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算單元或自動(dòng)化設(shè)備之間的通信連接的中斷可能會(huì)導(dǎo)致不期望或不必要地重復(fù)服務(wù)請求的傳輸。這造成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信連接的額外的負(fù)荷，這可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的系統(tǒng)干擾或故障。在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，通常由具有相對多的、但是相對短的消息的訊息交換引起特殊的問題，由此加劇上述問題。
[0005]為了能夠補(bǔ)償通信連接或通信設(shè)備的失效，通信協(xié)議，例如為介質(zhì)冗余協(xié)議、高可用性無縫冗余或并行冗余協(xié)議被開發(fā)用于高可用性的、可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。介質(zhì)冗余協(xié)議(MSR)在標(biāo)準(zhǔn)IEC62439中定義并且能夠?qū)崿F(xiàn)在有擾動(dòng)的余傳輸數(shù)據(jù)包的情況下對在具有簡單的環(huán)形拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)連接失效進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)介質(zhì)冗余協(xié)議，將冗余管理器分配給在環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的具有兩個(gè)端口的交換機(jī)，所述冗余管理器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的連接失效并且必要時(shí)引入用于環(huán)形短接的開關(guān)措施。在正常的操作狀態(tài)下，冗余管理器利用測試數(shù)據(jù)包來檢查，在環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)是否出現(xiàn)中斷。然而，與冗余管理器相關(guān)聯(lián)的交換機(jī)通常不將具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包從一個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)端口。因此防止了具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包在環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)循環(huán)。如果環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的交換機(jī)或連接失效，那么從一個(gè)端口發(fā)出的測試數(shù)據(jù)包不再在相應(yīng)的另一端口上接收。據(jù)此，冗余管理器能夠識別出失效并且在失效的情況下將具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包以不同于正常的操作狀態(tài)的方式從一個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)給另一端口并且反之亦然。此外，冗余管理器安排通知其余的交換機(jī)關(guān)于失效造成的拓?fù)涓淖?。以所述方式避免?shù)據(jù)包經(jīng)由失效的連接傳輸。
[0006]有擾動(dòng)的介質(zhì)冗余方法原則上能夠以相對低的耗費(fèi)來實(shí)現(xiàn)。然而不利的是，一方面消息可能在錯(cuò)誤情況下丟失，并且另一方面在重新配置通信網(wǎng)絡(luò)期間首先存在故障狀態(tài)。這類故障狀態(tài)必須通過更高級別的通信協(xié)議、例如借助于網(wǎng)絡(luò)層或傳輸層上的TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議)來防護(hù)，以便避免通信連接的中斷。
[0007]PROFINET (IEC 61158類型10)也引用介質(zhì)冗余協(xié)議作為在具有環(huán)形拓?fù)涞耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的有擾動(dòng)的介質(zhì)冗余方法。與此相對，有計(jì)劃地復(fù)制媒體冗余(MRPD)提供了對無擾動(dòng)地傳輸同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展。然而，有計(jì)劃地復(fù)制介質(zhì)冗余不是與應(yīng)用無關(guān)的無擾動(dòng)介質(zhì)冗余方法，而是PROFINET的特殊擴(kuò)展。
[0008]在標(biāo)準(zhǔn)IEC 62439-3中定義高可用性無縫冗余(HSR)和并聯(lián)冗余協(xié)議(PRP)，并且以極短的恢復(fù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的無擾動(dòng)冗余傳輸。根據(jù)高可用性無縫冗余和并行冗余協(xié)議，每個(gè)數(shù)據(jù)包由進(jìn)行發(fā)送的通信設(shè)備復(fù)制，并且以兩種不同的路徑發(fā)送到接收器。通過接收器側(cè)的通信設(shè)備，從接收數(shù)據(jù)流中過濾掉代表副本的冗余數(shù)據(jù)包。
[0009]在DE 10 2008 017 192 Al中說明了一種用于建立網(wǎng)絡(luò)的方法，所述網(wǎng)絡(luò)包括具有一組端口的第一網(wǎng)絡(luò)用戶。所述端口與網(wǎng)絡(luò)的其它網(wǎng)絡(luò)用戶的端口連接。在第一方法步驟中，將分配給第一網(wǎng)絡(luò)用戶的端口切換到第一操作模式下。在第一操作模式下，能夠經(jīng)由端口接收和發(fā)送測試報(bào)文。根據(jù)另一方法步驟，經(jīng)由分配給第一網(wǎng)絡(luò)用戶的端口發(fā)送測試報(bào)文。此外，如果所發(fā)送的測試報(bào)文中的測試報(bào)文沒有再次被第一網(wǎng)絡(luò)用戶接收，那么將分配給第一網(wǎng)絡(luò)用戶的端口切換到第二操作模式下。在第二操作模式下，經(jīng)由分配給所述第一網(wǎng)絡(luò)用戶的端口接收的報(bào)文經(jīng)由剩余的端口轉(zhuǎn)發(fā)。以這種方式，能夠避免在互聯(lián)或擴(kuò)展復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)時(shí)形成網(wǎng)絡(luò)環(huán)。
