在通訊網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包的方法和通訊網(wǎng)絡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡中通過通信網(wǎng)絡中的預定路徑傳輸數(shù)據(jù)包的方法。在此，預定路徑的同步節(jié)點包括源節(jié)點、目標節(jié)點和至少一個中間節(jié)點。同步節(jié)點使數(shù)據(jù)包同步地輸送到預定路徑中并且分別具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第二中間存儲器。在該方法中，第一中間存儲器的、在源節(jié)點使高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在目標節(jié)點的方向上輸送到預定路徑中的特定時間點為空的中間節(jié)點中的每一個生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包且將所生成的第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在目標節(jié)點的方向上輸送到預定路徑中。由此確保了高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在預定路徑上不因低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包而延遲。另外，本發(fā)明還涉及一種用于在通訊網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包的計算機程序產(chǎn)品以及一種通訊網(wǎng)絡。
【專利說明】在通訊網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包的方法和通訊網(wǎng)絡

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡中通過通訊網(wǎng)絡中的預定路徑傳輸數(shù)據(jù)包的方法和這種通訊網(wǎng)絡。

【背景技術】
[0002]例如在制造工業(yè)和加工工業(yè)中用于控制過程和調(diào)節(jié)過程的通訊網(wǎng)絡通常表現(xiàn)為空間上分散的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)在參與的節(jié)點之間必須以確定的服務質量傳輸。這種節(jié)點的實例是控制設備、傳感器、執(zhí)行器或開關。使用典型的具有實時能力的工業(yè)以太網(wǎng)，例如PR0FINET作為通訊平臺。為了確保很小的端到端的延遲或其變體、尤其是跳動，與其他數(shù)據(jù)相比在通訊網(wǎng)絡中必須優(yōu)選地、即優(yōu)先地轉發(fā)關鍵的控制和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。
[0003]作為工業(yè)以太網(wǎng)標準的實例的上述PR0FINET通訊網(wǎng)絡以用于確保不同的服務質量的時分復用方法為基礎。在此，PR0FINET通訊網(wǎng)絡的所有節(jié)點是彼此同步的。所使用的時分復用方法的時間周期在此由用于等時的實時通信(IRT, Isochronous Realtime)的,用于其他實時通信(RT，Realtime)和正常的通信的固定的時間窗構成。這種周期持續(xù)地重復。在相應的時間窗內(nèi)僅僅為該時間窗所設置的通信起作用。其他的包中間存儲在相應的節(jié)點處。
[0004]用于等時的實時通信的時間窗允許決定性的、例如用于運動控制應用的傳輸特征。在此，在系統(tǒng)啟動之前已經(jīng)沿著通信網(wǎng)絡中的計劃好的路徑專門預留了網(wǎng)絡資源。由此精確地確定了，節(jié)點何時以及在哪個網(wǎng)絡接口或端口上輸送包或轉發(fā)所接收的包。通過這種方式能夠避免同時發(fā)生的對網(wǎng)絡資源的訪問，例如，通過節(jié)點的相同端口同時轉發(fā)包。但是通過其他通信不能動態(tài)地并且由此無法有效地共同使用通訊網(wǎng)絡的可應用的資源。
[0005]在用于正常通信的時間窗中相反地，包的轉發(fā)基于其優(yōu)先級、尤其是通過嚴格優(yōu)先級調(diào)度(Strict-Pr1rity-Scheduling),和統(tǒng)計復用來實現(xiàn)。當包完全接收了時,才轉發(fā)該包。這能夠稱為存儲和轉發(fā)(Store-and-Forward)。然而此時能夠發(fā)生,高優(yōu)先級的控制和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包在節(jié)點處經(jīng)歷等待時間，因為包應當轉發(fā)到其上的相應端口已經(jīng)由其他包的運行著的發(fā)送進程所阻塞。這能夠導致變化強烈的端到端延遲。該問題在圖1和圖2中示意性示出。在此，圖1描繪了具有四個節(jié)點A，B, C，D的通訊網(wǎng)絡N的網(wǎng)絡拓撲的示意圖。通訊網(wǎng)絡N的路徑P由子路徑D-C、C-B和B-A來確定。另外，圖2示出了通過圖1的通訊網(wǎng)絡N傳輸數(shù)據(jù)包P1-P3的示意圖。
