EP4211872A1 - Method for operating a network - Google Patents

Method for operating a network

Info

Publication number
EP4211872A1
EP4211872A1 EP21770211.7A EP21770211A EP4211872A1 EP 4211872 A1 EP4211872 A1 EP 4211872A1 EP 21770211 A EP21770211 A EP 21770211A EP 4211872 A1 EP4211872 A1 EP 4211872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
tsn
data streams
partial data
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21770211.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arne KAUFMANN
Lukas WÜSTENEY
René HUMMEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hirschmann Automation and Control GmbH
Original Assignee
Hirschmann Automation and Control GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hirschmann Automation and Control GmbH filed Critical Hirschmann Automation and Control GmbH
Publication of EP4211872A1 publication Critical patent/EP4211872A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00—Packet switching elements
    • H04L49/25—Routing or path finding in a switch fabric
    • H04L49/253—Routing or path finding in a switch fabric using establishment or release of connections between ports
    • H04L49/254—Centralised controller, i.e. arbitration or scheduling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4641—Virtual LANs, VLANs, e.g. virtual private networks [VPN]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4641—Virtual LANs, VLANs, e.g. virtual private networks [VPN]
    • H04L12/4645—Details on frame tagging
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/36—Flow control; Congestion control by determining packet size, e.g. maximum transfer unit [MTU]
    • H04L47/365—Dynamic adaptation of the packet size
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/4026—Bus for use in automation systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a network, in particular an automation network.
  • the method should be suitable for integrating components of an automation network into an existing multifunctional network, for example into an Ethernet network, in particular into a fieldbus network which is designed as an Ethernet bus.
  • TSN was developed to enable time-sensitive data transmission in a network. TSN functions also make transmission times predictable.
  • the TSN network is standardized under IEEE 802.1.
  • a SERGOS III automation network for example, is based on summation frame telegrams in the form of Ethernet broadcasts without a VLAN tag. It therefore requires a specific network topology, such as a ring or line topology, with a stable sequence of participants.
  • a correspondingly known communication in an automation network is known, for example, from WO 2018/215209 A1.
  • the devices are mainly connected in a line topology and made possible by appropriate communication using data telegrams.
  • a method for transmitting telegrams in an automation network is known from DE 10 2018 129 809 A1 in order to also provide data nodes in an automation network, for example in order to be able to make the sequence of participants more variable.
  • the topology used to connect the devices to the automation network is also fixed here.
  • a method for industrial communication via TSN is also known from WO 2017/093014 A1.
  • basic communications and protocols in a TSN-enabled network are disclosed.
  • a method for operating a network with at least one switch serves as a node in the network and can send or receive data in all directions of the node.
  • the switch also contains programmable logic that can store and use the relationships to the other participants in the network.
  • the network also includes at least two end devices and a controller.
  • the controller is also referred to as the master in an automation network.
  • the controller can send data to a specific end device via an application protocol in order to control it.
  • the application protocol is implemented via the application layer of the OSI network model. This means that communication is implemented via the application protocol in OSI layer 7.
  • the data sent in this way is divided into data packets in accordance with the specification for Internet networks and sent via the data link layer of the network. This means that the individual data packets are transmitted within the security layer, i.e. layer 2 of the OSI model. The data packets are thus transmitted in layer 2 as a frame.
  • the data is sent as a TSN data stream.
  • the TSN data stream is now divided into at least two partial data streams, which can also be TSN-capable.
  • the aim of this subdivision is that there are participants in the network between the individual partial data streams or within the partial data streams which are not TSN-capable.
  • the partial data streams should make it possible to configure TSN functions via subscribers who are not TSN-capable. This is achieved by, for example, generating partial data streams up to the non-TSN-capable subscriber and then again after the non-TSN-enabled participant to the destination.
  • the partial data streams ensure that, when combined, the partial data streams result in a coherent TSN data stream. It is now possible to enable TSN data streams in a network with TSN-enabled and non-TSN-enabled users. Any automation network can thus be integrated into an existing, conventional network.
  • the partial data streams can be dependent on one another. This means that, for example, in the case of two partial data streams, the second partial data stream is only created when the first partial data stream has been dealt with.