[0010]從EP 2 282 452 Al中描述一種用于在環(huán)型通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，在所述方法中根?jù)高可用性無縫冗余來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且通信網(wǎng)絡(luò)包括至少一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有帶有相應(yīng)的第一和第二相鄰節(jié)點(diǎn)的第一和第二通信接口。此外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由第一通信接口接收數(shù)據(jù)幀，并且將所接收的數(shù)據(jù)幀更改或未經(jīng)更改地經(jīng)由第二通信接口無額外延遲地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。主節(jié)點(diǎn)將第一和第二冗余的數(shù)據(jù)幀或空的數(shù)據(jù)包發(fā)送給其第一或第二相鄰節(jié)點(diǎn)。在接收兩個(gè)冗余的數(shù)據(jù)幀時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在預(yù)定的保留區(qū)域中以過程數(shù)據(jù)來填充相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。隨后，每個(gè)已填充的數(shù)據(jù)幀立即并且單獨(dú)地轉(zhuǎn)發(fā)給源節(jié)點(diǎn)的第一或第二相鄰節(jié)點(diǎn)。最終，目的節(jié)點(diǎn)從冗余的數(shù)據(jù)幀對中的所接收到的已填充的第一數(shù)據(jù)幀中提取過程數(shù)據(jù)。
[0011]在EP 2 343 857 Al中說明了一種用于通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括第一子網(wǎng)絡(luò)和與第一子網(wǎng)絡(luò)連接的第二子網(wǎng)絡(luò)。在第一子網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)生成樹協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸期間，為了在第二子網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用與在第一子網(wǎng)絡(luò)中所應(yīng)用的協(xié)議不同的第二協(xié)議。在EP2343857A1中所說明的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為用于作為第二子網(wǎng)絡(luò)的元件，并且設(shè)計(jì)為用于在第二子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行通信。此外，借助于生成樹功能，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為用于監(jiān)視和控制第二子網(wǎng)絡(luò)的生成樹根節(jié)點(diǎn)。由此，通過在第一子網(wǎng)絡(luò)中所應(yīng)用的生成樹協(xié)議，第二子網(wǎng)絡(luò)可被視為虛擬節(jié)點(diǎn)。
[0012]從EP 2 413 538 Al中已知一種用于在通信系統(tǒng)中進(jìn)行冗余通信的方法，所述通信系統(tǒng)包括多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由至少一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)相互連接。基于在數(shù)據(jù)傳輸之前限定的信息防止源自第一通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)從第二通信網(wǎng)絡(luò)向回傳輸?shù)降谝煌ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型基于下述目的，提出一種用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備和一種用于操作這種通信設(shè)備的方法，所述通信設(shè)備一方面能夠?qū)崿F(xiàn)在對時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用中避免連接中斷并且另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)在對時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用中減少耗費(fèi)的冗余處理。
[0014]所述目的通過根據(jù)本實(shí)用新型提出的一種通信設(shè)備和方法來實(shí)現(xiàn)。在下文中提出本實(shí)用新型的有利的改進(jìn)形式。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備包括至少一個(gè)第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元，所述至少一個(gè)第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元分別具有用于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接的接口。兩方的發(fā)送和接收單元具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址和相同的設(shè)備標(biāo)識符。將信號處理單元與第一和第二發(fā)送和接收單元連接以用于在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行無擾動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸。信號處理單元具有用于將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包并行轉(zhuǎn)發(fā)給兩方的發(fā)送單元的多路復(fù)用器單元和用于處理由兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包的冗余處理單元。數(shù)據(jù)包例如能夠是數(shù)據(jù)鏈路層上的幀、網(wǎng)絡(luò)層上的包或傳輸層上的段。冗余處理單元包括過濾器單元，所述過濾器單元設(shè)計(jì)成用于檢測接收到的冗余數(shù)據(jù)包。
[0016]此外，根據(jù)本實(shí)用新型，第一或第二發(fā)送和接收單元既設(shè)計(jì)成用于在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有擾動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸、也設(shè)計(jì)成用于在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無擾動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸，并且能夠選擇性地切換成有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的傳輸模式。將評估單元與第一或第二發(fā)送和接收單元連接，所述評估單元設(shè)計(jì)成用于檢測以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在此，以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包至少在預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)字段中具有用于相應(yīng)的傳輸模式的標(biāo)識。此外，在檢測到以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)將冗余處理單元和過濾器單元被禁用。此外，第一或第二發(fā)送和接收單元分配有存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)成用于在有擾動(dòng)的傳輸模式中在預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間期間緩存至少一個(gè)以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