[0006]包Pl和P3是高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包，相反，包P2代表了低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。在此，節(jié)點A例如是控制裝置(Controller)，高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包、此處為數(shù)據(jù)包Pl和P3周期性地從傳感器節(jié)點B和D傳遞給該節(jié)點。節(jié)點C例如是執(zhí)行器，其從控制裝置A周期性地獲得高優(yōu)先級的調(diào)節(jié)值。此時，節(jié)點C僅向節(jié)點A發(fā)送低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P2。另外能夠假設，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包Pl和P3作為具有相同長度的以太網(wǎng)包(Ethernet-Paket)來傳輸。在圖2中僅僅觀察在在朝向節(jié)點A、即朝向目標節(jié)點方向上的通訊。然而，相應地也適用于相反方向，即朝向目標節(jié)點D。
[0007]圖2詳細地示出了在周期開始時的時間點t = O時用于傳輸數(shù)據(jù)包P1-P3的報文流程圖。在此，t示出的是時間延展,相反，r描繪了空間延展。在時間點t = 0時,節(jié)點B在節(jié)點A的方向上發(fā)送高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P1，節(jié)點C在節(jié)點A的方向上發(fā)送低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P2，并且節(jié)點D在節(jié)點A的方向上發(fā)送高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P3。由于在每個節(jié)點B，C，D處僅有一個數(shù)據(jù)包Pl，P2，P3以供在目標節(jié)點A的方向上發(fā)送，在每個節(jié)點B，C，D處發(fā)出了相應的數(shù)據(jù)包P1，P2，P3。問題在于低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2在節(jié)點C處基于該低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的、尤其是與高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包Pl，P3相比的大的包長度的高發(fā)送時間。
[0008]因為在遇到數(shù)據(jù)包P3之前在節(jié)點C處已經(jīng)開始了低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P2的發(fā)送過程，所以從相鄰節(jié)點D到達的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P3必須在節(jié)點C處等待低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P2的完全傳輸。只有在具有較大數(shù)據(jù)長度的低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P2完全傳輸之后，數(shù)據(jù)包P3才能從節(jié)點C傳遞到節(jié)點B。在節(jié)點B處，數(shù)據(jù)包P3也要等待數(shù)據(jù)包P2從節(jié)點B完全傳輸?shù)焦?jié)點A處。由此產(chǎn)生了高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包P3的高延遲，尤其是對于由多個節(jié)點構成的長的線性拓撲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)在由同步數(shù)據(jù)構成的通訊網(wǎng)絡中的更好的數(shù)據(jù)包傳輸。
[0010]相應地，提出了一種用于在由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡中通過通訊網(wǎng)絡中的預定路徑傳輸數(shù)據(jù)包的方法。在此，預定路徑的同步節(jié)點包括源節(jié)點、目標節(jié)點以及至少一個中間節(jié)點。同步節(jié)點將數(shù)據(jù)包同步地輸送到預定路徑中并且分別具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第二中間存儲器。在該方法中，其第一中間存儲器在特定時間點為空的中間節(jié)點中的每一個，生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包且將所生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在目標節(jié)點的方向上輸送到預定路徑中，源節(jié)點在特定時間點使高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在目標節(jié)點的方向上輸送到預定路徑中。。
[0011]因此，如下地改善了在由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡中通過預定路徑的數(shù)據(jù)包傳輸，即高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包在該預定路徑上不由于低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包而延遲。為此，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包針對性地輸送到通訊網(wǎng)絡的預定路徑中。在此，附加的第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包沿著預定路徑在以下節(jié)點處輸送，該節(jié)點不發(fā)送或者與其他節(jié)點相比發(fā)送更少的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包、尤其是實時數(shù)據(jù)。由此，使得高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包、尤其是控制和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的端到端延遲和跳動最小化。由此在通訊網(wǎng)絡中提供了更高的服務質量。