  • the partial data streams can also be dependent on previous participants. This means that a partial data stream could only be created when a participant upstream in the data stream is ready.
  • the partial data streams can be designed as TSN partial data streams or as conventional data streams.
  • the data stream assembled from the partial data streams is then implemented as a TSN data stream.
  • the switches should be placed at the nodes of the networks, preferably between the controller and end devices. As a result, different topologies can be interconnected in a network from these nodes.
  • the end devices of the automation networks can be connected in series, depending on the topology in a ring or in a line. This also corresponds to the normal function of an automation network.
  • several automation networks can thus be connected together in one network through the switches, with participants who are not part of the automation network belong, can participate in the same network.
  • the method according to the invention includes the terminal devices being able to respond in accordance with the automation network and the application protocol, so that the response can be sent from the terminal devices to the appropriate controller.
  • TSN data streams it is possible to predict times when data is sent and/or received, as well as to prioritize data streams in the network. This means that communication in the network can be planned.
  • controllers and terminals are participants in an automation bus. This bus is then operated as an automation network with Ethernet specification.
  • the number of controllers and end devices in the network is not limited.
  • routers also contain the functions of a switch.
  • Other participants such as PCs, servers and/or hubs, can also be present.
  • a network management system which is preferably implemented as software, in order to be able to carry out the desired flow of the data from a network subscriber to the terminal device.
  • FIG. 1 A network according to the invention with two switches
  • Figure 1 shows a network according to the invention with three terminals 10, 11, 12, two switches 20, 31 and a controller 30.
  • the controller 30 and the terminals 10, 11, 12 are taken from an automation network. However, the terminals 10, 11 are included in a different network branch than the terminal 12. The terminals 10, 11 are arranged in a line topology and the terminal 12 in a ring topology. Further network subscribers can be arranged on the branches of the network, but these are not shown in this FIG.
  • the branches or different topologies are connected by two switches 20, 21. Accordingly, the switches 20, 21 represent nodes in the network which connect the different branches or topologies.
  • the controller 30 now wants to send data for controlling a terminal device to terminal device 11, for example, the corresponding data is sent to the network via the application protocol.
  • the application protocol is executed in the application layer of the OSI network model.
  • this data is now divided into data packets and, according to the invention, is sent as frames via the security layer (OSI model layer 2).
  • OSI model layer 2 OSI model layer 2.
  • TSN network functions of a TSN network are used and the communication between the controller 30 and the terminal 11 is carried out as a TSN data stream.
  • the data stream is now divided into partial data streams 2, 3.
  • These partial data streams 2, 3 can also be implemented as TSN partial data streams.
  • the data stream is realized via two switches 20 , 21 and initially executed in partial data stream 3 .
  • This partial data stream 3 leads from the controller 30 via the switch 20 to the switch 21.
  • the partial data stream 3 is then routed to the terminal device 12.
  • a TSN data stream is thus divided into two partial data streams 2, 3.
  • the response from terminal 11 to controller 30 is also implemented as a TSN data stream.
  • the data stream could be divided into the partial data streams 1 , 2 . Partial data stream first leads via terminal 10 back to terminal 11. Partial data stream 2 then begins, which via switch 20 to the controller 30 leads.
  • the path taken by the TSN data stream and thus the partial data streams results from the time values of the network participants.
  • the TSN functions can specify a path in the network through prioritization or the ability to plan, which is, for example, the fastest to the desired destination.
  • the switches 20, 21 could not be TSN-capable, which is why a division into the partial data streams takes place.
  • the start and destination of each partial data stream is TSN-capable.
  • partial data stream 2 can only be created when partial data stream 3 has at least partially arrived at terminal 12 .
  • the partial data stream 2 can also be dependent on the terminal 12 and can only be created when the terminal 12 is ready for this.
  • the arrangement and topologies of the strands on the switches 20, 21 are exemplary and can be implemented as desired. Likewise, the number of terminals 10, 11, 12, switches 20, 21 and controller 30 is not specified.
  • a router or server could be used instead of at least one switch.
  • Other participants such as PCs or hubs could also be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