[0017]總體上，根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備通過能夠選擇性地切換成在有擾動(dòng)和無擾動(dòng)的傳輸模式，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)尤其是在高的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的情況下防止以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)膶r(shí)間要求嚴(yán)格的消息的過度延遲。另一方面，能夠通過分為以無擾動(dòng)和有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包來將用于緩存以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的存儲(chǔ)單元的尺寸確定成更小的。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的例如能夠作為通信模塊的通信設(shè)備是用于控制和調(diào)節(jié)裝置、機(jī)器或設(shè)備的模塊式自動(dòng)化設(shè)備的組件。這種模塊式自動(dòng)化設(shè)備除通信模塊之外還能夠接收一個(gè)或多個(gè)附加模塊或功能模塊，以便提供或擴(kuò)展自動(dòng)化設(shè)備的功能性。這類附加模塊或功能模塊例如能夠?yàn)檩斎?輸出模塊、能源供應(yīng)模塊或中央控制模塊。在此，待控制或待調(diào)整的裝置、機(jī)器或設(shè)備能夠與輸入/輸出模塊、通信模塊或中央控制模塊連接。在此，中央控制模塊尤其能夠是模塊式自動(dòng)化設(shè)備的固定的組成部分。此外，模塊式自動(dòng)化設(shè)備能夠包括也稱作分布式外圍設(shè)備的外置的或鄰近于過程設(shè)置的控制單元。
[0019]為了模塊式自動(dòng)化設(shè)備的附加模塊或功能模塊之間的通信連接，例如能夠設(shè)有用于串行的或并行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋嘲蹇偩€。附加模塊或功能模塊有利地以能夠拆卸的方式固定在自動(dòng)化設(shè)備上。只要將附加模塊或功能模塊固定在背板總線上，那么所述附加模塊或功能模塊就能夠經(jīng)由背板總線被其它附加模塊或功能模塊優(yōu)選實(shí)時(shí)進(jìn)行訪問。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備既能夠構(gòu)造成并且設(shè)計(jì)成用于有線連接網(wǎng)絡(luò)，也能夠構(gòu)造成并且設(shè)計(jì)成用于無線連接網(wǎng)絡(luò)。例如，根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備能夠具有以太網(wǎng)接口、WLAN (無線局域網(wǎng))接口、用于HART (高速通道可定址遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器)網(wǎng)絡(luò)或無線HART網(wǎng)絡(luò)的接口或用于例如為Profinet或Profibus的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接口。
[0021]按照根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備的一個(gè)有利的改進(jìn)形式，信號處理單元設(shè)計(jì)成用于僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)，將序列號分配給以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包或?qū)⑷哂嘈畔⒉迦氲揭詿o擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中。以這種方式，在能夠以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中能夠目的明確地避免在以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中對于冗余處理而言所需的處理耗費(fèi)。相應(yīng)于此，冗余處理單元優(yōu)選設(shè)計(jì)成用于僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)才進(jìn)行副本過濾。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)具有環(huán)形拓?fù)?。此外，在這種情況下設(shè)有監(jiān)視和控制單元，所述監(jiān)視和控制單元設(shè)計(jì)成用于利用所發(fā)送的測試數(shù)據(jù)包來檢測在所述環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的中斷。此外，監(jiān)視和控制單元有利地設(shè)計(jì)成用于控制將指向第一或第二發(fā)送和接收單元的第一連接的具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給第一或第二發(fā)送和接收單元的第二連接。以所述方式能夠?qū)崿F(xiàn)對于以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包而言低耗費(fèi)的冗余處理方法。
[0023]相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備的一個(gè)尤其優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，以無擾動(dòng)或有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包通過相應(yīng)地記錄到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)類型字段中來標(biāo)識。這能夠?qū)崿F(xiàn)對以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的可靠且簡單的檢測以及其相應(yīng)的處理。此外，能夠依據(jù)相應(yīng)地應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)包標(biāo)識成以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)?。這能夠?qū)崿F(xiàn)對以有擾動(dòng)和無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的簡單且快速的劃分。優(yōu)選地，以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包相比分配有較高的優(yōu)先級。因此進(jìn)一步降低了以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的延遲傳輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包分別分配有相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1Q的具有優(yōu)先級6的VLAN標(biāo)簽時(shí)，就能夠尤其沒有問題地執(zhí)行。
