接收器網絡部件、通信網絡和用于運行通信網絡的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在自動化系統(tǒng)的通信網絡中運行的接收器網絡部件，其中接 收器網絡部件被構造為，接收由通信網絡的發(fā)送器網絡部件冗余發(fā)送的數(shù)據報文并且丟棄 已經接收的數(shù)據報文的副本。此外，本發(fā)明還涉及一種具有多個網絡部件的自動化系統(tǒng)的 通信網絡，這些網絡部件為了交換數(shù)據報文而彼此連接，其中數(shù)據報文的交換冗余地進行。 本發(fā)明還涉及一種用于運行這樣的通信網絡的方法。
【背景技術】
[0002] 目前在許多技術領域內，例如在裝置的自動化中使用網絡部件，也就是具有網絡 能力的設備，其可以連接到通信網絡并且經由該通信網絡通過傳輸相應的數(shù)據報文來交換 數(shù)據。下面，具有網絡能力的終端設備以及這樣的用于控制和管理數(shù)據報文在通信網絡中 的傳輸?shù)脑O備被視為網絡部件，也就是例如所謂的"交換機"、"橋接器"、"集線器"、"路由 器"。下面使用諸如"接收器網絡部件"和"發(fā)送器網絡部件"的概念，其同樣是按照上面意 義的網絡部件。附加詞"接收器"和"發(fā)送器"在此不視為限制性的并且在當前上下文中僅 描述了在本通信階段的范圍內的各自的功能（發(fā)送或接收）。在此，接收器網絡部件在其它 通信階段完全可以用做發(fā)送器，反之亦然。
[0003] 許多自動化運行的裝置要求高的故障安全性。該要求對通信網絡具有強烈影響， 這樣的裝置的網絡部件通過該通信網絡彼此連接。因此，這樣的通信網絡通常冗余地構造。 在此優(yōu)選的方案在于，在通信網絡內的通信連接故障的情況下確保在各個網絡部件之間可 靠地傳輸數(shù)據報文。在此，概念"通信連接"包括在各個網絡部件之間的完整傳輸線路，也 就是現(xiàn)有的（電線連接或無線的）傳輸媒介以及與各個網絡部件的其物理的、通信技術的 和邏輯的連接（例如接口、通信裝置、協(xié)議棧）。
[0004] 對于應用這些要故障安全地設計的通信網絡的示例是自動化裝置，其中網絡部件 以具有網絡能力的自動化設備的形式通過通信網絡彼此連接，以用于交換數(shù)據報文。自 動化裝置用于使系統(tǒng)、例如供電網或電開關設備自動化，并且通常包括布置在相應的裝置 (也就是例如供電網）的主要組件附近的自動化設備（例如所謂的場設備）。這樣的主要 組件在供電網的情況下例如可以是電纜和電線、變壓器、發(fā)電機、電動機或轉換器。自動化 設備例如可以是測量設備、所謂的電氣保護設備或現(xiàn)場控制設備，其安裝在供電網的分站 中。在專業(yè)術語中這樣的自動化設備通常也稱為所謂的"IED"("IntelligentElectronic Devices"，智能電子設備）。自動化設備在此與通信網絡連接并且由此交換如下數(shù)據報文， 其作為有效數(shù)據例如包括控制命令、關于事件的消息（例如閾值破壞）、測量值或狀態(tài)消 息。
[0005] 在標準IEC62439-3:2012中作為所謂的"并行冗余協(xié)議（ParallelRedundancy Pr〇t〇C〇l，PRP)"描述了一種可能性，通信網絡關于其通信連接故障安全地構造并且在此在 通信連接被干擾的情況下也確保了自動化裝置的盡可能無縫地連續(xù)運行。在此如下地實現(xiàn) 了無縫冗余，即，通信網絡具有兩個彼此獨立的、任意拓撲結構的子網絡并且每個網絡部件 都與這兩個子網絡連接。兩個子網絡按照并行運行來工作，其中用于發(fā)送數(shù)據報文的發(fā)送 器網絡部件將該數(shù)據報文一方面發(fā)送到第一子網絡并且另一方面發(fā)送到第二子網絡。