通信網(wǎng)絡(luò)和用于運行通信網(wǎng)絡(luò)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)和用于運行通信網(wǎng)絡(luò)的方法。通信網(wǎng)絡(luò)尤其是可以是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]通信網(wǎng)絡(luò)越來越廣泛地應(yīng)用于測量、控制和調(diào)節(jié)技術(shù)系統(tǒng)。例如網(wǎng)絡(luò)越來越多地使用在機動車中，以便構(gòu)造車輛控制系統(tǒng)。在相應(yīng)的復(fù)雜和安全性重要的技術(shù)系統(tǒng)中，對于被設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)裝置的控制元件的可用性提出了高要求。在單個組件如傳感器或控制裝置故障的情況下，這不允許導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障。安全性特別重要的是線控驅(qū)動系統(tǒng)、例如線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中以電動方式通過傳感器裝置、控制裝置和執(zhí)行裝置的網(wǎng)絡(luò)耦合將轉(zhuǎn)向輪調(diào)整轉(zhuǎn)換到輪位置。
[0003]在過去使用了特別關(guān)鍵的組件的冗余實施，使得在錯誤情況下相應(yīng)的備份或冗余組件可以承擔(dān)相應(yīng)的任務(wù)。在多個冗余組件的情況下，必須保證兩個或更多個控制裝置中的僅僅一個行使相應(yīng)的管轄權(quán)。此外，不允許針對同樣的控制功能出現(xiàn)矛盾的控制指令。因此需要的是，所有的控制組件在網(wǎng)絡(luò)中擁有同樣的信息或數(shù)據(jù)。
[0004]就此而言，以不一致的數(shù)據(jù)形式的錯誤必須被識別，所述不一致的數(shù)據(jù)例如可以在數(shù)據(jù)傳輸時通過所使用的網(wǎng)絡(luò)被收買。廣泛傳播的標準網(wǎng)絡(luò)環(huán)境基于以太網(wǎng)協(xié)議。以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的使用具有以下優(yōu)點:可以使用標準化的網(wǎng)絡(luò)裝置和方法。但是，在過去也會使用專有數(shù)據(jù)總線，以便將具有內(nèi)部冗余、也即雙重設(shè)計的功能的控制組件相互連接。
[0005]此外，可能的是，在網(wǎng)絡(luò)中所使用的節(jié)點是有錯的。例如已知如下錯誤類型，其中網(wǎng)絡(luò)裝置以高的頻率將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，這些數(shù)據(jù)不包含可用于其他控制裝置的數(shù)據(jù)。也談及“胡說的白癡(Babbling Id1t)”。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施于是可能被高的數(shù)據(jù)速率負荷，使得真實的控制或傳感器數(shù)據(jù)不再能夠在還起作用的網(wǎng)絡(luò)裝置之間進行交換。值得期望的是，尤其是在安全性重要的網(wǎng)絡(luò)中處理這種錯誤行為并且合適地處理現(xiàn)有數(shù)據(jù)，以便保證在網(wǎng)絡(luò)中不受影響的裝置的可靠運行。
[0006]在過去提出了如下方法，其中在預(yù)先給定的通信伙伴之間的數(shù)據(jù)交換受帶寬限制。故障的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點卻也可以產(chǎn)生具有不正確的地址數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，這在專用的帶寬限制的范圍中不能在每個網(wǎng)絡(luò)拓撲、尤其是不能在環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲中令人滿意地被處理。
[0007]此外，已知了如下方法:其基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的相互同步的通信。在此，針對在預(yù)先給定的通信伙伴之間的數(shù)據(jù)交換定義了確定的時隙。這種時隙方法要求昂貴的同步和專門的硬件裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此本發(fā)明的任務(wù)是實現(xiàn)一種改進的通信網(wǎng)絡(luò)。
[0009]相應(yīng)地，提出具有多個網(wǎng)絡(luò)裝置的通信網(wǎng)絡(luò)。該通信網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)數(shù)N個虛擬網(wǎng)，其被實現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)中，使得安全性關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)裝置中的每個通過至少兩個虛擬網(wǎng)被耦合到通信網(wǎng)絡(luò)上。此外，通信網(wǎng)絡(luò)具有多個網(wǎng)絡(luò)段。在此，給網(wǎng)絡(luò)段中的每個分配網(wǎng)絡(luò)裝置的一個子集，其中在被布置在網(wǎng)絡(luò)段的邊緣區(qū)域上的每個網(wǎng)絡(luò)裝置具有N個限制單元，其中N個限制單元中的相應(yīng)的限制單元被分配給N個虛擬網(wǎng)中的相應(yīng)虛擬網(wǎng)并且被設(shè)立用于:將屬于相應(yīng)虛擬網(wǎng)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收限制到為相應(yīng)虛擬網(wǎng)所預(yù)先確定的數(shù)據(jù)傳輸速率的閾值內(nèi)。