[0024]相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的通信設(shè)備的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案，設(shè)有經(jīng)由耦合元件與信號處理單元連接的、用于自動(dòng)化設(shè)備的至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。此外，信號處理單元能夠經(jīng)由第一和第二接口與耦合元件連接。在這種情況下，第一網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置為用于傳輸通過第一接收單元接收到的數(shù)據(jù)包，同時(shí)第二接口設(shè)置為用于傳輸通過第二接收單元接收到的數(shù)據(jù)包。優(yōu)選地，冗余處理單元附加地包括標(biāo)識單元，所述標(biāo)識單元設(shè)計(jì)成用于將冗余指示符插入到所接收到的冗余數(shù)據(jù)包中。在此，冗余處理單元設(shè)計(jì)成用于將通過兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包以無緩沖存儲(chǔ)的方式轉(zhuǎn)發(fā)給耦合元件。以這種方式省去迄今的通過包含管理緩沖存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包在內(nèi)的信號處理或冗余處理單元對所接收到的數(shù)據(jù)包的通常完全的緩沖。
[0025]相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的、用于操作在冗余的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)備的方法，通信設(shè)備包括至少一個(gè)第一發(fā)送和接收單元以及第二發(fā)送和接收單元，所述至少一個(gè)第一發(fā)送接收單元以及第二發(fā)送和接收單元分別具有用于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接的接口。在此，兩方的發(fā)送和接收單元具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址和相同的設(shè)備標(biāo)識符。將信號處理單元與第一和第二發(fā)送和接收單元連接以用于在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無擾動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸，所述信號處理單元將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包并行轉(zhuǎn)發(fā)給兩方的發(fā)送單元并且檢測由接收單元接收到的冗余數(shù)據(jù)包。
[0026]此外，相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的方法，第一或第二發(fā)送和接收單元在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可選地以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式傳輸數(shù)據(jù)包并且選擇性地切換成有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的傳輸模式。將評估單元與第一或第二發(fā)送和接收單元連接，所述評估單元檢測以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在此，以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包至少在預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)字段中具有用于相應(yīng)的傳輸模式的標(biāo)識，所述標(biāo)識通過評估單元來評估。此外，在檢測到以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)，將用于處理由兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包的冗余處理單元和用于檢測所接收到的冗余數(shù)據(jù)包的過濾器單元被禁用。此外，第一或第二發(fā)送和接收單元分配有存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元在有擾動(dòng)的傳輸模式中在預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間期間緩存至少一個(gè)以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
[0027]因此，根據(jù)本實(shí)用新型的方法一方面縮短了以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)膶r(shí)間要求嚴(yán)格的消息的延遲。另一方面，能夠應(yīng)用尺寸確定為較小的存儲(chǔ)單元以用于緩存以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
[0028]優(yōu)選地，信號處理單元僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)將序列號分配給以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包或者將冗余信息插入到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中。相應(yīng)于此，相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的方法的另一個(gè)設(shè)計(jì)方案，冗余處理單元僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)過濾所接收到的冗余數(shù)據(jù)包的副本。
[0029]工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)例如能夠具有環(huán)形拓?fù)?。在該情況下有利地設(shè)有監(jiān)視和控制單元，所述監(jiān)視和控制單元利用所發(fā)送的測試數(shù)據(jù)包來檢測在環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的中斷。附加地，監(jiān)視和控制單元能夠控制將指向第一或第二發(fā)送和接收單元的第一連接的具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給第一或第二發(fā)送和接收單元的第二連接。