作為 數(shù)據報文的接收器而設置的接收器網絡部件從子網絡接收兩個數(shù)據報文，其中其使用首先 到達的數(shù)據報文并且將隨后到達的數(shù)據報文作為副本丟棄。因為兩個數(shù)據報文在此使用兩 個彼此獨立的傳輸路徑，所以即使在傳輸路徑中的一個存在故障的情況下也確保了，通過 另外的（通常還完好的）傳輸路徑使通過數(shù)據報文傳送的有效信息到達接收器網絡部件。 按照PRP標準構造的通信網絡的應用例如由歐洲專利申請EP2148473A1的引言部分公開。
[0006] 作為對于PRP通信網絡的替換方案，已經提到的EP2148473A1建議應用按照同樣 在IEC62439-3:2012中描述的、用于高可用性的標準的通信網絡，即無縫冗余（HSR)。HSR 通信網絡按照環(huán)形拓撲結構構造，其中每個網絡部件通過兩個通信接頭接入環(huán)。發(fā)送器網 絡部件在環(huán)的兩個方向上發(fā)送數(shù)據報文，接收器網絡部件接收首先到達的數(shù)據報文并且作 為副本丟棄第二數(shù)據報文。由于封閉的環(huán)形結構，在所有網絡部件之間總是存在兩個彼此 獨立的通信路徑，從而確保了在兩個通信路徑中的一個發(fā)生故障的情況下通過各自的另外 的傳輸路徑傳輸數(shù)據報文。
[0007] 在越來越多的自動化裝置中采用PRP和HSR作為冗余方案并且由此是用于實現(xiàn)關 于通信連接的冗余的通信網絡的優(yōu)選構成。在未來可以假定，還進一步建立兩種實施方式 的應用。
[0008] 但是在一些自動化裝置中數(shù)據報文僅關于傳輸路徑的冗余是不夠的。由此，例如 對于用于高壓直流傳輸（HGti,英文中也稱為"HVDC"-HighVoltageDirectCurrent 傳輸）的裝置通常也要求發(fā)送器網絡部件本身的冗余（設備冗余的發(fā)送器網絡部件），其對 于裝置的運行，發(fā)送重要的數(shù)據報文。這樣的數(shù)據報文例如包含與裝置的變流器的控制有 關的有效數(shù)據。在另外的自動化裝置中也存在對關于在發(fā)送器網絡部件層面上的冗余的要 求。迄今為止，對于具有冗余的發(fā)送器網絡部件的通信網絡采用專有的通信和冗余方法，從 而通常不提供不同的制造商的網絡部件的協(xié)同工作能力。此外，通常在應用層上進行專有 的冗余方法的應用，由此僅能相對計算麻煩地執(zhí)行該方法。

【發(fā)明內容】

[0009] 因此，本發(fā)明要解決的技術問題是，這樣提供一種接收器網絡部件、一種通信網絡 以及一種用于運行這樣的通信網絡的方法，使得即使對于設備冗余的發(fā)送器網絡部件也一 方面確保了不同制造商的網絡部件的協(xié)同工作能力并且另一方面可以以相對小的開銷實 現(xiàn)數(shù)據報文的冗余傳輸。
[0010] 為了解決上述技術問題，建議開頭提到的類型的接收器網絡部件，其中接收器網 絡部件被構造為，在接收來自于發(fā)送器網絡部件中的一個的當前的數(shù)據報文的情況下檢查 該數(shù)據報文，是否已經從另外的發(fā)送器網絡部件接收了具有相同的有效數(shù)據的數(shù)據報文， 并且進一步處理具有首次接收的有效數(shù)據內容的數(shù)據報文，并且將具有已經在另外的發(fā)送 器網絡部件的較早的數(shù)據報文中被接收的有效數(shù)據的數(shù)據報文作為副本丟棄。