A method for operating a network with multiple subscribers in the network is proposed. To this end, there is provision for a network having at least one switch (20, 21), at least two terminals (10, 11, 12) and a controller (30). According to the invention, one of the subscribers now uses an application protocol to send and/or receive data to and/or from a further subscriber, the data being sent and/or received as a TSN data stream. So as now to also integrate non-TSN-compatible subscribers in the network, it is proposed that the TSN data stream be split into at least two partial data streams (1, 2, 3, 4). Such partial data streams (1, 2, 3, 4) can be configured across non-TSN-compatible subscribers or between such subscribers.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES NETZWERKS PROCEDURE FOR OPERATING A NETWORK
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks, insbesondere eines Automatisierungsnetzwerks. The present invention relates to a method for operating a network, in particular an automation network.
Das Verfahren soll dazu geeignet sein, Komponenten eines Automatisierungsnetzwerks in ein bestehendes Multifunktionsnetzwerk zu integrieren, beispielsweise in ein Ethernetnetzwerk, insbesondere in ein Feldbusnetzwerk, welches als Ethernetbus ausgelegt ist. The method should be suitable for integrating components of an automation network into an existing multifunctional network, for example into an Ethernet network, in particular into a fieldbus network which is designed as an Ethernet bus.
Bei bestehenden Automatisierungsnetzwerken wie beispielsweise SERCOS III besteht häufig die Einschränkung, dass Geräte des Automatisierungsnetzwerks alleinige Nutzer des Netzwerks sind. Und obwohl das Automatisierungsnetzwerk ebenfalls als Ethernet-Netzwerk ausgeführt ist, ist es nicht trivial, ein solches Automatisierungsnetzwerk in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren. With existing automation networks such as SERCOS III, there is often the restriction that devices in the automation network are the sole users of the network. And although the automation network is also designed as an Ethernet network, it is not trivial to integrate such an automation network into an existing network.
Diese Schwierigkeiten bestehen aus Restriktionen, zum Beispiel in Bezug auf Netzwerktopologie, welche entsprechend die Integrierung in andere Netzwerke schwierig bis unmöglich erscheinen lassen. These difficulties consist of restrictions, for example with regard to network topology, which make integration into other networks appear difficult or impossible.
Auch soll es möglich werden, Automatisierungsnetzwerke in TSN-Netzwerke zu integrieren, TSN wurde entwickelt, um zeitsensitive Datenübertragungen in einem Netzwerk zu ermöglichen. Auch werden durch TSN Funktionen Übertragungszeiten vorhersehbar. Das TSN Netzwerk wird unter IEEE 802.1 genormt. Ein SERGOS III - Automatisierungsnetzwerk beispielsweise, basiert auf Summenrahmentelegrammen in Form von Ethernet Broadcasts ohne VLAN Tag. Es erfordert daher eine bestimmte Netzwerktopologie, wie beispielsweise Ring- oder Linientopologie, mit stabiler Teilnehmerreihenfolge. It should also be possible to integrate automation networks into TSN networks. TSN was developed to enable time-sensitive data transmission in a network. TSN functions also make transmission times predictable. The TSN network is standardized under IEEE 802.1. A SERGOS III automation network, for example, is based on summation frame telegrams in the form of Ethernet broadcasts without a VLAN tag. It therefore requires a specific network topology, such as a ring or line topology, with a stable sequence of participants.
Da bei der Integration solcher Teilnehmer in ein bestehendes Ethernetnetzwerk nach IEEE Spezifikation die Aufrechterhaltung einer solchen Reihenfolge nicht gewährleistet werden kann, ist eine solche Integration erschwert bzw. unmöglich. Auch ist es schwierig, nicht TSN-fähige Teilnehmer in ein TSN-Netzwerk zu integrieren.Since maintaining such a sequence cannot be guaranteed when such subscribers are integrated into an existing Ethernet network according to the IEEE specification, such an integration is made more difficult or impossible. It is also difficult to integrate subscribers that are not TSN-capable into a TSN network.
Eine entsprechend bekannte Kommunikation in ein Automatisierungsnetzwerk ist beispielsweise aus der WO 2018/215209 A1 bekannt. Hierbei werden die Geräte hauptsächlich in einer Linientopologie angeschlossen und durch eine entsprechende Kommunikation durch Datentelegramme ermöglicht. A correspondingly known communication in an automation network is known, for example, from WO 2018/215209 A1. Here, the devices are mainly connected in a line topology and made possible by appropriate communication using data telegrams.
Um Datenknoten ebenfalls in einem Automatisierungsnetzwerk vorzusehen, bspw. um die Teilnehmerreihenfolge variabler machen zu können, ist aus der DE 10 2018 129 809 A1 ein Verfahren zum Übertragen von Telegrammen in einem Automatisierungsnetzwerk bekannt. Allerdings ist auch hier die Topologie, mittels welcher die Geräte an das Automatisierungsnetzwerk angeschlossen sind, fest vorgegeben. A method for transmitting telegrams in an automation network is known from DE 10 2018 129 809 A1 in order to also provide data nodes in an automation network, for example in order to be able to make the sequence of participants more variable. However, the topology used to connect the devices to the automation network is also fixed here.
Aus der WO 2017/093014 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur industriellen Kommunikation über TSN bekannt. Hierbei werden grundlegende Kommunikationen und Protokolle in einem TSN-fähigen Netzwerk offenbart. A method for industrial communication via TSN is also known from WO 2017/093014 A1. Here, basic communications and protocols in a TSN-enabled network are disclosed.