[0030]相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的方法的一個(gè)有利的改進(jìn)形式，以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包通過相應(yīng)地記錄到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)類型字段中來標(biāo)識。例如，能夠依據(jù)相應(yīng)地應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)包標(biāo)識成以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)?。此外，以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包相比能夠分配有更高的優(yōu)先級。這降低了以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的延遲傳輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。
[0031]相應(yīng)于根據(jù)本實(shí)用新型的方法的另一個(gè)設(shè)計(jì)方案，設(shè)有經(jīng)由耦合元件與信號處理單元連接的、用于自動(dòng)化設(shè)備的至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。在這種情況下，冗余處理單元包括標(biāo)識單元，所述標(biāo)識單元分別將冗余指示符插入到所接收到的冗余數(shù)據(jù)包中并且將通過兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包以無緩沖存儲(chǔ)的方式轉(zhuǎn)發(fā)給耦合元件。因此省去通過信號處理或冗余處理單元對所接收到的數(shù)據(jù)包的完全緩存。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面根據(jù)附圖詳細(xì)地闡明本實(shí)用新型的實(shí)施例。附圖中示出:
[0033]圖1示出用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在圖中示出工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2，所述通信網(wǎng)絡(luò)除在下文中詳細(xì)說明的通信設(shè)備I之外還包括多個(gè)以環(huán)形結(jié)構(gòu)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接212-216相互連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)51-55。例如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)54能夠?qū)儆谏鲜鼍W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之列，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被分配給工業(yè)生產(chǎn)或過程自動(dòng)化系統(tǒng)的SCADA 系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition,監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)米集)。[0035]用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2的通信設(shè)備I包括第一發(fā)送和接收單元11和第二發(fā)送和接收單元12，所述第一發(fā)送和接收單元以及第二發(fā)送和接收單元分別具有用于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2的網(wǎng)絡(luò)連接211、212的接口。兩方的發(fā)送和接收單元11、12具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址和相同的MAC地址。在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)的信號處理單元13與第一和第二發(fā)送和接收單元11、12連接。為了以無擾動(dòng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信號處理單元13具有用于將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包并行轉(zhuǎn)發(fā)給兩方的發(fā)送單元11、12的多路復(fù)用器131和用于處理由兩方的接收單元11、12接收到的數(shù)據(jù)包40、41的冗余處理單元132。冗余處理單元132包括過濾器單元133，所述過濾器單元設(shè)計(jì)成檢測接收到的冗余數(shù)據(jù)包。
[0036]第一和第二發(fā)送和接收單元11、12設(shè)計(jì)成用于在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)可選地以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并且借助于分配給信號處理單元13的操作模式選擇單元137能夠選擇性地切換成有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的傳輸模式。信號處理單元13還分配有評估單元138，所述評估單元檢測在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在此，以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包至少在預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)字段中具有用于相應(yīng)的傳輸模式的標(biāo)識，所述標(biāo)識通過評估單元138來評估。
[0037]以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包通過相應(yīng)地記錄到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)類型字段中來標(biāo)識。優(yōu)選地，將數(shù)據(jù)包依據(jù)相應(yīng)地應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層(相應(yīng)于IS0/0SI通信模式的層2)的通信協(xié)議標(biāo)記成以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)?。為了避免傳輸延遲，以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包相比分配有更高的優(yōu)先級。例如，以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包分別分配有相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1Q的具有優(yōu)先級6的VLAN標(biāo)簽。