[0012]其他的優(yōu)點在于，在相應的節(jié)點中不必改變用于選擇下一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的，尤其是基于嚴格優(yōu)先級方法的調(diào)度。因此，不同于以下方法，其中例如與PR0FINETIRT (Asynchronous Realtime異步實時)中一樣計劃了所有的發(fā)送時間點，本方法的配置明顯更簡單并且對于相應節(jié)點的硬件提出了更少的要求。另外，本方案對于通訊網(wǎng)絡的在工作能力降低時不支持現(xiàn)有擴展方案的其他節(jié)點是兼容的。
[0013]如上面已經(jīng)實施的，在通訊網(wǎng)絡的路徑的所有的、不發(fā)出或者與該路徑的其他節(jié)點相比發(fā)出較少的獨有的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的節(jié)點處附加地輸送短的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包或包是有優(yōu)點的。這避免了在相應的時間窗開始時發(fā)出低優(yōu)先級的長數(shù)據(jù)包，并且避免了阻塞從相鄰節(jié)點到達的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包。
[0014]通訊網(wǎng)絡例如是以太網(wǎng)，尤其是PR0FINET。節(jié)點是同步的，即所有的節(jié)點都具有一致的系統(tǒng)時間。另外，同步節(jié)點將數(shù)據(jù)包同步地輸送到預定路徑中，即在預定的相同的時間點。源節(jié)點是第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的來源，目標節(jié)點是第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的目標，并且至少一個中間節(jié)點在預定路徑中耦合在源節(jié)點和目標節(jié)點之間。相應的中間存儲器例如構造成RAM存儲器(RAM ；Random Access Memory隨機存取存儲器)或EEPROM存儲器(Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory 帶電可擦除可編程只讀存儲器)。
[0015]下面的實例明確了本方法的作用方式。在該實例的通訊網(wǎng)絡中假設，在時間窗開始時存在所有的控制和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，并且相對于其他數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)借助VLAN標記(VLAN-Tagging)來標記有較高的優(yōu)先級，并且由此能夠作為高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包來處理。另夕卜，由此出發(fā)，即具有控制和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包在具有64比特的最小包長度的以太網(wǎng)包中或在略微更長的包中傳輸。在100Mbit/s的以太網(wǎng)(Fast Ethernet高速以太網(wǎng))中，在考慮到發(fā)生在信息包之前的前導碼(7比特)和幀首定界符(I比特)的情況下，短數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間為大約6 μ S。
[0016]相反地，最長的以太網(wǎng)包具有大約120μ s的發(fā)送時間。在兩個依次連續(xù)的數(shù)據(jù)包之間，必須等待相當于12比特的幀間隔的時間。幀間隔的時間涉及在預定路徑的節(jié)點處應輸送的兩個數(shù)據(jù)包之間的預定的最小時間間隔。幀間隔時間在此相應地約為I μ S。以太網(wǎng)包通過絞合銅導線的傳播速度大約為200.000km/so由此得到了在最長為10m的鏈接上的500ns的信號傳輸時間。
[0017]在本實例中，觀察通訊路徑的三個相鄰節(jié)點。在此為目標節(jié)點的左邊節(jié)點通過鏈接與在此為中間節(jié)點的中部節(jié)點相連，該中部節(jié)點又與在此為源節(jié)點的右邊節(jié)點直接連接。假設，中部節(jié)點(中間節(jié)點)要向左邊節(jié)點(目標節(jié)點)發(fā)送低優(yōu)先級的長數(shù)據(jù)包，并且右邊節(jié)點要向左邊節(jié)點發(fā)送高優(yōu)先級的短數(shù)據(jù)包。這兩個節(jié)點在時間窗開始時將相應的包發(fā)送給其相應的左側的相鄰節(jié)點。在中部節(jié)點處，從右邊節(jié)點到達的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包通常必須等待，直到低優(yōu)先級的長數(shù)據(jù)包完全發(fā)出為止。由于與6μ s相比極其不同的120μ s的發(fā)送時間，前一句意味著高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在中部節(jié)點處的值得注意的跳動。當在左邊和中部的節(jié)點之間存在其他中間節(jié)點時，這種效應將相應地累積。為了克服該問題，根據(jù)本發(fā)明，在中部節(jié)點處以左邊節(jié)點為目標地輸送附加的第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。該第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包能夠作為沒有具有意義的包內(nèi)容的純粹偽數(shù)據(jù)包來實施，或通過使大的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包分區(qū)來產(chǎn)生。在后一種情況中，區(qū)段在目標節(jié)點或中間節(jié)點處沿著路徑重新匯集。