Zuletzt ist aus der EP 3697034 A1 ein Verfahren zur Datenübertragung in einem TSN- fähigen Netzwerk mit Knotenpunkten bekannt. Durch die einzelnen Knotenpunkte sind unterschiedliche TSN-Streams in den Zweigen des Netzwerks möglich. Finally, a method for data transmission in a TSN-capable network with nodes is known from EP 3697034 A1. Different TSN streams are possible in the branches of the network due to the individual nodes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Automatisierungsnetzwerk in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren und die Verwendung von TSN Funktionen zu ermöglichen, auch wenn nicht TSN-fähige Netzwerkteilnehmer vorhanden sind. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. It is therefore the object of the present invention to integrate an automation network into an existing network and to enable the use of TSN functions even if network participants are not TSN-capable. This object is solved with the features of the main claim.
Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben eines Netzwerks mit mindestens einem Switch. Der Switch dient dabei als Knotenpunkt im Netzwerk und kann Daten in alle Richtungen des Knotenpunktes versenden oder empfangen. Weiterhin beinhaltet der Switch eine programmierbare Logik, welche die Beziehungen zu den anderen Teilnehmern im Netzwerk speichern und verwenden kann. A method is thus proposed for operating a network with at least one switch. The switch serves as a node in the network and can send or receive data in all directions of the node. The switch also contains programmable logic that can store and use the relationships to the other participants in the network.
Ebenso beinhaltet das Netzwerk mindestens zwei Endgeräte und einen Controller. Der Controller wird auch in einem Automatisierungsnetzwerk als Master bezeichnet. The network also includes at least two end devices and a controller. The controller is also referred to as the master in an automation network.
Erfindungsgemäß kann der Controller über ein Applikationsprotokoll Daten an ein bestimmtes Endgerät senden, um dieses zu steuern. Das Applikationsprotokoll wird dabei über die Applikationsschicht des OSI-Netzwerkmodells realisiert. Das bedeutet, dass die Kommunikation über das Applikationsprotokoll in der OSI Schicht 7 realisiert wird. According to the invention, the controller can send data to a specific end device via an application protocol in order to control it. The application protocol is implemented via the application layer of the OSI network model. This means that communication is implemented via the application protocol in OSI layer 7.
Die so gesendeten Daten werden, gemäß der Spezifikation für Internetnetzwerke, in Datenpakete unterteilt und über die Sicherungsschicht des Netzwerks versendet. Das bedeutet, dass die einzelnen Datenpakete innerhalb der Sicherungsschicht, also Schicht 2 des OSI Modells, übertragen werden. Die Datenpakete werden somit in der Schicht 2 als Rahmen (Frame) übertragen. The data sent in this way is divided into data packets in accordance with the specification for Internet networks and sent via the data link layer of the network. This means that the individual data packets are transmitted within the security layer, i.e. layer 2 of the OSI model. The data packets are thus transmitted in layer 2 as a frame.
Erfindungsgemäß werden die Daten als TSN-Datenstrom gesendet. Das bedeutet, dass der Datenstrom der gesendeten und/oder empfangenen Daten mit zeitsensitiven Merkmalen nach IEEE 802.1 versehen ist. According to the invention, the data is sent as a TSN data stream. This means that the data stream of the sent and/or received data is provided with time-sensitive features according to IEEE 802.1.
Der TSN-Datenstrom wird nun erfindungsgemäß in mindestens zwei Teildatenströme unterteilt, welche ebenfalls TSN-fähig sein können. Das Ziel dieser Unterteilung ist, dass zwischen den einzelnen Teildatenströmen bzw, innerhalb der Teildatenströme Teilnehmer in Netzwerk vorhanden sind, welche nicht TSN-fähig sind. Die Teildatenströme sollen es ermöglichen, TSN Funktionen auch über Teilnehmer, welche nicht TSN-fähig sind, zu konfigurieren. Dies wird erreicht, indem bspw. Teildatenströme bis zum nicht TSN-fähigen Teilnehmer erzeugt werden und dann wieder nach dem nicht TSN-fähigen Teilnehmer bis zum Ziel. According to the invention, the TSN data stream is now divided into at least two partial data streams, which can also be TSN-capable. The aim of this subdivision is that there are participants in the network between the individual partial data streams or within the partial data streams which are not TSN-capable. The partial data streams should make it possible to configure TSN functions via subscribers who are not TSN-capable. This is achieved by, for example, generating partial data streams up to the non-TSN-capable subscriber and then again after the non-TSN-enabled participant to the destination.
Ebenso ist es möglich einen TSN-Teildatenstrom über einen nicht TSN-fähigen hinweg zu konfigurieren, sofern nicht der nicht TSN-fähige Teilnehmer das Ziel der Kommunikation darstellt. It is also possible to configure a partial TSN data stream across a non-TSN-capable subscriber, provided the non-TSN-capable subscriber is not the target of the communication.