[0038]在檢測到以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)，將冗余處理單元132和過濾器單元133通過操作模式選擇單元137禁用。信號處理單元13還包括存儲(chǔ)單元139，所述存儲(chǔ)單元為第一和第二發(fā)送和接收單元11、12在有擾動(dòng)的傳輸模式中在預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間期間緩存以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
[0039]在本實(shí)施例中，信號處理單元13分配有冗余管理器130，所述冗余管理器利用所發(fā)送的測試數(shù)據(jù)包來檢測在通信網(wǎng)絡(luò)2的環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的中斷并且控制將通過第一發(fā)送和接收單元11接收到的具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給第二發(fā)送和接收單元12。這例如根據(jù)介質(zhì)冗余協(xié)議或在功能上可比的通信協(xié)議來進(jìn)行。
[0040]經(jīng)由通過背板式交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的耦合元件14將多個(gè)自動(dòng)化設(shè)備31-33與信號處理單元13連接。具有相應(yīng)的控制器141的耦合元件14分別經(jīng)由互聯(lián)連接與自動(dòng)化設(shè)備31-33連接。附加地，信號處理單元13具有存儲(chǔ)單元136，在所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)有具有對所有與耦合元件14連接的自動(dòng)化設(shè)備31-33的說明的表(代理節(jié)點(diǎn)表)。
[0041]借助于現(xiàn)場可編程門陣列實(shí)現(xiàn)的信號處理單元13經(jīng)由第一和第二接口 15、16與耦合元件14連接。在此，第一接口 15在無擾動(dòng)的傳輸模式中僅設(shè)置為用于傳輸通過第一接收單元11接收到的數(shù)據(jù)包40，而第二接口 16在無擾動(dòng)的傳輸模式中僅設(shè)置為用于傳輸通過第二接收單元12接收到的數(shù)據(jù)包41。在有擾動(dòng)的傳輸?shù)那闆r下僅應(yīng)用兩個(gè)接口 15、16中的一個(gè)。這通過操作模式選擇單元137來控制。
[0042]分配給信號處理單元13的冗余處理單元132包括標(biāo)識單元134，所述標(biāo)識單元設(shè)計(jì)成用于在無擾動(dòng)的傳輸模式中將冗余指示符插入到所接收到的冗余數(shù)據(jù)包40、41中。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)包包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀。冗余指示符在有擾動(dòng)的傳輸模式中通過將無效日期插入到數(shù)據(jù)幀中構(gòu)成。此外，信號處理單元13在無擾動(dòng)的傳輸模式中將通過兩方的接收單元11、12接收到的數(shù)據(jù)包40、41以無緩沖存儲(chǔ)的方式轉(zhuǎn)發(fā)給耦合元件14。根據(jù)本實(shí)施例，在無擾動(dòng)的傳輸模式中在耦合元件14中才丟棄冗余數(shù)據(jù)包。
[0043]通過兩方的接收單元11、12接收到的數(shù)據(jù)包40、41與在無擾動(dòng)的傳輸模式中經(jīng)由第一和第二接口 15、16轉(zhuǎn)發(fā)給耦合元件14的數(shù)據(jù)包400、401的區(qū)別僅在于副本，更確切地說通過所插入的無效日期區(qū)分。冗余處理單元132僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)才過濾所接收到的冗余數(shù)據(jù)包的副本。以相應(yīng)的方式，信號處理單元13僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)才將序列號分配給以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包并且將冗余信息插入到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中。
[0044]原則上足夠的是，在分配給信號處理單元13的存儲(chǔ)單元135中在無擾動(dòng)的傳輸模式中僅存儲(chǔ)有已經(jīng)無錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包的序列號。為了標(biāo)識在無擾動(dòng)的傳輸模式中接收到的冗余數(shù)據(jù)包，信號處理單元13在接收到新的數(shù)據(jù)包時(shí)以簡單的方式檢查所述新的數(shù)據(jù)包的序列號與已經(jīng)存儲(chǔ)的序列號的一致性。在接收到的數(shù)據(jù)包中的冗余指示符，如無效日期優(yōu)選通過檢測單元142來評估，將所述檢測單元分配給耦合元件14的控制器141，并且丟棄具有冗余指示符的數(shù)據(jù)包。這例如能夠基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(cyclic redundancycheck)進(jìn)行。
[0045]此外，將計(jì)數(shù)器單元143分配給耦合元件14的控制器141，所述計(jì)數(shù)器單元記錄無錯(cuò)地和有錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包。被分配給耦合元件14的控制器141的評估單元144在無錯(cuò)地和有錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包之間的差低于可預(yù)設(shè)的閾值時(shí)用信號傳遞無錯(cuò)的冗余的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。有錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包優(yōu)選借助于循環(huán)冗余校驗(yàn)來確定。
[0046]在無錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量增長并且同時(shí)有錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量基本上停滯的情況下，評估單元144用信號傳遞具有冗余丟失的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在無錯(cuò)地和有錯(cuò)地接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量停滯的情況下，評估單元144用信號傳遞網(wǎng)絡(luò)失效。