[0018]但根據(jù)本發(fā)明，中部的和右邊的節(jié)點在時間窗開始時在左邊節(jié)點(目標節(jié)點)的方向上發(fā)送高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。存在于中部節(jié)點處的低優(yōu)先級的長的包基于較低的優(yōu)先性而進行了中間存儲。在允許發(fā)送第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包之前，中部節(jié)點由于幀間隔必須在發(fā)出高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包之后等待I μ S。在該等待時間內(nèi)，高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包已經(jīng)由相鄰的右邊節(jié)點通過鏈接以最大500ns的傳輸時間延遲完全地接收。因此，在中部節(jié)點處選出從右邊節(jié)點接收的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包作為下一個要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并且此外，繼續(xù)中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。由此，與通常情形相反地，從右邊節(jié)點發(fā)出的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在中間節(jié)點處不經(jīng)歷等待時間，而是能夠立即由該節(jié)點轉發(fā)。由此，使得端到端延遲和跳動最小化。
[0019]在一種實施方式中，其第一中間存儲器在特定時間點為空的并且其第二中間存儲器在特定時間點由至少一個低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包填充的中間節(jié)點中的每一個，均生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包并且將其在目標節(jié)點方向上輸送到預定路徑中。
[0020]因此以有利的方式，沒有緩沖高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包但緩沖了至少一個低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的中間節(jié)點中的每一個將第二個且因此是附加的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包輸送到預定路徑中。由此，當高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包由源節(jié)點來發(fā)送時，相應的中間節(jié)點不發(fā)送所緩沖的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。因此，中間存儲了而不是發(fā)送了低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包，從而低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包不能阻塞由源節(jié)點發(fā)出的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包。
[0021]在其他的實施方式中，根據(jù)第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度來設定第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度。
[0022]通過根據(jù)第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度設定第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度，以有利的方式為第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包設定了在相應中間節(jié)點處設定的等待時間。
[0023]在其他的實施方式中，根據(jù)低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的最大長度設定第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度。
[0024]低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的最大長度預定了對于第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的最大延遲。因此能夠以有利的方式根據(jù)低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的該最大長度來設定第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的長度。
[0025]在其他的實施方式中，通訊網(wǎng)絡的節(jié)點借助時分復用方法來同步，其中，時分復用方法的特定時間窗的起點用作特定時間點。