Die Teildatenströme sorgen dafür, dass zusammengefasst die Teildatenströme einen zusammenhängenden TSN-Datenstrom ergeben. Damit ist es nun möglich, in einem Netzwerk mit TSN-fähigen und nicht TSN-fähigen Teilnehmern TSN-Datenströme zu ermöglichen. Somit kann ein beliebiges Automatisierungsnetzwerk in ein vorhandenes, herkömmliches Netzwerk integriert werden. The partial data streams ensure that, when combined, the partial data streams result in a coherent TSN data stream. It is now possible to enable TSN data streams in a network with TSN-enabled and non-TSN-enabled users. Any automation network can thus be integrated into an existing, conventional network.
Die Teildatenströme können dazu voneinander abhängig sein, Das bedeutet, dass bei bspw. zwei Teildatenströmen der zweite Teildatenstrom erst erstellt wird, wenn der erste Teildatenstrom abgehandelt wurde. For this purpose, the partial data streams can be dependent on one another. This means that, for example, in the case of two partial data streams, the second partial data stream is only created when the first partial data stream has been dealt with.
Ebenso können die Teildatenströme von vorhergehenden Teilnehmern abhängig sein. Damit könnte ein Teildatenstrom erst erstellt werden, wenn ein im Datenstrom vorgelagerter Teilnehmer entsprechend bereit ist. The partial data streams can also be dependent on previous participants. This means that a partial data stream could only be created when a participant upstream in the data stream is ready.
Wie bereits dargelegt, können die Teildatenströme als TSN-Teildatenströme ausgelegt werden oder als herkömmliche Datenströme. Der aus den Teildatenströmen zusammengefügte Datenstrom ist dann jedoch als TSN-Datenstrom ausgeführt. As already explained, the partial data streams can be designed as TSN partial data streams or as conventional data streams. However, the data stream assembled from the partial data streams is then implemented as a TSN data stream.
Die Switches sollten an den Knotenpunkten der Netzwerke angeordnet sein, vorzugsweise zwischen Controller und Endgeräten. Dadurch können ab diesen Knotenpunkten verschiedene Topologien in einem Netzwerk zusammengeschaltet werden. The switches should be placed at the nodes of the networks, preferably between the controller and end devices. As a result, different topologies can be interconnected in a network from these nodes.
Die Endgeräte der Automatisierungsnetzwerke können hintereinandergeschaltet sein, je nach Topologie in einem Ring oder in einer Linie. Dies entspricht auch der normalen Funktion eines Automatisierungsnetzwerks. Im Prinzip können somit durch die Switche mehrere Automatisierungsnetzwerke gemeinsam in einem Netzwerk zusammengeschaltet werden, wobei auch Teilnehmer, die nicht zum Automatisierungsnetzwerk gehören, an dem gleichen Netzwerk teilnehmen können.The end devices of the automation networks can be connected in series, depending on the topology in a ring or in a line. This also corresponds to the normal function of an automation network. In principle, several automation networks can thus be connected together in one network through the switches, with participants who are not part of the automation network belong, can participate in the same network.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass auch die Endgeräte entsprechend dem Automatisierungsnetzwerk und dem Applikationsprotokoll antworten können, sodass die Antwort von den Endgeräten an den entsprechenden Controller gesendet werden kann. Durch die Nutzung von TSN-Datenströmen ist die Vorhersage von Zeitpunkten beim Versenden und/oder Empfangen von Daten möglich, ebenso das Priorisieren von Datenströmen im Netzwerk, Damit wird die Kommunikation im Netzwerk planbar. The method according to the invention includes the terminal devices being able to respond in accordance with the automation network and the application protocol, so that the response can be sent from the terminal devices to the appropriate controller. By using TSN data streams, it is possible to predict times when data is sent and/or received, as well as to prioritize data streams in the network. This means that communication in the network can be planned.
Bevorzugt wird vorgeschlagen, dass Controller und Endgeräte Teilnehmer eines Automatisierungsbusses sind. Dieser Bus wird dann als Automatisierungsnetzwerk mit Ethernet-Spezifikation betrieben. Die Anzahl der Controller und Endgeräte im Netzwerk ist nicht begrenzt. It is preferably proposed that controllers and terminals are participants in an automation bus. This bus is then operated as an automation network with Ethernet specification. The number of controllers and end devices in the network is not limited.
Als besondere Ausführungsform ist es möglich, die Switches durch Router zu ersetzen, da auch Router die Funktionen eines Switches beinhalten. Ebenfalls können weitere Teilnehmer, wie PCs, Server und/oder Hubs vorhanden sein. As a special embodiment, it is possible to replace the switches with routers, since routers also contain the functions of a switch. Other participants, such as PCs, servers and/or hubs, can also be present.
Bevorzugt wird vorgeschlagen, den Controller und/oder den Switch (bzw. den Router) durch ein Netzwerkmanagement, welche bevorzugt als Software ausgeführt ist, zu konfigurieren, um den gewünschten Verlauf der Daten von einem Netzwerkteilnehmer zum Endgerät durchführen zu können. It is preferably proposed to configure the controller and/or the switch (or the router) by a network management system, which is preferably implemented as software, in order to be able to carry out the desired flow of the data from a network subscriber to the terminal device.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung. Es zeigt Further features can be found in the attached drawing. It shows
Figur 1 : Ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit zwei Switchen; FIG. 1: A network according to the invention with two switches;