[0047]前述實(shí)施例的特征既能夠單獨(dú)地也能夠以所述相互間的組合的方式來實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.用于可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，具有: -至少一個(gè)第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元(11、12)，所述至少一個(gè)第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元分別具有用于所述工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)(2)的網(wǎng)絡(luò)連接的接口，其中第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址和相同的設(shè)備標(biāo)識符； -與所述第一發(fā)送和接收單元和第二發(fā)送和接收單元連接的信號處理單元(13)，所述信號處理單元用于在所述工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行無擾動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸，其中所述信號處理單元具有用于將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包并行轉(zhuǎn)發(fā)給兩方的發(fā)送單元的多路復(fù)用器單元(131)以及用于處理由兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包的冗余處理單元(132)，并且其中所述冗余處理單元包括過濾器單元(133)，所述過濾器單元設(shè)計(jì)為用于檢測所接收到的冗余數(shù)據(jù)包； 其特征在于， -所述第一發(fā)送和接收單元和/或第二發(fā)送和接收單元設(shè)計(jì)成用于以有擾動(dòng)和無擾動(dòng)的方式在所述工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且能夠選擇性地切換成有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的傳輸模式， -評估單元(138)與所述第一發(fā)送和接收單元和/或第二發(fā)送和接收單元連接，所述評估單元設(shè)計(jì)成用于檢測在所述工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，其中以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包至少在預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)字段中具有用于相應(yīng)的傳輸模式的標(biāo)識， -在檢測到以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)，所述冗余處理單元和所述過濾器單元被禁用， -所述第一發(fā)送和接收單元和/或第二發(fā)送和接收單元分配有存儲(chǔ)單元(139)，所述存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)成用于在所述有擾動(dòng)的傳輸模式中在預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間期間緩存至少一個(gè)以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備， 其中所述信號處理單元設(shè)計(jì)成用于僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)將序列號分配給以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包并且/或者將冗余信息插入到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中所述冗余處理單元設(shè)計(jì)成用于僅在檢測到以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包時(shí)進(jìn)行副本過濾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中所述工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)具有環(huán)形拓?fù)?，并且其中設(shè)有監(jiān)視和控制單元(130)，所述監(jiān)視和控制單元設(shè)計(jì)成用于利用所發(fā)送的測試數(shù)據(jù)包來檢測在所述環(huán)形拓?fù)鋬?nèi)的中斷，并且用于控制將指向所述第一發(fā)送和接收單元的和/或第二發(fā)送和接收單元的第一連接的具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給所述第一發(fā)送和接收單元的和/或第二發(fā)送和接收單元的第二連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包通過相應(yīng)地記錄到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)類型字段中來標(biāo)識。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中依據(jù)相應(yīng)地應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)包標(biāo)識成以有擾動(dòng)或無擾動(dòng)的方式待傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與以有擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包相比分配有更高的優(yōu)先級。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信設(shè)備， 其中以無擾動(dòng)的方式待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包分別分配有相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1Q的具有優(yōu)先級6的VLAN標(biāo)簽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備， 其中設(shè)有經(jīng)由耦合元件(14)與所述信號處理單元連接的、用于自動(dòng)化設(shè)備(31-33)的至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通信設(shè)備， 其中所述信號處理單元經(jīng)由第一接口和第二接口( 15，16)與所述耦合元件連接，所述第一接口設(shè)置為用于傳輸通過第一接收單元接收到的數(shù)據(jù)包，并且其中所述第二接口設(shè)置為用于傳輸通過第二接收單元接收到的數(shù)據(jù)包。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通信設(shè)備， 其中所述冗余處理單元包括標(biāo)識單元(134)，所述標(biāo)識單元設(shè)計(jì)成用于將冗余指示符插入到所接收的冗余數(shù)據(jù)包中，其中所述冗余處理單元設(shè)計(jì)成用于將通過兩方的接收單元接收到的數(shù)據(jù)包以無緩沖存儲(chǔ)的方式轉(zhuǎn)發(fā)給所述耦合元件。
【文檔編號】H04L12/437GK203747852SQ201320232456
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月30日
【發(fā)明者】赫爾曼·昂斯特, 弗朗茨-約瑟夫·格茨, 邁克爾·卡斯帕, 約阿希姆·洛邁爾 申請人:西門子公司