[0026]通過時分復用方法確定用于發(fā)送數(shù)據(jù)包的特定時間點。
[0027]在其他的實施方式中，通過時分復用方法為等時的實時服務提供第一時間窗，為非等時的實時服務提供第二時間窗并且為無實時能力的服務提供第三時間窗。在此，第二時間窗的起點或第三時間窗的起點能夠用作特定時間點。
[0028]因此，本發(fā)明的方法能夠用于上述的實時通信(RT)以及正常通信(NRT)。
[0029]在其他的實施方式中，高優(yōu)先級的和低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包在第二時間窗中和第三時間窗中根據(jù)數(shù)據(jù)包配屬的優(yōu)先級在預定路徑上轉發(fā)。
[0030]在其他的實施方式中，通訊網(wǎng)絡是以太網(wǎng)，尤其是PR0FINET網(wǎng)絡。
[0031]在其他的實施方式中，高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包具有第一最大數(shù)據(jù)包長度，并且低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包具有第二最大數(shù)據(jù)包長度。在此，第二最大數(shù)據(jù)包長度大于第一最大數(shù)據(jù)包長度。
[0032]在其他的實施方式中，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包通過使存儲在第二中間存儲器中的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包分區(qū)來生成。
[0033]該實施方式代表了一種用于生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的簡單可行性。另外，由此通過預定路徑還傳輸了作為第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的有意義的數(shù)據(jù)。這些區(qū)段隨后在目標節(jié)點處或者布置在目標節(jié)點之前的中間節(jié)點處重新匯集。
[0034]在其他的實施方式中，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包作為偽數(shù)據(jù)包來生成。特別地，偽數(shù)據(jù)包在其有效數(shù)據(jù)欄中沒有具有意義的數(shù)據(jù)。
[0035]偽數(shù)據(jù)包作為第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的應用代表了一種能極其簡單地執(zhí)行的形式。
[0036]在其他的實施方式中，對于數(shù)據(jù)包在預定路徑的兩個節(jié)點之間的傳輸時間小于在預定路徑的一個節(jié)點處要輸送的兩個數(shù)據(jù)包之間的預定最小時間間隔的情況，評估在中間節(jié)點處到達的且還未完全接收的數(shù)據(jù)包的包頭。在此，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包根據(jù)所評估的包頭通過中間節(jié)點來生成并且輸送到預定路徑中。替代地，到達的數(shù)據(jù)包能夠完全地接收并且隨后通過中間節(jié)點重新輸送到預定路徑中。
[0037]在其他的實施方式中，對于數(shù)據(jù)包在預定路徑的兩個節(jié)點之間的傳輸時間小于在預定路徑的一個節(jié)點處要輸送的兩個數(shù)據(jù)包之間的預定最小時間間隔的情況，最終高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包由中間節(jié)點輸送到預定路徑中。
[0038]上面最后兩種實施方式尤其適用于具有較高比特率的通訊網(wǎng)絡，例如適用于千兆位以太網(wǎng)，因為在這種通訊網(wǎng)絡中能夠發(fā)生，幀間隔比在鏈接上的信號傳輸時間短。
[0039]另外提出了一種計算機程序產(chǎn)品，其在程序控制裝置上引起了上述方法的執(zhí)行。
[0040]一種計算機程序產(chǎn)品，例如計算機程序介質，能夠例如作為存儲介質，如存儲卡、USB記憶棒、⑶-R0M、DVD或者還以能下載的文件的形式由網(wǎng)絡中的服務器提供或傳遞。這例如在無線通訊網(wǎng)絡中能夠通過利用計算機程序產(chǎn)品或計算機程序介質傳輸相應的文件來實現(xiàn)。
[0041]此外，提出了一種具有所存儲的計算機程序的數(shù)據(jù)載體，該計算機程序具有在程序控制的裝置上引起上述方法的執(zhí)行的指令。
[0042]另外，提出了一種由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡，以用于通過通訊網(wǎng)絡中的預定路徑傳輸數(shù)據(jù)包，其中，預定路徑的同步節(jié)點包括源節(jié)點、目標節(jié)點和至少一個中間節(jié)點，使已同步的數(shù)據(jù)包輸送到預定路徑中并且分別具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的第二中間存儲器，其中，其第一中間存儲器在特定時間點為空的中間節(jié)點中的每一個，設置用于生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包并且將其在目標節(jié)點方向上輸送到預定路徑中，源節(jié)點在特定時間點使第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在目標節(jié)點的方向上輸送到預定路徑中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本發(fā)明的上述屬性、特征和優(yōu)點以及如何實現(xiàn)這些的方式和方法借助下面結合附圖詳細闡述的對實施例的說明會更清晰易懂。
[0044]在此示出:
[0045]圖1是通訊網(wǎng)絡的網(wǎng)絡拓撲的示意圖；
[0046]圖2是通過圖1的通訊網(wǎng)絡傳統(tǒng)地傳輸數(shù)據(jù)包的示意圖；
[0047]圖3是用于在由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包的方法的實施例的流程圖；
[0048]圖4是圖1的通訊網(wǎng)絡的網(wǎng)絡拓撲的示意圖；以及
[0049]圖5是通過圖3的通訊網(wǎng)絡根據(jù)本發(fā)明地傳輸數(shù)據(jù)包的示意圖。
[0050]在附圖中，只要沒有其他說明，相同的或功能相同的元件配有相同的參考標記。

【具體實施方式】
[0051]在圖3中示出了在由同步節(jié)點A-D構成的通訊網(wǎng)絡N中通過通訊網(wǎng)絡N中的預定路徑P傳輸數(shù)據(jù)包P1-P4的方法的實施例的流程圖。為此，圖4和5示出了這種通訊網(wǎng)絡N的網(wǎng)絡拓撲的示意圖，并且圖5示出了根據(jù)本發(fā)明通過通訊網(wǎng)絡I傳輸數(shù)據(jù)包P1-P4的示意圖。預定路徑P的同步節(jié)點A，B, C，D包括源節(jié)點D、目標節(jié)點A和兩個布置在其間的中間節(jié)點B，C。節(jié)點A-D設置用于同步地輸送預定路徑P中的數(shù)據(jù)包P1-P4。相應的節(jié)點A-D均具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包Pl，P3，P4的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2的第二中間存儲器(未示出)。
[0052]在步驟301中，源節(jié)點D將高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P3在目標節(jié)點A的方向上輸送到預定路徑P中。在步驟302中，其第一中間存儲器在特定時間點為空的中間節(jié)點B，C中的每個將第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4在目標節(jié)點A的方向上輸送到預定路徑P中。在圖5的實例中，以上情況僅針對中間節(jié)點C，因為中間節(jié)點B已經(jīng)自行輸送了第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P1。由于節(jié)點A，B, C，D是同步的并且同步的數(shù)據(jù)包P1-P4輸送到了路徑P中，所以步驟301和302是同時執(zhí)行的、即在特定時間點執(zhí)行的。
[0053]在該特定時間點，尤其是其第一中間存儲器在特定時間點為空的且其第二中間存儲器在特定時間點由至少一個低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2填充的中間節(jié)點C中的每一個，均將第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P3輸送到預定路徑P中。第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4的長度優(yōu)選地根據(jù)第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P3的長度和/或根據(jù)低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2的最大長度來設定。
[0054]節(jié)點A，B, C，D借助時分復用方法來同步，其中時分復用方法的特定時間窗的起點用作特定時間點。例如，通過時分復用方法為等時的實時服務提供第一時間窗，為非等時的實時服務提供第二時間窗并且為無實時能力的服務提供第三時間窗。第二時間窗的起點或第三時間窗的起點能夠分別用作特定時間點。
[0055]高優(yōu)先級的和低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包Pl，P2，P3，P4在第二時間窗和第三時間窗中根據(jù)數(shù)據(jù)包Pl，P2，P3，P4配屬的優(yōu)先級和統(tǒng)計復用在預定路徑P上轉發(fā)。也能稱為附加的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的相應的第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4，例如通過使存儲在第二中間存儲器中的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2分區(qū)來生成。替代地，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4還能夠設計成在其有效數(shù)據(jù)欄中沒有有意義的數(shù)據(jù)的偽數(shù)據(jù)包。
[0056]對于數(shù)據(jù)包P1-P4在預定路徑P的兩個節(jié)點A-D之間的傳輸時間小于在預定路徑P的一個節(jié)點A-D處要傳輸?shù)膬蓚€數(shù)據(jù)包P1-P4之間的預定最小時間間隔的情況，評估在中間節(jié)點C處到達且還未完全接收的數(shù)據(jù)包P3的包頭。另外，第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4根據(jù)所評估的包頭通過中間節(jié)點C來生成并且輸送到預定路徑P中。替代地，所到達的數(shù)據(jù)包P3能夠完全地接收并且隨后通過中間節(jié)點C重新輸送到預定路徑P中。
[0057]替代地，對于上述情況，即數(shù)據(jù)包在預定路徑P的兩個節(jié)點之間的傳輸時間小于在預定路徑P的一個節(jié)點處要傳輸?shù)膬蓚€數(shù)據(jù)包P1-P4之間的預定最小時間間隔的情況，最終高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包由中間節(jié)點C輸送到預定路徑P中。