[0011] 按照本發(fā)明的接收器網絡部件能夠簡單地處理由多于一個發(fā)送器網絡部件發(fā)送 到接收器網絡部件的冗余的數(shù)據報文。通過如下，即，對于按照本發(fā)明的接收器網絡部件， 以與在已知的PRP或HSR法中一般類似的方式進行冗余發(fā)送的數(shù)據報文的副本的識別和消 除，還保護不同制造商的設備的協(xié)同工作能力，所述設備已經支持PRP或HSR標準并且僅須 相應于按照本發(fā)明的接收器網絡部件被加強為，也處理由多個發(fā)送器網絡部件冗余地發(fā)送 的數(shù)據報文。
[0012] 在此，到達接收器網絡部件的數(shù)據報文被視為數(shù)據報文的副本，該數(shù)據報文與之 前已經到達接收器網絡部件的數(shù)據報文盡可能同時地被生成并且包含與之前到達的數(shù)據 報文相同的有效數(shù)據。在此可以相同地或不同地選擇用來傳輸在數(shù)據報文中的有效數(shù)據的 格式，重要的僅是與內容相關的身份信息。
[0013] 按照優(yōu)選的實施方式，接收器網絡部件被構造為，在使用在數(shù)據報文中包含的發(fā) 件人標記的條件下進行對當前接收的數(shù)據報文的檢查。
[0014] 這樣的發(fā)件人標記明確地說明了發(fā)送各自的數(shù)據報文的那個發(fā)送器網絡部件。例 如可以使用各自發(fā)送器網絡部件的MAC地址（MAC-MediaAccessControl，媒體訪問控 制）作為發(fā)件人標記。在該實施方式中，接收器網絡部件不必進行所接收的數(shù)據報文的明 確的內容相關的檢查，而是為了識別出副本而動用在接收的數(shù)據報文中包含的發(fā)件人標 記。
[0015] 在此還視為有利的是，接收器網絡部件包括關于這樣的發(fā)送器網絡部件的組信 息，該發(fā)送器網絡部件在其運行期間將關于其有效數(shù)據內容是相同的數(shù)據報文發(fā)送到接收 器網絡部件并且被構造為，在使用當前接收的數(shù)據報文的發(fā)件人標記和在組信息中說明的 發(fā)送器網絡部件的發(fā)件人標記的條件下進行對當前接收的數(shù)據報文的檢查。
[0016] 在該實施方式中，組信息例如代表了文件或文件的部分，在其中說明了相關聯(lián)的 發(fā)送器網絡部件。由此，如下的發(fā)送器網絡部件被視為是相關聯(lián)的：其在其運行期間發(fā)送關 于其有效數(shù)據內容是相同的數(shù)據報文。根據在組信息中說明的發(fā)送器網絡部件的發(fā)件人標 記，接收器網絡部件可以識別從發(fā)送器網絡部件到達的副本：也就是已經事先從另外的在 組信息中說明的發(fā)送器網絡部件中的一個接收了內容相同的數(shù)據報文。
[0017] 在此還視為有利的是，組信息這樣包含來自于發(fā)送器網絡部件的發(fā)件人標記，使 得選擇所有在其運行期間將具有相同的有效數(shù)據內容的數(shù)據報文發(fā)送到接收器網絡部件 的那些發(fā)送器網絡部件的發(fā)件人標記作為組發(fā)件人標記，并且給所有其余的相關的發(fā)送器 網絡部件的發(fā)件人標記分配組發(fā)件人標記。
[0018] 由此描述了一種特別簡單地構造的類型的組信息。也就是，其已經包含來自于所 有發(fā)送器網絡部件的相應的發(fā)件人標記，所述發(fā)送器網絡部件在其運行期間將關于其有效 數(shù)據內容是相同的數(shù)據報文發(fā)送到接收器網絡部件。這些發(fā)送器網絡部件在下面也被稱為 組。選擇發(fā)件人標記中的一個作為所謂的"組發(fā)件人標記"并且此后用于表征該組。在使用 這樣構造的組信息的情況下，當接收器網絡部件使所有在組信息中包含的發(fā)件人標記與各 自的組的組發(fā)件人標記相同時，足以識別出副本。由此，當前接