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit drei Endgeräten 10, 11, 12, zwei Switchen 20, 31 und einem Controller 30. Figure 1 shows a network according to the invention with three terminals 10, 11, 12, two switches 20, 31 and a controller 30.
Der Controller 30 und die Endgeräte 10, 11 , 12 sind dabei einem Automatisierungsnetzwerk entnommen. Allerdings sind die Endgeräte 10, 11 in einem anderen Netzwerkstrang aufgenommen als das Endgerät 12. Die Endgeräte 10, 11 sind hierbei in Linientopologie angeordnet und das Endgerät 12 in Ringtopologie. Es können weitere Netzwerkteilnehmer an den Zweigen des Netzwerks angeordnet sein, welche aber in dieser Figur 1 nicht aufgeführt sind. The controller 30 and the terminals 10, 11, 12 are taken from an automation network. However, the terminals 10, 11 are included in a different network branch than the terminal 12. The terminals 10, 11 are arranged in a line topology and the terminal 12 in a ring topology. Further network subscribers can be arranged on the branches of the network, but these are not shown in this FIG.
Die Zweige bzw. unterschiedlichen Topologien sind durch zwei Switche 20, 21 verbunden. Dementsprechend stellen die Switche 20, 21 Knotenpunkte im Netzwerk dar, welche die unterschiedlichen Zweige bzw. Topologien verbinden. The branches or different topologies are connected by two switches 20, 21. Accordingly, the switches 20, 21 represent nodes in the network which connect the different branches or topologies.
Möchte nun der Controller 30 Daten zum Steuern eines Endgerätes an bspw. Endgerät 11 senden, werden entsprechende Daten über das Applikationsprotokoll ins Netzwerk gesendet Das Applikationsprotokoll wird in der Applikationsschicht des OSI- Netzwerkmodells ausgeführt. If the controller 30 now wants to send data for controlling a terminal device to terminal device 11, for example, the corresponding data is sent to the network via the application protocol. The application protocol is executed in the application layer of the OSI network model.
Gemäß Spezifikationen eines Ethernet-Netzwerks werden diese Daten nun in Datenpakete unterteilt und erfindungsgemäß über die Sicherungsschicht (OSI-Modell Schicht 2) als Frames versendet. According to the specifications of an Ethernet network, this data is now divided into data packets and, according to the invention, is sent as frames via the security layer (OSI model layer 2).
Dazu werden Funktionen eines TSN-Netzwerks genutzt und die Kommunikation zwischen Controller 30 und Endgerät 11 als TSN Datenstrom ausgeführt. Erfindungsgemäß wird nun der Datenstrom in Teildatenströme 2, 3 aufgeteilt. Diese Teildatenströme 2, 3 können ebenfalls als TSN-Teildatenströme ausgeführt werden.For this purpose, functions of a TSN network are used and the communication between the controller 30 and the terminal 11 is carried out as a TSN data stream. According to the invention, the data stream is now divided into partial data streams 2, 3. These partial data streams 2, 3 can also be implemented as TSN partial data streams.
Der Datenstrom wird im vorliegenden Beispiel über zwei Switche 20, 21 realsiert und zunächst im Teildatenstrom 3 ausgeführt. Dieser Teildatenstrom 3 führt vom Controller 30 über den Switch 20 zu Switch 21. Anschließend wird der Teildatenstrom 3 zu Endgerät 12 geführt. In the present example, the data stream is realized via two switches 20 , 21 and initially executed in partial data stream 3 . This partial data stream 3 leads from the controller 30 via the switch 20 to the switch 21. The partial data stream 3 is then routed to the terminal device 12.
Danach beginnt der Teildatenstrom 2, welcher von Endgerät 12 über die Switche 21 , 20 zum Endgerät 11 führt. Somit wird ein TSN Datenstrom in zwei Teildatenströme 2, 3 aufgeteilt. Then the partial data stream 2 begins, which leads from the terminal 12 to the terminal 11 via the switches 21 , 20 . A TSN data stream is thus divided into two partial data streams 2, 3.
Die Antwort von Endgerät 11 zum Controller 30 wird ebenfalls als TSN Datenstrom ausgeführt. Hierbei könnte der Datenstrom in die Teildatenströme 1 , 2 aufgeteilt werden. Teildatenstrom führt zunächst über Endgerät 10 zurück zu Endgerät 11. Anschließend beginnt Teildatenstrom 2, welcher über den Switch 20 zum Controller 30 führt. The response from terminal 11 to controller 30 is also implemented as a TSN data stream. In this case, the data stream could be divided into the partial data streams 1 , 2 . Partial data stream first leads via terminal 10 back to terminal 11. Partial data stream 2 then begins, which via switch 20 to the controller 30 leads.
Welchen Weg der TSN-Datenstrom und somit die Teildatenströme nehmen, resultiert aus den Zeitwerten der Netzwerkteilnehmer. Die TSN Funktionen können durch Priorisierung bzw. Planbarkeit einen Weg im Netzwerk vorgeben, welcher bspw. der schnellste zum gewünschten Ziel ist. The path taken by the TSN data stream and thus the partial data streams results from the time values of the network participants. The TSN functions can specify a path in the network through prioritization or the ability to plan, which is, for example, the fastest to the desired destination.
Im vorliegenden Beispiel könnten die Switches 20, 21 nicht TSN-fähig sein, weshalb eine Aufteilung in die Teildatenströme stattfindet. Dadurch ist der Start und das Ziel eines jeden Teildatenstroms TSN-fähig. In the present example, the switches 20, 21 could not be TSN-capable, which is why a division into the partial data streams takes place. As a result, the start and destination of each partial data stream is TSN-capable.
Die einzelnen Teildatenströme sind voneinander abhängig. So kann der Teildatenstrom 2 erst erstellt werden, wenn Teildatenstrom 3 zumindest teilweise am Endgerät 12 angekommen ist. The individual partial data streams are dependent on one another. Thus, partial data stream 2 can only be created when partial data stream 3 has at least partially arrived at terminal 12 .