[0010]在此，為相應(yīng)的虛擬網(wǎng)預(yù)先確定閾值，也即尤其是專門關(guān)于虛擬網(wǎng)設(shè)定閾值。
[0011]監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸速率和可能的對數(shù)據(jù)接收的限制尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)對所謂的“胡說的白癡”(也即在網(wǎng)絡(luò)中存在的、出于故障而發(fā)送無意義或不能被網(wǎng)絡(luò)中的其他裝置解釋的數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)裝置)進行處理。經(jīng)常地，所述“無意義的”數(shù)據(jù)以高頻率由有錯的裝置發(fā)生，使得可能形成對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和通信路徑的負荷。即使存在胡說的白癡，對所涉及的接收端口的限制或?qū)^高數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)接收的封鎖仍然能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信。
[0012]例如如果包必須通過一個網(wǎng)絡(luò)段傳導(dǎo)，因為否則網(wǎng)絡(luò)裝置除了該網(wǎng)絡(luò)段之外不能到達或不能通過不相交的路徑到達，那么通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)段傳導(dǎo)的閾值(帶寬限制)可以特定地、尤其是VLAN特定地被限制。由此可以避免:由于由胡說的白癡在網(wǎng)絡(luò)段外部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包，所述實際上功能正常的網(wǎng)絡(luò)段被分離。
[0013]虛擬網(wǎng)通過不相交的路徑、尤其是物理的不相交路徑在通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)。
[0014]數(shù)據(jù)傳輸速率理解為在時間單位內(nèi)通過傳輸信道或通信路徑傳輸?shù)臄?shù)字的數(shù)據(jù)量。也談及數(shù)據(jù)傳送速率、數(shù)據(jù)速率、傳輸速度、連接速度、帶寬或容量。數(shù)據(jù)傳輸速率的常見的說明以每秒比特為單位。
[0015]最大數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)選地根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置的帶寬來確定。當由網(wǎng)絡(luò)拓撲和要實現(xiàn)的功能已知所有為無誤的運行而設(shè)置的在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)裝置之間或發(fā)送和接收端口之間的數(shù)據(jù)傳送速率時，可以相應(yīng)敏感地設(shè)立限制單元。
[0016]除此之外，胡說的白癡的錯誤情況通過檢驗數(shù)據(jù)傳送速率和必要時對接收的限制來處理，使得存在至少一個無誤傳輸?shù)耐ㄐ怕窂接糜谖词芨蓴_的或不是由故障裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0017]通過在通信網(wǎng)絡(luò)中使用虛擬網(wǎng)也能夠?qū)崿F(xiàn):將各個限制單元、尤其是各個網(wǎng)絡(luò)段的邊緣區(qū)域中的各個限制單元的閾值最小化。由此，將通信網(wǎng)絡(luò)總系統(tǒng)的總故障概率最小化。
[0018]為了實現(xiàn)限制單元的概念，尤其是需要絕對不改變標準交換組件的硬件?；蛘呖梢允褂酶邇r值交換硬件的特征，或者交換硬件可以通過相對簡單的前置設(shè)備來補充?？捎玫膸捀鶕?jù)實施方式不被影響或者僅僅略微地被影響。
[0019]例如，表面上的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)段可以通過比在網(wǎng)絡(luò)段的中心區(qū)域或內(nèi)部空間中相對更小的數(shù)據(jù)傳輸速率閾值來分隔。因此，邊緣區(qū)域的限制單元具有比在網(wǎng)絡(luò)段中心區(qū)域中的限制單元小的數(shù)據(jù)傳輸速率的閾值。在網(wǎng)絡(luò)段的中心區(qū)域中也可以不設(shè)置限制單元。
[0020]總體上，得到特別可靠的網(wǎng)絡(luò)裝置，其即使在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點干擾的情況下也安全地其作用。通過使用至少兩個虛擬網(wǎng)的冗余的通信能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的控制設(shè)備通信和低花費的錯誤分析和校正，以及實現(xiàn)對由胡說的白癡引起的錯誤的低花費的處理。
[0021]限制單元尤其是可以被實施為交換裝置的部分。還可以設(shè)想，作為用于運行交換裝置之一的程序或程序代碼的實施。