[0058]正如以上所實施的，圖4示出了用于實行圖3的方法的通訊網(wǎng)絡N的網(wǎng)絡拓撲的示意圖。為此，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明地通過通訊網(wǎng)絡N傳輸數(shù)據(jù)包P1-P4的示意圖。在此，圖5展現(xiàn)了包P1-P4的報文流。在此，在節(jié)點C處輸送具有作為目標的目標節(jié)點A的附加的高優(yōu)先級包P4。由于附加的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4的與低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2相比更高的優(yōu)先級，在周期開始時發(fā)送數(shù)據(jù)包P4。在傳遞了該高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P4之后，在幀間隔結束之后，選出下一個用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在該時間點既可以選擇低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P2，也可以選擇已經(jīng)由相鄰節(jié)點D接收的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P3。這是可行的，因為在lOOMbit/s的以太網(wǎng)中，在鏈接上的信號傳輸延遲小于幀間隔的持續(xù)時間。因此，現(xiàn)在高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包P3立即通過節(jié)點C來轉發(fā)并且在目標節(jié)點A處以最小的端到端延遲和跳動到達。
[0059]所說明的方案不局限于PR0FINET，而是能夠使用所有其他的、通過節(jié)點或站點的同步來定義時間周期并使用包的優(yōu)先權的以太網(wǎng)解決方案。為此的其他實例是以太網(wǎng)POffERLINK0另外，所說明的方案還能夠應用于具有多個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包，其中，低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包與下面的或最下面的優(yōu)先級相對應，并且高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包與高的或最高的優(yōu)先級相對應。
[0060]盡管通過優(yōu)選的實施例在細節(jié)上詳細地說明和描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于所公開的實例，并且本領域技術人員能夠從中推導出其他變體，而不離開本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于在由同步節(jié)點(A，B，C，D)構成的通訊網(wǎng)絡(N)中通過所述通信網(wǎng)絡(N)中的預定路徑(P)傳輸數(shù)據(jù)包(P1-P4)的方法，其中，所述預定路徑(P)的所述同步節(jié)點(A，B，C，D)包括源節(jié)點(D)、目標節(jié)點(A)和至少一個中間節(jié)點(B，C)，所述同步節(jié)點使已同步的數(shù)據(jù)包(P1-P4)輸送到所述預定路徑(P)中并且分別具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(PI, P3，P4)的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P2)的第二中間存儲器，其中，所述第一中間存儲器的、在所述源節(jié)點(A)使第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P3)在所述目標節(jié)點(A)的方向上輸送到所述預定路徑(P)中的特定時間點為空的所述中間節(jié)點(B，C)中的每一個中間節(jié)點生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)并且使所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在所述目標節(jié)點(A)的方向上輸送到所述預定路徑(P)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中間存儲器在所述特定時間點為空并且所述第二中間存儲器在所述特定時間點由至少一個所述低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P2)填充的所述中間節(jié)點(B，C)中的每一個中間節(jié)點生成所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P3)并且使所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在所述目標節(jié)點(A)方向上輸送到所述預定路徑(P)中。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P3)的長度來設定所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)的長度。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P2)的最大長度來設定所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)的長度。