Ebenso kann der Teildatenstrom 2 vom Endgerät 12 abhängig sein und erst dann erstellt werden, wenn Endgerät 12 dazu bereit ist. The partial data stream 2 can also be dependent on the terminal 12 and can only be created when the terminal 12 is ready for this.
Die Anordnung und Topologien der Stränge an den Switches 20, 21 sind beispielhaft und können beliebig ausgeführt sein. Ebenso ist die Anzahl der Endgeräte 10, 11 , 12, Switche 20, 21 und Controller 30 nicht festgelegt. The arrangement and topologies of the strands on the switches 20, 21 are exemplary and can be implemented as desired. Likewise, the number of terminals 10, 11, 12, switches 20, 21 and controller 30 is not specified.
Durch die Nutzung von Teildatenströme in einem TSN-Netzwerk ist es nun möglich, Automatisierungsnetzwerke in herkömmliche Ethernet-Netzwerke, auch mit TSN- Funktionen, zu integrieren. By using partial data streams in a TSN network, it is now possible to integrate automation networks into conventional Ethernet networks, also with TSN functions.
Die vorliegende Anmeldung ist nicht auf die bisherigen Merkmale beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausführungen denkbar. So könnte statt mindestens einem Switch auch ein Router oder ein Server eingesetzte werden. Ebenfalls könnten weitere Teilnehmer, wie PCs oder Hubs genutzt werden. The present application is not limited to the previous features. Rather, further versions are conceivable. A router or server could be used instead of at least one switch. Other participants such as PCs or hubs could also be used.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks mit mehreren Teilnehmern im Netzwerk, beinhaltend mindestens einem Switch (20, 21), mindestens zwei Endgeräte (10, 11 , 12) und einen Controller (30), dadurch gekennzeichnet, dass einer der Teilnehmer über ein Applikationsprotokoll Daten an einen weiteren Teilnehmer sendet und/oder von diesem Daten empfängt, dass die Daten als TSN-Datenstrom gesendet und/oder empfangen werden, dass der TSN-Datenstrom in mindestens zwei Teildatenströme (1, 2, 3, 4) aufgeteilt wird, wobei mindestens einer der Teilnehmer nicht TSN-fähig ist, 1. A method for operating a network with multiple participants in the network, including at least one switch (20, 21), at least two terminals (10, 11, 12) and a controller (30), characterized in that one of the participants via an application protocol Sends data to another participant and / or receives data from this, that the data is sent and / or received as a TSN data stream, that the TSN data stream is divided into at least two partial data streams (1, 2, 3, 4), wherein at least one of the participants is not TSN-capable,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Teildatenströme (1, 2, 4) von einem vorhergehenden Teildatenstrom (3) in Stromrichtung abhängig sind. 2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the partial data streams (1, 2, 4) are dependent on a preceding partial data stream (3) in the flow direction.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teildatenströme (1 , 2, 4) von einem vorhergehenden Teilnehmer (21) in Stromrichtung abhängig sind. 3. The method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the partial data streams (1, 2, 4) are dependent on a preceding subscriber (21) in the direction of the stream.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teildatenströme (1, 2, 3, 4) ebenfalls als TSN-Datenströme ausgeführt werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the partial data streams (1, 2, 3, 4) are also executed as TSN data streams.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Teilnehmer in Ring- oder Linientopologie mit den Switchen (20, 21) verbunden sind. 5. The method as claimed in one of claims 1 to 4, characterized in that subscribers are connected to the switches (20, 21) in a ring or line topology.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Endgeräte (10, 11) hintereinandergeschaltet sind. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that several terminals (10, 11) are connected in series.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenströme und Teildatenströme in Datenpakete unterteilt werden und innerhalb der Sicherungsschicht versendet und empfangen werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the data streams and partial data streams are divided into data packets and sent and received within the data link layer.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Switches (20, 21) als Router oder Server ausgeführt sind. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the switches (20, 21) are designed as routers or servers.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Controller (30) als Teilnehmer im Netzwerk vorhanden sind. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of controllers (30) are present as participants in the network.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that
Controller und Endgeräte Teilnehmer eines Automatisierungsbusses sind. Controllers and end devices are participants in an automation bus.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konfiguration des Controllers und/oder des Switches durch ein Netzwerkmanagement durchgeführt wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a configuration of the controller and / or the switch is performed by a network management.
EP21770211.7A 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network Pending EP4211872A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020123275 2020-09-07
PCT/EP2021/074224 WO2022049174A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4211872A1 true EP4211872A1 (en) 2023-07-19