[0022]在一種實施方式中，網(wǎng)絡(luò)裝置之一的N個限制單元的N個閾值中的每個小于通信網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由此保證:通信網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率能夠不被超過。
[0023]在另一實施方式中，每個網(wǎng)絡(luò)裝置包括控制裝置和與控制裝置耦合的交換裝置，該交換裝置具有接收端口和發(fā)送端口以用于經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)最高以最大數(shù)據(jù)傳輸速率來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其中N個限制單元被分配給接收端口并且分別被設(shè)立用于將相應(yīng)的被分配的接收端口上的屬于相應(yīng)虛擬網(wǎng)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收限制到為相應(yīng)虛擬網(wǎng)歸定的數(shù)據(jù)傳輸速率閾值內(nèi)。
[0024]發(fā)送和接收端口的組合也可以被理解為相應(yīng)裝置的通信端口。虛擬網(wǎng)尤其是被構(gòu)造為虛擬局域網(wǎng)(VLAN)。
[0025]在另一實施方式中，僅僅將布置在網(wǎng)絡(luò)段的邊緣區(qū)域上的網(wǎng)絡(luò)裝置分別裝備N個限制單元。由此，將所需限制單元的數(shù)量最小化。因此，該實施方式是非常低成本的。
[0026]在另一實施方式中，網(wǎng)絡(luò)裝置包括至少兩個在其功能方面冗余的網(wǎng)絡(luò)裝置，其中子集或網(wǎng)絡(luò)段被構(gòu)造為，使得最多將冗余網(wǎng)絡(luò)裝置之一分配給子集中的每個。在其功能方面冗余的網(wǎng)絡(luò)裝置被布置在不同網(wǎng)絡(luò)段中，使得一個網(wǎng)絡(luò)段故障的情況下在另外的網(wǎng)絡(luò)段中還至少存在一個冗余的網(wǎng)絡(luò)裝置并且因此不會威脅到總系統(tǒng)的總功能。
[0027]在另一實施方式中，這些子集被構(gòu)造為不相交的子集。
[0028]在另一實施方式中，虛擬網(wǎng)在通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，以便避免由于從另外的網(wǎng)絡(luò)段接收數(shù)據(jù)而超過在網(wǎng)絡(luò)段的限制單元上的數(shù)據(jù)傳輸速率的閾值。
[0029]在此，通過考慮不同虛擬網(wǎng)、例如不同VLAN實現(xiàn)了:段不會由于被饋送到該段之外的包而被分離。這通過將VLAN有目的地配置為使得包不通過段、尤其是外部環(huán)傳導(dǎo)來實現(xiàn)。
[0030]代替VLAN可以使用其他合適的虛擬化技術(shù)。
[0031]在另一實施方式中，在通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)虛擬網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)裝置中的每個通過至少兩個虛擬網(wǎng)被耦合到通信網(wǎng)絡(luò)上并且虛擬網(wǎng)中沒有虛擬網(wǎng)具有環(huán)形拓撲。通過避免環(huán)形拓撲保證:在網(wǎng)絡(luò)中不能出現(xiàn)循環(huán)的包。
[0032]在另一實施方式中，在通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)虛擬網(wǎng)，使得為發(fā)送端口和接收端口之間的每個通信路徑設(shè)定最大的鏈路傳輸速率，其中N個限制單元的N個閾值之和小于或等于所分配的接收端口的最大鏈路傳輸速率。例如在設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)時可以估計:可以存在何種鏈路傳輸速率。于是，限制單元可以相應(yīng)地被敏感化，使得在超過最大鏈路傳輸速率時限制數(shù)據(jù)接收。
[0033]在另一實施方式中，數(shù)據(jù)被分配至少兩個優(yōu)先級別，其中N個限制單元被設(shè)立用于僅僅限制較高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)接收。例如，第一優(yōu)先級別尤其是可以涉及安全性重要的數(shù)據(jù)，并且第二優(yōu)先級別可以涉及較不關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。在設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)時，于是確定最大數(shù)據(jù)傳送速率并且相應(yīng)地設(shè)立限制單元。在限制單元上檢測不同的優(yōu)先級別并且根據(jù)其過濾或者限制數(shù)據(jù)。
[0034]通信網(wǎng)絡(luò)可以包括以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。交換裝置也可以被稱為橋接或路由裝置。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)裝置，也談及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)組件或網(wǎng)絡(luò)元件。
[0035]作為設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)裝置中的控制裝置，例如考慮CPU、微處理器、也或者其他可編程電路。還可以將傳感器或執(zhí)行器裝置