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述通訊網(wǎng)絡(N)的所述節(jié)點(A，B, C，D)借助時分復用方法來同步，其中，所述時分復用方法的特定時間窗的起點用作所述特定時間點。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，通過所述時分復用方法為等時的實時服務提供第一時間窗，為非等時的實時服務提供第二時間窗并且為不能實時的服務提供第三時間窗，其中，所述第二時間窗的起點或所述第三時間窗的起點用作所述特定時間點。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包和所述低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P1，P2，P3，P4)在所述第二時間窗中和所述第三時間窗中根據(jù)數(shù)據(jù)包(P1，P2，P3，P4)配屬的優(yōu)先級轉發(fā)。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述通訊網(wǎng)絡(N)是以太網(wǎng)，尤其是PROFINET網(wǎng)絡。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P1，P3，P4)具有第一最大數(shù)據(jù)包長度，并且所述低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P2)具有第二最大數(shù)據(jù)包長度，所述第二最大數(shù)據(jù)包長度大于所述第一最大數(shù)據(jù)包長度。
10.根據(jù)權利要求9中任一項所述的方法，其特征在于，通過對存儲在所述第二中間存儲器中的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P3)進行分區(qū)來生成所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)。
11.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)作為偽數(shù)據(jù)包，尤其是沒有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包來生成。
12.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)包在所述預定路徑⑵的兩個節(jié)點(A，B, C，D)之間的傳輸時間小于在所述預定路徑⑵的節(jié)點(A，B, C，D)處要輸送的兩個數(shù)據(jù)包(P1，P2，P3，P4)之間的預定最小時間間隔的情況，評估在所述中間節(jié)點(B，C)處到達的且還未完全接收的數(shù)據(jù)包(P3)的包頭，其中，所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)根據(jù)所評估的所述包頭通過所述中間節(jié)點(B，C)來生成并且輸送到所述預定路徑(P)中，或者到達的所述數(shù)據(jù)包(P3)完全地接收并且隨后通過所述中間節(jié)點(B，C)重新輸送到所述預定路徑(P)中。
13.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)包在所述預定路徑⑵的兩個節(jié)點(A，B, C，D)之間的傳輸時間小于在所述預定路徑⑵的節(jié)點(A，B, C，D)處要輸送的兩個數(shù)據(jù)包(P1，P2，P3，P4)之間的預定最小時間間隔的情況，最終高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P1，P3，P4)由所述中間節(jié)點(B，C)輸送到所述預定路徑⑵中。
14.一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品在程序控制的裝置上引起根據(jù)權利要求I至13中任一項所述的方法的執(zhí)行。
15.一種用于通過所述通訊網(wǎng)絡(N)中的預定路徑(P)傳輸數(shù)據(jù)包(A，B, C，D)的、由同步節(jié)點構成的通訊網(wǎng)絡(N)，其中，所述預定路徑⑵的所述同步節(jié)點(A，B, C，D)包括源節(jié)點(D)、目標節(jié)點⑷以及至少一個中間節(jié)點(B, C),所述同步節(jié)點使已同步的數(shù)據(jù)包(P1-P4)輸送到所述預定路徑(P)中并且分別具有用于中間存儲高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(Pl，P3，P4)的第一中間存儲器和用于中間存儲低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P2)的第二中間存儲器，其中，所述第一中間存儲器的、在所述源節(jié)點(D)使第一高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P3)在所述目標節(jié)點(A)的方向上輸送到所述預定路徑(P)中的特定時間點為空的所述中間節(jié)點(B，C)中的每一個中間節(jié)點，設置用于生成第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包(P4)并且使所述第二高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包在所述目標節(jié)點(A)的方向上輸送到所述預定路徑(P)中。
【文檔編號】H04L12/70GK104380669SQ201380032026
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月17日 優(yōu)先權日:2012年6月18日
【發(fā)明者】馬蒂亞斯·舍費爾 申請人:西門子公司