Family

ID=77774910

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21770212.5A Pending EP4211873A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network
EP21770210.9A Pending EP4211871A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network
EP21770211.7A Pending EP4211872A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21770212.5A Pending EP4211873A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network
EP21770210.9A Pending EP4211871A1 (en) 2020-09-07 2021-09-02 Method for operating a network

Country Status (5)

Country Link
US (3) US20230336380A1 (en)
EP (3) EP4211873A1 (en)
CN (3) CN116018786A (en)
DE (3) DE102021122686A1 (en)
WO (3) WO2022049173A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116708536B (en) * 2023-08-09 2023-10-24 江苏中威科技软件系统有限公司 Method for realizing communication protocol of cross-platform terminal interconnection based on fog calculation

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10047925A1 (en) 2000-09-27 2002-05-02 Siemens Ag Process for real-time communication between several network participants in a communication system with ethernet physics and corresponding communication system with ethernet physics
DE10254580A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-03 Robert Bosch Gmbh Method and device for transmitting data in messages on a bus system
US8295287B2 (en) 2010-01-27 2012-10-23 National Instruments Corporation Network traffic shaping for reducing bus jitter on a real time controller
DE102014100628B4 (en) * 2013-01-21 2016-08-18 Voice Inter Connect Gmbh Bus system and method for transmitting data in real time
DE102013211406A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-18 Siemens Aktiengesellschaft Communication device for connecting a field device of an industrial automation system with a fail-safe control unit and industrial automation system
DE102014226994A1 (en) * 2014-12-29 2016-06-30 Robert Bosch Gmbh Communication system for operating a data network
WO2017092879A1 (en) 2015-11-30 2017-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Method for industrial communication via tsn
DE102017208735A1 (en) 2017-05-23 2018-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for protecting a communication between at least one first communication device and at least one second communication device, in particular within a communication network of an industrial manufacturing and / or automation
EP3522477B1 (en) * 2018-01-31 2021-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for communicating data in an industrial network in particular, device for carrying out the method, computer program and computer-readable medium
CN113056892A (en) * 2018-11-13 2021-06-29 Abb瑞士股份有限公司 Transmitting packets over a TSN-aware network
DE102018129809A1 (en) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Distribution node, automation network and method for transmitting telegrams
EP3697034A1 (en) 2019-02-14 2020-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for data transmission, device, computer program and computer readable medium
DE102019114309A1 (en) 2019-05-28 2020-12-03 Beckhoff Automation Gmbh Method for routing telegrams in an automation network, data structure, automation network and network distributor
CN111600754B (en) * 2020-05-11 2022-02-25 重庆邮电大学 Industrial heterogeneous network scheduling method for interconnection of TSN (transmission time network) and non-TSN (non-Transmission time network)

Also Published As

Publication number Publication date
CN116018785A (en) 2023-04-25
DE102021122685A1 (en) 2022-03-10
WO2022049173A1 (en) 2022-03-10
EP4211871A1 (en) 2023-07-19
WO2022049174A1 (en) 2022-03-10
DE102021122684A1 (en) 2022-03-10
CN116018786A (en) 2023-04-25
US20230362033A1 (en) 2023-11-09
DE102021122686A1 (en) 2022-03-10
CN116057897A (en) 2023-05-02
WO2022049175A1 (en) 2022-03-10
EP4211873A1 (en) 2023-07-19
US20230291695A1 (en) 2023-09-14
US20230336380A1 (en) 2023-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019001718A1 (en) Method for reserving transmission paths having maximum redundancy for the transmission of data packets, and apparatus
EP3522477A1 (en) Method for communicating data in an industrial network in particular, device for carrying out the method, computer program and computer-readable medium
EP3577871B1 (en) Method and device for the modular orientation of an avb stream
EP3622692A1 (en) Method for high-performance data transfer in a data network with, in part, real-time requirements and device for carrying out the method
DE60204581T2 (en) A method for optimizing the distribution of a service from one source to multiple service recipients in a network
EP3035606A1 (en) Method for transmitting data in a communication network comprising at least 2 virtual local networks and communication device for an industrial automation system
WO2020108998A1 (en) Distributor node, automation network and method for transmitting telegrams
EP2556651A1 (en) Method and apparatus for interchanging data between two devices in an automation network
WO2022049174A1 (en) Method for operating a network
EP3854035A1 (en) Data transmission method and automation communication network
EP2503760B1 (en) Method for setting up a communication network comprising devices of an automation assembly
WO2020211921A1 (en) Method for transmitting data, network node, network, computer program and computer-readable medium
WO2020099069A1 (en) Method for data transmission, communication device, computer program and computer-readable medium
EP3598719A1 (en) Method for communicating data in an industrial network in particular, control method, device, computer program and computer-readable medium
EP3906642B1 (en) Method for data communication, network nodes and computer program and computer readable medium
EP3697034A1 (en) Method for data transmission, device, computer program and computer readable medium
DE102008008881A1 (en) Communication system has Ethernet switching equipments and multiple communication terminals which are arranged in such way that data between Ethernet switching equipment and communication terminals are transferred in time-controlled manner
EP2159959B1 (en) Method for calculating a topology, network components and central unit
EP3758310A1 (en) Method for data communication, network control device, network, computer program and computer readable medium
DE10055066A1 (en) System for multidirectional exchange of information between subscribers or users such as automation devices on an Ethernet basis
EP3579498B1 (en) Method for configuring a communication network
EP4135290A1 (en) Method for transmitting data for network diagnosis between indirectly connected sub-networks and coupling communication device
EP4125253A1 (en) Method for transmitting time-critical data, communication system and coupling communication device
DE10211097B4 (en) Method for multidirectional exchange of data records
WO2021209218A1 (en) Method for operating a communication system for transmitting time-critical data, domain controller, and communication controller

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230222

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: HUMMEN, RENE

Inventor name: BECHTEL, LUKAS

Inventor name: KAUFMANN, ARNE

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)